Brevet FR2493962A1 — publié le 19820514

Brf leur pour combustible liquide comportant un détecteur d'oxygène placé dans une flamme La présente invention concerne des brûleurs pour combustible liquide du type dans lequel la vitesse de vapo-- risation du combustible est régie principalement par la chaleur de sa propre flamme avec laquelle l'air recyclé d'un espace clos à l'intérieur d'un local est chauffé, et elle a trait,plus particulièrement, à un brûleur pour combustible liquide du type comportant un dispositif de sécurité fonction- nant en réponse à l'apparition d'une condition de manque d'oxygène. Les détecteurs d'oxygène sont utilisés courament comme moyens pour détecter les conditions de manque d'oxygène qui risquent de se produire dans lesque3ades brûleurs pour combustible liquide du type à combustion primaire,dans lesquels le combustible est vapo- risé par une source de chaleur extérieureou bien dans des brûleurs à gaz. Le détecteur d'oxygène, du type à pression partielle ou du type à différence de concentrationest placé habituellement dans un environnement qui se trouve en aval de la flamme et dans lequel la pression partielle de l'oxygène ou la concentration d'oxygène sont élevées lorsque le brûleur fonctionne correctement, de sorte que,lorsqu'une condition de manque d'oxygène apparait, la flamme s'allonge dans une mesure telle qu'elle entoure le détecteur d'oxygène et, de ce fait, l'oxygène environnant le détecteur passe à une pression par- tielle faible ou un état de concentration faible. Alors que la pratique courante est efficace pour les brûleurs du type que l'on vient de mentionner, elle ne convient pas pour les brûleurs à combustible liquide du type tel que celui utilisé dans les poëles à pétrole ainsi que pour les brûleurs de chaudières dans lesquels la vitesse de vaporisa- tion du combustible est commandée principalement par la chaleur produite par le propre combustible vaporisé de ces poëles et chaudières, étant donné que la flamme se contracte en cas de manque d'oxygène. Par conséquent, le point de la flamme se trouvant en aval est, de façon prédominante un environnement d'oxyde de carbone et le détecteur d'oxygène, s'il se trouve en ce points ne fournit aucune indication valable0 Avec des brûleurs dans lesquels de l'air secondaire est intbroduit en vue d'une combustion du combustible imbrûilé, il n'y a aucune variation distincte dans la quantité d'oxygène en un point situé en aval. Selon la présente invention, le brûleur pour combusti- ble liquide comprend unmoyen pour vaporiser le combustible liquide, un moyen pour allumer le combustible vaporisé, un moyen pour former une zone de combustion dans laquelle le com- bustible enflammé est mélangé avec l'air de manière k engendrer ainsi une flamme de telle sorte que la chaleur engendrée par la flamme provoque une augmentation de la vitesse de vaporisa- tion du moyen de vaporisations un détecteur d'oxygène placé dans la flamme et indiquant que le br!leur fonctionne correc- tement, et un dispositif de. sécurité fonctionnant en réponse a un signal de sortie du détecteur d oxygènes. De préférence, le détecteur doxyegènt est plaecé dans la flamme d'un étage final de combustion et le br ieur comprend, en outre, un moyen pour refouler de l'air d'alimentation jusqu'k la zone de combustion quelle que soit la quantî-L d'oxygène contenue dans cette dernière. Lêutilisaio.3ur détecteur d'oxygène en oxyde de zinc est preéf6rable ént denné que le signal de sortie de ce détecteu, varie en foncion de la pres- sion partielle et de la température de ioxygeèneo On va maintenant décrire de 2açon plus détailée la présente invention9 en se refern% arm- dessins aune.és, sur lesquels: la figure I est une vue en coupe d'un brûleur pour combustible liquide selon un mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 2 est une vue en coupe partielle du brûleur pour combustible liquide; la figure 3 est un schéma de principe du brtleur pour combustible liquide; et la figure 4 est une illustration graphique de la caractéristique de fonctionnement du détecteur d'oxygène. En se référant maintenant à la figure 1, on voit que l'on y a représenté schématiquement et en coupe un mode de réalisation préféré de la présente invention. À des fins d'il- lustration, la présente invention est appliquée à un brûleur pour combustible liquide utilisant une mèche capillaire fi- breuse immergée dans un réceptacle de combustible liquide en vue