[0001] La présente invention concerne une plaquette à face rayonnante alvéolée pour brûleur
radiant.
[0002] D'une façon générale, des plaquettes pour brûleurs radiants comportent des rangées
de trous les traversant et servant à canaliser le mélange combustible-comburant de
la face arrière de la plaquette à la face rayonnante. Pour augmenter le pouvoir rayonnant
de la plaquette, on a déjà envisagé dans l'art antérieur de former, dans la face frontale
de la plaquette, des cavités ou alvéoles groupant plusieurs trous. En effet, un trou
qui a été tronqué avant de déboucher dans la face frontale de la plaquette répartit
la flamme qu'il produit de façon qu'elle chauffe les surfaces environnantes de la
cavité ou alvéole. De telles dispositions furent connues par exemple par l'objet du
brevet belge No 710536 qui avait une disposition des trous quelque peu irrégulière,
puis par celui du brevet français No. 1 570 721 qui présentait l'avantage, lui, d'une
disposition régulière.
[0003] Cependant, dans les plaquettes connues par ce dernier brevet, les alvéoles formés
laissent subsister entre eux un certain nombre de trous qui ne participent pas ainsi
à l'augmentation du pouvoir rayonnant de la plaquette.
[0004] L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités, et à d'autres, des
réalisations connues, à l'aide d'une plaquette à face frontale alvéolée pour brûleur
radiant, formée d'une matière céramique, comportant des rangées de trous de passage
de mélange comburant-combustible, et dans laquelle il est possible de ménager des
alvéoles répartis de façon régulière en rangées et faisant intervenir tous les trous
existant dans la plaquette.
[0005] On obtient ainsi un transfert maximal de chaleur entre les flammes et la plaquette
par augmentation de la surface de contact avec le matériau de la plaquette, tous les
produits de combustion balayant les parois des alvéoles.
[0006] Il en résulte une élévation de température de ces parois et, par conséquent, à puissance
consommée égale, une augmentation sensible de la puissance rayonnée, donc du rendement
de rayonnement.
[0007] En outre, on obtient une diminution des pertes par conduction vers l'arrière de la
plaquette, la quantité de matière existant entre deux alvéoles adjacents étant réduite
au minimum et également l'émisivité étant augmentée grâce au relief particulièrement
prononcé de la face rayonnante de la plaquette.
[0008] Pour résoudre le problème conformément à la présente invention, on part des considérations
géométriques suivantes :
Etant donné une plaquette comportant plusieurs rangées de trous qui sont répartis
conformément à un quinconçage comme cela sera précisé par la suite, il faut d'abord
définir la répartition des bases des alvéoles sur la face frontale de la plaquette
par rapport à ces rangées. On choisit un trou quelconque d'une rangée : on considère
six trous voisins de ce trou quelconque, et à partir du centre de ce trou quelconque,
on trace des vecteurs joignant ce centre aux centres des trous voisins. On obtient
ainsi six vecteurs caractérisés par leur direction, leur sens et leur longueur. La
figure formée par les segments joignant les extrémités desdits vecteurs définit ce
qu'on appellera dans la suite la base théorique d'alvéole ; cette figure a une forme
d'hexagone. Dans cette figure, si on considère un vecteur donné, il existe toujours,
par rapport à ce vecteur, un vecteur placé à droite, un vecteur placé à gauche et
un vecteur placé à l'opposé, qui sera appelé dans la suite "vecteur contraire".
[0009] Ainsi, l'invention concerne une plaquette pour brûleur radiant, telle que définie
dans la revendication 1.
