Brevet FR2588358A1 — publié le 19870410

DESCRIPTION La présente invention concerne un module d'allumage piézo-electrique ainsi qu'un brûleur utilisant un tel module. Dans un certain nombre d'applications et en particulier dans les applications industrielles, on utilise des brûleurs pour chauffer différents produits et les amener ou les maintenir à la teppérature voulue. Ces brûleurs n'ont généralement pas besoin d'être continuellement en fonctionnement. Dans ces conditions, il est nécessaire de leur adjoindre un module d'allumage permettant de les mettre en route lorsqu'on le désire. Habituellement l'allumage du brûleur s'effectue à l'aide d'une veilleuse, allumée manuellement. Toutefois, dans un certain nombre d'applications, il est nécessaire d'avoir à la fois un module d'allumage automatique fiable et non susceptible d'être perturbé par l'environnement. Parmi ceux-ci, il existe des systèmes d'allumage avec transformateur haute tension qui présentent 1 'inconvénient de nécessiter de grandes longueurs de cables électriques, soit pour véhiculer la haute tension si le transformateur est à bonne distance du brûleur, soit pour alimenter ce transformateur lorsqu'il fait partie du brûleur. Le module d'allumage selon l'invention permet d'éviter cet inconvénient. Dans ce but, ce module est caractérisé en ce qu'il comporte d'une part, un mécanisme d'allumage piézo-electrique constitué de moyens pour agir sur un bloc de céramique piézo-electrique revêtu d'électrodes sur deux faces opposées, et d'autre part une buse constituée d'une partie centrale et d'une jupe périphérique entourant la partie centrale, un espace étant menagé entre ladite partie centrale et la jupe pour permettre le passage d'un mélange de gaz oxy-conbustible qui débouche sur la partie inférieure de la buse, tandis qu'un injecteur-mélangeur d'oxygène et de gaz combustible est relié audit espace , les électrodes du bloc de céramique étant électriquement reliées respectivement l'une à la partie centrale, l'autre à la jupe, le déclenchement des moyens pour agir sur le bloc de céramique provoquant l'apparition de charges électriques de polarités opposées sur chacune des électrodes, charges qui sont transmises jusqu'à l'extrémité inférieure de la buse où la distance entre la partie centrale et la jupe de la buse est, dune part, au moins localement suffisamment grande, pour permettre le passage du mélange oxy-conbustible, et d'autre part, au moins localement, suffisamment faible pour permettre de créer une étincelle d'allumage du mélange oxyccmbustible. En pratique, cette distance peut donc être variable, les zones de faible distance étant des zones de création d'étincelle d'allumage, les zones de plus grande distance étant des zones de passage du gaz à des débits suffisants. De préférence, le déclenchement des moyens pour agir sur le bloc ceramique sera réalisé à l'aide de moyens pneumatiques, et en particulier de moyens pneumatiques utilisant 1' azote comme gaz de commande. Selon un mode préférentiel de réalisation, les moyens pour agir sur le bloc de céramique piézo-electrique sont constitués par un marteau et une enclume, ladite enclume étant placée sur le bloc piézo-electrique, tandis que le marteau, en matériau sensible au champ magnétique, est retenu en position haute d'une part par un aimant et d'autre part par un ressort de rappel s'appuyant sur l'enclume et repoussant le marteau contre l'aimant, la partie supérieure du marteau comportant un passage pour l'arrivée du gaz de commande de déclenchement, ce passage comportant une portion de surface telle que la pression du gaz de commande s'exerçant sur cette surface crée une force suffisante, fonction de la pression dudit gaz, pour séparer le marteau de l'aimant puis s'opposer à la force de rappel du ressort de manière à ce que le marteau vienne frapper l'enclume, celle-ci provoquant la contraction- du bloc de céramique piézo-électrique engendrant ainsi des charges électriques de polarités opposées d'une part sur l'électrode de sa face en contact avec l'enclume et d 'autre part sur 1 'électrode. de la face du bloc qui lui est opposée, les charges ainsi créées à la surface de contact de l'enclume et du bloc