Brevet FR2130101A1 — publié le 19721103

La présente invention est relative à un dispositif pour le dosage d'un mélange de deux gaz, tel qvUn gaz comburant et un gaz combustible, comprenant un premier ajutage présentant une partie convergente, cet ajutage communiquant avec une premiè-5 re conduite d'amenée d'un desdits constituant^du mélange et étant suivi d'un second ajutage coaxial au premier, ie second ajutage présentant une partie divergente, au moins l'entrée de ce dernier ayant une section circulaire intérieure supérieure à la section circulaire extérieure de la sortie du premier ajutage^" une cham-10 bre dans laquelle débouche une seconde conduite d'amenée, pour l'autre constituant dudit mélange, entourant; l'extrémité de sortie du premier ajutage et communiquant avec l'entrée du second ajutage, des moyens étant prévus pour faire varier, suivant l'axe commun des deux ajutages, la position relative de ces derniers. 15 Le but de l'invention est dfe procurer un dispositif perfectionné du type précité permettant d',obtenir un rapport rigoureusement constant, en amont des appar&ils â alimenter, tels que les appareils de chauffage, entre les deux constituants du mélange et ceci pour des débits de ce mélange gazeux variant en-20 tre des limites relativement larges. A cet effet, dans le dispositif suivant l'invention, les moyens prévus pour faire varierj suivant l'axe commun des deux ajutages, la position relative de ces derniers comprennent au moins une bague, présentant un filet intérieur, montée de 2 5 façon mobile sur un manchon fixe entourant un des ajutages, l'ajutage situé dans le manchon étant %gencé de manière à pouvoir coulisser dans ce dernier suivant son axe, au moins une fente parallèle audit axe traversant de part en part la partie de paroi dudit manchon couverte par la bague ptécitée, un organe d'entrai-30 nement pour cet ajutage, coopérant avec cette fente, étant fixé à la paroi extérieure de l'ajutage et s'engageant librement dans la face intérieure de la bague couvrant la fente, de manière à permettre le déplacement de cet ajutage dans le dispositif en faisant tourner la bague autour de s,0n axe par rapport au man-35 chon. Avantageusement, le manchon présente au moins deux fentes diamétralement opposées, parallèles à l'axe de l'ajutage 72 05169 2 2130101 monté dans le manchon, l'organe d'entraînement précité pour cet ajutage coopérant avec chacune^desdites fentes. Suivant une forme de réalisation préférée de l'invention, le premier ajutage est monté dans le manchon précité, 5 le second ajutage étant fixe par rapport à ce dernier. Suivant une forme de réalisation particulière de l'invention, un rebord est prévu à la sortie d'au moins un des ajutages, de manière à permettre de créer, à proximité de cette sortie, un film de gaz stationnaire. . ~ 10 D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée, ci-après, des dessins annexés au présent mémoire et qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, des formes de réalisation particulières de l'invention. 15 La figure 1 représente schématiquement, en coupe longitudinale et avec brisures partielles une forme de réalisation particulière de l'invention. La figure 2 représente, à plus grande échelle, un détail du dispositif représenté à la figure 1. 20 ' La figure 3 est une vue, en élévation, avec brisu res partielles, d'un détail d'une variante au dispositif représenté à la figure 1. •Le dispositif suivant l'invention, comprend un premier ajutage 1, présentant une partie convergente et communi-25 quant avec une conduite d'amenée 3 d'un premier gaz, et un second ajutage 4 coaxial au premier et monté en aval de celui-ci. Le second ajutage 4 présente une partie divergente, au moins l'entrée 6 de ce dernier ayant une section circulaire intérieure supérieure à la section circulaire extérieure de 30 la sortie 7 du premier ajutage 1, de manière à permettre d'engager cette sortie 7 dans l'entrée 6 tout en maintenant entre celles-ci un espace annulaire 8 pour le passage d'un gaz provenant d'une chambre 9 entourant l'extrémité de sortie du.premier ajutage 1 et communiquant avec l'entrée 6 du secondajutage 4. Une seconde con-35 duite d'amenée 10 pour un second gaz, débouche dans ladite chambre 9. Une bague 11 présentant un filet hélicoïdal inté- COPY 72 05169 3 2130101 -rieur 17 est enfilée librement sur un manchon fixe 12 entourant l'ajutage 1, ce dernier étant agencé de manière-à pouvoir coulisser dans le manchon suivant son axe 13. Deux fentes 14 et 15, diamétralement opposées, paral-5 