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La présente invention se rapporte à des brûleurs à incan- descence dans lesquels un mélange de gaz ou de vapeurs combus- tibles et d'air atmosphérique est aspiré à travers un système de tuyères genre injecteur. Comme gaz combustibles on envisage par exemple du gaz d'éclairage, des gaz naturels, du propane, du butane, de l'hydrogène, du gaz à l'eau et.de l'oxyde carbo- ne, comme vapeurs combustibles les divers hydrocarbures, sur- tout les essences. Les brûleurs à incandescence fonctionnent donc à la manière des becs Bunsen connus l'air de combustion nécessaire est aspiré à la pression atmosphérique par un jet
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gazeux libre, s'écoulant hors d'une tuyère étroite et il est mélangé dans la tuyère mélangeuse d'injection avec le jet gazeux.
Le mélange, mû par l'énergie cinétique du jet gazeux, arrive alors à la sortie de la chambre de mélange du boitier, par l'intérieur dans le brûleur à incandescence proprement dit.
Dans les brûleurs à incandescence connus jusqu'ici, ces brûleurs eux-mêmes se composent par exemple d'une plaque à incandescence oéramique avec un grand nombre de canaux capil- laires étroits, à travers lesquels le mélange d'injection s'écoule vers l'extérieur. Si l'on enflamme le mélange sortant, alors, au bout d'un certain temps, une zone de la plaque est portée au rouge-clair à proximité de la surface extérieure de la plaque.
La présente invention s'impose pour tâche d'améliorer les brûleurs à incandescence à divers points de vue.
On doit éviter autant que possible un retour de la flamme,
Il faut obtenir une combustion aussi complète que possible en vue de rendre dans la mesure du possible négligeable par la même occasion la formation d'oxyde de carbone. On s'impose de réduire le plus possible le danger d'incendie au cours du fonc tionnement du brûleur.
La résistance lors du passage du mélange gaz-air doit être maintenue aussi petite que possible afin de faciliter l'aspiration directe de la quantité d'air maximum indispensa- ble à la oombustion complète du mélange et en vue d'éviter le développement d'un voile de flammes par dessus la surface du brûleur à incandescence.
En l'occurence on se propose d'atteindre ce résultat à l'aide d'une construction aussi simple que possible, laquelle ne subit pas de dérangements ou de modifications par suite des températures élevées, même en cas de durées de fonctionnement prolongées.
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La présente invention a résolu ce problème du fait que la combustion par incandescence se fait dans une couche de laine finement fibreuse en verre de quartz (en abrégé "laine de quartz"). Il en résulte une série de progrès importants au point de vue technique, au sujet desquels on donnera de plus amples explications ci-après.
Les progrès surprenants du fait de l'emploi de laine de quartz dans les brûleurs à incandescence se font surtout sentir dans le cas d'une laine en filaments particulièrement fins de verre de quartz, c'est-à-dire dans le cas de filaments ayant un diamètre de 1 à 20 mais dans des cas particuliers on peut cependant aussi faire appel à des diamètres plus élevés, allant par exemple jusqu'à 150 ou encore à des diamètres plus petits allant jusqu'à environ 0,5 'En ce qui concerne la structure des filaments, par exemple linéaire ou ondulée, on a de nouveau une certaine latitude. On utilise surtout des toisons dans lesquelles des filaments de longueur quelconque en verre de quartz reposent les uns sur les autres en un amon- cellement non ordonné.
Dans chaque cas on obtient par l'emploi de laine de quartz d'une telle finesse des brûleurs à incandescence jouissant de propriétés encore inconnues jusqu'ici.
La résistance offerte par la toison de laine'de quartz au passage du mélange gaz-air est petite au point de ne pou- voir être.mesurée pratiquement, alors que les brûleurs à incan- desoence connus actuellement, par exemple les brûleurs à incan- descence céramiques, opposent à la circulation du mélange gaz- air une résistance importante, ce qui a pour conséquence que l'aspiration directe de la quantité d'air maximum, indispensa- ble à la combustion totale du mélange, est notablement plus malaisée.