étant véhiculées via l'enclume métallique dans la jupe métallique de la buse jusqu'à l'extrémité inférieure de celle-ci, tandis que la face inférieure du bloc de céramique piézo-electrique est en contact avec la partie centrale métallique de la buse qui véhicule les charges électriques jusqu'à l'extrémité inférieure de ladite partie centrale. L'invention concerne également un brûleur modulaire comportant une pluralite de modules brûleurs disposés côte à côte, un module d'allumage piezo-electrique, et des moyens d 'alimantation comeuns en gaz desdits modules. De préférence, ce bloc d'allumage est placé à l'une ou l'autre des extrémités de l'empilement de modules brûleurs, la buse dudit module d'allumage ayant son axe incliné en direction de l'axe du module brûleur le plus proche. En pratique, cet angle est déterminé pour que l'intersection entre l'axe de la buse du module d'allumage et l'axe de la buse du module bru leur de chauffe le plus prcche soit située quelques centimetres en avant de celle-ci. De préférence, les canalisations d'amenée de gaz du module d'allumage seront directement reliées aux moyens d'alimentation en gaz du bloc brûleur modulaire par l'intermediaire des modules adjacents aux modules d'allumage. On utilisera également de préférence le circuit de refroidissement d'eau géneralement prévu dans ces modules brûleurs pour alimenter le circuit de refroidissement du module d'allumage. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants, donnés à titre non limitatif, conjointement avec les figures qui représentent - la figure 1, une vue en coupe d'un module d'allumage piézo-électrique selon l'invention, - la figure 2, une vue partielle schématique en coupe d'un brûleur muni d'un module d'allumage selon l'invention, - la figure 3, une vue schématique d'ensemble du brûleur de la figure 2. - la figure 4, une vue détaillé des circuits d'alimentation en gaz. Sur la figure 1 est représentée une vue en coupe d'un module d'allumage piézo-électrique selon l'invention. Ce module d'allumage comprend essentiellement quatre sous-ensambles un bloc prismatique 2t destiné à permettre l'intégration du module d'allumage selon l'invention dans les brûleurs représentés sur les figures 2 et 3, un mécanisme d'allumage piézo-électrique 50, une buse par exemple multidards 25, et un injecteur-mélangeur 151. La buse multidards 25 comporte une jupe périphérique 1 s'étendant sur tcute la hauteur du module, et une partie centrale 16 concentrique à la jupe dans la partie inférieure de celle-ci. Un passage 20 par exemple sous fcrme de canaux longitudinaux parallèles est réalisé entre la jupe i et la partie centrale 16, ce passage 20 étant relié à l'injecteur-mélangeur 151 dans la chambre de mélange 21 de celui-ci. Cette chambre de mélange 21 est alimentée d'une part par la canalisation 23 en oxygène, d'autre part par la canalisation 22 en gaz ccmbustible. Ce module injecteur-mélangeur 151 est facilement démontable à l'aide de la tête hexagonale 152, ce qui permet de changer l'injecteur-mélangeur suivant le gaz et/ou les débits de gaz utilises. Les extrémités inférieures de la jupe 1 et de la partie centrale 16 sent maintenues écartées l'une de l'autre à l'aide d'un insert céramique électriquement isolant 19, permettent de maintenlr l'écartement de la jupe 1 et de la partie centrale 16, ces pièces étant bien entendu conductrices électriquement (généralement métalliques).Les extrémités inférieures de la jupe 1 et de la partie centrale 16 débouchent sur la race 530 du bloc prismatique 24 sous forme de surfaces 17 et 18 concentriques. La distance entre ces surfaces 17 et 18 est, d'une part, au moins localement, suffisament grande pour permettre le passage du mélange oxy-combustible, et d'autre part, au moins localement, suffisamment faible pour permettre de créer une étincelle d'allumage du mélange oxy-combustible (ainsi qu'on le verra plus loin).La jupe métallique cylindrique 1 comporte dans sa partie supérieure le mécanisme 50 d'allumage piézo-électrique proprement dit. Celui-ci comporte (de haut en bas sur la figure) un aimant 2 usiné sous forme d'une vis permettait le démontage de l'ensemble du mécanisme, aimant auquel est