Brevet FR2481416A1 — publié le 19811030

i Proc6ue et appareil pour régler la combustion.. La presernte invention se rapporte a un procédé et à un appareil pour effectuer le réglage ae la combustion dans un Drûleur à air souffle, l'air de combustion étant fourni et uezicé sous pression et le réglage de la combustion s'effec- tuant en fonction des variations de la charge tandis que le rapport ae l'air de combustion au combustible est maintenu sensiblement constant. Dans l'équipement des brûleurs à air soufflé pour le chauffage Domestique suivant l'art antérieur, on a adopté un procédé de combustion intermittente comme moyen de réglage ue la combustion afin de pouvoir répondre aux variations de la charge. Cependant, ce procédé a soulevé une difficulté qui réside dans le fait que la précision avec laquelle s'effectue le réglage de la combustion n'est que de + 5 C par rapport à la température de consigne, de sorte que le confort des utili- sateurs n'est pas assuré. Par ailleurs, une élévation d'au moins 5 C signifie que l'on brûle plus ae combustible qu'il n'est nécessaire, ce qui n'est pas souhaitable au point de vue cae la conservation de l'énergie. En particulier, une chaudiè- re au type à pallon Q'eau chaude est destinée A stocker un volume important d'eau chauae et à le maintenir à une tempe- rature iélevée afin de pouvoir répondre à une demande suivie d'un volume important d'eau chaude, de sorte que la températu- re àe l'eau chaude dans le ballon est mesurée à tous moments et la combustion est redémarrée aussitôt que la température de l'eau chaude s'abaisse. Au point de vue de la conservation de l'énergie, ce type ce chaudière nécessite donc des perfection- nements plus urgents que l'équipement de chauffage domestique mentionné ci-dessus. E.i ce qui concerne le système de combustion à air souffle, on a disposé jusqu'à present d'un procédé connu ue reglage de la combustion dans iequel une soupape de réglage est manoeuvre par la pression de l'air de combustion et dans lequel le combustible nécessaire à la combustion est fourni ?roportionnellement au déplacement de la soupape de réglage. r.ns ce systëme de combustion, c'est le volume d'air seulement qui est régle en fonction des variations de la charge. Ce système de combustion s'est avéré peu souhaitable car l'allu- re àe la combustion est fortement influencée par les condi- tions ae l'air extérieur. Par exemple, une élévation de la pression atmosphérique augmenterait la pression statique à la sortie du ventilateur, rendant de ce fait impossible l'ob- tention au volume D'air désiré. Il en résulterait la produc- tion de suie et d'oxyde de carbone lorsque le combustible u- tilise est un gaz autre que le gaz naturel, en particulier le gaz de pétrole liquéfié et le gaz butane ayant une forte teneur en carbone, ou un combustible liquide. Dans ces circons- tances, on hesiterair à adopter ce système ce réglage de la combustion. La prOsente invention a été mise au point pour évi- i er les inconvénients ce l'art antérieur énumérés ci-dessus. En conséquence, l'objet de la présente invention est de four- nir un procédé et un appareil pour régler la combustion, uti- lisables dans un système de combustion à air soufflé qui est exempt de la production de suie et dioxyde de carbone. ) La présente invention est basée sur la découverte que l'air présente une certaine force d'inertie. La caracté- ristique marquante de la présente invention réside dans le fait que le volume d'air est à'abord réglé et que le combus- tiDle est fourni en vue de la combustion en fonction du volu- me ue cdrmone qui pourrait provenir d'un apport d'air momentané- munt insuffisant. o La >résente invention sera bien comprise à la lectu- rc du la nescrijtion suivante faite en relation avec les óus- sins cl-joints, Qans lesquels: - la fiqure I est un scaé.na caractéristiqu G'urI t. Xi lt' e ut - r ul sI tii u ute ia.rt.sueitu ir.vv*ntion sui tc:;t it,, '.'r- 2 &'t,'- tj ul. syiteVlflC (1t colliustion utilisaint Un COIil tjUlUlt; - lai f ijuru 2 t.est un scilema cdractri.stique d'ut lutit t txitii. Ivhdl- lti i VlIltltllI.