Brevet FR2479417A1 — publié le 19811002

L'invention concerne un procédé de contrôle et un dispositif de sécurité pour brûleur a' combustible fluide, plus particulièrement -pour brûleur alimenté en air par un ventilateur, notamment pour installation de chauffage de locaux. Dans les installations de chauffage de locaux, on utilise en général des brûleurs a gaz ou à fuel, alimentés en air par un ventilateur. Ce ventilateur prélève en général l'air ambiant par une canalisation dans laquelle est prévu un volet de contrôle. Ce volet est entr'ouvert lors du fonctionnement au ralenti du brûleur, et il est complètement ouvert lorsque le brûleur doit fonctionner a pleine charge. Pour l'allumage du brûleur, il est prévu une sécurité : on vérifie en effet l'existence d'une pression d'air à la tête du brûleur, au moyen d'un pressostat, de façon à eviter l'alimentation en combustible du brûleur en cas de panne du ventilateur. Mais ce contrôle d'une pression d'air est Insuffisant. En effet, si le brûleur est bouché, il peut exister une pression mais il n'y a pas d'é roulement d'air et le bon fonctionnement du brûleur est compromis. En outre, ce contrôle de la présence d'une pression d'air dans le brûleur est effectué pendant un temps determiné, de l'ordre de 30 s. à 1 mn, de façon à assurer un prébalayage de la chambre de combustion avant l'allumage du brûleur. Ce prébalayage est imposé par des conditions de sécurité : en effet, si du combustible est présent dans la chambre de combustion au moment de l'allumage du brûleur, on peut avoir des explosions dangereuses, I1 est donc admis qu'un volume d'air au moins égal à quatre fois le volume de la chambre de combustion doit assurer un balayage préalable de celle-ci avant l'allumage du brûleur. I1 y a quelques années, avec un certain type d'installations, ce prébalayage correspondait à environ 30 s.Ce temps de prébalayage est resté usuel bien que les volumes des chambres de combustion aient été depuis considérablement réduits. I1 en résulte que ce prébalayage imposé indépendamment des nécessités propres du brûleur, entrain une ventilation à froid de la chaudière et une déperdition de calories importante et d'autant plus coûteuse que le temps de fonctionnement du brûleur est réduit. Par ailleurs, il existe des installations à deux régimes de chauffage par exemple, alimentées en combustible par deux canalisations différentes. Ces installations ont en général un seul ventilateur et la position du volet de réglage de l'arrivée d'air est liée aux conditions de fonctionnement du brûleur : régime faible, volet entr'ouvert ; régime fort, volet ouvert. C'est un thermostat d'ambiance par exemple qui déclenche à la fois l'ouverture du volet et l'alimen- tation en combustible par la deuxième canalisation lorsque le régime fort est requis.Dans ce cas, un pressostat permet de s'assurer qu'une pression dtair suffisante existe dans le brûleur, mais cette pression ne correspond pas forcément à un débit d'air et la sécurité du contrôle n'est pas absolue I1 existe également ce qu'il est convenu d'appeler des brûleurs modulants, c'est-à-dire des brûleurs qui assurent différents niveaux de chauffe en fonction des besoins. Dans ces brûleurs, l'alimentatjon en combustible est en général contrôlée par uhe vanne à ouverture réglable. L'alimentation en air est assurée, de son côté, par un ventilateur dont le débit est contrôlé par un volet d'ouverture réglable, asservi mécaniquement à la commande de la vanne d'alimentation en combustible. Avec ce dispositif, la corrélation entre ltalimen tation en air et l'alimentation en combustible est assurée de façon mécanique par une tringlerie complexe, mals non contrôlée de façon satisfaisante. L'invention a pour but d'éviter les inconvénients des installations existantes en contrôlant la présence non pas d'une pression mais d'un débit d'air dans le brûleur, en contrôlant la durée du prébalayage de la chambre de combustion en fonction de la quantité d'air soufflé dans la chambre et en contrôlant différents niveaux de débit d'air dans lo brûleur pour autoriser différents niveaux d'alimentation on combustible. La présente invention a pour objet un procédé de contrôle pour brûleur à combustible fluide, du type dans lequel un ventilateur assure l'alimentation en air du brûleur et une électrovanne contrôle l'alimentation en combustible du brûleur, caractérisé en ce que : on mesure le débit d'air dans le brûleur sous forme d'un signal alternatif de fréquence proportionnelle à la vitesse