accroché un marteau métallique 3 ayant une forme sensiblement cylindrique, dont la partie inférieure comporte une surface convexe 9 et dont la partie supérieure comporte une rainure 4 de forme annulaire, comportant une portée circulaire 55.Cette gorge annulaire 4 délimite à l'aide des parois internes cylindriques de la jupe 1 un canal relié à une arrivée 5 d'azote. Sous le marteau 3 et à distance de celui-cI, se trouve une enclume 1l comportant une surface supérieure convexe 12 placée face à la surface convexe 9 de convexité opposée, et une face inférieure plane reposant sur la face supèrieure du bloc piézo-électrique 14 (première électrode du bloc).Le marteau et l'enclume sont maintenus à distance à l'aide du ressort 8 qui s'appuie d'une part sur la partie inférieure du marteau et d'autre part sur la partie supérieure de 1 enclume. Un logement 7 est ainsi dégagé entre marteau et enclume, logement relié à la canalisation de sortie d'azote 6. L'échappement d'azote s'effectue dans une direction perpendiculaire à l'axe de la j upe 1, et donc ce la flamme oxycombustible, n'engendrant aucune perturbation de celle-ci. La face inférieure 59 du bloc de céramique piézo-electrique 14 (ou seconde électrode 59 de ce bloc) est reliée électriquement à la partie centrale 16 de la buse et repose sur celle-ci. Le bloc de céramique (qui dans le présent exemple est cylindrique) est gainé par un insert électriquement isolant 15 permettant de l'isoler latéralement de la jupe et de la partie centrale. Le fonctionnement de ce module est le suivant. Le module tel que representé sur la figure est en position de non fonctionnement, c'est-à-dire dans la position dans laquelle on ne crée pas d'étincelles entre les extrémités 17 et 18 de la buse. Lorsqu'on souhaite créer cette étincelle et ainsi engendrer une flamme à la sortie de la buse du module d'allumage (cette flamme auxilaire servant ensuite à allumer les brûleurs du bloc modulaire) on commence tout d'abord par injecter l'oxygène et le gaz combustible en quantités prédéterminées dans la chambre de prémélange 21. Ce prémélange est ensuite envoyé dans l'espace 20 puis éjecte entre les extrémités 17 et 18 de la buse.On déclenche ensuite une injection d'azote dans la canalisation 5, sous une pression suffisante pour exercer sur la portée circulaire 55 une force capable de décrocher le marteau 3 de l'aimant 2. Lorsque cette opération est réalisée, l'azote pénètre au niveau de la face 10 du marteau, entre l'aimant 2 et le marteau 3, créant ainsi une force tres importante, très supérieure à la force osée par le ressort 8. Le marteau 3 est ainsi violemment projeté vers le bas (sur la figure) de sorte que sa face convexe 9 vienne heurter la face convexe 12 de l'enclume 11 placée en vis-à-vis.L'enclume 11, par sa face inférieure 13, applique ainsi une force importante sur le bloc de céramique piézo-électrique 14, et crée une déformation de oelui-ci, compte-tenu du fait que la face inférieure 59 dudit bloc 14 est maintenue en position par la face supérieure de la partie centrale 16 de la buse. Comme représenté sur la figure, un léger jeu est prévu, dans le sens vertical, entre la face inférieure de 1'enclume 11 et les inserts isolants 15 placés sur la face latérale du bloc piézo-electrique 14, de maniere à permettre le mouvement de l'enclume vers le bas et la compression du bloc de céramique piézo-électrique. Sous l'effet de cette déformation mécanique, le bloc de céramique piezo-electrique de par ses propriétés, engendre des charges électriques de polarités opposées, sur ses deux faces opposées 13 et 59. Lesdites faces sont reliées électriquement d'une part à la jupe 1, et d'autre part à la partie centrale 16 de la buse.Compte tenu du fait que la jupe 1 et la partie centrale 16 de la buse sont électriquement conductrices (métalliques) les charges ainsi créées sont transportées métalliques jusqu'à leurs extrémités inférieures 17 et 18. La structure de la buse est telle, qu'au moins en certains points des faces 17 et 18, lesdites faces sont placées à suf~isamment faible distance l'une de lautre pour que lesdites charges électriques de polarités opposées créent une étincelle. Cette étincelle sera