Brevet FR2515314A1 — publié le 19830429

La présente invention concerne un procédé et une installation pour réguler le fonctionnement d'une chaudière à gaz, notamment une oliaudière à gaz équipée d'un laveur pour 1'air comburant. I1 existe un dispositif permettant de régler la proportion gaz/air en mesurant le débit d'air pour régler l'adjonction de la quantité ou du débit de gaz approprié. Cette régulation se fait en utilisant la pression de l'air au niveau du bruleur, la pression de gaz et la pression dans le foyer. Ces trois pressions sont appliquées à deux chambres situées de part et d'autre de deux membranes déformables solidaires en mouvement, la chambre intermédiaire entre ces deux membranes recevant la pression du foyer. A l'aide du déplacement solidaire des deux membranes, on commande le servo-moteur qui agit sur la vanne réglant le débit de gaz. Dans cette installation, le débit d'air est réglé à l'aide d'un thermostat détectant la température ambiante ou la température extérieure, ou tout autre système déterminant la puissance de fonctionnement, suivant les systèmes de commande de la chaudière, pour agir sur le servo-moteur commandant la position du papillon. Ce système de régulation présente un certain nombre d'inconvénients et, en particulier, il ne tient pas compte pour le débit d'air, des pertes de charges qui se produisent dans la conduite, dans le brûleur, etc. Or, ces pertes de charges sont très variables pour un même débit d'air sec suivant les installations en particulier lorsque l'air comburant doit traverser un laveur dans le cas de chaudières à condensation. La présente invention a pour but de créer un procédé et une installation de régulation du rapport gaz/air comburant du mélange combustible alimentant une chaudière à gaz, et notamment une chaudière à gaz comportant un laveur. A cet effet, l'invention concerne un procédé de régulation du fonctionnement d'une chaudière à gaz, comporta une alimentation en air comburant, munie d'une vanne de réglage de débit d'air, cette vanne étant positionnée par un moyen d'entraînement, une alimentation en gaz munie d'une vanne de réglage de débit, cette vanne étant munie d'un moyen d'entra;- nement, procédé caractérisé en ce que l'on mesure le débit d'ai avant l'entrée de l'air dans la chaudière, on mesure le débit de gaz avant l'entrée dans le brûleur et on asservit les moyens d'entraînement des vannes de réglage de débit de l'alimentation en air et de l'alimentation en gaz, pour obtenir au niveau du brûleur un mélange gaz/air correspondant aux conditions de fonctionnement optimales. Grâce à la mesure du débit d'air avant l'entrée dans la chaudière, on peut régler, de façon précise, le rapport gaz/air pour obtenir une combustion optimale. En effet, le réglage du rapport gaz/air dépend d'un certain nombre de paramètres connus, tels que les paramètres physico-chimiques de l'air comburant, ceux du gaz, etc. Grâce à l'invention, on fait abstraction des pertes de charge au niveau du brûleur et dans la tuyauterie. Cette situation est particulièrement critique dans le cas de chaudières à gaz dites à condensation", c' est-à-dire de chaudières dans lesquelles la veine d'air comburant traverse un laveur avant d'être mélangée au gaz combustible dans le brûleur. En effet, un laveur présente des pertes de charge qu'il est très difficile de déterminer et, surtout, des pertes de charge qui ne sont pas constantes dans le temps. Ces pertes de charge dépendent de la disposition des éléments constituant la garniture, des chemins préférentiels de la quantité de liquide de lavage (eau), de la forme des éléments-de garniture conditionnant l'état d'écoulement du liquide de lavage, etc. En mesurant le débit d'air en amont du laveur, on fait abstraction de ces différents paramètres, et on peut régler, de façon précise, le rapport gaz/air. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de régulation du rapport gaz/air, ce dispositif étant constitué par deux groupes de chambres séparées respectivement par une cloison mobile, les deux premières chambres étant associées à un dispositif de détection-de débit de gaz comportant deux prises de pression placées de part et d'autre d'un obstacle dans la conduite de gaz, les deux autres chambres étant associées à un détecteur de débit d'air, comportant un obstacle et deux prises d'air respectivement en amont et en aval (ou sur) l'obstacle, les deux cloisons mobiles étant solidaires en mouvement pour commander un générateur de signaux fournissant les signaux de commande aux moyens d'entraînement des vannes de débit pour régler la proportion gaz/air. I1 est particulièrement avantageux de mesurer le débit de gaz ou d'air comburant à l'aide d'un détecteur de débit constitué par un obstacle placé dans la conduite, et de deux prises de pression respectivement en amont et en aval (ou sur) l'obstacle. Cet obstacle peut avantageusement être constitué par un venturi. Dans le cas d'un venturi, une prise de pression est prévue au col et l'autre