Brevet FR2596854A1 — publié le 19871009

Vanne à clapet unique pour chaudière à gaz. La présente invention concerne une vanne à clapet unique pour chaudière à gaz et, plus particulièrement d'une chaudière comprenant une chambre de combustion pulsatoire en carburant et en comburant, dans laquelle le mélange carburant-comburant est introduit d'une manière intermittente. Dans la demande de brevet français84 04 921 du 29.4.84 déposé au nom de la demanderesse, il est décrit plusieurs dispositifs d'alimentation de la chambre de 10 combustion pulsatoire, en mélange carburant-comburant. Dans chacun des dispositifs décrits, le comburant, en l'occurrence de l'air, est introduit, dans la chambre de combustion, à travers des orifices inclinés, ménagés dans une plaque supérieure, tandis que le carburant, 15 du fuel par exemple, est injecté de manière continue par un gicleur ou tête d'injection qui est vissé dans un alésage ménagé dans la plaque supérieure. Dans un mode de réalisation, un clapet est prévu entre la face interne de la plaque supérieure 20 et un siège de clapet qui est fixé au col de la chambre de combustion. Dans un autre mode de réalisation, plusieurs clapets sont prévus mobiles en translation à l'intérieur de plots de centrage fixés à la plaque supérieure. 25 Dans tous les cas, le ou les clapets sont appliqués sur la plaque supérieure lorsqu'après la première explosion, la pression dans la chambre de combustion devient supérieure à la pression d'injection de l'air. De ce fait, lorsque la chaudière est à l'arrêt et/ou pour de faibles pressions régnant dans la chambre de combustion, le ou les clapets sont ouverts et de l'air est introduit dans la chambre de combustion pulsatoire. De plus, et en raison de la structure même des clapets et de la plaque supérieure, il est difficile de diminuer le temps d'ouverture du clapet pendant le fonctionnement. En effet, l'application de deux surfaces planes, celle des clapets sur la surface en regard de la plaque supérieure nécessite une plus grande pression lors de l'admission de l'air 10 dans la chambre de combustion pulsatoire. Enfin, il est à noter qu'un mélange comburantcarburant est peu aisé à réaliser. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et a pour objet de proposer 15 une vanne à clapet qui n'utilise qu'un clapet, aussi bien pour l'admission de chacun des composants du mélange que pour l'admission d'un mélange effectué en amont de la chambre de combustion pulsatoire. A cet effet, la vanne est une vanne à clapet pour chaudière 20 à gaz comprenant une chambre de combustion d'un mélange de constituants air-gaz, un corps monté à la partie supérieure de la chambre de combustion, des moyens d'allumage disposés dans le corps et aptes à produire l'explosion du mélange air-gaz dans ladite chambre de com25 bustion, un siège de clapet et un clapet disposés entre le corps et la chambre de combustion, caractérisée en ce que la clapet est souple, déformable et appliqué contre le siège de clapet lorsque la chaudière est à l'arrêt et en ce que le siège de clapet comprend au moins 30 deux gorges dont une première de décollement qui sert & éviter le collage du clapet sur ledit siège, et dont la seconde communique avec des moyens d'alimentation d'au moins un des constituants du mélange. Le clapet unique étant fermé à l'arrêt, de l'air ne peut être admis dans la chambre de combustion, tout au moins tant que la pression d'air n'est pas suffisante pour repousser le clapet hors de son siège. Grâce à la structure souple du clapet, ce dernier est translaté verticalement sur une très faible distance, puis se déforme dans la partie en regard des moyens d'admission des composants du mélange, et revient élastiquement vers la position de fermeture ds l'arrêt de l'admission. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront à la lecture de la description donnée ci-dessous à titre indicatif, mais non limitatif de deux modes de 15 réalisation préférésde l'invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue en coupe de la valve à clapet selon l'invention montée dans une chambre de combustion de révolution dont seule une par20 tie de la moitié droite est représentée; La figure 2 est une vue partielle du clapet sur son siège suivant un autre mode de réalisation selon l'invention. Une chambre de combustion pulsatoire (1) d'une 25 chaudière à gaz par exemple comprend un col (2) qui peut présenter toute forme appropriée comme celle représentée sur la figure unique, ou encore celle de la demande de brevet rappelée