Brevet FR2031570A1 — publié le 19701120

L'invention est relative à un analyseur d'atmosphère basé sur la variation du front de combustion. Le front de combustion d'un mélange combustible dans un brûleur est déterminé par trois facteurs a) la vitesse de sortie dudit mélange b) la vitesse de combustion c-) la forme de la sortie du brûleur et des dispositifs qui sont placés à cette sortie. Toute variation de l'un de ces facteurs provoque une modification du front de combustion qui peut être décelée par un élément thermo-sensible. Une des applications les plus usuelles consiste à déceler la variation de la vitesse de combustion qui est provoquée par une variation de la composition du mélange combustible. Ceci est important lorsque le mélange contient un gaz en même temps que l'air primaire prélevé dans une ambiance déterminée. La variation de cette ambiance qui détermine une chute de l'oxygène rend l'atmos- phère nocive ou, tout au moins, peu convenable et c'est la raison pour laquelle ceci doit être décelé. La chute de l'oxygène fait varier la vitesse de combustion du mélange, ce qui détermine une variation du front due combustion. Cette variation, en agissant sur un élément thermo-sensible, peut actionner un dispositif de contrôle ou de commande (sonnerie d'alarme, avertisseur lumineux, système d'interruption de l'arrivée du gaz à un ou à plusieurs brûleurs, etc... > . Les dispositifs utilisés jusqu'à présent étaient fondés sur la détection des variations de la flamme libre d'un brûleur au moyen d'un élément thermo-sensible ; de tels dispositifs ne permettent que des degrés déterminés de sensibilité qui ne sont pas d'un réglage facile dans la fabrication en série et leur point de déclenchement dépend de l'-état-d'agitation de lrair, de la poussière, de la suie sur les bords, etc... Le but de l'invention est l'incorporation d'éléments configurateurs de flamme auxdits analyseurs, ce qui permet d'obtenir une plus grande stabilité devant les variables que l'on ne peut prétendre contrôler. De cette façon, ces analyseurs sont moins sensibles à la mise en place de l'élément thermo-sensible, à la température ambiante, à la poussière, aux courants d'air, etc.. En outre, on obtient une plus grande précision dans l'enclenchement et le déclenchement de l'élément thermo-sensible devant la variation de la vitesse de combustion du mélange gaz-air décelée, avec une grande précision, lorsque la teneur en C02 de l'atmosphère ambiante dépasse une valeur fixée au préalable. Ceci permet également de déceler une très petite quantité de ce gaz, ce pour quoi d'autres systemes ne sont pas appropriés. Les configurateurs de flamme sont plus efficaces lorsqu'ils adoptent une disposition périphérique par rapport' à l'élément thermo-sensible et lorsque la sortie de gaz entoure complètement le configurateur de flamme. Le configurateur de flamme est une pièce conductrice de la chaleur propre à maintenir la flamme à son contact. C'est pour cette raison que l'on a décidé de placer l'élément thermo-sensible au centre de la sortie du brûleur et celui-ci audessous du configurateur de flamme, qui est normalement un élément de révolution, tel que tube, rondelle, virole,calotte conique inversée, etc... Lorsque l'air s'appauvrit en oxygène et que diminue la vitesse de combustion du mélange, il arrive un moment où le front de combustion tend à modifier sa forme. Cette modification est prédéterminée par le configurateur de flamme et tend à éloigner celle-ci de l'élément thermo-sensible, ce qui, lorsque cela arrive, permet un refroidissement rapide de cet élément qui, en un moment de cette phase, peut mettre en fonctionnement n'importe quel dispositif de controle ou de commande dûment adapté à l'ensemble. L'élément thermo-sensible peut être un solide, un liquide ou-un gaz contenu 'dans un bulbe et dilatable sous l'effet de l'élévation de température. I1 peut s'agir d'un bimétal ou d'un thermocouple propre à produire un courant électrique, un thermistor, etc.. L'effet peut être transmis à une valve qui coupe le passage du gaz, que ce soit vers le brûleur principal uniquement ou bien vers des auxiliaires, à une sonnette-d'alarme, à un appareil d' enregistrement, etc... Le brûleur sur lequel est placé le susdit élément peut être le brûleur principal ou un brûleur-pilote, ou même une partie du brûleur principal. L'analyseur d'atmosphère basé sur l'adoption d'un configurateur de flamme est d'une grande précision car la marge de possibilité de variation du front de combustion est très vaste, c'est-à-dire qu'on peut modifier le front de combustion précité par un simple déplacement axial dudit élément et naturellement par la variation de position entre le configurateur et l'élément sensible à la chaleur. Un autre des phénomènes découverts est l'hystérésis des fronts de combustion, ce qui fait qu'au moment du décollage du front le pourcentage de C02 peut devenir différent du pourcentage de C02 que provoque le recul du front précité pour s'attacher au configurateur de flamme et à l'élément thermo-sensible. En outre, le