Etant donné que la laine de quartz fine forme une
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innombrable d'espaces vides minuscules dans la toison, dont la forme ne se modifie pas en cours de fonctionnement permanent, on assure une admission d'air favorable de même qu'une bonne combustion du mélange gaz-air, même pour des durées de fonction- nement très longues. Les filaments les plus fins en verre de quartz sont encore résistants jusqu'à des températures au-delà de 1000 C et conservent également leur élasticité au cours d'un fonctionnement permanent, et c'est pourquoi la toison de laine de quartz ne se fritte pas ou encore ne s'affaisse pas.
On peut également fabriquer des brûleurs à incandescence à grande surface, sans avoir à redouter des dérangements en cours de fonctionnement comme ceux qui se présentent par exem- ple dans tous les brûleurs céramiques connus. En ce qui concer.. ne la stabilité de forme de la toison en laine de quartz, la très faible dilatation thermique du verre de quartz joue aussi . un rôle important.
A la différence des brûleurs à incandescence actuellement connus, les nouveaux brûleurs à incandescence, même après un arrêt de fonctionnement prolongé, n'offrent pas des ennuis quelconques lors du réallumage du mélange gaz-air, parce que les filaments de verre de quartz n'absorbent pratiquement pas des gaz à froid et n'en recèdent à chaud ; en particulier ils ne sont pas hygroscopiques et ils ne peuvent donc pas non plus céder de l'eau à haute température après l'allumage.
Les nouveaux brûleurs à incandescence bénéficient en outre de l'avantage important que le danger d'un retour de flamme est beaucoup plus réduit que dans le cas des brûleurs à incan- descence connus actuellement. D'après les expériences faites jusqu'ici, ce progrès doit être rapporté à la très faible con- ductibilité thermique du verre de quartz.
Par l'emploi de la laine de quartz dans les brûleurs à incandescence, on arrive ainsi à obtenir de manière surprenan
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te, par le jeu combiné des progrès techniques qui viennent d'être cités, une action qui place des brûleurs de l'invention bien loin au-dessus de ceux connus à l'heure actuelle et qui ouvre aux brûleurs à incandescence un champ étendu d'applica- tions nouvelles.
Les brûleurs à incandescence avec un remplissage de laine de quartz ne représentent qu'une fraction du poids des brûleurs à incandescence en matériau céramique.
En vue d'obtenir des effets déterminés, par exemple en vue de produire une distribution spectrale déterminée du rayon- nement, on peut ajouter au verre de quartz les substances con- nues à cette fin, par exemple des oxydes ou des silicates, de préférence en petite quantité.
En vue de faciliter l'allumage du mélange gaz-air et d'assurer une combustion totale et uniforme, on peut appliquer des masses catalytiques aux endroits les plus divers'et sous les formes les plus diverses au-dessus ou à l'intérieur de la toison de verre de quartz, même en quantités réduites. En l'oc- curence la laine de quartz elle même peut porter les couches de catalyseur. On dispose par exemple avantageusement des couches de laine de quartz avec enduits de catalyseurs sur la çouche la plus externe, mais on peut cependant aussi les introduire à l'intérieur de la toison de verre de quartz. De manière con- nue en soi on peut utiliser comme catalyseurs par exemple des métaux de la famille du platine, comme le platine, le palladium ' ou le rhodium, et des catalyseurs avec une teneur en métaux non-nobles, du cobalt par exemple.
Il n'est pas nécessaire que les masses catalytiquement actives forment une couche continue; elles peuvent au contraire être réparties en,différents en- droits, sans continuité. Il est avantageux ici d'utiliser comme support pour les catalyseurs les filaments de verre de quartz eux-mêmes. On peut cependant auss introduire les catalyseurs
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le cas échéant sous une autre forme dans la toison de verre de quartz, par exemple les disséminer sous la forme de grains.
Dans une forme de réalisation préférée, le mélange gaz-air engendré dans le système à tuyères d'injection est conduit successivement à travers deux couches de toison en laine de quartz à fibres très fines, couches qui se touchent par une face. Ces deux toisons en laine de quartz surmontent la chambre de mélange, en remplacement des plaques céramiques en usage jusqu'ici.
