Brevet FR2606490A1 — publié le 19880513

La présente invention a pour objet un brûleur à gaz de relativement faible puissance du type à air soufflé et à prémélange comprenant des arrivées séparées d'air et de gaz combustible dans une chambre de prémélange débouchant sur une chambre de combustion au niveau de laquelle le prémélange est enflammé au moyen d'une éLec- trode d'aLLumage, les arrivées d'air et de gaz combus- tible comportant chacune au moins une vanne de régulation de débit, pour tout ou rien sur le débit de gaz et progres- sive sur l'arrivée d'air. Sur un brûLeur de cette catégorie, des problèmes de réglage adapté du débit air/gaz combustible apparaissent souvent, problèmes consécutifs à des fluctuations de pression ou à des pertes de charge dues par exemple à une obstruction partielle ou à un encrassement du filtre placé sur le ventilateur alimentant en air le brûleur. Un dosage défectueux du rapport air/gaz combus- tible entraîne des instabilités de flammes nuisant profon- dément au bon fonctionnement du brûLeur. L'un des objets de la présente invention est de résoudre ces problèmes, de façon à obtenir un brûLeur du type décrit dont les débits air/gaz combustible peuvent être dosés convenablement en fonction des conditions de fonctionnement désirées, permettant ainsi d'assurer une bonne stabilité de flamme sur toute la gamme d'alimen- tation en air et en gaz du brûleur, sans risquer de soufflage ou de retour de flammes. C'est pourquoi, de façon plus. précise, l'inven- tion prévoit notamment que le brûLeur comprend: - un organe à orifice calibré, du type injecteur ou équivalent, prévu sur l'arrivée de gaz combustible et - un passage de relativement faible section du type diaphragme, prévu sur l'arrivée d'air, de façon à créer une surpression d'alimentation en air dans la chambre de prémélange. Selon une caractéristique complémentaire de l'invention, la communication entre la chambre de prémé- lange et la chambre de combustion est-obturée par une grille de stabilisation de flamme à travers laquelle est montée ladite électrode d'allumage reliée par sa tête à une alimentation électrique. Pouvant ainsi régler de façon fine le dosage air/gaz combustible, on assure un accrochage stable de la flamme sur la grille. Le brûleur de l'invention présente d'autres avantages qui apparaissent en particulier dans le cas o, conformément à une application particulière envisagée de l'invention, on l'utilise en tant que brûleur pilote pour l'allumage du brûleur immergeable dans le liquide à chauffer d'une installation de plus forte puissance. Les brûleurs pilotes connus sont couramment alimentés en air et en gaz combustible par deux conduits séparés, l'allumage du pilote étant alors généralement réalisé par une simple électrode, du type bougie d'allu- mage, disposée sur la paroi périphérique de la chambre de combustion. De tels brûleurs pilotes, s'ils offrent pour certains une stabilité de flammes acceptable, ne fonc- tionnent qu'imparfaitement dans une enceinte sous pres- sion, telle qu'une chambre de combustion dans une instal- lation de chauffage à tube immergé, supérieure à la pression atmosphérique. En particulier, ils sont particulièrement sensibles à un déréglage du dosage air/gaz combustible alimentant le brûleur. En cas de variation du débit d'air, suite par exemple à une variation des pertes de charge dans le conduit, les conditions d'allumage deviennent rapidement défectueuses. Une modification du débit convenable de gaz combustible, bien que moins courante, produit les mêmes effets. En outre, aucune surpression d'alimentation en gaz combustible et en air n'étant crée dans la chambre de prémélange des brûleurs pilotes connus, la profondeur d'immersion du brûleur principal dans le liquide à chauf- fer est limitée. Une autre limitation de cette profondeur d'im- mersion résulte de la disposition habituelle de l'élec- trode d'allumage sur la longueur de la chambre de combus- tion. Le brûleur de l'invention, utilisé dans ce cas en tant que brûleur pilote, permet effectivement de résoudre ces problèmes. L'invention concerne enfin un procédé d'allu- mage d'un brûleur pilote du type qui vient d'être pré- senté. L'invention, ses caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 illustre, de façon schématique le brûleur de l'invention dans son application à un brûleur pilote d'allumage, et - la figure 2 montre, à plus petite échelle, un schéma de montage du brûleur, également dans le cas o il est utilisé comme brûleur pilote pour l'allumage d'un brûleur immergeable de plus forte puissance. En se reportant tout d'abord à la figure 1, le brûleur de relativement