d'une vaporisation du combustible par l'action de capilla- rité. Une flamme est initialement allumée par un allumeur et se maintient ensuite à l'aide de la vapeur de combustible engendrée sous l'action de sa propre chaleur. Par conséquent, le briftleur do ce type est caractérisé par le processus de vaporisation par auto-chauffage. Sur la figure 1, le brûleur pour combustible liquide du type à auto-vaporisation comprend un ventilateur 1 de souf- flante placé k l'intérieur d'une chambre supérieure 10 et fixé à un moteur 2 assujetti k une plaque supérieure 3 en vue d'en- gendrer des courants d'air descendants s'écoulant comme indiqué par les flèches 4 à travers des entrées supérieures 5, des chambres latérales verticales 6 et k travers des sorties laté- rales 7 pour s'échapper dans l'atmosphère. Les chambres verti- cales latérales 6 sont séparées d'une chambre intérieure 8 de génération de flamme par une paroi cylindrique 9 et cette der- nière chambre est elle-même séparée de la chambre supérieure 10 par une plaque de déflencion Il qui amène des courants d'air forcés à se déplacer devant des ouvertures latérales 13 formées entre le déflecteur 11 et la paroi cylindrique 9. Il se crée donc une action de venturi qui amène l'air chauffé en provenance de l'intérieur de la chambre 8 de génération de flamme à s'écou- ler à travers les ouvertures 13 et les chambres latérales 6 pour s'échapper dans l'atmosphère en vue de réchauffer l'espace. La paroi cylindrique 9 est formée de manière k comporter, d'une part, des sections supérieure et inférieure avec, entre elles, une partie d'épaulement 14 faisant saillie vers l'extérieur et, d'autre part, un rebord 15 s'étendant vers l'extérieur et formé à l'extrémité la plus basse de la section inférieure. Un réservoir 16 de combustible, comportant une ouverture cen- trale 17 et un sommet 18 à rebord, est fixé à un élément de base 19. La surface inférieure 20 du réservoir 16 est espacée de l'élément de base 19 de manière que de l'air froid soit admis à circuler, comme indiqué par les flèches 22, à travers l'ouverture 17 radialement vers l'extérieur jusqu'à la zone de combustion du brfleur et le sommet 18 à rebord de ce réservoir - est espacé du rebord 15 de manière à former des ouvertures latérales 23 afin que de l'air froid soit admis à circuler comme indiqué par les flèches 24 radialement vers l'intérieur jusqu'à la zone de combustion. Une mèche 25 de forme cylindrique est partiellement immergée dans le combustible liquide contenu dans le réservoir 16 et s'étend vers le haut atravers un espace compris entre les parois cylindriques intérieure et extérieure du réservoir en se terminant dans une chambre de combustion primaire placée au- dessus des extrémités supérieures de ces parois. La chambre de combustion primaire est fermée par =u espace compris entre un cylindre intérieur perforé 26 comportant plusieurs ouvertures latérales 27 et un cylindre extérieur perforé 28 situé concen- triquement par rapport au cylindre intérieur 26 et comportant plusieurs ouvertures latérales 29 qui ont des dimensions plus grandes que celles des ouvertures iateales 27 du cylindre intérieur 26. L'air primaire pénètre dans la chambre de combus- tion primaire par l'ouverture 27 d'uno part et par les ouver- tures 29 d'autre part, comme indiqué par les flèches en traits interrompus 30 et 31, respectivement, de manière à engendrer des flammes primaires sur la surface intérieure du cylindre extérieur 28 à des endroits correspondant aux ouvertures 29. Cne plaque de déflexion annulaire 32 est montée dans le cylindre intérieur 26 en un point médian de la longueur verticale de ce dernier. À quelque distance du bord supérieur du cylindre intérieur perforé 26 est monté un élément 33 de distribution de flamme qui a la forme d'un disque et qui permet l'intro- duction d'air en tant qu'air secondaire indiqué par des flèches 34' en traits pleins jusqu'à un point situé au-dessus de la chambre de combustion primaire. Entre le cylindre extérieur perforé 28 et la section inférieure de la paroi cylindrique 9 est disposé un séparateur cylindrique 34 comportant sur son extrémité supérieure un rebord 35 s'étendant vers l'intérieur. Le rebord 35 est espacé à la fois de l'épaulement 14 et du bord supérieur du cylindre extérieur perforé 28 de manière h permettre, d'une part, l'introduction d'air en tant que partie de l'air secondaire indiqué par des flèches 36 en traits pleins jusqu'à un point légèrement situé en dessous du point o l'air secondaire indiqué par les flèches 34' est introduit afin d'en- gendrer une flamme secondaire sur lacirconférence du disque 33 et, d'autre part, l'introduction d'air tertiaire comme indiqué par des flèches 37 en traits mixtes, jusqu'h un point situé au-dessus de la flamme secondaire. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, un détecteur 38 d'oxygène se trouve dans la flamme de combustion secondaire lorsque le brûleur fonctionne correctement, cela en vue de détecter la pression partielle de l'oxygène. Le détecteur 38 d'oxygène est formé par une matière semiconductrice du type à réduction dont la résistance diminue en fonction de la pression partielle de l'oxygène,ou bien par une matière semiconductrice du type h oxydation dont la résistance diminue en fonction de la pression partielle de l'oxygène. Des matières appropriées pour le détecteur d'oxygène du type à réduction comprennent SnO2, TiO2, Fe2O3, ZnO, V205, MnO, 103, ThO2e MoO3, CdO, A1203, et PbCh4, et des matières appropriées pour le type à oxydation comprennent NiO et Ch203. Le détecteur d'oxygène peut également être formé par une matière sensible h une différence de pression comme c'est le cas pour ZrO2 ou autre produit analogue dont la sortie est fonction de la concentration d'oxygène. On soulève manuellement la mnche 25 jusqu'à une position de fonctionnement au moyen d'un levier 39 sollicité par un ressort et articulé en 40 au réservoir 16 de combustible. Un solénoïde 41 est disposé sur le réservoir en un endroit ad- jacent au point d'articulation 40 à quelque distance de la mèche 25 de manière à bloquer magnétiquement le levier 39 dans une position de fonctionnement à l'encontre de l'action de ressort du levier 39. Un allumeur 42 est placé en un point adjacent au bord supérieur de la mèche 25. La figure 2 montre un schéma de principe du brûleur de la présente invention. On met sous tension le circuit. l'aide d'un interrupteur d'alimentation 43 qui est couplé fone- tionnellement au levier 39 de manière que ses contacts se fer- ment pour appliquer une tension en courant alternatif aux lignes d'alimentation 44 et 45 entre lesquelles est branché le moteur 2 du ventilateur. Le circuit comporte un transformateur 46 dont l'enroulement primaire est- branché entre les lignes dallimen- tation 44, 45 et dont l'enrculement secondaire est branchú h un redresseur 47 pour appliquer une tension en courant continu aux lignes 48 et 49 d'alimentation en courant continue Baes cir- cuits de chrono-déclenchement J0 et 51 présentant des va.I.urs de constantes de temps diffêrentes sonat branchés entre les lignes 48 et 49 d'alimentation en courant continu pour amoreer les opérations de chronodéclenchement respectivos a réponse à l'actionnement de l'interrupteur dalimentatieo 43 actionné h l'aide dtun levier. Pendant les périodes établies respectIve- menit par les circuits de chrono-déclenchement 50 et 51, les relais Rt et R2 sont excitês respectivement et leurs contacts Rl-1 et R2-1 sont fermés. L'allumeur 42, monté en série avec les contacts R1-1 de relais entre les lignes d'alimentation en courant alternatif, se trouve de ce fait excité brièvement de manière h enflammer le combustible vaporisé par l'aetion capil- laire de la mèche 25. Le solénoïde 41 de maintien de levier, solénoïde qui est monté en série avec les contacts R2-1 de relais entre les lignes d'alimentation en courant alternatif, est excité de manière à bloquer en position le levier 39. Le détecteur 38 d'oxygène est connecté électriquement à un circuit de détection 52 qui complète un circuit à courant continu d'un relais S lorsque le détecteur 38 prend une valeur ohmique plus élevée et cesse d'exciter ce relais lorsque le détecteur prend une valeur ohmique plus faible,ce qui indique un manque d'oxy- gène. Les contacts Si du relais S sont reliés en série avec le relais R2 entre les lignes 48, 49 d'alimentation en courant continu de sorte que le relais R2 et, par conséquent, le solé- nolde 41 reste excité tant que la condition de manque d'oxygène est détectée. Le fonctionnement du brfleur pour combustible liquide selon la présente invention a lieu de la façon suivante. Quand le combustible vaporisé est allumé, des courants Vair primaires indiqués par les flèches 30 sont admis à circuler radialement vers l'extérieur à travers les ouvertures 27 du cylindre inté- rieur perforé 26 jusqu'à la chambre