Brevet FR2529994A1 — publié le 19840113

La présente invention concerne un dispositif d'allumage d'une chaudière a combustible solide et une installation de commande de fonctionnement d'une chaudière munie d'un tel dispositif. L'allumage ou le redémarrage d'une chaudière ne se font pas de façon simple puisqu'il faut introduire du combustible solide et l'allumer de façon habituelle par des moyens manuels. Un autre inconvénient des chaudières brûlant des combustibles solides tels que du charbon ou des granulas de combustibles, est leur actuelle absence de souplesse de fonctionnement. En effet, contrairement a une chaudière à combustible liquide ou gazeux, on ne peutarréter de façon relativement rapide voire.instantanFe, une chaudière a combustible solide. En effet, même après la fermeture des orifices dwaération, le combustible contenu dans la chaudière continue à briller avec une combustion ralentie et une telle combustion peut se prolonger pendant quelques heures,.Le combustible introduit dans la chaudière est ainsi brille en pure perte.Comme cette combustion se fait dans de mauvaises conditfiions., il y a production de suie qui encrasse la chaudière et l'échangeur de chaleur, A titre d'exemple, la chaudière peut autre une chaudiere à poussoir telle que décrite dans le brevet français N 80 16 386 du 24 juillet 1980. Dans la mesure où la chaudière est utilisée dans une installation industrielle ayant des besoins déterminés et surtout des besoins prévisibles et programmables dans 1e temps, il est possible de tenir compte de l'inertie de la chaudière pour l'arrêter et la faire redémarrer par antici pation et de façon programmée. Un tel fonctionnement n'est pas envisageable pour des chaudières travaillant dans des conditions difficilement programmables telles que des chaudières de chauffage central. En effet, le fonctionnement d'une chaudiere & chauffage central est rendu nécessaire lorsque la température exté- rieurs cu la teI0pérature dans les pièces à chauffer chute en-dessous d'une valeur prédéterminée. Or, l'évolution dans le temps de la température'extérieure ou/et de la température intérieure d'une habitation, sont extrêmement variables et difficilement prévisibles de façon précise car cela dépend non seulement de la température extérieure mais également de l'ensoleillement. Pour tenir compte de telles variations rapides des besoins de chauffage, il faudrait pouvoir arrêter la chaudière relativement rapidement et surtout pouvoir la redémarrer facilement et automatiquement. Or, il n'existe actuellement aucun moyen permettant d'allumer automatiquement une chaudière à combustible solide. La présente invention a pour but de créer un dispositif d'allumage automatique d'une chaudière à combustible solide, tel que du charbon, ainsi qu'une installation de commande automatique de fonctionnement d'une telle chaudière, pour permettre de tenir compte très rapideme: avec un retard réduit au minimum, des paramètres extérieurs relatifs à la puissance de chauffage, en évitant les pertes de combustible pour la poursuite de la combustion, après l'arrêt de la chaudière 'vtant les problèmes d'encrassage de la chaudière et permettant de façon générale un fonctionne ment très souple et automatique de la chaudière. A cet effet, le-dispositif d'allumage de la chauds se compose d'un brûleur destiné a êtreplacé sous la grille du foyer de la chaudière, portant le combustible solide. Par convention, l'expression "grille" utilisée dans la présente description, est, de façon générale, le support de combustibl solide dans le foyer. Suivant une autre caractéristique, le brûleur est un brailleur a gaz constitué d'un tube muni de trous d'éjection de gaz, ce tube étant entouré d'un carter formant le bec du brûleur. Toutefois, le brûleur peut également être un brûleur a liquides, de préférence très volatils, de façon que le brûleur ne soit pas encrassé par les produits de combustion du brûleur lui-même-ou par les produits de combustj les poussières et les scories de la combustion dans le foyer. Un tel brûleur peut s'allumer automatiquement et a distance sans nécessiter d'intervention directe au niveau du foyer de la chaudière. Gracie au brûleur commandé, il est possible d'allume facilement un combustible solide, tel que du charbon placé sur la grille de la chaudière ; cette chaudière peut être alimentée en combustible par un poussoir ou être une grille mobile. Comme le brûleur peut être très rapproché de la grille, la combustion des gaz du brûleur se fait en partie à l'intérieur même de la masse du combustible, ce qui constitue l'allumage le plus efficace et, par suite, le plus rapide. Cela réduit considérable mentment la phase de mise en route d'une chaudière et permet ainsi un fonctionnement avec des cycles -courts de phases de fonctionnement et de phases d'arrêt. Le risque d'encrassage du foyer et notamment des surfaces d'échange est réduit. Suivant une autre caractéristique, le brûleur est