TITRE : BRULEUR EN NANO MATERIAUX FRITTES POUR LA COMBUSTION PAR FLAMME

D'UN PREMELANGE GAZEUX DU TYPE COMBURANT/COMBUSTIBLE

La présente invention concerne le domaine des générateurs de flamme, plus particulièrement des brûleurs, notamment pour chaudières ou gazinières ou aérothermes.

L'époque actuelle a vu les populations prendre conscience de la pollution induite par les énergies fossiles ; qu'il s'agisse de la pollution par le C02, à l'origine du réchauffement climatique, des « particules » générées par les moteurs diesel ou des oxydes d'azotes NOx, qui s'avèrent hautement toxique pour l'Homme.

Afin de limiter l'utilisation des énergies fossiles, des énergies dites « vertes » se sont développées. On peut citer par exemple l'énergie éolienne ou l'énergie solaire issue des panneaux photovoltaïques.

Le problème que pose ce type de sources d'énergies est le caractère irrégulier de celles-ci , car dépendantes du climat. On a alors vu apparaître un besoin de stockage des électrons issus de ces énergies vertes, afin de pouvoir redistribuer l'énergie à toute heure du jour ou de la nuit, d'un jour à l'autre, d'une semaine à l'autre, d'une saison à l'autre...

Le stockage de cette énergie se fait :

Soit de manière directe, en stockant l'énergie dans des « batteries secondaires », des batteries rechargeables capables d'accumuler l'énergie électrique et de la redistribuer à la demande. L'inconvénient principal de ces batteries secondaires est leur composition, en effet, elles sont constituées de métaux rares, tels le lithium, présents en quantité limitée sur terre, et qui entraînent une pollution des sols lors de leur extraction.

Soit de manière indirecte, en utilisant l'énergie pour produire de l'hydrogène par électrolyse de la molécule d'eau. Cet hydrogène étant ensuite stocké sous pression pour être réutilisé à la demande, ne formant lors de son utilisation que des molécules d'eau.

Le stockage de l'énergie sous forme d'hydrogène est donc une solution d'avenir, écologique et durable, pour pouvoir fournir de l'énergie à la demande. Deux méthodes existent pour utiliser l'énergie stockée dans l'hydrogène :

Soit utiliser une pile à combustible pour reproduire l'énergie électrique.

Soit réaliser la combustion de l'hydrogène et utiliser les calories ainsi obtenues.

Les piles à combustible, bien que méthode privilégiée à l'heure actuelle dans un grand nombre de domaines techniques, présente un inconvénient majeur en ce qu'elles comportent une quantité non négligeable de platine, ressource limitée et coûteuse.

On note de plus que, en ce qui concerne la production de calories, la combustion de l'hydrogène est la meilleure option, car elle dispose d'un rendement de 99%, quand la pile à combustible présente un rendement de 50% pour former de l'électricité, qui servira à alimenter un moyen de chauffage ayant un rendement aux alentours de 50%, soit un rendement énergétique global de seulement 25%. Ainsi, on comprend par ces avantages l'intérêt de développer un bruleur permettant la combustion de l'hydrogène.

L'invention concerne à cet effet le domaine des brûleurs à flamme, obtenue par la réaction d'oxydoréduction d'un comburant et d'un combustible produisant une flamme de prémélange résultant de la combustion d'un mélange homogène, et ceux en l'absence de tout catalyseur.

Un tel brûleur se distingue fondamentalement d'un bruleur catalytique, basé sur le principe d'une combustion catalytique. La combustion catalytique est une réaction chimique, qui diffère de la combustion classique caractérisée par la présence d'une flamme. La différence principale est l'utilisation d'un catalyseur à la place des hautes températures pour maintenir le processus de combustion.

Dans la combustion classique, objet de l'invention, le carburant brûle en présence d'oxygène à des températures élevées par allumage à l'aide d'une flamme. Une fois le processus enclenché, la combustion dure tant qu'elle est alimentée en quantités suffisantes de carburant et d'oxygène, et tant que la température reste élevée.

