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Allumoir
L'invention concerne les allumoirs automatiques des combustibles et fait suite au brevet belge n 483.983 du 15 juillet 1948.
L'allumoir décrit dans le brevet principal comporte un catalyseur qui consiste dans un fil de petit diamètre en forme de spirale chauffée électriquement à une température sensiblement inférieure à la température d'allumage du combusti- ble et à la température de recristallisation du métal catalytique.
Cette spirale est construite de préférence de façon à constituer un catalyseur hétérophase, dans lequel la réaction catalytique se déclenche dans une phase et l'allumage s'effectue dans une autre phase.
Cet allumoir catalytique à chauffage électrique cons-
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titue le premier allumoir automatique pratique susceptible d'allumer avec certitude par contact les combustibles à l'état de fine division dans un mélange d'air et de combustible en mouvement, dont le combustible consiste en matières difficiles à allumer.
L'invention consiste dans un perfectionnement important et a pour objet un allumoir qui fonctionne avec des mélanges combustibles très différents et d'une manière sûre avec les gaz les plus difficiles à allumer, même le méthane.
Comme dans le brevet principal précité, le fil cata- lyseur de l'allumoir doit avoir un très petit diamètre et la forme d'une spirale. Il consiste ou sa surface au moins consiste dans un métal catalyseur susceptible de catalyser le combustible du mélange d'air et de combustible en provoquant une combustion sans flamme, le catalyseur consistant dans un métal, tel que le platine, ou autre métal du groupe du platine ou un de ses allia- ges. La spirale est chauffée électriquement à une température sensiblement inférieure à la température d'allumage du combus- tible à l'état de fine division, tel que le méthane ou autre gaz d'hydrocarbure saturé et inférieure à la température de recris- tallisation du métal catalytique.
La principale caractéristique de l'allumoir suivant l'invention consiste en ce que la spirale elle-même en fil a la forme d'une spirale ou une forme analogue, dans laquelle l'axe de la première spirale n'est pas en ligne droite, c'est- à-dire qu'on forme une spirale primaire avec un fil de très petit diamètre, puis on enroule cette spirale sous forme de spirale secondaire de diamètre plus grand, c'est-à-dire de "spirale spiralée".
Sur le dessin ci-joint: la Fig. 1 représente sous forme schématique un dis- positif d'allumage comportant l'allumoir suivant l'invention;
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la Fig. 2 est une élévation schématique à plus grande échelle de l'allumoir suivant l'invention; et les Figs. 3 et 4 représentent de la même manière des variantes de cet allumoir.
Suivant la Fig. 1 l'allumoir 1 représenté sous forme schématique est disposé dans un dispositif d'allumage par induction double. Les brûleurs à allumer sont désignés par 2 et 2'. Un mélange gazeux sortant par les orifices d'allumage par induction 3 et 3' pénètre dans les deux tubes d'allumage par induction 4 et 4' se dirige vers l'allumoir 1, arrive en contact avec lui et s'y allume. La flamme revient en arrière par induc- tion dans les orifices 3 et 3' en établissant ainsi des flammes qui brûlent d'une manière continue et allument le gaz qui traver- se les brûleurs 2 et 2'. Quoique la Fig. 1 représente un disposi- tif à deux brûleurs seulement, il doit être bien entendu que le même principe s'applique à l'allumage d'autres dispositifs de brûleurs multiples ou à un dispositif à brûleur unique.
Suivant les Figs. 2, 3 et 4, l'allumoir lui-même con- siste dans un fil enroulé 3 en métal catalyseur, par exemple en platine ou métal du groupe du platine ou ses alliages, ayant reçu une forme secondaire par torsion de diverses manières. Sur la Fig. 2 l'allumoir a la forme d'une "spirale spiralée" à plusieurs spires, sur la Fig. 3 celle de plusieurs coudes en V et sur la Fig. 4 celle d'un S au moins. Les formes des Figs. 2 à 4 sont indiquées à titre d'exemple, car d'autres formes de fil fin en spirale toronnée sont possibles, par exemple celle d'une simple boucle.