pourcentage de C02 qui recule est moindre que celui qui décol- le, ce qui permet, en utilisant des moyens accessoires appropriés, un renouvellement de l'atmosphère sans nécessiter l'extinction totale de toutes les flammes du brûleur, celle du pilote incluse. Pour une meilleure compréhension de la nature de l'invention, il est joint un dessin à caractère explicatif, susceptible par conséquent de toutes les modifications de détail qui ne portent pas atteinte à son essence. La fig. 1 est une section en élévation de l'analyseur où 1' on distingue la disposition de l'élément sensible et du configurateur de flamme, ainsi que la flamme en forme de couronne ou d'anneau. La fig. 2 est une vue en plan de l'ensemble. La fig. 3 est une section de l'analyseur à la partie correspondant au système drallumage. Les fig. 4 et 5 représentent les différentes phases par lesquelles peut passer la flamme lors de ses transformations. Sur ces figures, on distingue les éléments suivants 1 - Corps 2 - Conduite 3 - Tuyère 4 - Orifice d'alimentation en air primaire 5 - Sortie 6 - Configurateur de flamme (tube) 7 - Elément sensib-le à la chaleur 8 - Flamme annulaire 9 - Configurateur de flamme (rondelle) 10 - Configurateur de flamme (tronc de cônet Il - Flamme à front de combustion semi-transformé 12 - Flamme transformée 13 - Elément allumeur 14 - Sortie d'allumage 15 - Conducteur électrique. En sortant par la tuyère 3, l'hydrocarbure se mélange à 1' air primaire qui pénètre par l'orifice 4 pour se mélanger dans la conduite 2. Ce mélange arrive à la cavité où se trouve l'élément 13 qui, lorsqu'il est excité, enflamme le mélange et, à travers la sortie 14, produit la flamme à la sortie 5 ; dards le cas où l'at- mosphère où est prélevé l'air primaire se trouve dans des condltions normales, il se forme une flamme annulaire 8, c'est-a--dire autour du configurateur de flamme 6-9 ou 10. Le configurateur de flamme 6-9 ou 10 est fixé sur l'élément 7 sensible à la chaleur et celui-ci est fixé, à son tour, sur le corps 1. Lorsque l'atmosphère arrive à un certain degré de raréfaction, c'est-à-dire s'il y a une variation de la vitesse de combustion, ceci provoque le passage de la flamme,de la forme 8 à la forme 11 et, pour un pourcentage supérieur, la flamme 12 se sépare totalement du configurateur de flamme 6-9 ou 10 et de l'élément 7 sensible à la chaleur, ce grâce à quoi il est complètement désexcité Pour empêcher que la flamme ne se dégage de la sortie 5 tant aux moments de transformation qu'à un autre moment précis dû à un courant d'air adverse, on pratique des déformations aux parois de sortie 5, pour que le gaz sorte lentement par ces garous, et on obtient une flamme fortement retenue lorsque se produit l'ef- fet pilote. La nature de la présente invention et sa réalisation industrielle ayant été suffisamment décrites, il reste seulement à ajouter que, dans son ensemble et dans ses parties constitutives, il est possible d'apporter des changements de forme, de matière et de disposition, pourvu que ces modifications ne portent pas atteinte à son essence. REVENDICATIQNS 1.- Analyseur d'atmosphère fondé sur la variation du front de combustion, caractérisé par le fait que l'orifice ou bec de combustion est périphérique ou annulaire quand on intercale concentriquement un élément dans la conduite de sortie du mélange de combustible et de comburant, ce grâce à quoi il se forme une flamme annulaire en conditions normales, cet élément ou configurateur de flamme pouvant être monté sur un élément sensible à la chaleur, celui-ci étant par conséquent à la partie centrale. 2.- Analyseur d'atmosphère fondé sur la variation du front de combustion, selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que, lorsque ltatmosphère où est prélevé le comburant arrive à un certain degré de raréfaction, il se produit un changement du front de combustion, c'est-à-dire que la flamme cesse d'être annulaire pour qu'un paraboloide se constitue extérieurement, la partie intérieure de la flamme pouvant adopter plusieurs formes, selon le degré de raréfaction atteint par l'atmosphère, une première forme se produisant lorsque la flamme est encore en contact avec le configurateur de flamme et une autre lorsque la flamme en est complètement séparée, c'est-à-dire en voûte. 3.- Analyseur d'atmosphère fondé sur la variation du front de combustion, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que, pour éviter le dégagement de la flamme, en particulier aux moments de ses transformations, on pratique des déformations à l'entrée du conduit pour empêcher le passage du gaz à sa proximité, de telle façon que celuici sorte lentement et retienne fortement la flamme. 4.- Analyseur d'atmosphère fondé sur la variation du front de combustion, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les phases ou moments de transformation de la flamme dépendent de la position occupée dans le sens axial par rapport à l'orifice de sortie, tant par l'élément sensible à la chaleur que par le configurateur de flamme, ainsi que du réglage de l'air primaire.