Dans la combustion catalytique, la même réaction chimique a lieu, mais c'est le catalyseur, principalement du platine, qui maintient le processus de combustion, une combustion sans flamme. De plus, la présence de catalyseur ne nécessite pas des températures aussi élevées que dans la combustion classique pour le maintien de la combustion. État de la technique

On connaît de l'art antérieur le brevet US5810577 décrivant un brûleur catalytique qui comprend deux séries de conduites :

Au moins une conduite d'alimentation en gaz combustible contenant de l'hydrogène et/ou un hydrocarbure

Au moins une conduite permettant L'alimentation en un gaz de combustion comme de l'oxygène ou de l'air.

Ce brûleur comporte deux étages de combustion, le second étage de combustion étant un brûleur monolithique que le mélange gazeux qui sort du premier étage traverse et un échangeur de chaleur qui communique avec le brûleur. Le premier étage de combustion est un brûleur de diffusion dans lequel une chambre contenant le gaz combustible est séparée de la chambre qui contient le gaz de combustion par une couche catalytique perméable au gaz combustible. La structure du brûleur est réalisée dans un matériau extrêmement poreux à action catalytique, d'une porosité > 50 % et d'une grosseur de pore comprise entre 0,001 et 100 pm. L'épaisseur de la couche est comprise entre 0,05 et 10 mm. Le gaz combustible est acheminé dans la chambre et le gaz de combustion est acheminé dans la chambre.

Il s'agit d'une tête catalytique et non pas d'un brûleur à flamme, fragile et complexe, dont les performances se dégradent rapidement lors du vieillissement de l'un de ses constituants ou du déréglage du positionnement relatif des deux étages.

On connaît aussi le brevet américain US4889481 qui concerne un dispositif à chaleur rayonnante à combustion de surface comprenant une voie d'entrée pour recevoir des mélanges de combustible et de gaz oxydant. Le corps de brûleur présente un côté d'entrée faisant face à la voie d'alimentation et un côté sortie définissant une surface rayonnante. Ce corps catalytique comprend une première couche de matériau céramique poreux adjacente au côté d'entrée et une seconde couche de matériau céramique poreux adjacente au côté de sortie définissant ladite surface rayonnante. La première couche de matériau céramique poreux présente une épaisseur d'au moins environ 0,01 pouce et une fine structure poreuse interconnectée avec un diamètre de pore moyen allant de 0,001 millimètres à pouce à 2,5 millimètres.

La seconde couche de matériau céramique poreux présente une épaisseur d'au moins 1,3 millimètres et une structure poreuse interconnectée grossière avec un diamètre moyen allant de 1,3 à 10 millimètres. Au moins les surfaces extérieures de ladite première couche poreuse et sensiblement toutes les surfaces de ladite seconde couche poreuse sont pourvues d'un revêtement céramique entièrement dense.

Ce brevet précise que plus la température du corps est élevée, plus la longueur d'onde est courte et propose de porter la céramique à plus de 1400°C pour émettre de l'infrarouge et former ainsi des NOx. Il s'agit d'une solution sans rapport avec la réalisation d'un brûleur à flamme.

La demande de brevet US2003143151 décrit non pas un brûleur mais un réacteur pour la synthèse de nanomatériaux à base de carbone à partir d'hydrocarbures liquides. Il comprend une ou plusieurs entrées permettant l'introduction d'un gaz oxygéné et d'un gaz combustible à base d'hydrocarbures, de manière à permettre la production d'une flamme à partir de ces gaz mélangés, un dispositif d'émission de gouttelettes permettant d'introduire des gouttelettes d'une charge d'alimentation formée d'hydrocarbures liquides dans la flamme, et un dispositif de collecte destiner à collecter les produits condensables contenant des nanomatériaux de carbone générés dans ce système de combustion. Ce système de combustion peut comprendre une zone de réaction facultative, située en aval de la flamme. Si une telle zone de réaction est présente, la charge d'alimentation d'hydrocarbures peut être introduite dans la flamme, dans la zone de réaction ou dans les deux.