de combustion primaire di- rectement au-dessus de la mèche 25 et des courants d'air pri- maires indiqués par les flèches 31 sont admis à circuler radia- lement vers l'intérieur à travers les ouvertures 29 du cylindre extérieur perforé 28 jusque dans la chambre de combustion pri- maire. Par suite des dimensions plus grandes des ouvertures 29 par rapport à celles des ouvertures 27, des flammes de combus- tion primaires 53 sont engendrées sur la paroi intérieure du cylindre extérieur 28 aux endroits correspondant aux ouvertures 29. La chaleur engendrée par les flammes de combustion primaires 53 agit de manière à accélérer la vitesse de vaporisation du combustible. Le combustible vaporisé non brflé est mélangé avec les courants d'air secondaires indiqués par les flèches 34 et dans une zone de combustion secondaire au-dessus de la cham- bre de combustion primaire de manière à former une flamme de combustion secondaire annulaire 54 dans laquelle se trouve le détecteur 38 d'oxygène. La valeur ohmique du détecteur 38 d'oxygène diminue avec la pression partielle de l'oxygène dans le voisinage de ce détecteur de sorte que le détecteur 38 présente initialement une faible valeur ohmique de manière à maintenir la rIèche 25 dans la position hautee Des courants d'air tertiaires 36 servent à brûler le combustible non-brûlé au-dessus de la flamme de combustion secondaire. Si la combustion se prolonge au point de consumer l'oxygène dans un espace limité confiné à l'intérieur d'un local et si la teneur en oxygène diminue jusqu'à 17 % - 18 %, le nombre et les dimensions des flammes de combustion primaires 53 diminuent ce qui réduit la température de la chambre de combustion primaire et, par conséquent, la quantité de vapeurs de combustible. Par conséquent, la flamme de combustion secon- daire 54 se contracte et il en résulte quo le détecteur 38 d'o-xygène cesse de se trouver dans la flamme. Du fait que les courants d'air primaire. secondaireset tertiaire sont encore fournis k des débits constants sous l'influence du ventilateur 1 de la soufflante,quelle que soit la diminution de la tempé- rature de vaporisation du combustibles la pression partielle autour du détecteur 38 d'oxygène diminue rapidement de sorte que la valeur ohmique de ce détecteur augmente en suivant une courbe telle que celle représentée sur la figure 3* Le circuit de détection 52 fait cesser l'excitation du relais S de manière k ouvrir le circuit du relais R2 de maintien de levier. La mèche 25 se trouve ainsi débloquée et ramenée dans sa position initiale, en éteignant ainsi automatiquement le brûileur, Le détecteur 38 d'oxygène est de préférence formé de Sn02 comme constituant principal étant donné que la valeur ohmique de cette matière varie aussi de façon inverse en fonc- tion de la température, grâce à quoi le déplacement de la flamme 54 de combustion secondaire par rapport au détecteur 38 d'oxygène se traduit par une augmentation de la valeur ohmique de ce détecteur et par une extinction infaillible du brûleur en réponse k l'apparition d'une condition de manque d'oxygène. Du faiit du positionnement du détecteur 38 d'oxygène k l'intérieur d'une flamme, le déplacement provoqué par rapport au détecteur 38 par des conditions de fonctionnement anormales peut également être détecté de manière à éteindre automatiquement le brflleur. Ces conditions anormales comprennent:un courant d'air descen- dant,engendré lorsque le brftleur est utilisé dans un environ- nement venteux,et une formation de goudron sur le bord supé- rieur de la mèche, formation qui entratne une action capillaire réduite. Le positionnement du détecteur 38 d'oxygène dans la flamme 54 de combustion secondaire a pour avantage que la flamme 54 de combustion secondaire, qui appara t sensiblement dans l'étage final de la combustion, est largement influencé par le manque d'oxygène en comparaison des flammes 53 de combustion primaires. En d'autres termes, il se produit dans la pression partielle de l'oxygène dans l'étage de combustion final un degré de variation plus important que dans l'étage de c o m bus ti on initial en ré p on se à la présence de la condition dangereuse. Il convient de remarquer toutefois que le détecteur 38 d'oxygène pourrait aussi tre placé dans une quelconque des flammes de combustion primaires 53 comme représenté en 55e Dans ce cas, la variation de la pres- sion partielle de l'oxygène se manifeste rapidement au voisinage des flammes de