lèles audit axe, traversent de part en part la partie de la paroi dudit manchon couverte par le filet 17 de 'la bague 11. Un organe d'entraînement, formé par une tige 16, coopère avec chacune de ces fentes 14 et 15. Cet organe est fixé par une de ses extrémités à la paroi extérieure dé l'ajutage et s'engage librement, par 10 son autre extrémité, dans une fente annulaire 35 prévue dans la face intérieure de la bague 11 et"concentrique à cette dernière, ces deux tiges 16 étant également diamétralement opposées. Le déplacement de cet ajutage 1 suivant son axe 13 est donc obtenu en faisant tourner la bague 11 autour de son axe 15 13 par rapport au manchon fixe 12. La bague 11 est moletée sur sa face extérieure et présente une graduation 18 indiquant le rapport des deux "gaz en fonction de la position de cette bague sur le manchon 12. Comme la position de l'ajutage 1, pour une même valeur 20 du rapport des deux gaz, dépend de 3a densité de ces derniers, une bague secondaire 19 eât prévue sur le manchon 12, partiellement en- dessous de la bague 11, et porte sur sa face extérieure, parallèlement à son axe, une échelle graduée 36. La bague 11 peut être tournée autour de son axe dans les deux sens.'La graduation 25 de l'échelle 36 est telle que, pour un tour de la bague 11, cette dernière subit un déplacement axial d'une unité de la graduation, de sorte que le bord de la bague 11 situé du côté de la bague 19 coïncide avec le trait suivant de la graduation 36. Les deux bagues graduées 11 et 19 déterminent donc un vernier qui permet la 30 mesure, d'une façon très précise, du déplacement axial de l'ajutage 1 et par conséquent également le rapport des deux gaz. La bague 19 peut, tout comme la bague 11, tourner autour de son axe, de manière à permettre de déplacer l'échelle graduée 36 simultanément avec les graduations 18 et d'assurer 35 ainsi l'accessibilité de lecture de 1'échelle,indépendamment de l'emplacement du dispositif. En outre, pour tenir compte des types de gaz utilisés, 72 05169 , 4 2130101 10 15 20 25 30 35 la bague peut coulisser, par rapport à la bague 11, sur le manchon 12 dans la direction longitudinale de ce dernier. Ce déplacement |.onlgitud-Lnal doit être tel que, dans le cas de l'utilisation d'uA gkz combustible et d'un gaz comburant, l'on obtienne une composition du xhélange gazeux permettant d'arriver à une combustion neuëra ou la composition théorique de base, lorsque le trait "0" de'tlfe gradation 18 de la bague 11 est situé en regard du trait axiillde l'échelle 36. On établira donc, par étalonnage chimique du r^p|port ©toéchiométrique du mélange gaz combustible -gaz comburantLe trait "O" de la graduation 18 en face du trait "O" de l'échel|è 36 de|la bague 19, de manière à ce qu'on obtienne d'un côté du\\trait. ^O" de la bague 11 les graduations correspondant aux rapports réducteurs et de l'autre côté de ce trait "O" les graduations correspondant aux rapports oxydants. . Url joint d'étanchéité annulaire 20 est prévu entre l'ajutage 1 et lel manchon 12, de part et d'autre des fentes 14 et 15. 1 Cea joints 20 sont immobilisés dans un logement annulaire 21 ménage dans la paroi extérieure de l'ajutage 1. La œortie 7 de l'ajutage 1 présente un rebord circulaire extérieur 212, représenté à plus grande échelle à la figure 2, permettant del créer un fild de gaz stationnaire 39 sur la paroi extérieure â%Lcet ajutage 1, située dans l'espace 8, lors, de 1 ' écoulement dît gja&.# provenant de la conduite 10, vers le second ajutage 4. La plaroï 23 de ce rebord 22, destiné à créer ledit film de gaz stationnaire sur la paroi extérieure de l'ajutage forme avec cette d^rrlière un angle qui est tout au plus égal à 90°. Le manchon 12"Çrlésente, à son extrémité dirigée vers la chambre 9, un filet extérieur 24, par lequel il est vissé sur un corps creux 2 5 délimimant cette chambre 9. L'àjutalge 4, qui est fixe, est vissé dans ledit corps creux, du côté olpposé à celui où est vissé le manchon 12. L'entré® '© de l'ajutage 4 est convergente et est formée par deux trcw^câ l^-ft^cône 27 et 28 placés bout à bout. La conicité du premier trolic 27 est sensiblement supérieure à celle de l'autre tronc 28, qu* est plutôt de faible conicité. Le tronc de cône 28 est raccordé à* la partie divergente précitée 5, par 72 05169 5 2130101 i une partie cylindrique 29 constituant un rétrécassement dans l'ajutage 4. . " ... / La partie convergente 2 de 1'ajyitage 1 est prolongée par une partie cylindrique 30 jusqu'à la sortie de ce dernier, 5 cette partie cylindrique