On connaît encore la demande de brevet européen EP155082 décrivant un dispositif de Le brevet EP1550826 décrit un dispositif de combustion émettant de la lumière comprenant une structure définissant une série de cavités ayant des dimensions inframicrométriques ou nanométriques, dans lequel un procédé de combustion catalytique est confiné, les dimensions desdites cavités et / ou leur distance mutuelle étant sélectionnées de manière à obtenir l'émission et la propagation par la structure d'ondes électromagnétiques ayant des premières longueurs d'ondes. Il ne s'agit pas d'un brûleur à flamme mais d'un système de combustion catalytique.

Le brevet français FR2944336 décrit un dispositif en amont d'une flamme. Le dispositif ne décrit pas une combustion par flamme d'un pré-mélange à la périphérie d'un nano matériau mais il décrit un lit de billes ou de matière poreuse en amont, suivant le flux gazeux, d'un anti retour de flamme, lequel anti retour de flamme est en amont, suivant le flux gazeux, d'une flamme située bien au-delà de cet anti retour de flamme. En tout état de cause, il n'est pas fait mention de nano matériaux. une entrée de combustible, une entrée de comburant et une sortie pour un mélange du combustible avec le comburant.

On connaît encore le brevet US5562440 décrit un autre exemple de brûleur formé par un corps allongé définissant un passage avec une ouverture d'entrée à une extrémité pour recevoir un gaz combustible et de l'air primaire, une ouverture de sortie à l'autre extrémité, un venturi à zone réduite entre lesdites extrémités. Une section de mélange intermédiaire entre le venturi et la sortie permet le mélange du gaz et de l'air pour fournir un mélange gaz- air combustible. Ce dispositif comprend un corps poreux ayant une ouverture centrale à travers laquelle une flamme peut se projeter, et des moyens de réduction de vitesse dans ladite section de mélange pour réduire la vitesse du mélange à la périphérie de la section de mélange adjacente à la sortie de sorte que la vitesse du mélange au niveau du membre de corps poreux vers l'extérieur de l'ouverture centrale est faible par rapport à la vitesse entrant dans la centrale ouverture, grâce à quoi une flamme peut s'allumer à travers ladite ouverture centrale en aval de ladite sortie et la surface dudit corps poreux en bas la rame de ladite ouverture peut rayonner. Ce brûleur produit du monoxyde de carbone, il n'est donc pas prévu pour brûler de l'hydrogène mais un combustible carboné.

Résumé de l'invention

Ces solutions de l'état de la technique concernent toutes des têtes de brûleur complexes et fragiles, ne permettant pas de bien maîtriser les qualités de la flamme.

Pour remédier à ces inconvénients, l'invention propose un brûleur à flamme simplifié directement alimenté par un mélange air-hydrogène, comportant une paroi poreuse dont les pores sont inférieurs à 10 microns.

De par sa conception innovante, le bruleur selon l'invention est à la fois peu coûteux, très peu polluant, et n'utilise pas de ressources limitées pour sa production. Celui-ci est de plus utilisable avec tout type de mélange comburant/combustible, dans toutes les proportions, et permet par ailleurs une bonne accroche de la flamme, tout en empêchant le retour de flamme. Il évite par ailleurs les inconvénients des systèmes de combustion catalytique et notamment la consommation du catalyseur qui réduit la durée de vie du brûleur. Brève description des figures

Les figures 1 et 2 illustrent un bruleur constitué d'un matériau fritté de nano particules d'oxyde de silicium selon l'invention.

Les figures 3 et 4 présentent un aérotherme selon l'invention constitué d'un brûleur.

La figure 1 présentant une coupe frontale du bruleur

La figure 2 présentant une vue de face du bruleur

La figure 3 présentant une vue de face d'une variante d'aérotherme selon l'invention La figure 4 présentant une vue de face d'une autre variante d'un aérotherme selon l'invention

Description détaillée de l'invention

Un premier objet de l'invention concerne un bruleur alimenté par un mélange gazeux comprenant un comburant et un combustible, ledit mélange traversant avec une pression supérieure à la pression atmosphérique une paroi poreuse, dont la section moyenne des porosités est inférieure à 10 ⁵ mètres .

