EP3594571A1

EP3594571A1 - Brûleur pour un outil à main à combustion de gaz et outil à main équipé d'un tel brûleur

Info

Publication number: EP3594571A1
Application number: EP19185680.6A
Authority: EP
Inventors: Yves Guillou
Original assignee: Guilbert Express
Current assignee: Guilbert Express
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2019-07-11
Publication date: 2020-01-15
Also published as: FR3083847B1; FR3083847A1

Abstract

Un brûleur (7) pour un outil à main à combustion de gaz comprend une lance tubulaire (21), associée d'un côté à un injecteur de gaz haute pression (13) et, de l'autre à une zone de combustion (25). La lance (21) présente au moins une première admission d'air ambiant. Le brûleur (7) comprend en outre un tube intercalaire (55), logé en partie au moins à l'intérieur de la lance (21), entre l'injecteur (13) et la zone de combustion (25). Ce tube intercalaire (55) présente une seconde admission d'air ambiant, cette seconde admission se trouvant à proximité de la première et de l'injecteur (13).

Description

L'invention a trait à un brûleur pour un outil à main à combustion de gaz, du type comprenant une lance tubulaire, associée d'un côté à un injecteur haute pression et, de l'autre, à une zone d'accroche de flamme, la lance présentant au moins une première admission d'air ambiant.
La lance constitue le corps du brûleur. Elle présente au moins une première admission d'air ambiant, en sorte que du gaz sortant de l'injecteur se mélange à cet air à l'intérieur de la lance, le long de celle-ci, avant d'atteindre la zone d'accroche de flamme, où le mélange s'enflamme.
Une lance se caractérise par sa forme allongée, relativement longue en comparaison de son diamètre. Généralement, le rapport longueur sur diamètre d'une lance est supérieur à 4. Les brûleurs à lance se distinguent des brûleurs courts, en particulier des brûleurs de type torche, dont le rapport en question est généralement voisin de 2 ou 3. Les brûleurs à lance produisent une flamme en forme générale de dard, accompagnée d'une combustion essentiellement surfacique. Les flammes de ce type sont généralement plus performantes que celles produites par les brûleurs courts, qui sont en forme générale de pomme et s'accompagnent d'une combustion essentiellement massique ou volumique.
L'injecteur haute pression se raccorde à une source de gaz par l'intermédiaire d'un variateur de débit, typiquement intégré à l'outil, que l'on commande à l'aide d'une gâchette ou d'un robinet par exemple. Ce variateur permet de faire varier le débit dans une large mesure, en particulier dans un rapport de 1 à 2,5 ou 3. Ce rapport correspond typiquement à un débit variant entre 1 et 4 bars environ.
Dans les brûleurs du type décrit ci-dessus, que l'on désigne "à flamme de prémélange", il peut arriver que des flammes pénètrent à l'intérieur de la lance depuis la zone d'accrochage de flamme. C'est en particulier le cas lorsque la pression d'injection faiblit, par exemple du fait d'un débit de gaz plus faible consécutif à une fermeture de l'alimentation en gaz combustible.
Lorsqu'il se produit, ce phénomène de retour de flamme peut conduire à la destruction du brûleur : la flamme peut en effet venir se fixer, non pas sur la zone d'accroche, mais à la sortie de l'injecteur.
La Demanderesse s'est aperçue que les retours de flamme se trouvent favorisés lorsque la lance présente une grande section transversale en comparaison de sa longueur, c'est-à-dire lorsque le rapport de la longueur de la lance sur le diamètre de celle-ci est faible. Lorsqu'on monte un injecteur d'une certaine puissance, correspondant à la puissance nominale de l'outil, sur la lance d'un outil de puissance nominale supérieure, plus longue, on fait pratiquement disparaître tout risque de retour de flamme.
Une difficulté réside toutefois en ce que, pour des raisons d'ergonomie, on utilise des outils de puissance inférieure justement pour leur lance plus courte.