étant coaxiale à l'ajfutage 4, de manière à obtenir un écoulement laminaire du gaz. à lai sortie de l'ajutage 1. Par ailleurs, un régulateur de pression 31/, raccordé à un tuyau 32 branché sur la sortie 33 du second ajutage ,4, à' l'entrée d'une chambre de mélange 34, et commandant une vanne 40 montée • 10 sur la conduite 10, permet de maintenir dansf la chambre 9 une pression sensiblement égale à celle régnant/à la sortie 33 de l'ajutage 4, dans la chambre de mélange 34.1 Le dispositif suivant l'invelntion permet d'obtenir un rapport constant de deux gaz dans un mélange de ces derniers 15 en maintenant un écoulement laminaire parfjait des couches superposées coaxiales de ces deux gaz dans le clispositif, en particulier au moment où ces derniers sont mis em contact l'un avec l'autre, de sorte qu'aucune transmission la'énergie, dans le cadre de la loi de Bernoulli, n'a lieu dans le jf dispositif, le mélange 20 des deux gaz n'ayant lieu que dans la chjk v,e de mélange 34, dans laquelle sont par exemple,montées deux Mélices à pas inversés, ces hélices n'ayant'pas été représentée» aux dessins. C'est ainsi que, pour uni mélange de gaz combustible et comburant, lorsque le dispositif! est monté sur un brûleur, 25 le rapport des deux gaz n'est pas influencé par la contre-pression à la sortie du brûleur. I Ce coëfficient de frotmement aux parois de l'espace annulaire 8 amenant le gaz, provenant de la conduite 10, autour du jet de l'autre gaz sortant del l'ajutage 1, est maintenu 30 aussi constant que possible, quelle clue soit la vitesse du gaz qui y passe, lorsque le débit varie. I Il est toutefois bierJ connu que, par suite du frottement du gaz sur les. parois, laà vitesse de l'écoulement dans l'épaisseur de la veine n'est pas uxiiforme mais affecte la for-35 me d'une parabole qui s'étire d'autlant plus que la vitesse moyenne ou le débit augmente. Il en résuplte, par conséquent, si des précautions ne sont pas prises, qufe le débit n'est pas propor- 72 05169 s 2130101 tionnel à la chute de pression dans cet espace annulaire 8. C'est ainsi que pour cette raison, le rebord extérieur circulaire 22 a été prévu à la sortie 7 du premier ajutage. Le film stationnaire 39 décrit ci-dessus, qui est alors créé, réduit sen-5 siblement le coefficient de frottement précité dans l'espace annulaire 8, sur la paroi extérieure de l'ajutage 1, étant don- . né que le coefficient de frottement entre une couche de fluide stationnaire et une couche en mouvement de ce même fluide est bien plus réduit que celui du même fluide sur une paroi solide. 10 Un rebord analogue peut, tien entendu, être réali sé sur la paroi intérieure de l'entrée 6 de l'ajutage 4. Çn obtient alors un diagramme transversal des vitesses, dans l'espace, annulaire 8, entre les ajutages 1 et 4, presque plan, dont la forme ne varie pratiquement pas dans les limites usuelles de dé-15 bit du dispositif, assurant ainsi une constance du rapport des deux gaz. Par ailleurs, une autre condition à laquelle répond le dispositif, suivant l'invention, et qui est également indispensable pour obtenir le but visé défini ci-dessus, est qu'il 20 permet de réaliser, avec une très grande précision, un déplacement axial d'un des ajùtages, en l'occurence l'ajutage 1, par rapport à l'autre ajutage pour régler le rapport des deux gaz. ; Cette précision-permet de maintenir, pour une position relative.. . des deux ajutages, un rapport bien déterminé et constant dans 25 le temps, pour cette position. Dans certains types de dispositifs de ce genre connus, l'ajutage 1 s'incline légèrement lors de son"déplacement, de manière à ce que son axe ne coïncide plus avec celui de l'autre ajutage 4. L'espace annulaire 8 ne sera, dans ce cas, donc 30 plus centré pour de tels dispositifs et la dissymétrie qui est alors créée troublera l'écoulement du gaz et influencera le rapport précité lorsque le débit variera. C'est pour cette raison qu'une forme de réalisation particulièrement avantageuse du dispositif est celle où l'en-35 traînement de l'ajutage mobile a lièu en des endroits symétriques par rapport à l'axe, par exemple en des endroits diamétralement opposés. COPY 72 05169 7 2130101 La figure 3 représente.une variante du dispositif décrit ci-dessus et permet de réaliser le déplacement de'l'ajutage mobile d'une façon continue. Cette forme de réalisation est particulièrement intéressante pour maintenir une composition 5 chimique constante d'un mélange de deux gaz, lorsque la température d'au moins un des gaz varie. En effet, la variation-de la