Brevet FR2293668A1 — publié le 19760702

L'invention concerne un dispositif de régulation pour l'obtention de gaz résiduaires purs dans un procédé de combus- tion se déroulant dans une installation de foyer, comportant Une sonde à électrolyte solide conductrice des ions oxygène qui constitue le capteur de gaz résiduaire servant à mesurer la concentration d'oxygène dans le gaz résiduaire et engendre un Signal dont la grandeur dépend de la concentration d'oxygène et qui agit par l'intermédiaire d'un régulateur sur un organe de réglage final servant à coanander le rapport quantitatif entre combustible et air. Pour les installations de combustion de grande puissance des centrales électriques thermiques ou in7s les processus industriels, afin de surveiller les gaz résiduaires et d'obtenir un rendement élevé, on emploie des appareils d'analyse de gaz combinés à un dispositif de mesure servant a déterminer la teneur en oxygène libre des gaz résiuaires pour éviter un excès d'air inutile. ainsi par exemple, on connait des appareils magnétiques de mesure d'oxygène qui tirent parti des propriétés paramagnétiques prononcées de l'oxygène libre.Les appareils de ce genre sont très cofteus et en outre, ils conviennent mal à des fonctions de régulation car le comportement dans le temps des systèmes réglés de ce genre est Si désavantageux, par suite de l'apparition d'un temps mort véritable et d'une constante de temps relativement petite, qu'il est presque impossible d'obtenir une régulation stable (Iitterscheidt und Schmidt : "Anwendungen von Regelungen und Reglern in Feuerungsanlagen, Gas#KrmeW 9, 1960, ≈ 3, page 100). Pour obtenir un bon comportement de régulation en fonction de la teneur en oxygène des gaz résiduaires, il est connu, selon le Di-OS 1 526 277, d'appliquer dans les grandes installations de foyer une sonde d'oxygène comportant un électrolyte solide formé de zircone dopée. On détourne les gaz résiduaires du foyer vers un circuit d'analyse et on les fait passer à travers la sonde tubulaire. Dans les brûleurs à huile ou à mazout destinés au chauffage des immeubles ou à l'obtention d'eau chaude et qui ont une puissance petite ou moyenne, on règle la flamme du brtleur de façon fixe lors de la mise en service, normalement d'après les critères suivants : indice de suie de Backarach, teneur en C02 et température des gaz résiduaires. On ne peut pas tenir compte des influences météorologiques comme le vent, la température de la cheminée et de la chaudière. Aussi, il est de fait que beaucoup de brûleurs domestiques fonctionnent de façon anti-économique et polluante. Les prescriptions légales sur les proportions permises de polluants dans les gaz d'échappement de moteurs à combustion interne de véhicules sont, par contre, généralement plus sévères et ont déjà imposé des innovations correspondantes. Ainsi, par le DIC-OS 2 010 793 et par "Automobiltechnische Zeitschrift" 75 (1973) 12, page 461, on connaRt un appareil de régulation du rapport air : carburant dans un moteur à combustion interne de véhicule, pour l'obtention de gaz d'échappement purs, qui utilise une sonde d'oxygène disposée directement dans le conduit à gaz d'échappement.Les conditions de fonctionnement quant à la formation du mélange dans les moteurs de véhicule dépendent de très nombreux facteurs : la pression et la température de l'air, la température et la vitesse de rotation du moteur, la charge, l'accélération ou la décélération. Toutes ces grandeurs qui varient continuellement nécessitent un dispositif de régulation relativement compliqué entre un capteur servant à déterminer la concentration d'oxygène des gaz d'échappement et un organe de réglage final servant à influencer le rapport air : carburant. D'autre part, un apparéil pouvant entre fabriqué en très grande série et propre à être incorporé à des moteurs de véhicule automobile représente un grand effort de recherche. L'invention a donc pour but de tirer parti aussi de cette évolution pour des brûleurs à mazout ou à gaz destinés au chauffage d'immeubles ou à l'obtention d'eau chaude et ayant une puissance petite ou moyenne. L'invention réside dans le fait que pour la régulation du rapport combustible : air dans un brûleur à mazout ou à gaz, le capteur de gaz résiduaire muni d'un élément chauffant permettant de maintenir l'intervalle de température le plus avantageux de l'électrolyte solide est disposé dans le conduit à gaz résiduaire et que sa différence de potentiel électrique dépendant de la concentration d'oxygène dans le gaz résiduaire commande par l'intermédiaire d'un régulateur la quantité d'air comburant de façon telle qu'il en résulte, dans le gaz résiduaire, une concentration d'oxygène qui soit encore tout juste décelable. Avec une installation de foyer ainsi équipée, on peut obtenir une diminution de la pollution. En outre, étant donné qu'unie installation de foyer est exposée à moins d'influences, perturbatrices qu'un moteur à combustion interne et surtout, n'est pas exposée à des variations rapides des grandeurs perturbatrices, on peut réaliser un tel dispositif de régulation de façon simple et économique.Comme capteur de gaz résiduaire, on utilise avantageusement la sonde d'oxygène connue dont la matière de base est la zircone ou le dioxyde de thorium, dopés par des oydes de calcium, de magnésium ainsi que d'yttrium ou d'autres métaux de terres rares et le fonctionnement à peu près sans inertie des sondes de ce genre réalise pour la première fois les conditions véritables de l'utilisation pratique de régulations de combustion à fonctionnement satisfaisant dans des installations de foyer. 3tant donné que la différence de potentiel électrique fournie par le capteur de gaz résiduaire et servant de mesure de la concentration d'oxygène des gaz résiduaires dépend de la température absolue, un capteur de température peut être adjoint à l'électrolyte solide du capteur de gaz résiduaires pour déterminer la température qui y règne. Avec utilisation d'un circuit diviseur connu, le signal engendré par le capteur de température sert à compenser l'incidence de la température sur la mesure de concentration d'oxygène. Le meilleur niveau de température de fonctionnement d'une sonde à la zircone est d'environ 500 C. "e capteur de gaz résiduaire d'une installation de foyer de petite ou moyenne puissance doit donc comporter un élément chauffant permettant de mainte ir l'intervalle de température le plus avantageux de 1 'électrolyte solide. Dans les brûleurs importants, il existe souvent des dispositifs de régulation servant à régler de façon continue la puissance du brûleur. À cet effet, on adapte constamment l'air comburant au débit variable de mazout ou de gaz. Dans les installations de ce genre, il est avantageux que le régulateur influencé par le capteur de gaz résiduaire soit combiné à un dispositif de régulation prévu pour les grands brûleurs et servant à régler continuellenent la puissance du brûleur. En outre, il est avantageux de ne pas appliquer la régulation à la quantité totale d'air comburant mais de la subdiviser en deux courants partiels et de faire en sorte que le régulateur influence seulement une quantité partielle de l'air comburant amené. iSVENDI Dispositåf de régulation pour l'obtention de gaz résiduaires purs dans un procédé de combustion se déroulant dans une installation de foyer, comportant une sonde à électrolyte solide conductrice des ions oxygène qui constitue le capteur de gaz résiduaire servant à mesurer la concentration d'osy- gène dans le gaz résiduaire et engendre un signal dont la gran- deur dépend de la concentration d'oxygène et qui agit par l'in termédiaire d'un régulateur sur un organe de réglage final servant à commander le rapport quantitatif entre combustible et air, dispositif caractérisé par le fait que pour la régulation du rapport combustible : air dans un brûleur à mazout ou à gaz, le capteur de gaz résiduaire muni d'un élément chauffant permet- tant de maintenir l'intervalle de température le plus avantageux de l'électrolyte solide est disposé dans le conduit à gaz résiduaire et que sa différence de potentiel électrique dépendant de la concentration d'oxygène dans le gaz résiduaire commande par l'intermédiaire d'un régulateur la quantité d'air comburant de façon telle qu'il en résulte, dans le gaz résiduaire, une concentration d'oxygène qui soit encore tout juste décelable.