Les concepteurs d'outils à main à combustion de gaz se retrouvent ainsi à devoir choisir entre allonger la lance au détriment de l'ergonomie de l'outil pour réduire le risque de retours de flamme, et favoriser l'ergonomie de l'outil en raccourcissant la lance au risque d'augmenter les retours de flamme.
La Demanderesse s'est fixée pour objectif d'améliorer cette situation. Il s'agit en particulier de prévoir un brûleur dans lequel on puisse raccourcir la lance, sans impact sur le risque de retour de flamme, ni la forme de cette flamme.
On propose un brûleur pour outil à main à combustion de gaz du type comprenant une lance tubulaire, associée d'un côté à un injecteur de gaz haute pression et, de l'autre à une zone de combustion. La lance présente au moins une première admission d'air ambiant. Ce brûleur comprend en outre un tube intercalaire, logé en partie au moins à l'intérieur de la lance, entre l'injecteur et la zone de combustion. Ce tube intercalaire présente une seconde admission d'air ambiant. Cette seconde admission se trouve à proximité de la première et de l'injecteur.
Le tube intercalaire présente un diamètre plus petit que la lance. La seconde admission d'air est plus proche de l'injecteur que d'une extrémité du tube intercalaire opposée à l'injecteur. En sortie d'injecteur, le gaz emprunte d'abord le tube intercalaire où il se mélange avec de l'air qu'il aspire par la seconde admission. C'est un premier chemin de mélange. La première admission d'air est plus proche de la seconde admission que de l'extrémité du tube intercalaire opposée à l'injecteur. En sortie du tube intercalaire, le mélange gaz/air emprunte la lance où il se mélange avec de l'air qu'il aspire par la première admission. C'est un second chemin de mélange.
Lorsque la pression de gaz est faible à l'injecteur, le gaz présente une faible capacité d'aspiration d'air, laquelle résulte d'une vitesse de ce gaz faible en sortie d'injecteur. Cependant, le besoin d'air est réduit car la quantité de gaz injectée l'est également. L'air est majoritairement aspiré dans le tube intercalaire, au travers de la seconde admission d'air. La section centrale du tube intercalaire est prépondérante : le gaz est principalement dilué dans ce tube. Le brûleur fonctionne comme si son col de dilution était constitué du tube intercalaire seulement. Le taux de dilution est bon. Comme la section transversale du tube intercalaire est réduite, en comparaison de celle de la lance, la vitesse du mélange y est suffisamment grande pour limiter le risque d'un retour de flamme.
Lorsque la pression de gaz est forte à l'injecteur, le gaz présente une forte capacité d'aspiration d'air, laquelle résulte d'une vitesse de ce gaz élevée en sortie d'injecteur. Le besoin d'air est augmenté car la quantité de gaz injectée l'est aussi. Une première partie de l'air du mélange est aspirée au travers de la seconde admission, dans le tube intercalaire, tandis qu'une seconde partie de cet air est aspirée au travers de la première admission, dans l'espace compris entre l'extérieur du tube intercalaire et l'intérieure de la lance. Le gaz est dilué d'abord dans le tube intercalaire puis dans la lance. Le taux de dilution reste bon. Le risque de retour de flamme n'est pas augmenté.
Le premier chemin et le second chemin ne sont pas exclusifs l'un de l'autre. En pratique, le mélange air/gaz se fait sur ces deux chemins. C'est leur influence relative qui varie : à basse pression, le premier chemin est prépondérant, le mélange se fait majoritairement le long du tube intercalaire tandis qu'à haute pression, c'est le second chemin qui prédomine, le mélange se fait surtout le long de la lance, en aval du tube intercalaire jusqu'à la zone d'accroche de flamme.
On propose également un outil à main à combustion de gaz comprenant un brûleur du type proposé ci-dessus.
Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :

la figure 1 représente un outil à main à combustion de gaz, vu en perspective isométrique ;
la figure 2 représente l'outil de la figure 1 en coupe longitudinale ;
la figure 3 représente un brûleur pour l'outil des figures 1 et 2, vu en perspective isométrique ;
la figure 4 est une vue en coupe longitudinale du brûleur de la figure 3 ;
la figure 5 est une vue en élévation du brûleur de la figure 3 et ;
la figure 6 est un graphique illustrant un essai comparatif de l'invention.

Les dessins annexés contiennent des éléments de caractère certain. Ils pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
On fait référence aux figures 1 et 2.
Un outil à main 1 à combustion de gaz comprend un corps allongé 3 et un organe de préhension sous la forme d'une poignée 5 solidaire du corps 3. L'outil 1 comprend en outre un brûleur 7 monté à une extrémité longitudinale du corps 3, ici de manière amovible.
Le corps 3 se raccorde à la poignée 5 à une extrémité de cette poignée 5. À son extrémité opposée au corps 3, la poignée 5 porte un raccord à gaz 9 apte à être relié à une source de gaz combustible sous pression, en particulier par l'intermédiaire d'un tuyau souple.
La poignée 5 loge encore un détendeur à gaz 11, dont une entrée est reliée fluidiquement à une sortie du raccord à gaz 9, une vanne 13 de type tout-ou-rien, dont une entrée est reliée fluidiquement à la sortie du détendeur 11, et un second raccord 15 en T, dont une entrée est fluidiquement reliée à la sortie de la vanne 13.
Le corps 3 loge en outre un injecteur 17, dont une entrée se trouve reliée fluidiquement à une sortie du second raccord 15. L'injecteur 13 est de type haute pression, c'est-à-dire qu'en pratique l'injecteur 17 est capable de fonctionner à des pressions d'injection comprises entre 0,9 bar et 4 bars. L'injecteur 17 se présente sous la forme d'une buse allongée dont la sortie constitue la sortie de l'injecteur 17.
La valeur 0,9 bar correspond par définition au seuil des hautes pressions, lorsque le gaz entre en régime sonique à l'injecteur 17. Dans ce cas, il n'existe aucune valeur plafond définie pour la haute pression. Cependant, pour du gaz de pétrole liquéfié, la pression maximale d'injection ne devrait pas excéder la pression au point critique. En pratique, on utilise généralement du propane sous forme détendue, ce qui correspond à une valeur plafond de 4 bars.
La vanne 13 est actionnée par un levier 18 mû par la partie supérieure d'une gâchette 19 montée à translation sur la poignée 5. Le débit de gaz en entrée de la vanne 13 est réglé par le détendeur 11, lequel est actionné par une partie inférieure de la gâchette 19. Cette partie inférieure est capable de pivoter légèrement par rapport à la partie supérieure de la gâchette 19.
À défaut d'appui sur la partie supérieure de la gâchette 19, la vanne 13 interdit toute alimentation en gaz combustible du second raccord 15 et de l'injecteur 17. À défaut d'appui sur la partie basse de cette gâchette 19, le détendeur 11 délivre en sortie sa plus petite pression de fonctionnement. Cette pression correspond à une pression d'allumage. Un appui sur la partie inférieure de la gâchette 19 augmente la pression du gaz combustible en sortie du détendeur 11, jusqu'à une pression maximale, ici voisine de 4 bars.
Le brûleur 7 comprend un corps allongé, ou lance 21, généralement tubulaire. Le brûleur 7 comprend en outre un dispositif 23, agencé à une extrémité de la lance 23. À son extrémité opposée au dispositif 23, la lance 21 est associée à une partie au moins de l'ensemble d'injection 13. La lance 21 est ici réalisée sous la forme d'une portion de tube de section circulaire, de diamètre D2 et de longueur L2.
En particulier, le rapport de la longueur L2 de cette portion à son diamètre D2 est supérieur à 4, et plus particulièrement supérieur à 5 et/ou inférieur à 8, en fonction notamment de la puissance de l'injecteur 17.
On fait référence aux figures 3 à 5.
Le dispositif 23 comprend ici un embout 25 en forme générale de tuyère, monté à une extrémité de la lance 21 opposée à l'injecteur 17. L'embout 25 présente une allure générale de révolution, ici tronconique. L'embout 25 comprend une première grande face par l'intermédiaire de laquelle l'embout 25 s'enfile sur la lance 21 et une seconde grande face, axialement opposée à la première, sur laquelle la flamme est destinée à s'accrocher.
L'embout 25 comprend un alésage qui s'étend axialement de la première à la seconde grande face de l'embout 25. Cet alésage présente un premier segment 27 dont le profil correspond au profil de la lance 21, au moins sur une zone de cette lance 21 voisine de son extrémité. Le premier segment 27 est ouvert sur la première face de l'embout 25. Le premier segment 27 reçoit une portion d'extrémité de la lance 21.