température d'un gaz fait varier sa densité et, par conséquent, le nombre de molécules-grammes qui passent par l'ajutage "1 sous l'influence de la différence de pression a l'entrée de l'ajutage 10 1 par rapport à'la sortie de celui-ci. ■ A cet effet, suivant l'invention, on déplace la bague 11 au moyen d'un servo-moteur pneumatique ou hydraulique, non représenté à la figure 3, commandé par un analyseur du mélange gazeux, obtenu -à la sortie de l'ajutage 4, dans la chambre 15 de mélange 34, cet analyseur n'ayant également pas été représenté à la-figure 3. La surface cylindrique extérieure de la bague 11 est rainurée suivant ses génératrices. Le servo-moteur entraîne un pignon à denture droite 37 engrenant avec les rainures de la 20 surface cylindrique susdite, qui forment donc des dents. En po'sition normale de fonctionnement, la partie cylindrique 30 de l'ajutage 1 est engagée dans l'ajutage 4 jusque"dans le tronc de cône 28 de ce dernier, comme représenté / en traits interrompus dans la figure 1. Ainsi le dispositif ne 25 fonctionne pas comme injecteur étant donné que, par l'écoulement laminaire et parallèle des deux gaz à.doser, il n'y a pas d'échange d'énergie entre ces gaz, c'est-à-dire un entraînement d'un des gaz par l'autre. Il y a encore lieu de noter que la longueur de 30 l'ensemble du dispositif suivant l'invention, ne varie pas lorsque la distance entre les deux ajutages est modifiée, de sorte que sa pose dans un circuit d'alimentation d'un appareil, par exemple d'un brûleur, ne crée aucun problème. Il doit être entendu que l'invention n'est pas li-35 mitée à la formé de réalisation décrite et que bien des variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre du présent brevet. C'est ainsi qu'aussi bien l'ajutage 1 ou l'ajutage GOPY 72 05169 8 2130101 4 et même éventuellement les deux peuvent être mobiles ; que le dispositif peut être utilisé aussi bien pour doser deux gaz quelconques, tels que de l'hydrogène et de l'air, ou de l'air et un gaz combustible. 5 . Par ailleurs, la bague 11 peut, dans une variante de l'objet de la présente invention, être enfilée librement sur le manchon 121, les organes d'entraînement 14 et 15 s'engageant, dans ce cas, entre les spires du filet intérieur 24 ménagé dans la bague 11. pans cette variante, la bague 11 ne se déplace donc 10 pas suivant son axe lorsqu'on la fait tourner autour de celui-ci pour régler la,position de l'ajutage 1 par rapport à l'ajutage I 4. \ 72 05169 9 2130101 REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le dosage d'un mélange de deux gaz, tels qu'un gaz comburant et un gaz combustible, comprenant un premier ajutage présentant une partie convergente, cet ajuta- 5 ge communiquant avec une première conduite d'amenée d'un desdits constituants du mélange et étant suivi d'un second ajutage coaxial au premier, le second ajutage présentant une partie divergente, au moins l'entrée de ce dernier présentant une section circulaire intérieure supérieure à la section circulaire exté-10 rieure de la sortie du premier ajutage, une chambre, dans laquelle débouche une seconde conduite d'amenée, pour l'autre constituant dudit mélange, entourant l'extrémité de sortie du premier ajutage et communiquant avec l'entrée du second ajutage, des moyens étant prévus pour faire varier, suivant l'axe commun des 15 deux aj.utages, la position relative de ces derniers, caractérisé i ^ eri ce que ces moyens comprennent au moins .une bague, présentant un filet intérieur , montée de façon mobile sur un manchon fixe entourant un des ajutages, l'ajutage situé dans le manchon étant agencé de manière à pouvoir coulisser dans ce dernier suivant 20 son axe, au moins une fente parallèle auàit axe traversant de part en part la partie de paroi dudit manchon couverte par la bague précitée, un organe d'entraînement pour cet ajutage coopérant avec cette fente et étant fixé à la paroi intérieure de l'ajutage et s'engageant librement dans la face intérieure de la 25 bague couvrant la fente, de manière à permettre le déplacement de cet ajutage dans le dispositif en faisant tourner la bague autour de son axe par rapport au manchon. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon présente au moins deux fentes diamétra- 30 lement opposées, parallèles à l'axe de l'ajutage monté dans le manchon, un organe d'entraînement précité pour cet ajutage coopérant avec chacune desdites fentes. 