suffisante pour enflammer le mélange oxy-combustible dans les proportions judicieusement choisies pour provoquer une inflammation facile. La figure 2 représente une vue schématique et partielle en coupe d'un brûleur modulaire selon l'invention. (Sur cette figure, les mêmes élements que ceux de la figure précédente portent les miles reférences). La buse 25 est disposée dans un bloc prismatique 24 dont les faces avant 26 et 27 forment un angle avec la face avant 29 du module brûleur 31. Cet angle est tel que l'axe 28 du bloc 25 est situé sensiblement dans le même plan que l'axe 30 du module brûleur 31, les axes 28 et 30 formant un angle sensiblement de 150 dans l'exemple présenté sur la figure.D'une manière générale, cet angle est déterminé pour que l'intersection entre l'axe de la buse du module d'allumage et l'axe de la buse du module brûleur de chauffe le plus proche soit située quelques centimetres en avant de celle-ci. Seule une telle disposition garantit un allumage instantanée de l'ensemble du brûleur. Les canalisations 5, 6 et 21 ont été représentées sur cette figure de manière fictive, elles s'étendent en effet au moins dans leurs parties en liaison avec la buse 25, dans un plan perpendiculaire au plan de la figure. La figure 3 représente une vue schématique d'ensemble d'un brûleur modulaire selon l'invention. On aperçoit sur cette figure respectivement de gauche à droite, une plaque de fermeture 32, le bloc d'allumage selon l'invention 24, puis une pluraliste de modules brûleurs 31 et 41, 33 et 42, 34 et 43, ..., 35 et 44, ..., et une plaque de fermeture 36. L'ensemble de ces différents modules peut coulisser sur les tiges 45, 46, 47 et 48 permettant l'empilage des blocs côte à côte. Ces tiges parallèles 45, 46, 47 et 48, comportent à chacune de leurs extrémités des moyens de fixation 49, 50, 51 et 52 permettant de maintenir les modules brûleurs et le module d'allumage solidaires les uns des autres. On a également représenté schématiquement sur cette figure une canalisation générale d'alimentation 53 pour les différents gaz necessaires au fonctionnement du brûleur modulaire, en particulier 1' oxygène et le gaz combustible pour réaliser les différentes flamnes d'allumage et de chauffe, l'azote, nécessaire pour actionner pneumatiquement le systeme d'allumage piézo-électrique ainsi que le fluide de refroidissement. Bien entendu, chacun de ces modules comport des canalisations internes de raccordement aux différentes sources de gaz, canalisations représentées sur la figure 4.Les différents modules comportent des portions de canalisations 5, 22, 23, respectivement d'azote, de cambustible et d'oxygène, qui débouchent sur les faces latérales de chaque module de manière à se raccorder directement aux modules adjacents. On rajoute une plaque de fermeture sur la face latérale extérieure de chaque module d'extrémité. On remarquera (figure 1) que la buse d'allumage utilisée est une buse multi canaux de section semi-circulaire universel pour tous types de gaz, associée à un injecteur de combustible dans l'oxygène comun à tous les canaux et complètement indépendant de la buse. De plus, l1échappement à l'air libre du gaz actionnant le mécanisme piézo-électrique (qui est de préférence de l'azote mais qui peut être n'importe quel gaz si cela s'avère nécessaire) s'effectue dans une direction telle que la flamme du module n'est pas perturbée. Sur la figure 4, cette éjection du gaz par la canalisation 6 (qui est en fait une simple sortie à l'air libre), s'effectue radialement alors que la flamme à à l'extrémité de la buse est créée axialement. REVENDICATIONS 1. module d' allurage piézo-électrique pour brûleurs oxy-carbustibles caractérisé en ce qu'il comporte d'une part un mécanisme d'allumage piezc-electrique t50) constitué de moyens (2, 3, 4, 8, 11) pour agir sur un bloc de céramique piézo-électrique (14) revêtu d'électrodes (13, 59) sur deux faces opposées, d'autre part une buse (25) constituée d'une partie centrale (16) et d'une jupe périphérique (1) entourant la partie centrale, un espace (20) étant ménagé entre la partie centrale (16) et la pupe (1) pour permettre le passage d'un mélange de gaz oxy-combustible, espace qui