précédemment, ledit col (2) comportant une surface horizontale (3). Une enceinte (4) remplie d'eau refroidit la chambre de combustion (1). Un corps (5) est fixé au col (2) par tout moyen de fixation et comprend un alésage (6) pour le passage d'une bougie (7) ou tout autre moyen équivalent pour l'obtention d'une explosion 35 d'un mélange comburantcarburant introduit dans la -4 chambre de combustion pulsatoire (1). On pourrait utiliser également une bougie disposée horizontalement. Dans l'intervalle (8) ménagé entre la face interne (5a) du corps (5) et la surface horizontale (3) sont montés un clapet souple et élastique (9) et un siège de clapet (10) qui est fixé sur le col (2) au moyen de vis de fixation (11), l'étanchéité étant obtenue au moyen de joints d'étanchéité (12) prévus à cet effet dans le corps (5) et le col (2) de la 10 chambre (1). Le clapet (9) se présente sous la forme d'une couronne très légère réalisée dans un matériau suffisamment élastique pour qu'une déformation locale puisse être obtenue. Le siège (10) comprend un certain nombre 15 d'orifices (13) pour l'admission de l'air, qui débouchent dans une gorge annulaire (13a) et qui sont répartis circonférentiellement autour de l'axe de révolution du sièges D'autres orifices (14 pour l'admission du gaz sont également ménagés dans le siège (10) et débouchent dans une gorge annulaire (14a). La répartition et le nombre des orifices (13) et (14) sont choisis en fonction du volume de mélange souhaité dans la chambre de combustion (1). De préférence, les gorges annulaires (13a) et (14a) sont proches l'une de l'autre de façon que le mélange air-gaz s'effectue le plus vite possible dans la chambre de combustion. Une gorge annulaire (19) est également ménagée dans le siège (10) et présente des dimensions supérieures à celles des gorges (13a) et (14a). La gorge (19) est éloignée de la partie de la chambre de combustion o se produit le mélange de façon à ne pas perturber ledit mélange, tout en autorisant un déplacement du clapet (9) vers le haut dès qu'une faible pression s'exerce sur la face du clapet, côté admission, pour autant que ladite faible pression soit supérieure à celle régnant dans l'intervalle (8) de la chambre de combustion (1). Les orifices (13) et (14) communiquent respectivement avec des passages (15) et (16) ménagés dans le col (2). Le passage (15) est relié à une source d'air tandis que le passage (16) qui est en réalité une enceinte d'un certain volume, est relié à une sourcéde gaz. L'enceinte (16) est séparée du passage (15) par 10 une cloison (20). La face interne (5a) du corps (5) est légèrement inclinée du centre vers la périphérie de façon que l'intervalle (8) soit plus faible vers l'extrémité droite, sur la figure. De ce fait, le clapet (9) 15 a un faible débattement dans cette zone réduite et sa course de déplacement est, en conséquence, réduite. En fonctionnement, par suite de l'admission d'un des composants du mélange, comburant ou carburant, 20 ou les deuxdans les passages (15) ou (16) et les orifices correspondants (13) ou (14), le clapet (9) est soulevé sensiblement verticalement jusqu'à ce que le bord externe (30a) du clapet (9) vienne en appui sur la surface interne (5a) du corps (5). S'il y a lieu, 25 le clapet (9), grâce à son élasticité, est susceptible de se déformer lorsque la pression du composant introduit est relativement plus importante que celle régnant dans l'espace (8). Lorsque la pression régnant dans la chambre de combustion (1) augmente, après combustion du mélange, le clapet (9) se ferme très rapidement du fait de la faible course qu'il doit parcourir, et en raison de l'accélération produite par l'effet de son élasticité qui joue le rôle d'un ressort. Il en est de même, à l'état de repos, c'est-à- dire que lorsqu'aucune 35 pression n'est exercée sur l'une des faces du clapet (9), ce dernier reste appliqué contre le siège (10). Dans l'exemple représenté, le mélange comburantcarburant est effectué dans une partie de la chambre de combustion (1). On pourrait tout aussi bien effectuer le mélange des composants avant leur admission dans la chambre de combustion, par exemple, en ménageant un orifice (21) dans la paroi de séparation (20) de manière à introduire le gaz dans 10 le passage (15).Le mélange air-gaz s'effectue alors alors-dans le pasiage (15) et il est introduit dans la chambre de combustion (1).