est indifféremment en amont ou en aval du venturi. De façon générale, le réglage de-la combustion, selon l'invention, permet de régler la puissance de la chaudière en agissant simplement sur le débit-d'un fluide (air ou gaz) puisque, nécessairement, le débit de l'autre fluide (gaz ou air) se règle au rapport optimum. I1 s'agit là d'une commande particulièrement efficace d'une chaudière parce que ce procédé et-cette installation de régulation présentent un fonctionnement trs-souple, sans grande inertie de fonctionnement. La figure représente un-exemple-d'installation dans laquelle le débit de gaz est asservi en fonction du débit d'air. Selon la figure 1, l'installation pour la mise en oeuvre du procédé de régulation du fonctionnement d'une chaudière à gaz se compose de façon générale d'une alimentation en gaz 1, munie d'une vanne 2 de réglage de débit. La conduite-d1alimentation en-gaz 1 débouche dans la conduite 3 de l'alimentation en air comburant, au niveau de l'entrée dans la chaudière 4. La vanne de réglage de débit 2 est commandée par un moyen d'entraînement 5 tel qu'un moteur. L'alimentation en air comburant se compose par exemple d'un ventilateur 6, qui fournit l'air comburant à la conduite d'alimentation en air comburant 3. Cette conduite 3 est équipée-d'une vanne réglable 7 commandée par un moyen d'entraînement 8 tel qu'un moteur. -Généralement, la conduite de gaz 2 débouche dans la conduite d'alimentation en air 3, à l'entrée de la chaudière, c'est-à-dire peu avant le bruleur non représenté. Les gaz de combustion de la chaudière 4 passent dans un échangeur de chaleur 9, dont le circuit de fluide caloporteur 10 alimente l'utilisateur 11. Une chaudière à gaz telle que celle ci-dessus s utilise par exemple pour le chauffage des immeubles. Selon l'invention, la conduite d'alimentation en gaz 1 comporte un capteur de différence de pressions 12 constitué par exemple par un obstacle 13 et de prises de pression 14, 15 respectivement en amont et en aval de l'obstacle 13. L'obstacle peut être: un obstacle habituel créant une perte de charge. I1 peut également s'agir d'un venturi auquel cas la prise de pression 14 débouche en amont du venturi alors que la prise de pression 15 débouche dans le col du venturi. De la même manière, la conduite 3 d'alimentation en air comburant cpmporte avant l'entrée dans la chaudière 4, un détecteur de différence de pression 16 formé d'un obstacle 17 créant une perte de charge ainsi que deux prises de pression 18, 19 qui. sont en amont et en aval de l'obstacle 17. Dans la figure 1, l'obstacle est constitué par un venturi si bien que la prise de pression 18 est prévue en amont du venturi 17 alors que la prise de pression 19 est au col du venturi 17. Les détecteurs de pression 12, 16 coopèrent avec un régulateur de débit 20 ayant deux volumes intérieurs séparés par une cloison 21. L'un des volumes associé au détecteur de débit de gaz est subdivisé par la cloison 22 en deux chambres 23, 24 alors que l'autre volume associé au détecteur de débit d'air 16 est subdivisé par la cloison 25 en deux chambres 26, 27. La prise de pression. 14 est reliée par une conduite 28 à la chambre 23, la prise de pression 15 est reliée par une conduite 29 à la chambre 24. De même, la prise de pression 18 est reliée par une conduite 30 à la chambre 26 et la prise de pression 19 est reliée par une conduite 31 à la chambre 27. Les parois déformables 22, 25 qui sont, par exemple, constituées par des pistons reliés par une membrane étanche à la périphérie du régulateur 20, sont reliées par une tringle 32, rigide, traversant par le joint étanche 33 la cloison 21. Cette tringle 32 est elle-même reliée à une tringle 34 qui est associée à un générateur de signaux 35 qui commande les moteurs 5 et 8 par les lignes 36, 37 en fonction du rapport gaz/air, détecté par les détecteurs de débit 12, 16 et le dispositif de régulation 20, pour commander l'ouver- ture ou la fermeture des vannes 2, 7 et régler le rapport optimum. La figure 2 montre la même installation de régulation du fonctionnement d'une chaudière à gaz, appliquée toutefois à une chaudière équipée d'un laveur. Les éléments de cette figure identiques à ceux de la figure 1, portent les mêmes références et leur description ne sera pas reprise. Selon la figure 2, la chaudière 4 est précédée d'un laveur 40 contenant une garniture 41 et comportant un circuit 42 de mise en circulation du liquide de lavage (eau) par une pompe 43. La conduite d'alimentation en air 3, débouche à la base 44 dans le laveur 40 et en sort par le haut, par une conduite 45 qui débouche, par exemple, dans la partie supérieure de la chaudière 4. La conduite de gaz 1 débouche dans la conduite d'air comburant 45 après le laveur 4. Comme indiqué de façon générale ci-dessus, pour avoir une mesure précise du débit d'air et, par suite, pouvoir régler de façon optimale le rapport gaz/air comburant dans le brûleur de la chaudière 4, la détection du débit d'air se fait en amont du laveur 40. La figure 