On entend par bruleur au sens de l'invention un dispositif capable de réaliser la combustion par flamme du mélange qui l'alimente. Ladite combustion par flamme ayant lieu au niveau de la paroi poreuse.

On entend par « mélange gazeux comprenant un comburant et un combustible » au sens de l'invention, un ensemble comburant/combustible qui arrive mélangé à la paroi poreuse en sortie du bruleur. En effet, le bruleur selon l'invention, bien que conçu pour résoudre les différents problèmes techniques dus à la combustion de l'hydrogène issu d'un pré-mélange, s'avère utilisable avec tous types de mélanges gazeux comprenant au moins un comburant et un combustible.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le « mélange gazeux comprenant un comburant et un combustible » est un mélange comprenant de l'air et de l'hydrogène. L'oxygène contenu dans l'air joue le rôle de comburant, et l'hydrogène celui de combustible. A l'inverse des brûleurs de l'art antérieur utilisant des catalyseurs et nécessitant donc une pureté très élevée de l'hydrogène pour ne pas abîmer le catalyseur, les brûleurs selon l'invention peuvent être utilisés avec un hydrogène de n'importe quelle qualité.

Dans un mode de réalisation alternatif de l'invention, le « mélange gazeux comprenant un comburant et un combustible » est un mélange comprenant de l'air, de l'hydrogène et du méthane. L'oxygène contenu dans l'air joue le rôle de comburant, et l'hydrogène et le méthane jouent le rôle de combustibles.

Dans un autre mode de réalisation alternatif, le « mélange gazeux comprenant un comburant et un combustible » est un mélange comprenant de l'oxygène pur et un ou plusieurs combustibles.

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le mélange est un mélange stoechiométrique. On entend par mélange stoechiométrique au sens de l'invention, un mélange équilibré permettant la consommation complète de tous les réactifs.

Ainsi, dans le cas préféré d'un mélange air/hydrogène , le mélange stoechiométrique respecte la réaction suivante : H2+ ½ 02 = H2O

Soit : pour 1 moles de 02 on ajoute 2 moles de H2.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le mélange est un mélange « quasi- stœchiométrique ». On entend au sens du présent brevet par « quasi-stœchiométrique » un mélange contenant ±15% du ratio stoechiométrique comburant/combustible.

Ainsi dans le cas préféré d'un mélange air/hydrogène, on comprend que pour 1 mole d'02 on pourra ajouter entre 1,7 et 2,3 moles d'H2.

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le mélange utilisé pour alimenter le bruleur comporte un de ses composants en excès.

Dans un mode de réalisation plus particulier, le mélange utilisé pour alimenter le bruleur comporte du combustible en excès. Un tel mode de réalisation permet par exemple d'obtenir un milieu réducteur si le combustible en excès est l'hydrogène. Cela est particulièrement utile dans le milieu de la métallurgie.

Dans un mode de réalisation plus particulier alternatif, le mélange utilisé pour alimenter le bruleur comporte du comburant en excès. Un tel mode de réalisation permet notamment de faire diminuer la température de combustion.

Dans un mode de réalisation encore plus particulier, le mélange utilisé pour alimenter le bruleur comporte de l'air en fort excès et de l'hydrogène. Un tel mode de réalisation permet de produire de l'air chaud afin de chauffer directement et sans cheminée.

Dans un mode de réalisation plus particulier alternatif, le mélange utilisé pour alimenter le bruleur comporte un gaz n'étant ni comburant, ni combustible en excès. Un tel mode de réalisation permet notamment d'ajouter un gaz ayant une fonction de caloporteur , afin de définir la température du fluide gazeux à la combustion. A titre d'exemple, il est possible d'ajouter de l'argon à un mélange stoechiométrique oxygène pur/hydrogène. Les calories sont alors cédées au débit de l'argon venant se mélanger avec O ₂ et H ₂ qui se combinent en H ₂ O à la combustion. Ainsi, le bilan des calories produites par la combustion sur un débit massique d'argon se caractérise par un delta T°C du fluide d'argon.