escamotable c'est-à-dire qu'il est soit muni d'un couvercle lui-même mobile entre une position de fermeture ou de protection à une position d'ouverture ou de dégagement, soit qu'il est mobile et peut s'escamoter de lui-mme, De façon simple, le brûleur peut s'escamoter et se placer en position de réserve, protégé contre la chute des scories, des poussières, etc... du foyer. I1 peut également rester en place mais pivoter simplement sur lui-même de façon que son ouverture, tournée vers le haut, pour l'allumage soit tournée vers le bas pendant la combustion au niveau du foyer. Suivant cette caracteristique, le brûleur est réversible entre une position de travail pour laquelle le bec est tournévers le haut, en direction du combustible a allumer et une position de repos, pour laquelle le bec de brûleur est tourné vers le bas. Grâce au basculement du brûleur entre une position d'utilisation et une position de repos dans laquelle le brûleur est protégé contre la chute des fines scories ou autres produits, etc..., le redémarrage de la chaudière ne présente aucune difficulté. Le carter entourant le tube d'alimentation en gaz répartit régulièrement le gaz sortant des trous du tube et donne une flamme en forme de lame correspondant è toute la longueur du bec du brûleur. De façon avantageuse, le brûleur est mis en place sous la grille, en travers de celle-ci et a l'avant de la chaudière, c'est-à-dire au niveau de l'introduction du combustible et non pres de la sortie des fumées. De cette façon, et sous l'effet du tirage, la combustion du combustible progresse normalement. Pour tenir compte des conditions de fonctionnement particulièrement difficiles du brûleur, il est prévu, de façon avantageuse que le brûleur soit monté pivotant par .ses deux extrémités dans deux paliers, l'une des extrémités comportant un tourillon logé dans un palier porté par un support l'autre portant une tête en forme de disque ou en rotation dans un palier réalisé dans une plaque, ce disque étant traversé par l'extrémité du tube d'alimentation en gaz-. En particulier, le disque de la tête comporte une gorge périphérique dans laquelle s'appuient les bords semicirculaires des demi-plaques formant le second palier. De tels paliers qui peuvent être réglables par rapport a la grille pour tenir compte de la nature du gaz utilisé ou du combustible solide a allumer, sont particulièrement robustes, ne risquant pas de se gripper par la poussière ou des phénomènes de dilatation. Cela permet une commande simple de la rotation du brûleur par une tringlerie et un moteur qui lui se trouve de préférence a l'extérieur de la chaudière. Enfin, l'invention concerne également une installatic de commande de fonctionnement d'une chaudière munie d'un dis positif d'allumage, caractérisée en ce qu'elle comporte des sondes de température détectant diverses températures de fonctionnement, une sonde d t ionisation détectant la présence d'une flamme sur le brûleur, un tableau de commande permettant de commander et de programmer un fonctionnement déterminé de la chaudière, une unité centrale de traitement reliee aux sondes et au tableau de commande pour commander le brûleur (circula- tion d'air, moteur, vanne, électrodes du brûleur). Une telle installation permet de commander automativ quement le fonctionnement d'une chaudière surtout si par ailleurs elle comporte un dispositif d'extinction débouchant dans le foyer ou en dessous de celui-ci.dans le cas d'un gaz inerte, -la mise en oeuvre étant commandée par l'unité centrale. En effet, l'extincteur commandé permet d'éteindre très rapidement un combustible en cours de combustion sans être obligé de le laisser se consumer -inutilement à combustion lente avec tous les inconvénients déjà indiqués. De façon générale, une telle installation de commande permet de faire fonctionner une chaudière de façon totalement automatique et en tenant compte très rapidement des modifications de température ou des besoins, ou plus généralement des paramètres extérieurs, plus ou moins aléatoires déterminant le fonctionnement de la chaudière, La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés dans lesquels - La figure 1 est une vue éclatée du dispositif d'allumage, selon l'invention, - La figure 2 est une vue d'une installation de commande de fonctionnement d'une chaudière munie d'un dispositif d'allumage, selon l'invention, Selon la figure 1 le dispositif d'allumage destiné a l'allumage d'un combustible solide disposé sur la grille d'une chaudière non représentée; se compose d'un brûleur formé d'un tube-l alimenté en gaz, Ce tube l est muni de trous 2. Le tube 1 est entoure d'un carter 3 délimitant un bec de combustion a en forme de fente allongée suivant le tube. Le carter 3 a une forme-de parallélépipède a fond arrondi et dont les bords supérieurs qui délimitent le bec de combustion 4 sont légèrement pinçés. T 2 carter 3 est porte à ses deux extrémités l'extrémité droite est munie d'un tourillon 5 destiné