APPAREIL DE CHAUFFAGE RADIANT DU TYPE CATALYTIQUE

Domaine technique

La présente invention concerne un appareil chauffage radiant du type catalytique utilisant un gaz combustible, comportant au moins une cellule catalytique qui comprend une chambre de combustion catalytique, un diffuseur dudit gaz combustible qui débouche dans ladite chambre de combustion catalytique et un dispositif de combustion catalytique monté dans ladite chambre de combustion catalytique et agencé pour oxyder ledit gaz injecté dans la chambre de combustion catalytique et générer un rayonnement thermique.

Technique antérieure

On connaît déjà des appareils de chauffage au gaz du type catalytique qui utilisent comme combustible du gaz de ville ou du gaz naturel. Ces appareils présentent l'inconvénient de nécessiter, d'une part, une désulfurisation préalable du gaz et, d'autre part, un préchauffage et une ventilation. De ce fait, ces appareils de chauffage deviennent lourds et encombrants et leur coût augmente en conséquence. En outre, à l'utilisation ils produisent des rejets gazeux, notamment de l'anhydride carbonique (CO2) dont on cherche par tous les moyens à limiter la production. Ils n'entrent pas dans la catégorie des chauffages dits propres.

On connaît en particulier par la publication GB 2 249 491 un élément chauffant catalytique comprenant au moins deux cellules catalytiques ayant des températures de fonctionnement et d'allumage du gaz différentes, c'est-à-dire une cellule catalytique principale et au moins une cellule catalytique secondaire. La ou les cellules catalytiques secondaires servent au préchauffage de la cellule principale.

La publication US 2003/129557 a pour objet un procédé de préchauffage du catalyseur d'un élément catalytique dans lequel on utilise un mélange d'hydrogène et d'azote pour préchauffer un catalyseur fonctionnant avec du gaz naturel ou du propane.

L'abrégé japonais JP 61 147014 concerne un brûleur catalytique pourvu d'un thermocouple agencé pour détecter la température de préchauffage d'un catalyseur comportant trois couches ayant des capacités oxydantes différentes.

L'abrégé japonais JP 60 233413 décrit un dispositif à combustion catalytique comportant deux cellules catalytiques juxtaposées renferment respectivement deux catalyseurs différents.

Le brevet FR 1 122 565 concerne un procédé de catalyse des hydrocarbures pouvant être utilisé dans un appareil de chauffage dans lequel la forme de réalisation décrite dans son principe général comporte une tubulure d'amenée de gaz couplée par un robinet à un dispositif de réglage du mélange gaz d'hydrocarbures - air lié à une chambre de vaporisation.

Exposé de l'invention

La présente invention se propose de pallier les inconvénients des appareils connus en offrant un appareil de chauffage radiant catalytique ne nécessitant pas de cellule de préchauffage, qui est léger, peu encombrant, économique à l'achat et à l'utilisation et qui, en outre, répond aux exigences actuelles en matière de respect de l'environnement en effectuant une combustion qui ne produit pas d'anhydride carbonique.

A cet effet, l'appareil de chauffage selon l'invention, tel que défini en préambule, est caractérisé en ce que ledit gaz combustible est de l'hydrogène gazeux, et en ce que ledit dispositif de combustion catalytique comprend une structure de diffusion dudit gaz combustible combiné à un catalyseur comprenant au moins un élément traité d'un matériau catalyseur, ladite structure de diffusion dudit gaz combustible étant agencée pour diffuser ledit gaz combustible de façon homogène sur ledit catalyseur.

Selon une forme de réalisation préférée, ladite structure de diffusion comporte au moins un tamis poreux agencé pour assurer une distribution sensiblement homogène dudit gaz combustible, ledit tamis poreux comportant au moins une couche de fibres résistant aux hautes températures.

De façon avantageuse, l'appareil selon l'invention comporte en outre des moyens agencés pour commander automatiquement l'enclenchement et/ou !e déclenchement dudit appareil de chauffage en fonction de la température ambiante, lesdits moyens comprenant à la fois des moyens agencés pour commander et contrôler l'alimentation en gaz combustible et des moyens agencés pour contrôler la température interne de la chambre de combustion catalytique.