En vue de produire l'amorçage de l'incandescence de la toison de laine de quartz extérieure, ces fibres sont'pourvues d'une faible quantité d'un catalyseur d'excitation. Lorsqu'on excite ce catalyseur, en vue de la mise en fonctionnement, d'une manière quelconque par chauffage, on détermine ainsi lors du passage du mélange une faible incandescence des fibres de laine de quartz. Directement après commence la combustion par incandescence du mélange qui passe à travers, avec augmentation rapide de la température de l'ensemble des fibres de verre de quartz de la toison extérieure, jusqu'au rouge clair, processus qui n'a plus aucun rapport direct avec l'excitation catalytique.
La combustion totale par incandescence du mélange dans la masse -de la toison extérieure a pour conséquence qu'il ne peut nullement se former un voile de flammes.
Ainsi, on a été surpris de constater par les observations , déjà effectuées que, pour une série de combustibles mis à l'épreuve jusqu'ici, les gaz ou vapeurs des combustibles amenés de l'extérieur à la toison externe ne peuvent pas être enflam- més, même au cas où la toison externe est au rouge très clair.
En outre il est possible pour la première fois, comme cela sera expliqué plus loin, de mettre en fonctionnement des brû leurs à incandescence, opérant suivant ce procédé, sans l'em- ploi de flammes auxiliaires,quelconques, et d'obtenir en même
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temps une garantie contre l'échappement à l'air libre de mélan- ges gaz-air non brûlés.
Dans les figures 1 à 7 on représente à titre d'exemple sous forme de dessins des appareillages au moyen desquels on met en oeuvre le procédé.
Les figures 1 à 4 montrent les parties essentielles d'un tel brûleur à incandescence. La figure 1 représente une vue en perspective dans laquelle l'agencement est partiellement en coupe dans le sens longitudinal pour faciliter la compréhen- sion ; les figures 2 et 3 reproduisent des coupes longitudinales et transversale d'éléments de cet agencement et la figure 4 en donne une vue en plan. Dans les figures 5 à 7 on reproduit schématiquement des dispositifs divers destinés à la mise en fonctionnement et qui servent en même temps de sécurité contre l'échappement d'un mélange gaz-air non brûlé.
Un injecteur de mélange gaz-ai c, pourvu de manière con- nue d'orifices d'admission d'air a et d'une tuyère à gaz b, fait saillie dans le boitier de mélange d estampé à partir d'un$ tôle à étirage profond pour une raison d'économie de poids.
Sur ce boitier est fixé de manière amovible un châssis de tôle composé de deux éléments e et f, lequel présente avantageuse- ment deux treillis de protection en fil métallique g et h, robustes et avantageusement plans, présentant une grande résis tance à la chaleur, lesquels pour éviter des gauchissements par suite de la température élevée sont placés de manière à pouvoir se décaler sans contrainte dans des flasques de guidage 1 quel. conques de l'élément de chassis e, pour que les treillis puis,. sent se dilater librement.
Dans l'espace intermédiaire formé par le châssis et les treillis en fil métallique sont logées les deux toisons de lai ne de quartz k, 1 remplissant complètement à elles deux l'es pace intermédiaire et se touchant avec leurs surfaces internes
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F (figure 2), de manière à ce que l'élasticité des fibres de laine de quartz ne puisse être défavorablement influencée par une pression des treillis de protection. Ces deux toisons pos- sèdent par rapport à leur grande surface une épaisseur très faible. La toison de laine de quartz tout d'abord parcourue par .le mélange empêche la propagation en arrière de la combustion par incandescence depuis la toison externe 1 dont les fibres sont couvertes d'un catalyseur quelconque d'excitation, par exemple du platine ou du cobalt.