d'écoulement de l'air, et on utilise ce signal pour commander l'électrovanne d'ali- tentation du brûleur en combustible. Selon l'invention - le signal alternatif est redressé pour assurer la charge d'un condensateur dont la tension aux bornes est comparée à une tension de référence dans un comparateur, le signal de sortie du comparateur étant utilisé pour commander l1électrovanne - on utilise le signal alternatif de fréquence proportionnelle à la vitesse d'écoulement de ltair dans le brûleur pour commander par l'intermédiaire d'un filtre passe-haut l'ouverture d'une deuxième électrovanne d'alimentation du brûleur en combustible - on asservit au débit d'air dans le brûleur la commande des différents régimes d'alimentation du brûleur en combustible. L'invention a également pour objet un dispositif de sécurité pour brûleur à combustible fluide, du type dans lequel un ventilateur assure l'alimentation en air du brûleur et une électrovanne contrôle l'alimentation en combustible du brûleur, caractérisé en ce qu'il comporte : des moyens pour mesurer le débit d'air dans le brûleur et produire un signal dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse d'écoulement de l'air dans le brûleur, des moyens pour transformer ledit signal de fréquence en une tension, des moyens pour comparer cette tension à une tension de référence et des moyens pour commander, à partir du résultat de la compa- raison, ltélectrovanne d'alimentation du brûleur en combustible. Selon l-Invention : - les moyens pour mesurer le débit diapir sont constitués par une sonde cinémométrique couplée N un alternateur monophasé ; - la sonde cinémométrique est constItuée par une roue ailettes placée dans le brûleur, et l'alternateur par un moteur de compteur horaire - les moyens pour transformer le signal de fréquence cn une tension sont constitués par un pont redresscur chargeant un condensateur - les moyens pour comparer la tension aux bornes du condensateur et la tension de référence sont constitués par un comparateur dont la sortie change d'état lorsque la tension aux bornes du condensateur dépasse la tension de référence - les moyens de commande de l'électrovanne sont constitués par un relais dont la bobine est alimentée par la sortie du comparateur et dont le contact ferme le circuit d'alimentation de la bobine de commande de l'électrovanne - la constante de temps de charge du condensateur est déterminée pour que le comparateur change d'état après un temps suffisant pour que le prébalayage de la chambre de combustion soit assuré - le signal alternatif est appliqué également .: un filtre passe-haut dont la sortie commande un relais de fer meture du circuit d'alimentation électrique de la deuxième électrovanne d'alimentation du brûleur en combustible. A titre d'exemple et pour faciliter l'intelligence de la description, on a représenté au dessin annexé Figure 1 un schéma symbolique d'un exemple de réalisation d'un dispositif de contrôle de l'alimentation on air d'un brûleur à combustible fluide -' un seul régime de chauffage, selon l'invention ; Figure 2 un schéma symbolique d'un exemple de réalisation d'un dispositif de contrôle de l'alimentation en air d'un brûleur à combustible fluide à deux régimes de chauffage selon l'invention. En se reportant au dessin, on peut voir un brûleur a gaz ou à fuel symbolisé en 2 asec .3a canal a on d'alimenta- tion en combustible fluide 24. Dans le canal d'arrivée d'air est prévue une sonde célérimétrique 1, qui pout ôtre so@@ un anémomètre, soit une petite turbine, soit une roue à aubes ou à ailettes par exemple. Cette sonde entraîne un petit alternateur 3 monophasé qui délivre une tension alternative dont la fréquence est sensiblement proportionnelle à la vitesse d'écoulement de l'air dans le canal du brûleur. Cette tension alternative est redressée par le pont redresseur 4 pour charger un condensateur 5.La tension U aux bornes du condensateur 5 est appliquée à une entrée d'un comparateur 6 qui reçoit sur son autre entrée 7 une tension do référence V. Lorsque la tens on U du condensateur 5 dépasse la tens' on de référence V, le comparateur 6 change d'état de sortie et alimente la bobine 9 d'un relais dont le contact 10 ferme le circuit d'alimentation électrique, symbolisé en 8 entre les deux bornes a et b d'une source classique de la botine 15 d'une électrovanne 16 contrôlant l'arrivée de combustible au brûleur par la canalisation 24. La constante de temps de charge du condensateur 5 est déterminée pour que le comparateur 6 change