combustion primaires en réponse à l'apparition de la condition de manque d'oxygène par rapport à la variation correspondante qui se produit tardivement dans la flamme de combustion secondaire. Bien que dans la description qui précède, le brfleur selon la présente invention soit pourvu d'un mécanisme d'ex- tinction automatique de flammes, on pourrait aussi utiliser un dispositif d'avertissement visuel ou audible à la place de ce mécanisme d'extinction de flammes. REVENDICATIONS 1. Brfleur pour combustible liquide, caractérisé par le fait qu'il comprend: un moyen (25) pour vaporiser le combustible liquide un moyen (42) pour enflammer le combustible vaporisé; un moyen (26,28) pour former une zone de combustion dans laquelle ledit combustible enflammé est mélangé avec l'air de manière à engendrer ainsi une flamme de telle sorte que la chaleur engendrée par la flamme amène le moyen de vaporisation précité à augmenter la vitesse de vapori- sation; un détecteur (38) d'oxygène placé dans ladite flamme et indiquant que le brûleur fonctionne correctement; et un dispositif de sécurité (52, 39,40) entrant en action en réponse à un signal de sortie dudit détecteur d'oxygène. 2. Brûleur pour combustible liquide selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit détecteur (38) d'oxygène est placé dans la flamme (54) d'un étage final de combustion. 3. BrOleur pour combustible liquide suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, un moyen quantité d'oxygène contenue dans celle-ci. 4. Brûleur pour combustible liquide suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de sécurité précité comprend un moyen pour éteindre automatiquement ladite flamme en réponse audit signal de sortie. 5. Brûleur pour combustible liquide suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de sécurité précité comprend un moyen pour engendrer un signal d'avertissement en réponse audit signal de sortie. 6. Brûleur pour combustible liquide suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le détecteur (38) d'oxygène précité comprend de l'oxyde d'étain. 7. Brûleur pour combustible liquide suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 4, caractérisé par le fait que ledit moyen (26,28) formant une zone de combustion comprend un moyen (27,29) pour former une pluralité de zones de combustion successives dans lesquelles ledit com- bustible enflammé est mélangé avec l'air de manière à engendrer ainsi des flammes dans des étages successifs de telle sorte que la chaleur engendrée par lesdites flammes amène lesdits moyens de vaporisation à augmenter la vitesse de vaporisation, ledit détecteur d'oxygène étant placé dans l'une desdites flammes et indiquant que le brûleur fonctionne convenablement. 8. Brûleur pour combustible liquide suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 4 ou 7, caractérisé par le fait que le brûleur com- prend une mèche capillaire (25) immergée partiellement dans un réservoir de combustible pour jouer le rôle dudit moyen de vaporisation de combus- tible, et par le fait que ledit moyen formant une zone de combustion comprend: des éléments (26, 28) intérieur et extérieur perforés, dosposés concentriquement de manière à former une chambre de combustion primaire au-dessus du bord supérieur de ladite mèche pour assurer la combustion dudit combustible vaporisé et enflammé avec l'air fourni par l'intermé- diaire des perforations (27,29) desdits éléments intérieur et extérieur; et un élément (33) en forme de disque espacé au-dessus du bord supérieur dudit élément intérieur perforé pour laisser passer l'air jusqu'à un point situé au-dessus de ladite cham re de combustion primaire de manière à assurer une combustion secondaire du combustible non-brûlé sur la circonférence dudit élément en forme de disque. 9. Brûleur pour combustible liquide suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que ledit détecteur (38) d'oxygène est placé de façon adjacente à la circonférence dudit élément (33) en forme de disque. 10. Brûleur pour combustible liquide suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que le dispositif de sécurité précité comprend un levier (39) sollicité par un ressort (40) et monté de façon pivotante par rapport à ladite mèche (25) capillaire pour déplacer cette mèche jusqu'à une position haute; et un solénoïde (41) pour bloquer en position ledit levier jusqu'à ce qu'apparaisse le signal de sortie dudit détecteur (38) d'oxygène.