La spirale spiralée, dont la spirale primaire enroulée serré de petit diamètre est enroulée sous forme de spirale secon- daire à spires de plus grand diamètre, par rapport à celui des spires de la spirale primaire et d'autres formes toronnées, constitue un catalyseur hétérophase, dans lequel la réaction
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catalytique se déclenche dans une phase et s'accélère jusqu'à l'allumage dans une autre phase activée par la phase dans laquel- le la réaction se déclenche.
Le fil lui-même de l'allumoir doit être de très petit diamètre de l'ordre de 0,025 mm environ et au maximum de 0,075 mm environ. Le diamètre intérieur de l'enroulement primai- re peut être compris entre environ 0,050 mm et environ 0,38 mm et les spires peuvent être espacées d'environ 20 à 160 mm par cm linéaire. "Environ 20 mm" signifie de 12 à 2. 8 mm et "environ 160 mm" signifie de 140 à 180 mm. Le diamètre intérieur de la spirale secondaire peut être compris entre environ 0,25 mm et environ 2,5 mm. Par exemple avec un fil de 0,025 ou 0,050 mm, la spirale primaire peut se composer d'un grand nombre de spires serrées, par exemple de l'ordre de 54 spires par cm linéaire, le diamètre intérieur des spires étant de 0,125 mm, tandis quecelui de la spirale secondaire d'au moins deux spires ou davantage est d'environ 0,875 mm.
L'allumoir est chauffé électriquement par résistance à une température notablement inférieure à la température d'allumage du mélange d'air et de combustible en mouvement et inférieure à la température de recristallisation du métal de l'allumoir. Ce chauffage s' effectue au moyen d'un cou- rant extrêmement faible à basse tension et de faible intensité.
La réaction se déclenche immédiatement au contact du mélange d'air et de combustible en mouvement, et s'accélère presque instantanément jusqu'à l'allumage, en s'accompagnant d'une élévation de température de l'allumoir, puis le gaz en combus- tion cesse d'être en contact avec l'allumoir par exemple au moyen du dispositif à induction, ou de toute autre manière.
La source d'énergie électrique est désignée par 6 et peut être une batterie ou le secteur avec transformateur et/ou résistance intercalée dans le circuit en vue du réglage. Les fils conduc- teurs 7 et 7' aboutissant à l'allumoir 1 peuvent avoir la forme
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d'un bouchon sur lequel est monté le dispositif d'allumage à fil catalytique.
Le principe hétérophase de l'allumoir catalytique est expliqué en détail dans le brevet principal précité, et consiste en ce que la réaction catalytique se déclenche dans une phase, la phase primaire, qui de son côté chauffe rapidement la phase secondaire, dans laquelle la réaction sans flamme de la phase primaire s'accélère jusqu'à la formation de la flamme et à l'allumage. Dans le cas condidéré, l'allumoir fonctionne de la même manière d'après le principe hétérophase.
Pour former l'enroulement secondaire ou dispositif analogue, l'espacement initial régulier et constant entre les spires de l'enroulement devient irrégulier, les portions intérieures des spires primaires se rapprochent l'une de l'autre tandis que les portions extérieu- res s'éloignent, en formant ainsi un édifice de forme très varia- ble, dans lequel plusieurs portions de spires rapprochées qui fonctionnent sous forme de phase primaire alternent avec plusieurs portions de spires plus espacées qui fonctionnent sous forme de phase secondaire, en présentant ainsi au mélange de combustible et d'air un grand nombre de points d'impact de déclenchement, phase primaire, de la réaction et des surfaces adjacentes, phase secondaire, où la réaction initiale peut s'accélérer jusqu'à l'allumage.