débouchent sur la partie inférieure de la buse (25), tandis qu'un injecteur-mélangeur (51) d'oxygène (23) et de gaz combustible (22) est relié audit espace (20), les électrodes (13, 59) du bloc de ceramique étant électriquement reliées respectivement l'une (59) à la partie centrale (8), l'autre (13) à la jupe (1), le déclenchement des moyens (2, 3, 4, 8, 11) pour agir sur le bloc de céramique (14) provoquant l'apparition de charges électriques de polarités opposées sur chacune des élec-trodes (13, 59), charges qui sont transmises jusqu'à l'extrémité inférieure de la buse (25), où la distance entre la partie centrale (16) et la jupe (1) de la buse est, d'une part, au moins localement, suffisamnent grande pour permettre le passage du mélange oxyFccmbustible, et d'autre part, au moins localement, suffisamment faible pour permettre de créer une étincelle d'allumage du mélange oxycarbustible. 2. Modude d'allumage piézo-électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déclenchement des moyens (2, 3, 4, 8, 11) pour agir sur le bloc de céramique (14) est réalisé à l'aide de moyens pneumatiques (4, 5, 55). 3. Module d'allumage piezo-electrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pneumatiques ccçportent une canalisation (5) d'amenée d'azote sous pression. 4. Module d'allumage piézo-électrique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens (2, 3, 4, 8, 11) pour ayir sur le bloc de céramique piézo-électrique (14) sont constitués d'un marteau (3), d'une enclume (11), ladite enclume (11) étant placée sur le bloc piézo-électrique (14), tandis que le marteau (3), en matériau sensible à un champ magnétique, est retenu en position haute d'une part par un aimant (2) et d'autre part par un ressort de rappel (8) s'appuyant sur l'enclume (11) et repoussant le marteau (3) contre l'aimant (2), la partie supérieure du marteau (3) comportant un passage (4) pour l'arrivée du gaz de commande pneumatique de déclenchement, ce passage (4) comportant une portion de surface (55) telle que la pression du gaz de commande s'exerçant sur cette surface (55) crée une force suffisante, fonction de la pression dudit gaz, pour séparer le marteau (3) de l'aimant (2) puis s'opposer à la force de rappel du ressort (8) de manière à ce que le marteau (3) vienne frapper l'enclume (11), celle-ci provoquant la contraction du bloc de céramique piézo-electrique (14) engendrant ainsi des charges électriques de polarités opposées d'une part sur l'électrode (13) de sa face en contact avec l'enclume (11) et d'autre part sur l'électrode (59) de la face du bloc (14) qui lui est opposée, les charges ainsi créées à la surface de contact (13) de l'enclume et du bloc étant véhiculées via l'enclume métallique (11) dans la jupe métallique (1) de la buse jusqu'à l'extrémité inférieure de celle-ci, tandis que la face inférieure du bloc (14) de céramique piézo-électrique est en contact avec la partie centrale métallique (16) de la buse qui véhicule les charges électriques jusqu'à l'extrémité inférieure de ladite partie centrale. 5. Module d' d'allumage piézo-electrique selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les moyens pneumatiques utlisent un gaz de cmande qui s'échappe radialement par rapport à l'axe longitudinal de la buse (25). 6. Bloc brûleur modulaire comportant une pluralité de modules brûleurs disposés côte à côte et des moyens d'alimentation couns en gaz, caractérisé en ce que ledit bloc brûleur comporte en outre un module d'allumage piézo-electrique (14) conforme à l'une des revendications précédentes et alimenté en gaz par les moyens d'alimentation communs. 7. Bloc brûleur modulaire selon la revendication 6, caractérisé en ce que le module d'allumage piézo-electrique (24) est disposé à lBune des extrémités de l'empilement des modules brûleurs, l'axe de la buse du module d'allumage (24) étant dirigé vers l'axe de la buse du module brûleur (31) qui lui est adjacent. 8. Bloc brûleur modulaire selon la revendication 6, caractérisé en ce que le module d'allumage piezoelectrique (24) comporte également des moyens de refroidissement alimentés en eau et reliés aux moyens de refroidissement des modules brûleurs (31, 33, 34, 35, 36).