%j'Il"-ut incorporé à un système de combustion utilisant un combustible gazeux; - la figure 3 est une vue en coupe d'une soupape de reglage du combustible utilisée dans l!appareil de réglage de la combustion d'un combustible gazeux, représenté à la figure 2; - la figure 4 est un diagramme représentant les ca- rac-Gristiques de la soupape de réglage d'un combustible ga- zex, représentée à la figure 3; et - la figure 5 est une vue en coupe d'une autre forme de soupape de réglage d'un combustible gazeux, représentée à la figure 3. On décrira maintenant.la présente invention en se re= portant aux exemples de réalisation représentés sur les des- sins. La figure 1 représente une chaudière du type à bal- lon d'eau chaude, utilisant un combustible liquide et à la- juelle est incorporé l'appareil qui fait l1objet de la présen- te invention. Le système de combustion comprend un brûleur 1 à air soufflé équipé d'un échangeur principal 2 de chaleur- pour transmettre la chaleur d'une source chaude à haute tem- perature à une source cnaude à basse température, et une pompe 3 de circulation pour faire parcourir à un fluide chaud un cycle C afin de transmettre la chaleur à une charge. Dans le cycle C sont montés des détecteurs 4A et 4B sensibles à la température pour détecter la température du fluide chaud, un échangeur indirect 4 de chaleur pour transmettre la chaleur du fluide chaud à l'eau 5 du robinet, un radiateur 6 pour li- bérer dans une pièce la chaleur cédée par le fluide chaud, et des robinets 7 et 8 à trois voies pour régler respectivement une charge d'alimentation en eau chaude et une charge de chauffage. Un ventilateur 10 alimente le brûleur 1 en air de combustion et il comporte un conduit il d'air qui se divise en un conduit 11A d'air primaire faisant communiquer le ven- tilaneur 10 avec le carburateur lA du brûleur 1, et un con- duit 11B a'air secondaire mettant le ventilateur 10 en commu- nication avec l'environnement du Drûleur 1. Le carburateur 1A est un carburateur à pulvérisation pourvu d'un disque rotatif pour pulvériser le combustible liquide et diffuser les par- ticules pulvérisées de ce dernier. Le ventilateur 10 est en- traîné par un moteuLiaont la rotation est réglée par un cir- cuit 13 sur la base de signaux émis par les détecteurs 4A et 4B sensibles à la température et montés dans le cycle C. Dans le conduit il d'air du ventilateur 10, est monté un détecteur 14 de débit d'air, tel qu'un anémomètre à fil chaud. Le com- bustible liquide est contenu dans un réservoir 15 de combusti- ble pourvu d'un régulateur 16 de niveau statique du liquide, et il est envoyé au brûleur 1 par une pompe 17 à combustible commandée par un circuit 1l de réglage de la fréquence qui est commandé, à son tour, par un signal venant du détecteur 14 de débit. La référence 9 désigne une alimentation d'eau chaude venant de l'échangeur indirect 4 de chaleur. En fonctionnement, la chaleur provenant du gaz à haute température est transmise au fluide chaud dont la tem- pérature monte à une valeur élevée. Ce fluide chaud à tempé- rature élevée cède de la chaleur pour permettre de réaliser une alimentation en eau chaude ou le chauffage d'un espace donné, et il en résulte une chute de température du fluide chaud. Le fluide chaud à basse température est ramené à l'é- changeur principal 2 de chaleur. La température du fluide chaud en circulation peut varier en fonction de la charge d'alimen- tation en eau chaude ou de la charge de chauffage. Ce qui re- vient à dire que plus la charge est élevée, plus la tempéra- ture détectée par les détecteurs de température 4A ou 4B est basse. On décrira le fonctionnement en se référant à la température de l'alimentation en eau chaude. L'arrivée (volu- me de combustible) au brûleur 1 étant constante, la température du fluide chaud en circulation baisse au fur et à mesure que le volume d'eau chaude fournie augmente. Si la température normale du fluide chaud est réglée à l'avance et si on essaie de maintenir cette température au niveau normal malgré les va- riations de la charge,il faudra augmenter l'arrivée de combus- tible au brûleur 1. La température du fluide chaud est détec- tée par les détecteurs 4A et 4B sensibles à la température, et la tension mesurée par ces détecteurs est comparée avec une tension représentant la température normale certaine