Avec un seul coude ou boucle de l'enroulement de petit diamètre on obtient un allumoir automatique efficace, quoique la forme de réalisation adoptée de préférence de l'allumoir suivant l'invention comporte une spirale primaire enroulée sous fer -me de spirale de plus grand diamètre.
La supériorité de l'allumoir suivant l'invention par rapport à d'autres allumoirs catalytiques à chauffage électri- que et d'autres types de ces allumoirs hétérophase ressort des résultats qu'il pernet d'obtenir en service.
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Par exemple avec un fil de 0,050 mm enroulé sous forme de spirale primaire d'un diamètre intérieur de 0,125 mm à 54 spires par cm linéaire, puis enroulé sous forme de spirale secondaire à deux ou trois spires d'un diamètre intérieur d'environ 0,875 mm, on allume sans défaillance le méthane dans un mélange d'air et de méthane en mouvement en chauffant l'allumoir par un courant d'environ 0,25 à 0,6 watts, sous une tension comprise entre 1,30 volts avec 0,2 ampères et 2,5 volts avec 0,225 ampères. Un enroulement droit simple ne pourrait pas allumer le méthane dans ces conditions ou dans des conditions analogues.
Un allumoir de la forme toronnée des figs. 3 et 4 fonctionne de la même manière. Par exemple cet allumoir en fil de 0,050 mm enroulé sous forme de spirale primaire d'un diamètre de 0,100 mm à 54 spires par cm linéaire et ayant reçu la forme en V de la fig. 3, chauffé par un courant de 0,5 watts sous une tension de 1,9 volts avec 0,26 ampères allume instantanément le méthane dans le mélange d'air et de méthane précité. La forme en S de la fig. 4 exige une énergie un peu plus forte pour donner le même résultat par exemple 0,55 watts pour la spirale en fil précitée, soit 0,29 ampères sous une tension de 1,9 volts.
Le nombre de spires de l'enroulement secondaire est variable et est au moins égal à deux. Normalement il est plus sûr de disposer trois ou quatre spires et si on le désire ce nombre peut être encore plus grand. La tension et l'intensité du courant électrique de chauffage et la puissance totale d'entrée doivent être assez faibles par rapport au diamètre du fil, pour maintenir la température de l'enroulement à la faible valeur indiquée. D'une manière générale, l'allumoir suivant l'invention ne devient pas incandescent lorsqu'il n'est pas en contact avec le mélange d'air et de combustible en mouvement, qu'oiqu'on puisse observer une légère incandescence dans certains cas.
Le métal catalyseur qui constitue le fil ou au moins
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sa surface est généralement le platine ou un alliage de platine avec un autre métal du groupe du platine , par exemple des allia- ges de platine et de rhodium ou de platine et d'iridium, la teneur en platine étant normalement d'au moins 80% ou 90% de l'alliage, ou avec un ou plusieurs autres métaux appropriés, tels que le nickel, le tungstène, etc... Le métal du fil peut être sous forme d'aggloméré fritté du ou des métaux catalyseurs avec ou sans autres métaux, par exemple le tungstène et de préférence avec un faible pourcentage ou une fraction de centième d'un oxyde ré- fractaire uniformément réparti, tel que l'oxyde de thorium, de glu cinium, etc... La section du fil peut avoir une forme quelconque à volonté mais a en général une forme circulaire.
Un fil toronné peut aussi servir à confectionner le premier enroulement de l'allumoir suivant l'invention et dans ce cas l'épaisseur totale du fil se composant des torons élémentaires doit correspondre au point de vue de la résistance électrique à celle du fil dé- crit ci-dessus; il n'est pas nécessaire que les divers torons soient formés par le même métal, mais ils peuvent consister en métaux ou compositions métalliques différents.
De plus on a constaté à la suite d'essais avec l'allu- moir suivant l'invention qu'il est de beaucoup supérieur aux autres allumoirs, même lorsqu'il s' agit d'allumer le gaz de ville, c'est-à-dire le gaz dit fabriqué, qui contient une certaine quantité d'hydrogène. En général on a constaté que pour allumer ce gaz, la puissance d'entrée nécessaire est d'environ 15% plus faible avec l'allumoir suivant l' invention qu'avec un enroulement droit simple d'ailleurs semblable.