à travers l'orifice (13). Des portées concentriques 30 à 33 sont ménagées entre les gorges 13a, 14a et 19. Les portées 31 et 32 15 sont très importantes car c'est entre ces portées et le clapet que l'étanchéité est obtenue au moment des explosions. Pour réduire les fuites autant que faire se peut, on réalise ces portées de façon qu'elles soient dans un même plan horizontal, dépourvues de rayures ou de porosité et sans possibilité de se déformer au moment du serrage du couvercle sur le corps de vanne. Quant à la portée extrême 30, elle doit présenter les mêmes caractéristiques que les autres portées, mais peut être située dans un plan horizontal légèrement inférieur afin de favoriser le placage du clapet sur le siège. Il va de soi qu'en aucun cas, la portée 30 ne doit être plus haute que les deux autres 31 à 33. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, l'arrivée de gaz est ménagée dans le corps 30 supérieur 5 à travers un passage 34 qui débouche dans un conduit d'amenée d'air 35 ménagé dans le siège 10 ou dans tout autre élément approprié, de façon que le mélange air-gaz soit effectuée dans ledit conduit 35 avant d'être introduit dans 35 la chambre de combustion (1) à travers l'orifice 13. -7- Dans ce qui précède, on a fait référence à un clapet homogène et présentant des caractères physiques appropriées quant à la légèreté et à la souplesse pour obtenir les déformations souhaitées. Mais on pourrait également utili5 ser un clapet à rigidité différentielle, de préférence dont la rigidité serait croissante depuis le centre vers la périphérie, une telle rigidité pouvant être obtenue soit par la forme de la section du clapet, soit par la nature interne du matériau composite utilisé pour la fabrication dudit clapet. L'épaisseur du clapet, à la périphérie, pourrait être sensiblement du même ordre de grandeur que celle de l'espace ménagé entre le couvercle 5 et le siège du clapet lO, du côté de la portée 30. Dans ces conditions, lorsqu'une faible force s'exerce sur le clapet, lors de l'admission d'un constituant dans la gorge 13a, la partie du clapet en regard, qui est très souple, se soulève légèrement pour laisser ledit constituant s'introduire dans l'intervalle 8. L'ouverture complète du clapet s'effectuerait après déformation totale du clapet et libération d'une section de passage suffisant. Quant à la fermeture, elle s'effectuerait par effet de rappel dû à l'élasticité introduite dans le clapet par suite de la rigidité 25 différentielle existante. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée auxmodesde réalisation décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées 30 et sans s'écarter pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Vanne à clapet pour chaudière à gaz comprenant une chambre de combustion (1) d'un mélange de constituants air-gaz, un corps (5) monté à la partie supérieure de la chambre de combustion (1), des moyens d'allumage (7) et aptes à produire l'explosion du mélange air-gaz dans ladite chambre de combustion (1), un siège de clapet (10) et un clapet (9) disposés entre le corps (5) et la chambre de combustion (1), caractérisée en ce que le 10 clapet (9) est unique pour les deux constituants, souple, déformable et appliqué contre le siège de clapet (10) lorsque la chaudière est à l'arrêt et en ce que le siège de clapet (lO) comprend au moins deux gorges (13, 14, 19) dont une première (19) de décollement qui sert à éviter le collage dudit clapet (9) sur ledit siège (10) et dont la seconde (13, 14) communique avec des moyens d'alimentation d'au moins un des constituants du mélange. 2. Vanne à clapet selon la revendication 1, 20 caractérisée en ce que le siège (10) comprend une troisième gorge (13, 14) communiquant avec des moyens d'alimentation de l'autre constituant du mélange. 3. Vanne à clapet selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la gorge de décolle25 ment (19) est éloignée de la partie de la chambre 1l) dans laquelle se produit l'explosion du mélange. 4. Vanne à clapet selon la revendication 1, caractérisée en ce que le mélange air-gaz est effectué avant son admission dans la chambre de combustion. 30 5. Vanne à clapet selon la revendication 1, caractérisée en ce que des portées concentriques (30 à 33) sont ménagées, sur le siège de clapet (lO) et entre les gorges (13a, 14a et 19). 6. Vanne à clapet selon la revendication 5, caractériséeen ce qu'au moins trois(31 à 33) des portées sont situées dans un même plan horizontal. 7. Vanne à clapet selon la revendication 5, caractériséeen ce que la portée extrême (30) la plus éloignée du col (2) est située dans un plan horizontal légèrement inférieur à celui comportant les autres portées (31 à 33).