Il peut être prévu un treillis en fil métallique mince et à maille étroite m sur le treillis de protection interne en fil métallique comme sûreté supplémen- taire contre une propagation en arrière de la combustion par' incandescence dans la chambre de mélange. Les rayons calorifi- ques de la toison de laine de quartz incandescente 1 arrivant encore à travers la toison interne de laine de quartz k à l'in térieur du boitier de mélange d sont arrêtés par un garnissage des parois internes du boitier de mélange avec des couches quelconques réflectrices et rétentrices du flux.calorifique, et à cet effet on utilise de préférence des feuillets de clinquant d'aluminium.
Le cas échéant on peut naturellement amener depuis une tuyère d'injection.avec chambre de mélange le mélange gaz-air à divers brûleurs porteurs de toisons de laine de quartz.
Par l'emploi d'un combustible liquide on peut transmettre de manière connue en soi la chaleur de fonctionnement du brû- leur à incandescence au liquide aspiré d'une ouate et d'une mèche à partir d'un réservoir, liquide qui se vaporise en pro- portion et qui est amené avec la surpression nécessaire sous forme de vapeur à la tuyère de combustible du brûleur Bunsen.
Le mélange air-vapeur qui 9'est engendré arrive de même par l'intermédiaire de la chambre de mélange dans le brûleur à incandescence. Pour la mise-en fonctionnement on peut de manière
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connue en soi comprimer avec une pompe à air un mélange à tra- vers l'injecteur et la toison de quartz et l'allumer au dessus de cette dernière.
La mise en marche, tout comme dans les brûleurs à incan- descence connus à plaques céramiques, peut se faire par allu- mage du mélange gaz-air sortant.
Il est toutefois beaucoup plus avantageux d'exécuter la mise en fonctionnement sans flamme, mode grâce auquel il est possible de s'assurer contre une sortie d'un mélange gaz-air non brûlé.
Dans les figures 5 à 7 on représente schématiquement et à titre d'exemple trois agencements différents de ce genre.
Une particularité commune au trois modes de réalisation est que'l'on transporte l'emplacement de départ de l'allumage sans flamme entre les deux surfaces en contact F des deux toi- sons de laine de quartz k et 1. Dans l'agencement selon la fi- gure 5, on raccorde à une batterie de courant continu, à cou rant faible, désignée par o, ou à un accumulateur de courant continu à très faible tension, une résistance à filament de chauffage p installée entre les surfaces de contact F des deux toisons de laine de quartz k et 1, ou encore plusieurs de ces filaments de chauffage, avec intercalage d'un organe de con- nexion quelconque r.
Des essais poussés avec de la laine de quartz ont montré que, déjà avec une énergie de chauffage correspondant à deux watts, les fibres de laine de quartz qui portent du catalyseur d'excitation et qui sont contiguës au filament de chauffage échauffé commencent à réagir par'catalyse et déterminent la combustion par incandescence du mélange, combustion qui prend toute son ampleur en quelques secondes. Cette propriété de la laine de quartz doit être essentiellement rapporté au fait que les fibres repoussent l'humidité et que l'énergie du filament
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de chauffage n'est pas utilisée pour la vaporisation de l'eau.
La.sécurité réside dans le fait que l'on branche simple- ment le courant de batterie avant ou au début du fonctionnement et qu'on le laisse branché en permanence pendant la durée de fonctionnement comme courant de garde. Si l'admission de gaz à l'installation du brûleur à incandescence vient à faire dé- faut, alors les brûleurs à incandescence s'éteignent. Le cou- rant de chauffage demeure néanmoins branché. Lorsque le gaz re- vient, la combustion par incandescence reprend aussi avec le mélange qui va aux toisons de laine de quartz et il ne peut pas s'écouler à l'air libre du mélange gaz-air non brûlé. Les filaments de chauffage doivent évidemment présenter une grande résistance à la chaleur; du fil chrome-nickel par exemple con- -vient bien à cet effet.
De même, la laine de quartz résiste pendant une durée pratiquement illimitée à des températures per- manentes de 800 à 900 C. La capacité de la batterie à courant continu doit être suffisamment,grande pour autoriser par exem- ple des durées de fonctionnement-'de plusieurs semaines. Avec de petites lampes de contrôle il est possible d'effectuer une vérification.