L'alésage de l'embout 25 comprend un second segment 29, qui s'étend axialement depuis le premier alésage 27 jusqu'à la seconde face de l'embout 25. Ici, le second segment 29 est généralement tronconique.
Le dispositif 23 comprend en outre une pièce formant noyau 31, généralement tronconique, maintenue à l'intérieur du second segment 29, de manière coaxiale à celui-ci, par l'intermédiaire d'une rondelle à ailettes 33. Le noyau 31 est traversé axialement par un alésage 35, ici généralement cylindrique.
L'alésage 35 du noyau 31 agit comme conduit principal capable de relier fluidiquement l'intérieur de la lance 21 à la surface d'accroche de flamme. Entre l'intérieur du second segment 29 et l'extérieur du noyau 31 est formé un conduit secondaire 36 qui s'étend axialement et manière périphérique autour du conduit principal. Le conduit secondaire 36 est généralement tronconique et de section transversale annulaire. Le conduit secondaire 36 débouche sur la zone d'accrochage de flamme de manière généralement transversale après avoir traversé les ailettes de la rondelle 33.
Le brûleur 7 comprend une pièce en forme de manchon 37 par l'intermédiaire de laquelle la lance 21 se monte sur le corps 3. Le manchon 37 présente une allure générale de révolution, et deux faces d'extrémité mutuellement opposées selon l'axe du manchon 37.
Le manchon 37 comprend un premier alésage 39 ouvert sur une face d'extrémité du manchon 37 et qui loge une portion d'extrémité de la lance 21 opposée à l'embout 25. Le manchon 37 comprend en outre un second alésage 41, dans l'axe du premier, qui débouche sur une face d'extrémité du manchon 37 éloignée de la lance 21. Le second alésage 41 loge une partie au moins de l'injecteur 17. Ici, l'injecteur 17 est maintenu dans le manchon 37 de manière telle qu'il fasse saillie dans le premier alésage 39.
Ici, le manchon 37 maintient l'injecteur 17 et la lance 23 de manière coaxiale. En outre, l'injecteur 17 débouche ici à distance de l'extrémité proximale de la lance 21.
Le premier alésage 39 du manchon 37 comprend un premier segment d'extrémité 43 en correspondance de forme avec une portion d'extrémité de la lance 21, ici cylindrique. Ce premier alésage 39 comprend en outre un second segment d'extrémité 45, axialement opposé au premier segment d'extrémité 43. Le second segment 45 est ici généralement cylindrique, de diamètre inférieur au diamètre du premier segment 43.
Le premier alésage 39 du manchon 37 présente en outre un segment intermédiaire 47 qui raccorde le premier segment d'extrémité 43 au second segment d'extrémité 45 en formant une surface d'épaulement 49 orientée vers le premier segment d'extrémité 43. L'épaulement 49 forme une butée axiale contre laquelle s'appuie l'extrémité proximale de la lance 21. Cette lance 21 est fixée au manchon 37 par une vis 51 disposée en travers d'une paroi du manchon 37 et d'une paroi de la lance 21.
Le manchon 37 est ajouré. Le manchon 37 est percé d'ouïes 53 qui mettent chacune l'intérieur du premier alésage 39 en communication fluidique avec l'extérieur du manchon 37. Les ouïes 53 sont ménagées en regard du premier segment d'extrémité 43 et du segment intermédiaire 47. Chaque ouïe 53 forme une admission d'air primaire dans le premier alésage 39, cet air primaire étant prélevé de l'air ambiant.
Une extrémité de la lance 21 débouche dans ce premier alésage 39, à proximité du segment intermédiaire 47. Par cette extrémité, la lance 21 est en communication fluidique avec le premier alésage 39. L'air primaire admis dans le premier alésage 39, notamment au travers des ouïes 53, peut pénétrer à l'intérieur de la lance 21. L'extrémité en question de la lance 21 forme une admission d'air primaire dans la lance 21. L'injecteur 17 débouche ici au droit de cette admission d'air primaire dans le premier alésage 39, c'est-à-dire des ouïes 53 ménagées dans la pièce 37. L'injecteur 17 peut être positionné axialement de manière différente. En particulier, l'injecteur 17 peut déboucher axialement au-delà de l'extrémité de la lance 21, ou d'une admission d'air dans cette lance 21.
Le brûleur 7 comprend un tube supplémentaire 55 intercalé entre la sortie de l'injecteur 17 et la sortie de la lance 21. Le tube 55 est monté dans le manchon 37, au voisinage de la sortie de l'injecteur 17 et de manière coaxiale à ce dernier.