Mais la différence la plus considérable apparaît lorsque l'allumoir sert à allumer ce gaz dans un brûleur multiple, car dans ce dispositif, fig. 1, par exemple, les produits de la combustion sortant d'un orifice d'induction allumé, par exemple l'orifice 3, passent dans le tube d'alluamge 4 et venant rencontrer l'allunoir 1, se mélangent avec le courant de gaz sortant de l'orifice d'induction 3',
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et passant dans le tube d'allumage 4, et ont tendance à recouvrir l'allumoir et à empêcher le second allumage. Un enroulement droit unique est susceptible de ne pas fonctionner d'une manière sûre ou de provoquer l'allumage plus lentement que l'enroulement suivant l'invention.
Le fonctionnement beaucoup plus sûr de cet allumoir servant à allumer deux ou plusieurs brûleurs ensemble ou successivement a la plus grande importance au point de vue de la sécurité maximum.
Les mélanges d'air et de combustible qui ont servi aux essais décrits ont consisté dans un jet de combustible par exemple de méthane, sortant par des tuyères dans un courant d'air et par suite sont les mélanges courants qu'on a à allumer dans les dispositifs de la pratique, tels que les allumoirs a gaz. Les flammes avaient la couleur bleu caractéristique. La pression a varié entre des limites étendues comme dans les applications courantes du chauffage au gaz.
Le mode de connexion de l'allumoir à la source d'énergie électrique peut être le mode ordinaire. Le fig. 1 représente un mode de montage particulièrement avantageux de l'alumoir et de connexion avec la source d'énergie électrique. Un conducteur d'entrée 7' est connecté à un manchon métallique 8 monté sur un sc clé isolant 9 et un fil d'entrée 7 est connecté à un contact 10 en forme de manchon, monté dans le socle 9 et isolé électrique- ment par rapport au manchon métallique 8. L'allumoir 1 est monté entre les deux conducteurs 11 et 11' qui sont montés sur le chapeau 12 d'un bouchon, le conducteur 11' étant soudé sur le chapeau 12 ou en contact métallique avec lui de toute autre manière, et le conducteur 11 étant isolé du chapeau par un manchon 13 qui se termine par un prolongement tubulaire métal- lique 14.
Le chapeau 12 est poussé de haut en bas dans et sur le manchon 8 en amenant ainsi le conducteur 11' en contact avec le conducteur 7' et le conducteur 11 en contact avec le manchon
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de contact 10 et par suite avec le conducteur 7, toutes ces pièces étant maintenues assemblées par le serrage de friction du chapeau 12 sur le manchon 8 et du tube 14 dans le manchon 10.
L'allumoir peut servir dans les appareils domestiques et industriels, tels que les fourneaux de cuisine, poêles, fours, etc... à chauffage direct par exemple par des brûleurs supérieurs des fourneaux ou indirect, par exemple dans les fourneaux de cuisine ou les fours. Il peut aussi servir dans les appareils ou autres instruments dans lesquels on désire allumer un mélange de gaz et d'air ou d'air et d'un autre combustible. La source d'énergie électrique peut être le secteur avec résistance ou transformateur approprié intercalés, ou une batterie à volonté.
Le chauffage électrique de l'allumoir peut être continu ou limité de façon à coïncider avec la présence du mélange de combustible et d'air au moment où on désire l'allumer. Comme dans le brevet principal précité, le mélange d'air et de combustible cesse d'être en contact avec l'allumoir lorsqu'il est allumé, par exemple au moyen du dispositif d'allumage par induction.
L'allumoir peut aussi servir à allumer un gaz qui de son côté sert à allumer un autre combustible par lui-même trop difficile à allumer et dont l'allumage est trop incertain.