du flui- de chaud, dans le circuit 13 de réglage de la rotation du mo- teur du ventilateur du brûleur, afin de déterminer ainsi la rotation du moteur 12 du ventilateur du brûleur. De cette ma- nière, le volume d'air nécessaire à la combustion est détermi- né avant le volume de combustible. Le débit d'air envoyé au brûleur 1 est mesuré par le détecteur 14 de débit d'air qui envoie un signal au circuit 18 cAe réglage de la fréquence. Le volume de combustible qui est envoyé au Drûleur 1 par la pompe 17 à combustible, est ba- sé sur la relation exprimée par la formule ci-dessous. Le dé- tecteur 14 de débit d'air peut se présenter sous la forme d'un manomètre électrique, bien qu'on ait mentionné dans la descrip- tion l'utilisation d'un anémomètre à fil chaud. Volume a 'air nécessaire pour brûler un volume déterminé de combustible (A) Volume déterminé de combustible (F) constante (K) O......... (1) Dans la combustion suivant cette formule, les flam- mes ont une tendance générale à se colorer en Jaune car la Valeur de A est réduite par rapport à celle de F, provoquant de ce fait la création de suie. Inversement, les flammes ten- dent à s'élever lorsque la valeur de A est augmentée par rap- port à celle de F. Lorsque l'échangeur principal 2 de chaleur est un échangeur de chaleur en aluminium à ailettes intérieu- res ou un échangeur de chaleur du type à ailettes en tôle, il sera nécessaire d'éviter son bouchage par la suie produite par les flammes. A cet effet, on règle d'abord la valeur de A et, ensuite, on détermine la valeur de F conformément à la présente invention, de sorte que les influences qui pourraient être exercées par un retard de F par rapport à A, font s'éle- ver les flammes plutôt que de les faire se colorer en jaune, afin d'éviter le risque de la création de suie. Dans l'exemple de réalisation représenté et décrit ci-dessus, les points o sont placés les détecteurs 4A et 4B sensibles à la température et le détecteur 14 de débit d'-air, peuvent bien entendu être choisis en fonction de l'objectif à régler. Ceci revient à dire que, lorsque la température de l'eau caaude cL'alimentation est l'objectif à régler, on peut detecter la température de l'eau chaude à la sortie. De même, lorsque le système de combustion est un système dans lequel le brûleur brûle le combustible entièrement avec l'air pri- r1iaire, ou un système dans lequel le volume d'air primaire dé- termine le fonctionnement du brûleur, le détecteur 14 de débit d'air peut être placé dans le conduit liA d'air primaire. Dans l'exemple de réalisation représenté et décrit ci-dessus, on a décrit un carburateur à pulvérisation par disque rotatif com- me étant le moyen utilisé pour pulvériser le combustible li- quide. Il est bien entendu que la présente invention n'est pas limitée à cette forme particulière de moyen de pulvérisation au combustible liquide, et qu'on peut utiliser un système de pulvérisation à gicleur utilisant la pression ou un système de pulvérisation à venturi utilisant l'air. Dans la réalisation ue la présente invention, on a observé que le système de pul- vérisation par disque rotatif était le plus efficace. La rai- son en est due au fait que la pulvérisation du combustible li- quide peut s'effectuer d'une manière stable car la force cen- trifuge reste constante, même si la charge varie et si le vo- lume de combustible varie également, puisque la pulvérisation du combustible liquide est réalisée dans le système de pulvé- risation par disque rotatif à l'aide de la force centrifuge du disque rotatif dont la vitesse de rotation reste constante. La figure 2 représente un autre exemple de réalisa- tion qui est incorporé à un système de combustion utilisant un combustible gazeux. Les pièces similaires à celles qui sont représentées a la figure l sont repérées par des références identiques. Dans le présent exemple de réalisation, le procédé conduisant à l'application à un robinet 23 de réglage du com- bustible, a' un signal basé sur le signal du détecteur 14 de débit d'air, est analogue au procédé correspondant suivi dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 1, de sorte qu'on omettra d'en donner une description. Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 2, le combustible aazeux venant ae l'extérieur sous unie pression prédéterminee, est introduit dans un régulateur 22 de pression après être passé par une soupape 21 à commande électromagnétique. Le régulateur 22 de pression a pour fonction de maintenir la pression du côte secondaire sensiblement constante sans être basée sur la pression au côte primaire. Les positions relatives de la sou- pape 21 à commande électromagnétique et du régulateur 22 de pression peuvent être inversées. Le combustible venant du ré- gulateur 22 de pression, sous une pression constante, est amené à la soupape 23 de réglage du volume de combustible dans laquelle ce volume est réglé, conformément à la formule (1), de sorte que le volume de combustible qui alimente le brûleur 1 est proportionnel au volume d'air. La soupape 23 de réglage au volume de combustible peut être une soupape quelconque de type connu, Par exemple, la soupape 23 de réglage du volume de combustible est une sou- pape à commande électromagnétique du type connu, dont la cour- se du piston plongeur varie continuellement avec la tension. La soupape 30 de réglage du volume de combustible, représentée à la figure 3, règle le volume de combustible de la manière suivante e un piston 33 est déplacé par la force résultant d'une force électromagnétique produite dans un électro-aimant 31 par la tension qui lui est appliquée, et de la force de poussée d un ressort 32, ce déplacement du piston commande le déplacement d'un pointeau 34 qui lui est accouplé, de manière à faire varier la section libre d'une ouverture 35 dans le siè- ge de la soupape afin de régler le volume de combustible. La soupape 30 comprend un conduit 36 d'entrée-du gaz et un con- duit 37 de sortie du gaz. La soupape 30 de réglage du volume de combustible gazeux crée une hystérésis due au magnétisme rémanent de l'ai- mant. La figure 4 représente les caractéristiques de la soupa- pe. Dans le diagramme figurant à la figure 4, l'abscisse re- présente la tension et l ordonnée la course du piston plongeuro On comprendra qu'une variation de la charge provoque une va- riation de la course du piston plongeur, et que l'influence due au magnétisme rémanent apparaît au point o le sens de la course $'inverse. En ce point, il n'y a aucune variation du déplacement du piston plongeur malgré le fait que la tension soit récuite. Lorsquton utilise une soupape à commande élec- tromagnétique qui fonctionne de cette manière, le volume de- combustible varie suivant le sens du déplacement du piston plongeur et, de ce fait, il est impossible d'obtenir un rap- port constant du mélange air/combustible. L'écart provoqué par l'hystérésis peut être parfois de l'ordre de 200 % et, de ce fait, l'utilisation de cette soupape comme soupape de réglage est limitée. Sur le diagramme de la figure 4, la courbe I re- présente le cas d'une charge de 37 g et la courbe II celui d'une charge de 100 g. La soupape 40, représentée à la figure 5, a été mi- se au point dans le but d'éliminer les inconvénients mention- nés ci-dessus des soupapes de réglage du volume de combustible suivant l'art antérieur. La caractéristique de la soupape 40 réside dans le fait qu'elle est basée sur un procédé de ré- glage par tout ou rien pour régler le volume du combustible. Plus précisément, le temps pendant lequel le siège de la sou- pape est ouvertest déterminé par le réglage de la longueur du temps pendant lequel la soupape est ouverte ou par le nom- bre de fois qu'elle est ouverte. Le siège de soupape, repéré par les références 41 et 42, fonctionne de telle sorte que l'organe mobile 41 du siège, déplacé verticalement par la for- ce électromagnétique et la-force d'un ressort, entre en con- tact avec l'organe fixe 42 du siège ou s'en écarte. Lorsque l'organe mobile 41 et l'organe fixe 42 du siège sont en contact l'un avec l'autre, le courant de gaz est arrêté, et lorsque ces organes sont écartés l'un de l'autre, le courant de gaz peut traverser la soupape. En réglant le temps pendant lequel les deux organes 41 et 42 du siège sont en contact l'un avec l'autre et le temps pendant lequel ils sont écartés l'un de l'autre, on peut ouvrir et fermer complètement la soupape. La soupape 40 ne présente