Le tube 55 est logé en partie au moins à l'intérieur de la lance 21, c'est-à-dire ici dans l'alésage de la portion de tube formant cette lance 21, de manière coaxiale. Le tube 55 est logé dans la portion d'extrémité de la lance 21 qui est reçue dans le manchon 37. Le tube 55 dépasse de cette extrémité de la lance 21. Le tube 55 débouche d'une part dans le premier alésage 39 et, d'autre part, à l'intérieur de la lance 21, à distance du dispositif 25. Cette distance est d'abord utile à l'allumage : une distance courte rend plus difficile l'enflammement du mélange au dispositif 25. Une distance importante permet également au mélange d'adopter un régime laminaire bien avant d'atteindre le dispositif 25 ce qui diminue aussi le risque de retour de flamme.
Le tube 55 présente une longueur L1 très inférieure à la longueur L2 de la lance 21. Le rapport de la longueur L1 au diamètre D1 est de préférence supérieur à 3, et plus particulièrement supérieur à 3,5 ou inférieur à 5.
Le tube 55 abute le segment intermédiaire 47, ici à proximité immédiate de la sortie de l'injecteur 17. Ici, Le tube 55 débouche dans le premier alésage 39 en regard des ouïes 53. Par l'extrémité correspondante du tube 55, le tube 55 est en communication fluidique avec le premier alésage 39. L'air primaire de ce premier alésage 39, notamment admis dans au travers des ouïes 53, peut pénétrer à l'intérieur du tube 55 par cette extrémité. L'extrémité en question forme une admission d'air primaire dans le tube 55.
L'admission d'air dans le tube 55 est plus proche de la sortie de l'injecteur 17 que d'une extrémité du tube 55 opposée à la sortie de cette buse 17. L'admission d'air dans la lance 21 est plus proche de l'admission d'air dans le tube 55 que de l'extrémité de ce tube 55 opposée à l'injecteur 17.
Ici, l'injecteur 17 débouche à une distance A du tube 55, dans l'axe et en amont de celui-ci. La distance A est faible en comparaison de la longueur du tube 55. De préférence, cette distance A est inférieure à 5 millimètres et/ou supérieure à 3 millimètres.
Le tube 55 est maintenu en position à l'intérieur de la lance 21 par un jeu de pions ou pieds 57, ici au nombre de six, agencés entre l'intérieur de la lance 21 et le tube intercalaire 55. Les pieds 57 sont repartis en deux jeux, disposés respectivement sur deux zones axialement éloignées l'une de l'autre, i.e. éloignés l'un de l'autre dans une direction longitudinale du tube intercalaire 55. Les pieds 57 sont fixés au tube 55. Les pieds 57 s'appuient contre la paroi de la lance 21. Les pieds 57 assurent un guidage long du tube 55 à l'intérieur de la lance 21. Un guidage long évite le rotulage.
Le tube intercalaire 55 est retenu dans la lance 21 en partie au moins grâce à un élément fileté disposé radialement à travers la paroi du tube intercalaire 55, ici sous la forme de la vis 51 disposée en travers d'une paroi du manchon 37 et d'une paroi de la lance 21.
Le brûleur 7 comporte deux chemins pour l'admission d'air ambiant et le mélange de cet air avec le gaz de combustion.
Selon un premier chemin, du gaz de combustion est éjecté de l'injecteur 17 dans le tube 55. Cette éjection de gaz sous pression provoque une aspiration d'air primaire à travers l'admission qui est proche de l'injecteur 17, ici l'extrémité du tube 55. Cet air primaire est aspiré dans le premier alésage 39 au travers des ouïes 53. Le gaz de combustion et l'air primaire se mélangent l'un à l'autre à l'intérieur du tube 55, à mesure que le gaz chemine le long de celui-ci.
À l'extrémité du tube 55 éloignée de l'injecteur 17, le mouvement du mélange provoque une seconde aspiration d'air, l'admission d'air, ici à travers l'extrémité de la lance 21 proche de l'injecteur 17. Cet air est toujours aspiré dans le premier alésage 39 au travers des ouïes 53. Cet air ambiant chemine à l'intérieur de la lance 21, le long de celle-ci et à l'extérieur du tube 55. C'est le second chemin.
En sortie du tube 55, le mélange du premier chemin se combine avec l'air aspiré par le second chemin. Ce mélange se poursuit à mesure que le mélange chemine le long de la lance 21, jusqu'à atteindre le dispositif 25 où ce mélange est enflammé.
Lorsque le débit de gaz commandé par la gâchette 19 et le détendeur 11 est important, l'air du mélange est majoritairement apporté par le second chemin, du fait d'une section de passage plus importante.
Lorsque ce débit diminue, la proportion, dans le mélange, de l'air apporté par le second chemin diminue, en particulier du fait d'une baisse de l'effet d'aspiration. Cette baisse est consécutive d'une vitesse injection plus faible. La proportion d'air ambiant dans le mélange reste bonne car le besoin en air s'est réduit avec le débit. Comme la section transversale du tube 55 est réduite, en comparaison de celle de la lance 21, la vitesse du mélange est suffisamment grande pour limiter le risque d'un retour de flamme.
Le tableau 1 ci-dessous rassemble des valeurs dimensionnelles à usage par exemple pour la réalisation d'un brûleur du type du brûleur 7, en fonction de la puissance de l'injecteur 17.