3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en 3 que l'organe d'entraînement 35 précité s'engage librement dans un évidement annulaire coaxial au manchon et ménagé dans la face intérieure de la bague, cette dernière étant vissée sur-le manchon de sorte qu'elle subit une 72 05169 io 2130101 translation suivant son axe en la faisant tourner autour de celui-ci, en entraînant l'ajutage monté dans le manchon. I 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications! à ij, caractérisé en ce que le premier ajutage est 5 monté dans le Manchon précité, le second ajutage étant fixe par I rapport à ce dernier. \5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4., caractérisé en ce que la bague présente, sur sa surface visible, une graduation indiquant le rapport des deux 10 gaz à mélanger en fonction de la position de la bague sur le manchon. 6'. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la graduation prévue sur la bague précitée s'étend à proximité d!un des bords de cette dernière suivant au 15 moins une partie de son pourtour, un repère étant prévu sur une autre partie du dispositif en regard du bord susdit. 7. dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'une bague secondaire de position réglable par rapport à la bague présentant les graduations est enfilée sur le 20 manchon à proximité!: de cette dernière, cette bague secondaire présentant un trait,de repère s'étendant parallèlement à l'axe du manchon. 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le diamètre extérieur de la bague secondaire est 25 inférieur au diamètr^ intérieur de l'autre bague, appelée bague principale, de manière à permettre à cette dernière de passer au-dessus de la bague secondaire, le trait de repère prévu sur la bague secondaire présentant à son tour des graduations formant ainsi une échelle graduée, la distance entre deux gradua-30 tions consécutives de bette échelle étant égale au pas du filet intérieur de la bague principale, de manière à ce que cette dernière se déplace d'une (graduation sur la bague secondaire lorsqu'elle fait un tour cottnplet autour de son axe. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des reven-35 dications 1 à 8, caractérisé en ce que la bague précitée est i entraînee par un servo-irtoteur. 10-Diiiti£suivaMlareve"ion9'carao" 72 05169 ii j 2130101 I térisé en ce qu'un pignon engrène avec la surface cylindrique extérieure de la bague précitée, cette surface étant rainurée suivant ses génératrices, le servo-moteur entraînant ledit pignon. 5 11. Dispositif suivant l'une ou l'autre des reven dications 9 et 10, caractérisé en ce que le/ servo-moteur est commandé par l'intermédiaire d'un analyseur de gaz prévu à la sortie du dispositif. 12. Dispositif suivant l'une quelconque des reven-□ dications 1 à 11, caractérisé en ce qu'un joint d'étanchéité est prévu entre l'ajutage mobile et le manchon, de part et d'autre de la fente ménagée dans ce dernier. 13. Dispositif suivant la revendication 12, caractérisé en ce que les joints précités sont disposés chacun dans un 5 logement annulaire prévu dans la paroi extérieure de l'ajutage mobile. 14. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'un rebord extérieur est prévu autour de la sortie du premier ajutage, de manière à permet- D tre de créer sur la paroi extérieure de cet ajutage, s'étendant dans la chambre précitée, un film de gaz stationnaire lors de l'écoulement du constituant du mélange, provenant de ladite seconde conduite, vers le second ajutage. 15. Dispositif suivant la revendication 14, carac-5 térisé en ce que la paroi du rebord susdit, destiné à créer un film de gaz stationnaire sur la paroi extérieure du premier ajutage forme avec cette dernière un angle qui est tout au plus égal à 90°. 16. Dispositif suivant l'une quelconque des reven-D dications 1 à 15, caractérisé en ce que le second ajutage présente une entrée convergente dans laquelle peut s'engager la sortie du premier ajutage. 17. Dispositif suivant l'une quelconque des reven- I dications 1 à 16, caractérisé en pe que la partie convergente du 5 premier ajutage est prolongée par; une partie cylindrique jusqu'à ! la sortie de ce dernier. ! 18. Dispositif suivant l'une quelconque des reven- I s i i i i i i ■ 72 05169 12 2130101 dications caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour maintenir dans ladite chambre une pression sensiblement égale à celle régnant à la sortie du second ajutage, dans une chambre de mé\lan 19. Dispositif suivant la revendication 18, carac térisé en ce cjfue ces moyens comprennent un régulateur de pression raccordé un tuyau branché sur la sortie du second ajutage ce régulateur