De par sa structure novatrice, le bruleur selon l'invention est à même de fonctionner avec des mélanges dits « partiels ». Ainsi, dans un mode de réalisation alternatif, le mélange selon l'invention est composé d'un comburant tel que l'air et d'un mélange de combustibles gazeux comprenant de l'hydrogène. Le mélange peut par exemple être un mélange d'hydrogène et de méthane.

Dans une version préférée de ce mode de réalisation alternatif, le mélange est un mélange d'air d'hydrogène et d'un autre combustible, le tout étant dans des proportions stoechiométriques.

Dans une version encore plus préférée ledit mélange est un mélange « quasi- stœchiométrique » tel que décrit précédemment. Le mélange comburant/combustible selon l'invention peut être obtenu à l'aide d'un mélangeur de gaz tels qu'ils sont connus de l'homme du métier.

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le mélange comburant/combustible est réalisé à l'aide d'un mélangeur de type venturi.

Un tel mélangeur dont le principe est connu de l'homme du métier, permet, en ajustant la pression du comburant présent dans la veine principale et du combustible présent dans la veine secondaire, d'obtenir un mélange comburant/combustible tel que souhaité par l'utilisateur.

On entend par paroi poreuse au sens de l'invention, une paroi dont la section moyenne des porosités est inférieure à 10 ⁵ m. On qualifiera cette paroi de paroi « microporeuse ».

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la section moyenne des porosités de la paroi est inférieure à 10 ⁶ m, plus préférentiellement inférieure à 10 ⁷ m, et encore plus préférentiellement inférieure à 10 ⁸ m. Chacun de ces modes de réalisation préférés étant indépendamment utilisables dès lors qu'on évoque la paroi selon l'invention.

Un mode de réalisation encore plus préféré de l'invention consiste donc en un bruleur alimenté par un mélange tel que décrit précédemment, le mélange gazeux traversant une paroi dont la section moyenne des porosités est inférieure à 10 ⁸ m. On qualifiera cette paroi de paroi « nanoporeuse ».

Une paroi selon l'invention permet de résoudre le problème de retour de flamme pouvant se présenter dans les brûleurs utilisant un pré-mélange, en particulier lors de l'utilisation d'un combustible ayant une vitesse de propagation de flamme importante tel l'hydrogène.

On entend par « retour de flamme » le phénomène dû à la non stabilisation d'une flamme de pré-mélange qui quitte sa position d'équilibre statique apparent au sommet d'un brûleur pour remonter le courant des gaz frais et pénétrer dans le brûleur. La paroi poreuse selon l'invention, forme en effet des « micro-sections de passage », ou « nano-sections de passage » dans le cas de paroi nanoporeuse, qui permettent d'empêcher le retour de flamme dans le bruleur, en empêchant la combustion par flamme dans le matériau.

Il est connu de l'art antérieur d'utiliser un matériau anti-retour de flamme afin de stopper la flamme en cas de retour. Cependant, on note que particulièrement dans le cadre de la combustion de l'hydrogène, le retour de flamme est tel que le matériau stoppant la flamme finit par s'abîmer au contact de la chaleur de la flamme. La paroi poreuse selon l'invention permet donc d'empêcher le retour de flamme, sans avoir à ajouter un matériau pour stopper la flamme qui pourra s'abîmer au fil des utilisations.

Une telle paroi permet également de garder l'accroche de la flamme sur le bruleur. En effet, du fait de la structure poreuse du matériau, une multitude de passages sont disponibles, permettant une vitesse d'écoulement du pré-mélange en sortie du bruleur, inférieure à la vitesse de propagation de la flamme, la flamme reste donc « accrochée » au bruleur.