[0010] Ainsi, dans la plaquette selon l'invention, à face frontale alvéolée pour brûleur
radiant, formée d'une matière céramique et comportant des rangées de trous de passage
de mélange comburant-combustible, les alvéoles sont ménagés dans la face frontale
rayonnante de la plaquette suivant une famille de motifs de distribution régulière
en rangées, généralement différentes des rangées de trous, tous les trous existant
dans la plaquette débouchent chacun en totalité ou en partie dans les alvéoles correspondants
contenant chacun un trou central, et la famille de motifs de répartition régulière
d'alvéoles dans la face rayonnante de plaquette est déterminée de la façon suivante
:
- on définit une base théorique d'alvéole en traçant à partir du centre d'un trou
donné six vecteurs joignant ce centre aux centres des six trous voisins choisis et
en joignant les extrémités de ces six vecteurs ainsi choisis, à chacun desquels sont
toujours associés un vecteur de droite, un vecteur de gauche et un vecteur contraire,
- on trace à partir de l'extrémité de chacun de ces vecteurs choisis, un vecteur de
même longueur orienté en sens inverse à leur vecteur contraire associé,
- on trace, à partir de l'extrémité de chacun de ces nouveaux vecteurs, soit chaque
fois un vecteur identique à leur vecteur de droite associé, soit chaque fois un vecteur
identique à leur vecteur de gauche associé, les points correspondant aux extrémités
des vecteurs cités en dernier définissant, dans chacune des deux possibilités ainsi
créées, les centres des bases théoriques des alvéoles adjacents à celui de départ,
semblables et de même orientation, cette orientation étant définie par celle de la
plus grande diagonale passant par le centre de l'alvéole, et
- en opérant ensuite de proche en proche, on détermine l'un des deux motifs de répartition
régulière d'alvéoles selon le choix de l'une ou l'autre des deux possibilités.
[0011] Selon d'autres particularités de l'invention :
- la base théorique des alvéoles a une forme d'hexagone régulier ;
- la base réelle des alvéoles est définie par un polygone semblable à celui de la
base théorique, ledit polygone devant couper ou contenir chacun des trous dont les
centres sont situés sur le pourtour de la base théorique d'alvéole ;
- en profondeur, chaque alvéole a un profil cylindrique, conique, hémisphérique ou
un autre volume de révolution ;
- chaque alvéole a en profondeur un profil à facettes ;
- chaque alvéole a en profondeur un profil constitué par un ou plusieurs volumes de
révolution complets ou tronqués, par exemple un profil cylindroconique ;
- l'angle au sommet du fond d'alvéole, partant du centre du trou central dudit alvéole,
est compris entre environ 30 et 1800 ;
- les orifices ménagés dans la plaquette sont de préférence cylindriques et ont un
diamètre compris entre environ 0,4 et 5 mm ;
- la profondeur des alvéoles est comprise entre 0,5 mm et 3/5 de l'épaisseur de plaquette
;
- le diamètre équivalent de la base théorique de l'alvéole est défini par la somme
des diamètres de deux trous voisins et de l'épaisseur de matière entre ces deux trous
;
- pour reculer la limite de rentrée de combustion par augmentation de la vitesse d'écoulement
du mélange combustible-comburant, on bouche un ou plusieurs orifices de chaque alvéole.
[0012] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans
la suite de la description donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux
dessins annexés dans lesquels :
- la fig. 1 est une vue en plan partielle de la face rayonnante d'une plaquette de
brûleur radiant, mettant en évidence le processus de détermination des motifs de distribution
régulière des alvéoles théoriques dans la plaquette,
- la fig. 2 montre les répartitions d'alvéoles théoriques que l'on peut obtenir dans
le cas d'un quinconçage équilatéral des trous des rangées,
- les fig. 3 et 4 montrent, pour une même disposition des rangées de trous et une
même base théorique d'alvéole, deux motifs d'alvéoles hexagonaux réels qu'il est possible
d'obtenir conformément à la présente invention,
- les fig. 5 et 6 représentent deux coupes transversales de plaquettes des figures
3 et4, faites respectivement suivant les lignes X-X et Y-Y de façon à montrer le profil
en profondeur des alvéoles, et
- les fig. 7A à 7E sont des coupes transversales de plaquettes montrant différents
profils en profondeur des alvéoles.