3 montre une variante d'un dispositif de régulation selon l'invention. Dans cette variante, on a utilisé les mêmes références que ci-dessus pour désigner les mêmes éléments dont la description ne sera pas reprise. Cette variante de dispositif de régulation se distingue du précédent mode de réalisation selon les figures 1 et 2 par le dédoublement de la cloison 21 qui est remplacée par la cloison 21' et la cloison 21" formant entre elles une chambre 50 qui est soit reliée à-l'air libre, soit munie d'un manomètre ou d'un manostat de sécurité 51 pour détecter les surpressions. I1 convient en effet d'éviter le passage du gaz dans l'air, ou l'effet des fuites, risquant de former un mélange détonant. Dans le cas d'un gaz à faible pression (par exemple 20 millibars) il est nécessaire de détecter le débit de gaz tel que débit ci-dessus alors que pour une alimentation en gaz à forte pression (par exemple 300 millibars) les variations de pertes de charge sur la ligne gaz et l'accroche flammes du brûleur sont relativement moins sensibles ; dans ce cas, il peut suffire de détecter la pression de gaz et la pression du foyer (ou la pression atmosphérique) pour représenter significativement le débit. Dans ce dernier, la prise de pression du gaz doit être située en aval de la vanne de réglage de gaz. De façon générale, les laveurs utilisés dans l'installation de chauffage peuvent être des laveurs tels que ceux décrits aux demandes de brevets français NO 79 00 901 et 81 12 770. Il peut également s'agir d'échangeurs. REVENDICATIONS 1) Procédé de régulation du fonctionnement d'une chaudière à gaz, comportant une alimentation en air comburant, munie d'une vanne de réglage de débit d'air, cette vanne étant positionnée par un moyen d'entraînement, une alimentation en gaz munie d'une vanne de réglage de débit, cette vanne étant munie d'un moyen d'entraînement, ainsi qu'au moins un dispositif à pertes de charge aléatoires et qui est traversé par l'un des fluides en amont de la chaudière, procédé caractérisé en ce que l'on mesure le débit du fluide en amont du dispositif à pertes de charge aléatoires et on asservit le débit de l'autre fluide, pour obtenir au niveau du brûleur un mélange gaz/air correspondant aux conditions de fonctionnement optimales 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier fluide est l'air et le second fluide est du gaz. 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif à pertes de charge aléatoires est un laveur. 4) Installation de réglage du fonctionnement d'une chaudière à gaz comportant une alimentation en gaz (1) avec une vanne de réglage de débit (2) et un moyen d'entraînement (5) de la vanne de réglage, une alimentation (3, 6) en ai comburant, munie d'une vanne de réglage (7) et d'un moyen d'entraînement (8) de la vanne de réglage (7), pour la mise en oeuvr du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, installation caractérisée- en ce qu'elle comporte un dispositif de régulation (20) du rapport gaz/air, ce dispositif étant constitué par deux groupes de chambres (23, 24, 26, 27) séparés respectivement par une cloison mobile (22, 25) les deux première chambres (23, 24) étant associées à un dispositif de détection de débit (12) comportant deux prises de pression (14, 15) associées à un obstacle (13) dans la conduite de gaz (1), les deux autres chambres (26, 27) étant associées à un détecteur de débit d'air (16), comportant un obstacle (17) et deux prises d'air (18, 19), les deux cloisons mobiles (22, 25) étant associées mécaniquement (32) pour commander (34) un générateur de signaux (35) fournissant les signaux de commande (36, 37) aux moyens d'entraînement (5, 8) des vannes de débit (2, 7) pour régler la proportion gaz/air. 5) Installation selon la revendication 4, appliquée à une chaudière à gaz comportant un laveur traversé par l'air comburant en amont du brûleur, installation caractérisée en ce que le détecteur de débit d'air (16) est enamont du laveur (40). 6) Installation selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que le détecteur de débit (15, 16) est constitué' par un obstacle (13) placé dans la conduite, les prises de pression (14, 15) débouchant dans la conduite respectivement en amont et en aval de l'obstacle (13). 7) Installation selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que le détecteur de débit (15, 16) est constitué par un venturi, l'une des prises de pression (18) débouchant dans la conduite (3) en amont ou en aval du venturi et l'autre prise de pression (19) débouchant dans le col du venturi (17). 8) Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le dispositif de régulation de pression comporte une chambre de sécurité (50) séparant les chambres (23, 24) du gaz des chambres (26, 26) de l'air, pour recueillir les fuites éventuelles de gaz ou d'air à travers les passages (33) de la tringle de liaison (32), cette chambre de sécurité (50) étant le cas échéant reliée à l'air libre ou branchée sur un manomètre (51), ou un manostat de sécurité.