pas d'hystérésis comme c'est le cas de la soupape 30 représentée à la figure 3. A la figure 5, les pièces identiques à celles de la figure 3 ont été repérées par des références identiques. On doit bien se rendre compte, d'après la description qui précède, que le système de réglage de la combustion sui- vant la présente invention, dans lequel le combustible et l'air sont réglés pour obtenir un rapport air/combustible sensible- ment constant à tous moments, fonctionne de telle manière que le volume d'air est d'abord réglé en fonction d'une variation de la charge, le volume d'air est mesuré, et ensuite le volu- me de combustible à brûler est réglé sur la base de la mesure au volume &'air. En raison de cette caractéristique, la pré- sente invention fournit un procédé et un appareil pour effec- tuer le réglage de la combustion, qui permettent d'utiliser la force d'inertie de l'air en faisant varier le volume d'air sans à-coup en fonction des variations de la charge, de ma- nière à éviter l'apparition de suie et d'oxyde de carbone qui, sinon, pourrait provenir aàun apport d'air momentanément insuf- fisant malgré une augmentation ou une diminution du volume de combustible. La présente invention n'est pas limitée aux exemples ue réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contrai- re susceptible de variantes et de modifications qui apparal- tront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Procédé pour régler la combustion dans lequel le réglage de la combustion s'effectue en fonction des variations de la charge tout en maintenant sensiblement constant le rapport du volume d'air de combustion au volume de combustible à brûler, ce procédé étant caractérisé en ce qu' il comprend les stades de réglage du volume d'air en fonction d'une varia- tion de la charge; de mesure de ce volume d'air; et de réglage du volume de combustible en fonction de la mesure du volume d'air. 2. Appareil pour régler la combustion dans lequel le réglage de la combustion s'effectue en fonction des variations de la charge tout en maintenant sensiblement constant le rapport du volume d'air de combustion au volume de combustible à brûler, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend un brûleur (1); un moyen (4A, 4B) pour détecter une varia- tion de la charge; un moyen (10) formant ventilateur pour envoyer l'air au brûleur; un moyen (13) pour régler le moyen d'entraînement du moyen formant ventilateur, basé sur un signal venant du moyen de détection; un moyen (14) pour mesurer le débit d'air, monté du côté refoulement du moyen formant ventilateur afin de mesurer le volume d'air proportionnel aux va- riations de la charge; un moyen (17) pour envoyer le combustible au brû- leur; et un moyen (18) de réglage pour effectuer le réglage du combusti- ble sur la base d'un signal créé par le moyen pour mesurer le débit d'air en conséquence de la mesure du débit d'air, afin d'envoyer au brûleur, depuis le moyen d'alimentation en combustible, un volume de combustible proportionnel au volume d'air mesuré par le moyen pour mesurer le débit d'air. 3. Appareil pour régler la combustion suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le combustible est un combustible liquide; et en ce que le brûleur (1) comprend un carburateur (lA) à pulvérisation par disque rotatif (20) qui comprend un disque rotatif pour pulvériser et dif- fuser le combustible liquide sous forme de particules pulvérisées. 4. Appareil pour régler la combustion suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le combustible est un combustible gazeux, et en ce que le moyen d'alimentation en combustible est une soupape électroma- gnétique (40) du type de réglage par tout ou rien. 5. Appareil pour régler la combustion suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le moyen (14) pour mesurer le débit d'air comprend un anémomètre à fil chaud. 6, Appareil pour règler la combustion suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'appareil de combustion est à air soufflé. 7. Appareil pour régler la combustion suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le brûleur (1) de l'appareil de combustion à air soufflé est un brûleur pour chaudière du type à ballon d'eau chaude.