[0013] Sur la figure 1, on a représenté, en vue en plan, une partie d'une plaquette pour
brûleur radiant comportant plusieurs rangées de trous désignés par T et on a mis en
évidence les processus géométriques qui permettent d'obtenir les motifs de répartition
régulière d'alvéoles dans la face rayonnante de la plaquette conformément à la présente
invention.
[0014] Pour un trou donné, tel que celui dont le centre est désigné par O, on peut considérer
qu'il existe six trous voisins dont les centres sont désignés respectivement par A,
B, C, D, E et F. Pour bien définir les positions relatives des trous, on trace, à
partir du centre O du trou donné des vecteurs reliant ce centre aux centres des trous
voisins, ce qui donne les vecteurs , , , , et
[0015] Les alvéoles à ménager dans la plaquette sont définis par leur base théorique, c'est-à-dire
leur base géométrique, et leur profil en profondeur. La forme réelle des alvéoles
est ensuite déterminée à partir du profil théorique en tenant compte, des conditions
de mise en oeuvre, telles que les conditions technologiques d'usinage, de moulage
et autres façonnages.
[0016] Dans l'exemple de réalisation de la fig. 1, on relie entre eux les points extrêmes
des six vecteurs, ce qui donne à la base théorique d'alvéole une forme d'hexagone
AV comme indiqué sur la fig. 1.
[0017] On va maintenant décrire comment on obtient les différents motifs de répartition
d'alvéoles.
[0018] On part d'un vecteur donné p
A . Pour ce vecteur
pA , il existe, dans tous les cas de figure, un vecteur de droite , un vecteur de gauche
et un vecteur placé à l'opposé , qui est appelé le vecteurcontrai- re du vecteur
donné.
[0019] A partir de l'extrémité A du vecteur o
A , on trace un vecteur
qui est parallèle de même longueur, et de sens opposé au vecteur contraire . Puis,
à partir du point A
1, on trace un vecteur
qui est parallèle, de même longueur et de même sens que le vecteur de droite . Le
point 0
1 ainsi obtenu est le centre de la base théorique d'un alvéole AV
1.
[0020] En opérant de la même manière pour les cinq autres vecteurs partant du point O, on
obtient finalement pour une base théorique centrale AV six bases théoriques voisines
et, en opérant ensuite de proche en proche, on obtient dans l'ensemble de la plaque
frontale de la plaquette un motif de répartition d'alvéoles qui fait intervenir tous
les trous débouchant chacun en totalité ou en partie dans un alvéole et qui peut être
établi pour n'importe quel motif de distribution desdits trous, c'est-à-dire pour
n'importe quel motif de quinconçage, ou quadrillage, ou décalage quelconque.
[0021] Le motif de répartition correspondant au point 0
1 n'est pas unique. En effet, à partirdu point A
1, on peut tracer un vecteur parallèle, de même longueur et de même sens que le vecteur
de gauche , ce qui donne le vecteur
[0022] Ce point O'
i constitue le centre d'une base théorique d'alvéole, désignée par AV'
1 sur la fig. 1 et qui correspond à un autre motif de répartition d'alvéoles hexagonaux.
[0023] Sur la figure 2, on a représenté les motifs de répartition d'alvéoles qui peuvent
être obtenus, pour une distribution de trous correspondant à un quinconçage équilatéral
dans laquelle on obtient des alvéoles en forme d'hexagone régulier. On a désigné par
AV1 à AV
7, et par des lignes en trait plein, les alvéoles du type obtenu à partir du vecteur
de droite et parAV'
i à AV'
4, et par des lignes en trait interrompu, les alvéoles des motifs obtenus à partir
du vecteur de gauche.
[0024] Une fois que l'on a déterminé les motifs théoriques d'alvéoles, il faut définir leurs
formes réelles et l'on fait alors intervenir des considérations thermiques et technologiques.