Brûleur Puissance injecteur P (kW) Diamètre injecteur (mm) A (mm) L1 (mm) L2 (mm) D1 (mm) D2 (mm)

I 30 0,83 -0,5 60 130 12 23,6

II 70 1,2 3 50 150 14 23,6

III 90 1,6 3,4 80 180 17 33,1
Le tableau 2 suivant rassemble des valeurs calculées à partir des valeurs dimensionnelles du tableau 1.

Brûleur L1/P L2/P D2/D1 D1/P D2/P

I 2,00 4,33 1,97 0,40 0,79

II 0,71 2,14 1,69 0,20 0,34

III 0,89 2,00 1,95 0,19 0,37
Les rapports L1/P et L2/P sont assez similaires pour les brûleurs II et III. Ces rapports sont plus élevés pour le brûleur I.
La longueur L2 du brûleur I peut être réduite par rapport à la valeur indiquée dans le tableau 1, du moins d'un point de vue fluidique. D'autres considérations peuvent amener à s'écarter d'un rapport optimal, voisin du rapport des brûleurs II et III. Par exemple, la longueur L2 peut être maintenue supérieure à une valeur minimale pour permettre le montage d'un grattoir à goudron, et la longueur L1 afin de permettre une distance suffisante entre les pieds 57 pour éviter que le tube 55 ne rotule.
D'une manière générale, la longueur L1 de la lance, exprimée en millimètre, peut être comprise entre 0,5 et 1,2 fois la puissance P de l'injecteur, exprimée en kilowatt. De manière analogue, la longueur L2 du tube intercalaire, exprimée en millimètre, est comprise entre 1,5 et 2,5 fois la puissance P de l'injecteur exprimée en kilowatt.
Les rapports D1/P et D2/P sont assez similaires pour les brûleurs II et III. Ces rapports sont plus élevés pour le brûleur I.
Les diamètres D1 et D2 du brûleur I peuvent être réduits, du moins d'un point de vue fluidique. Ici, le diamètre D2 n'a pas été modifié conformément à un rapport optimisé, voisin de celui des brûleurs II et III afin de permettre le montage d'accessoires existants. Le diamètre D1 n'a pas été modifié afin de garder le rapport D2/ D1 proche de celui du brûleur II.
Le rapport D2/D1 est plus important pour le brûleur I que pour le brûleur II, et plus faible pour le brûleur II que pour le brûleur III. Pour faciliter l'allumage avec le brûleur III, on peut ajouter une bague de restriction dans la lance afin de diminuer artificiellement le diamètre de la lance 21 en entrée (diamètre D3). Par exemple, le diamètre D3 vaut 25,40 millimètres, ce qui correspond à un rapport D3/D1 voisin de 1,49.
À partir du du brûleur III, on peut augmenter le diamètre D1 et/ou diminuer le diamètre D2 afin supprimer la bague de restriction. Des modifications modérées des diamètres D1 et D2 permettent d'obtenir un rapport D2/D1 acceptable tout en conservant des rapports D1/P et D2/P proches de valeurs optimales.
La valeur de la distance A est voisine pour les brûleurs II et III. Cette valeur est très différente pour le brûleur I. Cela résulte du fait que les valeurs dimensionnelles du brûleurs I sont efficaces mais pas nécessairement optimisées.
Le diamètre D1 du tube 55 peut être déterminé, en partie au moins, en fonction du diamètre D2 de la lance 21. Le rapport entre le diamètre D2 et le diamètre D1 peut varier en fonction de la valeur du rapport de longueur L1 de la lance 21 sur son diamètre D1. Le rapport de ces diamètres D2 et D1 peut également varier en fonction de la plage de pressions prévue. Par exemple, plus la pression minimale est faible, plus le diamètre D1 du tube 55 doit être petit relativement au diamètre D2 de la lance 21.
Le brûleur 37 comporte un fil d'électrode 59 pour l'allumage. Ce fil 59 court à l'intérieur de la lance 21, le long de celle-ci, depuis l'extrémité de la lance 23 proche de l'injecteur 17 jusqu'à proximité du dispositif 25. Ce fil d'électrode est en partie au moins logé dans l'espace annulaire qui se trouve entre l'intérieur de la lance 21 et l'extérieur du tube 55. Dans cet espace intercalaire, se trouve presque exclusivement de l'air ambiant frais, sans gaz de combustion. En cas de retour de flamme, celle-ci vient se fixer à l'intérieur du tube 55. Ce tube protège le fil 59 de cette flamme.
On fait référence à la figure 6.
Le graphique montre les résultats d'un essai comparant deux brûleurs identiques, l'un équipé d'un tube intercalaire du type du tube 55 décrit plus haut (brûleur A), l'autre sans (brûleur B). Les dimensions des brûleurs A et B sont les mêmes, à l'exception de la longueur de la lance du brûleur B qui varie au cours de l'essai.
Pour le brûleur B, on mesure des valeurs de pression correspondant chacune à un retour de flamme pour une longueur de lance (marques B en forme de losange). On part d'une lance de longueur d'origine, ici légèrement supérieure à 400 millimètres, que l'on raccourcit à chaque fois entre deux mesures de pression. La courbe C représente une extrapolation de type exponentielle des pressions mesurées pour le brûleur B.