a venir dans le palier 6 d'un support d'extrémité. Le palier 6 est porté par une tige filetée 7, elleSmEme portée par un étrier 8. La tige filetée permet le réglage en hauteur, L'étrier 8 ou tout autre moyen ou analogue est fixé dans la chaudière. L'autre extrémité (extrémité gauche de la,figure 1) de la rampe est munie d'une tête 9 en forme de disque circulaire dont le bord comporte une gorge 10 destinée à recevoir le bord semi-circulaire 11, 12 de deux demirplaques 13, 14 de façon a permettre la rotation de la tête dans les deux demi-plaques 14. Ces deu demi-plaques 14 sont fixées à un support ou plus généralement à la chaudière par des moyens non représentés. La tête 9 est reliée au carter 3 par un manchon cylindrique circulaire 15. Le carter 3 reste à l'intérieur du contour cylindrique circulaire de la tête 9. Toutefois, pour augmenter la distance entre le bec 4 et les trous 2 du tube 1, ce tube 1 est placé au fond du carter 3. Or, comme pour des raisons de rotation, le tube 1 doit sortir de la tête 9 en son centre, ce tube présente un coude 16. L'extrémité 17 du tube 1 a l'extérieur du carter est munie d'une patte 18 servant a fiare pivoter l'ensemble de la rampe ainsi formée dans les deux paliers dont l'un a une extrémité formée par les deux plaques 13, 14 et l'autre, a l'autre extrémité, constituée par le palier 6. Pour cela, la patte 18, portée par l'extrémité 17 du tube 1, est reliée par une biellette 25, un vîllebrequin 2 portés par l'axe de sortie d'un moteur 27. La tête 9 est également munie d'une plaque de support 19 servant a porter les deux électrodes 20, 21 et la sonde d'ionisation 22. L'extrémité 17 du tube 1 est reliée de façon etanc. à un injecteur de gaz 23 relié a une source de gaz non repré sentée par l'intermédiaire de électro-vanne 24. De façon simple, le brûleur a gaz est alimenté en air comburant par les moyens d'alimentation en air combura: de la chaudière. Ces moyens-d'alimentation sont les ventila Leurs ou exteacteurs ou encore le tirage naturel utilisés pou: la combustion normale des combustibles solides dans la chaudière. Le dispositif d'allumage décrit citdessus fonction comme suit Pour l'allumage et après des préparations qui seront évoquées ultérieurement, les électrodes de brûleur 20, 21 permettent d'allumer le gaz sortant des trous 2 du tube 1, de façon qu'il s'établisse une flamme allongée a la sortie du bec de combustion 4. L'arc qui s'établit entre les électrodes 20 21 et servant à l'allumage, est supprimé lorsque la sonde d'ionisation 22 constate la présence d'une flamme 1. Des moyens de sécurité sont prévus pour couper l'alimentation en gaz si la sonde d'ionisation devait constater la d sparition de la flamme. La flamme qui s'établit à la sortie du bec de combustion 4 et qui pénètre dans la masse de combustible solide disposée au-dessus de la grille, assure l'allumage de cette masse combustibles Une fois que cette masse combustible est réellement en combustion, l'alimentation en gaz du brûleur est arrêtée par la fermeture de l'électrovanne 24. Puis, après un temps de temporisation, le moteur 27 commande le pivotement du brûleur autour de son axe dans les deux paliers 13, 14 et 6 de façon a faire pivoter le brûleur d'un angle de 90 ou de préférence de 180 , pour présenter le bec de combustion 4 vers le bas. Une telle orientation du bec de combustion permet d'éviter que celui-ci ne soit encrassé par les cendres ou poussières de combustion. Pour un ncuvel allumage après un arrêt, les opérations se déroulent en sens inverse Le moteur 27 assure d'abord le retour du brûleur dans sa position de fonctionnement puis la vanne 24 s'ouvre et fournit du gaz au tube 1. Enfin, les électrodes 20, 21 de brûleur assurent l'allumage de la flamme. La figure 2 est un schéma d'une installation de commande de fonctionnement d'une chaudière à combustible solide comportant un dispositif d'allumage selon l'inventionW L'installation se compose d'une unité de commande 30 reliée à un poste de commande et d'affichage 31. Pour l'affichage de certains paramètres tels que les températures et pour la commande dù fonctionnement, par exemple une horloge permettant la programmation de cycle de fonctionnement suivant l'utilisation de la chaudière. L'unité de commande 30 est reliée à une sonde de température extérieure 32 à une sonde de température des fumées 33 et à une sonde de- température dans le foyer 34. En fonction des instructions fournies par le tableau de commande 31, les signaux recueillis par les sondes 32, 33, 34 permettent-de commander le fonctionnement de la chaudière . Or, la commande du fonctionnement de la chaudière consiste à arrêter celle-ci et à la mettre en route suivant un programme prédéterminé et suivant la température voulue ou la température extérieure. L'arrêt de la chaudière est commandé par l'unité 30 oui met en oeuvre un dispositif extincteur 35 par exemple un dispositif projetant de la vapeur, ou encore de la mousse d'extinction de