Selon une variante de réalisation ledit catalyseur peut être constitué d'au moins deux couches superposées de matériau catalyseur.

De préférence, la structure de diffusion du dispositif de combustion catalytique est directement juxtaposée audit catalyseur.

Dans la forme de réalisation préférée de l'appareil, la cellule catalytique est fermée par un couvercle interne sensiblement parallèle à un couvercle externe et disposé en dessous de ce dernier, ledit couvercle interne étant monté sur des parois latérales périphériques d'un caisson qui est fermé par le couvercle externe et par une grille externe.

De façon avantageuse, le diffuseur de gaz combustible est connecté à une tubulure d'amenée couplée à la sortie d'une vanne de commande dont l'entrée est liée à un injecteur calibré.

De préférence, lesdits moyens agencés pour commander et contrôler l'alimentation de l'appareil en gaz hydrogène peuvent comporter un module autonome de commande et de contrôle de l'alimentation en gaz hydrogène porté par un support disposé dans la cellule catalytique, et lesdits moyens agencés pour

contrôler la température interne de la chambre de combustion catalytique peuvent comporter une sonde thermique connectée audit module autonome de commande et de contrôle de l'alimentation en gaz hydrogène.

Description sommaire des dessins

La présente invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée d'une forme de réalisation avantageuse de l'invention, en référence aux dessins annexés donnés à titre indicatif et non limitatif, dans lesquels:

la figure 1 est une vue en perspective, partiellement en coupe, représentant l'appareil de chauffage selon l'invention,

la figure 2 représente une vue en coupe transversale de la cellule catalytique de l'appareil de chauffage de la figure 1 ,

les figures 3A, 3B et 3C représentent des vues de détail illustrant des composants de la cellule catalytique de la figure 2, et

la figure 4 est un diagramme de fonctionnement de l'appareil de chauffage selon l'invention.

Meilleure manière de réaliser l'invention

En référence aux figures 1 et 2, l'appareil de chauffage 10 tel que réalisé à titre d'exemple comporte principalement une cellule catalytique 11 montée à l'intérieur d'un caisson 12 fermé sur le dessus par un couvercle externe 13 et en dessous par une grille externe 14 et pourvu de parois latérales périphériques 12a en tôle pliée ou réalisées au moyen de profilés métalliques. La cellule catalytique 11 , qui est l'élément actif de l'appareil, comprend principalement une chambre de combustion catalytique 15, un diffuseur de gaz combustible 16 logé dans cette chambre et un dispositif de combustion catalytique 17. Ce dispositif de combustion catalytique 17 se compose d'au moins un catalyseur 17a comprenant au moins un

élément traité d'un matériau catalyseur et au moins une structure de diffusion 17b du gaz combustible. La structure de diffusion 17b est de préférence directement juxtaposée au catalyseur 17a et a pour fonction de diffuser le gaz combustible de façon homogène sur ledit catalyseur. Cette structure de diffusion 17b, qui est maintenue en position sur le catalyseur 17a par une grille 17c, est avantageusement constituée d'un tamis poreux qui comporte de préférence au moins une couche de fibres agencées pour résister à des températures élevées, de l'ordre de quelques centaines de degrés. Les fibres constitutives du tamis peuvent être des fibres de céramique ou similaires. Elles sont par exemple assemblées selon une technique d'aiguilletage, bien connue dans le domaine de la réalisation de feutres à base de fibres textiles.

Le dispositif de combustion catalytique 17 est logé dans une structure profilée 18, liée à un élément 18b solidaire d'un support 18c sur lequel est disposé un module de commande et de contrôle 22, dont la fonction sera définie ci-dessous, et auquel est connectée une sonde thermique 23, logée dans la chambre de combustion catalytique 15.

Un injecteur calibré 20 est connecté à une vanne de commande 21 qui est couplée au diffuseur de gaz combustible 16. Ce diffuseur de gaz combustible 16 comprend avantageusement une pièce tubulaire comportant un certain nombre d'ouvertures qui permettent de répartir sensiblement uniformément le flux principal d'arrivée du gaz combustible en une pluralité de flux secondaires. D'autres constructions ayant les mêmes fonctions pourraient être réalisées.