Ces deux caractéristiques, à savoir l'absence de retour de flamme et l'accroche facile de la flamme sur le bruleur, permettent d'utiliser le bruleur avec tous types de mélanges gazeux comprenant un comburant et un combustible, et cela, que le mélange soit dans des proportions stoechiométriques, ou que l'un de ses constituants soit en excès.

La réaction de production des oxydes d'azotes est la suivante : N2 (air) + 02 -> 2 NO lorsque la température excède 1 400 °C.

La paroi poreuse selon l'invention permet avantageusement de maintenir la température de combustion en dessous du seuil de formation des oxydes d'azote, limitant ainsi très fortement la production de NOx par le bruleur selon l'invention.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, ladite paroi microporeuse est constituée d'un ou plusieurs matériau(x) dans lequel de micropores sont obtenus par frittage du ou desdits matériau(x). Afin de faciliter la compréhension de l'invention, le terme « matériau » regroupera à la fois un ou plusieurs matériau(x). On entend par frittage au sens de l'invention la consolidation d'un matériau (par exemple une poudre), obtenue en minimisant l'énergie du système grâce à un apport d'énergie (thermique, mécanique, avec un laser...) mais sans fusion d'au moins l'un des constituants.

L'utilisation du frittage pour former les pores de la paroi permet de réaliser des pores d'un diamètre inférieur ou égal à 10 ⁵ mètres à un coût de fabrication très faible.

Dans un mode de réalisation préféré, le matériau à fritter est choisi parmi l'oxyde de silicium et l'oxyde d'alumine.

Dans un mode de réalisation encore plus préféré de l'invention, le matériau microporeux est obtenu par montée en température d'oxyde de silicium ou d'oxyde d'alumine jusqu'à obtenir une structure frittée. Il est essentiel lors de la montée en température de rester en dessous de la température de vitrification du matériau à fritter.

Dans un mode de réalisation le plus préféré, le matériau microporeux est obtenu par montée en température d'oxyde de silicium jusqu'à une température comprise entre 900 et 1000°C.

Un second objet selon l'invention concerne une chaudière comportant un ou plusieurs brûleurs selon l'invention.

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, la chaudière selon l'invention est alimentée par un mélange air/hydrogène. Une telle chaudière présente l'avantage de produire uniquement de l'eau suite à la combustion de l'hydrogène. Ainsi, une telle chaudière alimentée par un mélange air/hydrogène ne produira pas de CO2.

Dans un mode de réalisation particulier, la chaudière selon l'invention est alimentée par un mélange d'air en excès et d'hydrogène de façon à ce qu'elle produise de l'air chaud propulsé. Une telle chaudière présente l'avantage de ne pas produire de C02 du fait de l'utilisation d'hydrogène, et de ne pas non plus produire de NOx du fait de l'utilisation d'air en excès, permettant de diminuer la température de combustion du mélange de façon à ce qu'elle soit strictement en dessous de 1400°C, température à partir de laquelle la production de NOx à lieu. Un troisième objet selon l'invention concerne une gazinière comportant un ou plusieurs brûleurs selon l'invention.

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, la gazinière selon l'invention est alimentée par un mélange air/hydrogène. Une telle gazinière présente l'avantage de produire uniquement de l'eau suite à la combustion de l'hydrogène. Ainsi, une telle chaudière alimentée par un mélange air/hydrogène ne produira pas de CO2.

Un quatrième objet selon l'invention concerne un four comportant un ou plusieurs brûleurs selon l'invention.

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le four selon l'invention est alimenté par un mélange air/hydrogène. Un tel four présente l'avantage de produire uniquement de l'eau suite à la combustion de l'hydrogène. Ainsi, tel four alimenté par un mélange air/hydrogène ne produira pas de CO2.

Exemple de réalisation

Les figures 1 et 2 présentent un bruleur constitué d'un matériau fritté de nano particules d'oxyde de silicium (3) déposées sur une bague (2) frittée à partir de poudres microniques d'inox 316L.