façon à arrêter très rapidement la combustion après la coupure de la ventilation (air aspiré ou pulsé, comme cela est schématisé par le ventilateur 36). Suivant un autre mode de réalisation, le dispositif extincteur 30 est constitué par une source de gaz inerte ou incombustible, branchée sur l'alimentation en air comburant de la chaudière et permettant, sur commande de l'unité centrale 30, d'étouffer la combustion dans le foyer. Dans le cas du dispositif extincteur débouchant dans le foyer, celuieci peut comporter des buses de projection d'eau ou de liquides et poudres d'extinction. Pour la remise en route, l'unité de commande 30 commande d'abord la mise en route de la ventilation pour éliminer les gaz combustibles résiduels susceptibles de former une atmosphère explosive à l'intérieur de la chaudière puis l'unité 30 commande le moteur 27 pour mettre en place le brûleur 37. A la suite de cela, l'unité 30 commande l'ouverture de la vanne 24 qui alimente le brûleur 37 en gaz. Après un temps de balayage par le gaz, l'unité 30 commande les electrodes d'allumage 20, 21 (une seule est représentée > , puis dbs que la.sonde dlionisation 22 détecte la présence d'une flamme, elle envoie un signal à l'unité 30 qui commande la fermeture de la vanne 24. Après un temps programmé ou réglé par temporisation, l'unité 30 commande la fermeture de l'électrovanne 24, puis après un certain temps, la mise en oeuvre du moteur 27, pour basculer le brûleur 37 en position renversée. REVENDICATIONS 10) Dispositif d'allumage d'une. chaudière a combustible solide, caractérisé en ce qu'il se compose d'un brûleur (1,2,3,4) destiné a être placé sous la grille du foyer de la chaudière, portant le combustible solide. 20) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le brûleur est un brûleur a gaz constitué d'un tube (1) muni de trous d'éjection de gaz (2), ce tube (1) étant entouré d'un carter (3) formant le bec du brûleur (4) 30) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le brûleur est escamotable entre une position d'allumage et une position de repos 4 ) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le brûleur est escamotable par l'intermédiaire d'un couvercle mobile entre une position recouvrant le brûleur et une position dégageant le brûleur. S ) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le brûleur (1,2,3,4) est escamotable en ce qu'il est réversible entre une position de travail pour laquelle le bec (4) est tourné vers le haut en direction du coe'ustible allumé et une position de repos pour laquelle le bec du brûleur est tourné vers le bas. 6 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 a 5, catactrise en ce que l'alimentation en air comburant du bIleur i gaz est assurée par les moyens d9alirenP tation en air comburant de la chaudière. 70) Dispositif selon l'une quelconque des revendlP cations 1 à 6, caractéris-- sn ce que le brûleur (1,2,3,4) est monté pivotant par ses deux extrémités dans deux paliers (6,13,14), l'une des extrémités comportant un tourillon (5) logé dans un palier (6) porté par un support (7, 8), l'autre portant une tête (9) en forme de disque ou en rotation dans un palier (11, 12) réalisé dans une plaque (13, 14), ce disque (9) étant traversé par l'extrémité (17) du tube (1) d'alimen- tation en gaz. 80) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le disque de la tête (9) comporte une gorge péripé- rique (10) dans laquelle s'appuient les bords (11,12) semicirculaires des demi-plaques (13, 14) formant le second palier. 90) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte une électrovanne (24) commandant l'alimentation en gaz. 10 ) Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 a 9, caractérisé en ce que la tête (9) porte une tête (18) reliée (25) a un moteur (27) commandant le pivotement du brûleur. 11 ) Installation de commande de fonctionnement d'une chaudière munie d'un dispositif d'allumage, selon l'une quelconque des revendications 1 a 10, caractérisée en ce qu'elle comporte des sondes de température (32, 33,34) détectant diverses températures de fonctionnement, une sonde d'ionisation (22) détectant la présence d'une flamme sur le brûleur, un tableau de commande (31) permettant de commander et de prograr0mer un fonctionnement déterminé de la chaudierso une unité centrale de traitement (30) reliée aux sondes (32, 33, 34, 22) et au tableau de commande (31) pour commander le brûleur: circulation d'air(36), moteur (27), vanne (24), électrodes (20, 21) du brûleur. 12 ). Installation selon la revendication 1t, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'extinction 35) commandé par l'unit centrle- (30). 130) Installation selon la revèndication 12, carac- térisée en ce que le dispositif extincteur (35) comporte des moyens de projection d'eau ou d'un produit liquide ou pulvérulent. 14 ) Installation salon la revendication 12, caractérisée en ce que le dispositif (35) comporte des moyens d'injection d'un gaz inerte.