Le support 18c porte également une tubulure d'amenée 24, raccordée à la vanne de commande 21 et connectée au diffuseur de gaz combustible 16, pour l'alimenter en dihydrogène. Cet ensemble est monté sur un profilé en forme de cornière 18d qui est fixé aux parois latérales périphériques 12a du caisson 12.

La cellule catalytique 11 est en outre fermée par un couvercle interne 19 sensiblement parallèle au couvercle externe 13 et disposé sous de ce dernier. Ce

couvercle interne 19 est de préférence monté sur les parois latérales périphériques 12a.

L'appareil 10 est un appareil de chauffage oxydant de dihydrogène (H2), le gaz combustible étant fourni par une source extérieure de dihydrogène sous pression (non représentée). L'alimentation en dihydrogène s'effectue à travers l'injecteur calibré 20 et la vanne de commande 21 dont la sortie est couplée au diffuseur de gaz combustible 16. Ce diffuseur de gaz combustible 16 dirige le dihydrogène vers le dispositif de combustion catalytique qui comprend la structure de diffusion homogène 17b et le catalyseur 17a où se produit son oxydation catalytique. Cette oxydation qui s'effectue sur le catalyseur 17a est à l'origine du rayonnement thermique infrarouge de l'appareil de chauffage et le seul "déchet" produit par cette combustion est un dégagement de vapeur d'eau (H2O).

La figure 3A représente une vue en coupe transversale partielle de la cellule catalytique 11 , illustrant en particulier le catalyseur 17a qui est porté par le profilé en forme de cornière 18d (voir figure 2), la structure de diffusion homogène 17b, la tubulure d'amenée 24 du dihydrogène au diffuseur de gaz 16, et la sonde thermique 23.

La figure 3B représente une vue en plan de la grille externe 14 qui est constituée d'un maillage largement ouvert pour protéger la chambre de combustion catalytique 15, et en particulier le catalyseur 17a, et pour laisser passer le rayonnement infrarouge.

La figure 3C représente une vue en plan du support 18c qui ferme la chambre de combustion catalytique 15. Ce support 18c comporte deux ouvertures 23a et 24a agencées pour le passage respectivement de la sonde thermique 23 et celui de la tubulure 24. Ce support est avantageusement réalisé au moyen d'une tôle métallique.

La figure 4 est un diagramme de fonctionnement de l'appareil 10 décrit ci-dessus. Si l'appareil enregistre une demande extérieure de chaleur Ph1, celle-ci génère une activation de l'alimentation électrique 30 de l'appareil et plus précisément une activation Ph2 du module de commande et de contrôle 22 de l'appareil. Le module commande et de contrôle 22 effectue une première vérification qui consiste à déterminer si le temps t est OUI ou NON inférieur au temps de mise en marche to de l'appareil. En cas de réponse affirmative, la phase d'ouverture Ph3 de la vanne de commande du gaz 21 est activée et le diffuseur de gaz est alimenté. En cas de réponse négative, une deuxième vérification est effectuée consistant à déterminer si OUI ou NON la température T est supérieure à la température To. En cas de réponse affirmative, la vanne de commande du gaz 21 est enclenchée. En cas de réponse négative, un ordre de mise en panne Ph4 est transmis au module de commande et de contrôle 22 de l'appareil. Lorsque la vanne de commande du gaz 21 est ouverte, une vérification de la température interne est effectuée par la sonde thermique 23, par exemple un thermocouple, qui transmet un signal destiné, le cas échéant, à arrêter l'alimentation en gaz.

L'appareil de chauffage décrit n'est pas strictement limité à la forme de réalisation décrite et représentée, mais pourrait être construit de diverses manières. Notamment, il pourrait comporter plusieurs cellules catalytiques individuelles, leur forme et leur disposition pourraient être variées en fonction des besoins de l'application. En outre, toute la structure de support des composants pourrait être réalisée différemment. Toutes ces variantes restent cependant inscrites dans le cadre de la présente invention et ne sortent pas du domaine de compétence de l'homme du métier.