L'ensemble forme une pièce cylindrique microporeuse solide et robuste. La flasque de raccordement (5) et le bouchon (6) sont ensuite collés à la bague (2). Le mélange stoechiométrique d'air et d'hydrogène à 50mbar relatif est injecté dans le brûleur par le tube (1) coaxial avec la pièce cylindrique microporeuse, dans une chambre (7) de forme cylindrique, dont la base communique avec le conduit d'arrivée du mélange et dont l'enveloppe est microporeuse. La flamme se forme à la surface extérieure de la bague, sans réaction catalytique avec le matériau constitutif de la bague.

Cette pièce cylindrique à paroi microporeuse ou nanoporeuse est directement alimentée par un conduit délivrant un mélange stoechiométrique d'air et d'hydrogène. L'apport d'une flamme en (4) met en évidence la stabilité de la combustion avec flamme du mélange stoechiométrique d'air et d'hydrogène ainsi que la stabilité de la température en dessous des 400°C de la flasque de raccordement (5) et du bouchon (6) du bruleur.

Le brûleur se présente donc sous la forme d'une tête tubulaire constituée de deux bagues cylindriques frittées coaxiales et adjacentes, dont la chambre intérieure de forme cylindrique est alimentée par un tube d'alimentation coaxiale délivrant un mélange gazeux comprenant un comburant et un combustible. Les deux bagues coaxiales forment une paroi micro ou nanoporeuse.

Application aérotherme

Le brûleur selon l'invention est particulièrement adapté à la réalisation d'un aérotherme.

Un aérotherme comporte essentiellement un groupe motoventilateur (14) soufflant de l'air à travers une enceinte de détente en travers de laquelle s'étend un échangeur de chaleur. Ces aérothermes sont destinés à assumer le chauffage de locaux de grand volume, tels que des ateliers, sont habituellement disposés horizontalement. Autrement dit ces aérothermes produisent à leur sortie des courants d'air chaud sensiblement horizontaux et comme cet air chaud a naturellement tendance à monter, il en résulte une stratification des couches d'air du local présentant des différences de température très élevées entre le plafond du local et le sol. Une telle différence de température peut être de l'ordre de 15 à 30°C.

Les aérothermes doivent fournir, pour une température de confort donnée à l'intérieur du local, une quantité de chaleur supérieure ou égale à la quantité de chaleur perdue. Cette perte de chaleur est de deux types à savoir d'une part une déperdition statique due aux parois et d'autre part une déperdition dynamique due au renouvellement de l'air interne. Du fait de le stratification entraînée par la montée de l'air chaud, les pertes thermiques à travers la toiture du local sont très importantes.

La figure 3 présente un aérotherme selon l'invention constitué d'un brûleur (1) décrit par exemple en référence aux figures précédentes 1 et 2. Ce brûleur (11) selon l'invention est positionné dans un tube échangeur (12).

Un mélange d'air en excès et d'hydrogène (13) à 50 mbar relatif est injecté dans le brûleur (11). Le ventilateur électrique (14) propulse l'air vers le tube échangeur (12) pour élever la température de cet air propulsé. Cet aérotherme ne comporte pas de cheminée pour l'évacuation des gaz brûlés et a un rendement calorifique à 100% pour le chauffage d'un local en produisant zéro dioxyde de carbone C02 et zéro dioxyde d'azote NOx.

La figure 4 présente un aérotherme comme décrit dans la figure 3 et alimenté par un réservoir d'hydrogène (16) sans être connecté à toute autre source d'énergie tel que le réseau électrique. L'énergie électrique (18) est fournie par la pile hydrogène (17) qui est, elle-même, alimentée par le réservoir hydrogène (16). L'énergie électrique (18) alimente un surpresseur d'air pour fournir de l'air à 50 mbar au mélangeur air/hydrogène (20). Le mélangeur air/hydrogène (20) est aussi alimenté par le réservoir d'hydrogène (16). Alimenté par un réservoir d'hydrogène (16), l'aérotherme est autonome à 100% sans autres sources énergétiques extérieures que l'hydrogène (16).

Cet aérotherme autonome à 100% peut être utilisé pour éviter les dégâts des gelées de printemps dans les vignes ou toute autre culture gélive.