Pour le brûleur A, on mesure une valeur de pression correspondant à un retour de flamme, avec une lance de longueur très inférieure à la longueur d'origine de la lance du brûleur B, ici voisine de 180 millimètres (marque A en forme de carré).
La marque A indique un point de fonctionnement critique pour le brûleur A : en dessous de cette valeur de pression, on risque un retour de flamme. Cependant, ce point de fonctionnement est éloigné de la courbe C et des marques B. Surtout, ce point de fonctionnement se trouve très en dessous de la courbe C.
Autrement dit, la plage de pressions dans laquelle on risque un retour de flamme est considérablement réduite dans le cas du brûleur A. En présence d'un tube intercalaire, la pression de rentrée de flamme est très basse, et très éloignée d'un fonctionnement nominal du brûleur.
Pour une même longueur de lance, ici de 180 millimètres, la pression relative de rentrée de flamme diminue, ici de 380 à 70 millibars. C'est un gain de 82 pour cent.
Pour une même pression critique de rentrée de flamme identique, ici 70 millibars, on peut diminuer la longueur de la lance, ici de 320 millimètres à 180 millimètres, soit une réduction de 44 pour cent.
En comparaison d'un brûleur classique, dépourvu de tube intercalaire, le brûleur proposé permet de réduire la longueur de la lance avec un risque équivalent, ou de réduire ce risque en conservant une même longueur de lance.
Pour concevoir, un brûleur au brûleur 7 décrit plus haut, le technicien commence par déterminer la puissance de l'injecteur nécessaire, essentiellement sur la base des travaux à réaliser. Le technicien peut en déduire une longueur classique du col de dilution, c'est-à-dire la plus petite longueur entre (i) l'admission d'air dans la lance et la zone d'accroche de flamme et (ii) l'injection de gaz dans la lance et la zone d'accroche de flamme. Cette longueur classique peut être obtenue d'abaques ou en reproduisant un brûleur existant. Il peut en faire de même du diamètre de ce col.
De là, le technicien intercale un tube analogue au tube 55 décrit plus haut. Il peut conserver une longueur de lance conforme à la longueur classique. Avantageusement cependant, il réduit la longueur de la lance par rapport à cette longueur classique, par exemple dans une proportion supérieure à 40 pour cent, par exemple 44 pour cent. D'autres considérations techniques, comme la gestion de gammes de fabrication peuvent amener à ne réaliser ce gain que partiellement.
Selon ce principe, le tube intercalaire peut être intégré à des brûleurs présentant d'autres géométries.
Dans le mode de réalisation décrit, à titre d'exemple uniquement, l'injecteur débouche axialement au niveau de l'admission d'air du tube intercalaire. Cela permet de mélanger l'air primaire et le gaz de combustion sur tout le trajet du gaz entre l'injection et la sortie du tube intercalaire. Et comme l'admission d'air dans le tube intercalaire se fait à l'extrémité de ce tube, on optimise l'encombrement de ce tube, en particulier sa longueur, en fonction d'un taux de dilution recherché. Cela facilite en outre la conception du tube intermédiaire. En outre, l'air introduit dans le tube intercalaire est déjà dirigé dans l'axe longitudinal du tube intercalaire, ce qui est bénéfique pour le mélange. Pour la même raison, il est avantageux que l'admission d'air dans la lance se fasse à l'une des extrémités de cette dernière.
Dans le cas où l'encombrement est secondaire, on peut faire déboucher l'injecteur à l'intérieur du tube intercalaire ou en amont de celui-ci, et/ou prévoir des admissions d'air dans le tube intercalaire et/ou la lance ailleurs qu'en leurs extrémités. Dans ce cas, les valeurs des longueurs L1 et L2 indiquées plus haut sont à considérer depuis leurs admissions d'air respectives.
On a décrit un tube intercalaire qui dépasse de l'extrémité proximale de la lance. On pourrait prévoir que la lance se termine au droit du tube intercalaire, ou au-delà de l'extrémité proximale de celui-ci.
Le manchon 37 sert de porte-lance. Le manchon 37 est agencé d'une part pour le montage de la lance 21 sur le corps allongé 3. Le maintien en position du tube intercalaire 55 par rapport à l'injecteur 17 est essentiellement réalisé par un positionnement de ce tube 55 par rapport à la lance 21. Dans ces conditions, le manchon 37 pourrait être remplacé, en partie au moins, par une lance plus longue, montée par exemple directement sur le corps allongé 3. Dans ce cas, des admissions d'air fonctionnellement analogues aux ouïes 53 sont ménagées dans la lance 21.
On a décrit et/ou montré sur les figures un brûleur pour outil à main à combustion de gaz, dans lequel, optionnellement, en complément ou en remplacement :