d'état après un temps suffisant pour que le prébalayage de la chambre do combustion soit assuré dans des conditions de sécurité satisfaisantes. Le temps nécessaire pour que la tension U aux bor- ncs du condensateur 5 atteigne la valeur de la tension de référence V est lié à la vitesse d'écoulement de l'air dans le brûleur, c'est-à-dire au volume d'air qui a balayé la chambre de combustion. Le rcste du dispositif d'allumage et de sécurité, nécessaire à la surveillance du fonctionnement du brûleur, est supposé connu et n'a pas été représenté. Le cas dc la f figure 2 est relatif à un brûleur deu arrIvées dc combustible, correspondant à deux régimes dc fonctionnement du brûleur Dans le cas du régime faible, seule l'alimentation en combustible par la canalisation 24 est assurée (comme dans le cas de la figure 1). Dans le cas du régime fort, l'alimentation en combustible par la deuxième canalisation 25 est, elle aussi assurée. Les références 1 à 16 ct 24, correspondent à la figure 1. La conduite 18 d'arrivée d'air au ventilateur du brûleur 2 est munie d'un volet ou papillon 17 dont l'ouverture complète est commandée par un thermostat 19 qui contrôle la demande de chaleur.La deuxième canalisation 25 d'alimentation en combustible est contrôlée par une électrovanne 22 dont la bobine 21 est dans un circuit 20 d'alimentation électrique entre les bornes a et b d'une source classique. Ce circuit 20 comporte un premier contact 23 dont la fermeture est commandée par le thermostat 19 on même temps que l'ouverture du volet 17. Le deuxième contact 14 est commandé par la bobine 13 d1un relais. Lorsque le thermostat 19 commande l'ouverture du volet 17 et la fermeture du contact 23, le ventilateur du brûleur 2 peut souffler une plus grande quantité d'air. La sonde 1 détecte alors une vitesse dtecoulement supérieure et l'alternateur 3 délivre un signal de fréquence supérieure. Ce signal est appliqué à un filtre 11 du type passe-haut, qui est relié à. un amplificateur 12. Lorsque la vitesse de l1air dans le brûleur est suffisante, le filtre 11 délivre un signal de sortie qui, amplifié par l'amplificateur 12, alimente la bobine 13 d'un relais dont le contact 14 se ferme. L'électrovanne 22 s'ouvre alors car sa bobine 21 est alimentée, et le combustible est délivré au brûleur par la canalisation 25. Le dispositif selon l'invention permet donc de contrôler que le débit d'air au brûleur est suffisant pour satlsfaire los besoins correspondant à une demande accrue do chaleur. Le contact 23, commandé par le thermostat 19, assure la fermeture dc l'électrovanne 22 lorsque le besoIn de chaleur supplémentaire disparait et apporte une sécurité supplémentaire à l'allumage au cas où le volet 17 ne s'ouvrirait pas, Avec le dispositif de la figure 2, on peut réali- ser la commande dtun brûleur à deux régimes car on disposc de deux seuils de déclenchement indépendants: un premier seuil défini par la tension de référence V ct un deuxième seuil défini par la fréquence dc coupure F du filtre passe- haut 11. On peut également fixer le deuxième seuil on amplitude plutôt qu'on fréquence, en définissant un deuxième circuit analogue à celui do la figure 1, mais dont la ten Ion de référence sot plus élevée. Dans le cas d'un brûleur modulant à plusiours régimes de chauffe pour grands ensembles immobiliers par exemple, on peut prévoir une série de circuits à seuils, correspondant ; diverses positions du volet 17 contrôlant l'allmentation en air. Il est copendant assez difficile de prévoir beaucoup de canalisations d'arrivée de combustible (gaz ou fuel) dans un brûlour. Il est alors préférable d'ut@liser une soule canalisation d'allmentation en combus @@ble, contrôlée par une vanne à ouverture réglable. Le dispositif selon l'invention est alors très bien adapté car on peut commander l'ouvorture de la vanne en fonction de la fréquence du signal délivré par l'alternateur. On peut ainsi asservir l'ouverture de la vanne au débit d'air au brûlour par l'intermédiaire d'un signal de fréquence proportionnelle à la vitosse d'écoulement de l'air dans le brûleur, Le schéma de la figure 2 se trouve alors légèrement modifié : le filtre 11 est romplacé par un circuit convertisseur fréquonce-tension ou fréquence-courant qui commande la position du boisseau de la vanne à ouverture réglable, 16 ou 22 par exemple. A titre d'exemple, l'alternateur peut être un moteur de compteur horaire sur l'arbre duquel est fixée une roue à palettes servant d'anémomètre. Une génératrice tachymétrique pourrait être utilisée, mais d'une part elle ne pourrai t pas fournir de s--nal pour le deuxième seuil, et d'autre part sa durée de vie risquerait d'ôtre insuffisante. Avec un tel alternateur, qui a un encombrement de l'ordre du centimètre cube, on peut réaliser un dispositif de sécurité assurant le contrôlo d'un prébalayage de la chambre de combustion de l'ordre de 5 à 7 s. par exemple, ce qu@ représente une économie d'énergie très substantielle. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Procédé de contrôle pour brûleur à combustible fluide, du type dans lequel un ventilateur assure 1' tion en air du brûleur et une électrovanne contrôle l'alimen- tation en combustible du brûleur, caractérisé en ce que on mesure le débit d'air dans le brûleur sous ferme d'un signal alternatif do fréquence proportionnelle à la vitesse d'écoulement de l'air, et on utilise ce signal pour commander l'électrovanne d'alimentation du brûleur en combustible. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal alternatif est redressé pour assurcr la charge d'un condensateur dont la tension aux bornes est comparée à une tension de référence dans un comparateur, 10 signal de sortie du comparateur étant utilisé pour commander l'électrovanne. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, appliqué au cas d'un brûleur à deux régimes de chauffe et deux alimentationsen combustible, caractérisé en ce que : on utilise le signal alternatif de fréquence proportionnelle à la vitesse d'écoulement de l'air dans le brûleur pour comman- der par l'intermédiaire d'un filtre passe-haut l'ouverture d'une deuxième électrovanne d'alimentation du brûleur en combustible. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 appliqué au cas d'un brûleur à plusieurs régimes de chauffe, caractérisé en ce qu'on asservit au débit d'air dans le brûleur la commande des différents régimes d'alimentation du brûleur en combustible. 5.- Dispositif de sécurité pour brûleur à combustible fluide, pour la miso en oeuvre du procédé selon l'une des rovendications 1 ou 2, du type dans lequel un ventilateur assure l'alimentation en air du brûleur et une loctro-:ann contrôlo l'alimentation en combustible du brûleur, caractérisé en co qu'il comporte : des moyens pour mesurer le déblt d'air dans le brûleur et produire un signal dent la fréquence est proportionnelle à la vitesse d'écoulement de l'air dans le brûleur, des moyens pour transformer led@@ signal de fréquence en une tension, des moyens pour comparer cette tension @ une tension de référence, et des moyens pour commander, à partir du résultat de la comparaison, l'électrovanne d'alimenta- tion du brûleur on combustible. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens pour mesurer le débit d'air sont constitués par une sonde cinémométrique (1) couplée à un alternateur monophasé (3). 7. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la sonde cinémométrique (1) est constituée par une roue à ailettes placée dans le brûleur (2), et lal- tornateur (3) par un moteur de compteur horaire. .- Disposit @f selon la revendication 5, caractéris en ce que les moyens pour transformer le signal de fré quence en une tenslon sont constitués par un pont redresseur (L) chargeant un condensateur (5). 9.- DisposItif selon l'ensemble des revendications 5 et 8, caractérisé en ce que les moyens pour comparer la tension au bornes du condensateur (5) et la tension de réfé rente (7) sont constitués par un comparateur (6) dont la sortie change d'état lorsque la tension aux bornes du con densateur dépasse la tension de référence. 10.- Dispositif selon l'ensemble des revendications 5 et 9, caractérisé en ce que les moyens de commande de l'électrovanne sont constitués par un relais dont la bobine (9) est alimentée par la sortie du comparateur (6) et dont le contact (10) ferme le circuit (8) d'alimentation de la bobIne (15) de commande de l'électrovanne (16). 11.- Dispositif selon l'ensemble des revendications Si 8 et 9, caractérisé en ce que la constante de temps de charge du condensateur (5) est déterminée pour que le comparateur (6) change d'état après un temps suffisant pour que le prébalayage de la chambre de combustion soit assuré. 12.- Dispositif de sécurité pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le signal alternatif est appliqué également à un filtre (11) passe-haut dont la sortie commande un relais (13, 14) de fermeture du circuit (20) d'alimentation électrique de la deuxième électrovanne (22) d'alimentation du brûleur en combustible.