Mais on peut encore réduire davantage la petite consomma- tion d'énergie nécessaire au chauffage permanent du filament de résistance, du fait que l'on place dans son voisinage entre les surfaces F des catalyseurs d'allumage à grande activité, par exemple du platine sous une forme finement divisée, notam- ' ment sous la forme d'innombrables petits grains S (figure 6), qui sont maintenus à leur place par les surfaces de toison F qui se touchent. Ils réagissent de manière connue en soi aux températures normales ambiantes avec le mélange.inflammable qui passe; avec un fort échauffement.
Cependant, pour un amorçage sûr de la réaction catalytique et de la combustion par incan- descence consécutive du mélange dans la toison de laine de
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quartz externe, un chauffage modéré des petits grains s est nécessaire à l'aide du filament de chauffage qui doit être fai- blement chargé Ceoi est d'autant plus nécessaire lorsque les températures du local et du mélange sont situées en-dessous de
0 c cas où les réactions s'effectuent de manière beaucoup plut paresseuse.
Finalement il reste encore la possibilité, impliquant une surpression totale des dispositifs électriques auxiliaires, de répartir uniformément, à certaines distances entre les surface,
F avoisinantes des deux toisons de laine de quartz, des prépa- rations catalytiques t à très grande activité (figure 7) qui réagissent immédiatement par échauffement avec le mélange gaz- air qui passe, même à des températures basses, et qui déclan- chant l'impulsion pour l'incandescence de la toison de laine de quartz externe dans un temps si court qu'il ne peut pas s'échapper dans le local du mélange gaz-air non brûlé, même pendant ce processus de mise en marche de brève durée.
Comme préparations catalytiques à grande activité de cette classe on fera intervenir de manière connue en soi par exemple des métaux de la famille du platine sous une forme particulièrement finement divisée, surtout du platine mais cependant aussi du palladium'et du rhodium qui sont portés sur des supports à grande surface tels que le kieselguhr, le silica gel, l'amiante, l'alumine, d'autres oxydes finement divisés, en particulier aussi sur la laine de quartz elle-même. On fait bénéficier ainsi le brûleur à incandescence, du type à laine de quartz, d'une sécurité simple, satisfaisante et peu onéreuse.
Comme mentionné plus haut, les catalyseurs peuvent aussi se présenter sous une autre forme et sous une autre distribution dans la toison de laine de quartz que celles qui sont décrites explici tement dans les exemples cités où deux toisons sont superposée Lorsqu'on désire se passer totalement des avantages @ @
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résultent de l'emploi de catalyseurs, on peut également utili- ser exclusivement une couche de laine de quartz et obtenir encore dans une large mesure les progrès techniques qui ont été décrits en détail au début de l'exposé.
A cet égard on attire l'attention sur le fait que l'essen- ce de l'invention ne consiste pas dans l'emploi de la laine de quartz comme support pour les catalyseurs, mais dans l'em- ploi proprement dit de la laine de quartz dans les brûleurs à incandescence, donc pour le remplissage de l'espace du brûleur à travers lequel le mélange gaz-air terminé s'écoule d'un coté à l'autre et produit une température de combustion allant par exemple jusqu'à 1000 c La laine de quartz prend donc la place des canaux que l'on produisaient jusqu'ici par exemple en des matériaux céramiques fondant à heute température.
L'agencement dans l'emploi d'une seule toison de laine de quartz peut par exemple:correspondre à la disposition, dé- crite explicitement plus haut en exemple, pour deux toisons de laine de quartz superposées parmi lesquelles une supporte une couche mince d'un catalyseur. A la place des toisons k et 1 on a alors une toison unique en laine de quartz, sans enduit.
.. REVENDICATIONS.
1.- Procédé pour la combustion par incandescence de mélan- ges gaz-air ou vapeur-air à de hautes températures, engendrés de préférence dans des tuyères d'injection, caractérisé en ce qu'on fait passer le mélange gaz-air ou vapeur-air à travers une couche dé laine de quartz'à fibres fines, en particulier avec une épaisseur de filament de 0,5 à 150 de préférence
1 à 20 et en ce qu'on le brûle dans cette couche avec production de la température élevée.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.