la seconde admission d'air est organisée au voisinage d'une extrémité du tube intercalaire 55 ;
la première admission d'air est organisée au voisinage d'une extrémité de la lance 23 ;
le manchon 37 comporte un alésage 39 ouvert radialement sur l'extérieur ;
l'alésage 39 est ouvert grâce aux ouïes 53 qui débouchent transversalement au tube 55 ;
la première admission d'air se trouve en aval de la seconde admission d'air relativement à l'injecteur 13.

L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit plus haut, mais englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art.

Claims

Brûleur (7) pour outil à main (1) à combustion de gaz du type comprenant une lance tubulaire (21), associée d'un côté à un injecteur de gaz haute pression (13) et, de l'autre à une zone de combustion (25), la lance (21) présentant au moins une première admission d'air ambiant, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un tube intercalaire (55), logé en partie au moins à l'intérieur de la lance (21), entre l'injecteur (13) et la zone de combustion (25), ce tube intercalaire (55) présentant une seconde admission d'air ambiant, cette seconde admission se trouvant à proximité de la première et de l'injecteur (13).
Brûleur selon la revendication 1, dans lequel la seconde admission d'air est organisée au voisinage d'une extrémité du tube intercalaire (55).
Brûleur selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la première admission d'air est organisée au voisinage d'une extrémité de la lance (23).
Brûleur selon l'une des revendications précédentes comprenant un manchon (37) apte à recevoir une portion d'extrémité de la lance (21), dans lequel le manchon (37) comporte un alésage (39) ouvert radialement sur l'extérieur et l'extrémité de la lance (21) débouche dans cet alésage (39).
Brûleur selon la revendication 4, dans lequel le manchon (37) est apte à recevoir, en partie au moins, le tube intercalaire (55) et ce tube intercalaire (55) débouche dans ledit alésage (39).
Brûleur selon l'une des revendications 4 et 5, dans lequel l'alésage (39) est ouvert grâce à des ouïes (53) qui débouchent transversalement au tube.
Brûleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première admission d'air se trouve en aval de la seconde admission d'air relativement à l'injecteur (13).
Brûleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la longueur de la lance (21), exprimée en millimètre, est comprise entre 0,5 et 1,2 fois la puissance de l'injecteur (13), exprimée en kilowatt.
Brûleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la longueur du tube intercalaire (55), exprimée en millimètre, est comprise entre 1,5 et 2,5 fois la puissance de l'injecteur (13) exprimée en kilowatt.
Brûleur selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre au moins un fil d'allumage (59) qui court à l'intérieur de la lance (21), dans lequel ce fil d'allumage (59) est en partie au moins logé entre l'intérieur de la lance (21) et l'extérieur du tube intercalaire (55).
Brûleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le tube intercalaire (55) est maintenu en position à l'intérieur de la lance (21) par l'intermédiaire d'au moins six pions (57) agencés entre l'intérieur de la lance (21) et le tube intercalaire (55).
Brûleur selon la revendication 11, dans lequel lesdits pions (57) sont répartis en deux jeux de pions, les jeux de pions (57) étant disposés de manière éloignée l'un de l'autre dans une direction longitudinale du tube intercalaire (55)
Brûleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le tube intercalaire (55) est retenu dans la lance (21) en partie au moins grâce à un élément fileté disposé radialement à travers une paroi du tube intercalaire (55).
Outil à main à combustion de gaz comprenant un brûleur selon l'une des revendications précédentes.