Les plaquettes selon l'invention sont fabriquées par moulage sous pression et il est
évident que la répartition et la forme des alvéoles ont une influence sur le processus
de fabrication puisqu'elles conditionnent la réalisation des parties correspondantes
du moule, qui doit avoir l'efficacité et la fiabilité optimales tout en étant d'un
prix de revient aussi peu élevé que possible.
[0025] On va donner dans la suite quelques exemples de réalisation de la plaquette selon
l'invention. Ainsi, comme on le voit sur les fig. 3 et 4 correspondant à une distribution
des trous avec quiconçage équilatéral dans laquelle on a pour la base réelle d'alvéole
une forme d'hexagone régulier, le motif de la fig. 3 est obtenu par le tracé faisant
intervenir le vecteur de gauche tandis que le motif de la fig. 4 est obtenu par le
tracé faisant intervenir le vecteur de droite. Une comparaison des figures 3 et 4
avec la fig. 2, qui donne les motifs de répartition des bases théoriques d'alvéoles
dans le même cas, montre que les hexagones réels ont été légèrement tournés autour
de leurs centres par rapport aux hexagones théoriques, ce décalage angulaire étant
justifié par des considérations d'usinage. Dans l'exemple en question, les alvéoles
ont un profil en profondeur qui est mis en évidence sur les figures 5 et 6, la fig.
5 étant une coupe transversale faite suivant la ligne X-X de la fig. 3 tandis que
la fig. 6 est une coupe transversale faite suivant la ligne Y-Y de la fig. 4. Chaque
alvéole est ainsi délimité, à partir de la base en forme d'hexagone régulier, par
des facettes incurvées partant des côtés de l'hexagone et aboutissant à un fond défini
par un plan situé à une distance H de la face frontale de plaquette, les intersections
des facettes avec ledit plan de fond définissant de petits hexagones, visibles sur
les fig. 3 et 4 et respectivement circonscrits aux trous centraux des alvéoles, visibles
en T1, sur les fig. 3, 4,5,6.
[0026] Pour former ces alvéoles à facettes, on doit fabriquer un poinçon de moule pourvu
de parties en saillie correspondant auxdits alvéoles. Il existe différentes solutions
pour fabriquer un tel poinçon, notamment :
- usinage dans la masse par fraisage ou par électro-érosion par exemple,
- moulage en cire perdue d'éléments dont la forme positive correspond au profil négatif
des alvéoles et fixation de ces éléments dans une plaque de poinçon, un peu à la façon
des ailettes de turbines.
[0027] Dans l'exemple considéré, on a adopté le procédé de fraisage de forme et, pour permettre
le passage de la fraise, on a adopté la solution consistant à décaler angulairement
les hexagones de base des alvéoles.
[0028] Sur les figures 7A à 7E, on a indiqué quelques exemples de profils en profondeur
qu'il est possible d'adopter pour les alvéoles, notamment un profil hémisphérique,
un profil conique tronqué, un profil cylindrique étagé et un profil cylindrique simple.
Il est possible d'envisager d'autres profils, par exemple des profils de surfaces
de révolution tels que des paraboloïdes ou des profils composites tels que cylin-
dro-coniques.
[0029] Pour la détermination du profil en profondeur, on peut faire intervenir différents
paramètres. Notamment, l'angle au sommet du fond d'alvéole, partant du centre du trou
central dudit alvéole, est compris entre environ 30 et 180°. La profondeur des alvéoles
doit de préférence être comprise entre 0,5 mm et 3/5 de l'épaisseur de plaquette.
Egalement, les orifices ménagés dans la plaquette sont de préférence cylindriques
et ont un diamètre compris entre environ 0,4 et 5 mm. Le diamètre équivalent de la
base théorique d'alvéole est défini par la somme des diamètres de deux trous voisins
et de l'épaisseur de matière entre ces deux trous.
[0030] En outre, il est à noter que, pour augmenter la vitesse d'écoulement du mélange combustible-comburant
dans les trous et faire reculer ainsi la limite de rentrée de combustion, il est possible
de boucher un ou plusieurs orifices dans chaque alvéole.