faible puissance de l'inven- tion, repéré dans son ensemble 1, comporte essentielle- ment une clambre 2 de prémélange alimentée en air et en gaz combustible par des arrivées séparées respectivement 3 et 4, débouchant avantageusement dans cette chambre 2 sensiblement radialement en 13 et 14. La chambre 2 qui a la forme générale d'un caisson cyLindrique allongé à section sensiblement circulaire est obturée sur sa face avant par une grille 5 de stabilisation et d'accrochage de flammes. Cette grille peut, comme connu en soi, compor- ter essentiellement des orifices de diamètre et de ré- partition convenables pour assurer un bon accrochage et une bonne stabilisation des flammes à t'entrée de la chambre de combustion 6 du brûleur. Les arrivées 3 et 4 d'air et de gaz combustible débouchent dans la chambre 2 vers l'extrémité opposée à la grille 5. Dans le cas illustré o le brûleur de l'invention est utilisé en tant que brûleur pilote d'allumage d'un brûleur immergeable dans le liquide à chauffer (repéré 7 avec un niveau 7') d'une installation de plus forte puissance, la chambre de combustion 6 constitue la cham- bre de combustion du brûleur principal, (repéré 10). SUr sa face arrière, la chambre de prémélange 2 est fermée par une paroi 8 sur laquelle est monté, de façon étanche, afin de résister à la pression interne de la chambre de prémélange, un moyen de contrôle visuel 9 de la flamme. Ce moyen de contrôle peut consister en une plaque de verre. Sur la figure 1, on notera que l'on a repéré par les lettres AV et AR le côté respectivement "avant" et "arrière" du brûleur en faisant référence à la circu- lation de l'air et du gaz combustible, puis du mélange gazeux dans le brûLeur, tel que schématisé par les flèches. Tel qu'ilLustré, l'allumage du brûleur est assuré par une élect ode 11 alimentée sous haute tension convenable comme schématisé en 12 et convenablement isolée, l'allumage s'effectuant par étincelles ou arc électrique entre La oointe 13 de l'électrode d'allumage et la paroi voisine de la grille 5 convenablement mise à la masse du caisson formant la chambre de répartition 2. Le câble d'alimentation 9 en énergie électrique de l'électrode 11 traverse, de façon étanche à la pression de la chambre considérée, en 15, la paroi de cette chambre. L'étanchéité peut notamment être assurée au moyen d'un presse-étoupe. Pour assurer un réglage adapté et requis des débits d'air et de gaz combustible sur toute la gamme de pression d'alimentation, on prévoit sur l'arrivée 3 d'air un passage 16 de relativement faible section par rapport à celle du conduit 3, cet orifice étant ménagé dans une pièce 17 du type disphragme, tandis qur sur l'arrivée complémentaire 4 de gaz combustible, est prévu un organe 18 à orifice calibré 19, du type injecteur ou similaire. Tel qu'illustré, l'injecteur 18 est disposé au niveau de l'ouverture 14 de l'arrivée 4 débouchant dans la chambre de prémélange 2. De cette façon, on crée une légère surpression au niveau de la chambre 2 dans laquelle va s'écouler le mélange vers la chambre de combustion 6, o la pression est légèrement inférieure. On peut alors aisément adapter le débit d'air et de gaz combustible requis en relevant par des capteurs de pression 20, 21 les pressions stati- ques régnant respectivement dans le conduit d'alimenta- tion en air 3 et dans la chambre de prémélange. Le réglage du débit d'air permettant un dosage convenable du mélange air/gaz s'effectue, sur la base des informations fournies par les capteurs 20, 21, au moyen de la vanne 22, prévue sur la conduite d'arrivée 3 en amont du diaphragme 17 (figure 2). Le débit de gaz est automatiquement réglé à la valeur requise par l'injecteur calibré quelles que soient les variations de rression de l'alimentation en gaz (dans une plage courante). Tel qu'illustré sur cette figure 1, le brûleur pilote d'allumage 1 est relié au brûleur de plus forte puissance, repéré 10, par l'intermédiaire d'un tube 24 plongeant dans le bain 7 à chauffer et présentant un diamètre légèrement plus important que celui de la chambre 2. Ce tube 24 peut consister en un prolongement sensiblement vertical saillant de la paroi de la chambre de combustion 6. Un plan de joint ou d'appui 25 situé au dessus du niveau 7' du bain 7 permet de positionner correctement le brûleur pilote d'allumage par rapport au brûleur principal 6, de façon que le pilote débouche sensiblement perpendiculairement dans la chambre de combustion 6 du brûleur principal, en ne s'étendant que très légèrement dans celle-ci afin de ne pas perturber les conditions de fonctionnement dudit brûleur principal. Des joints 26 peuvent assurer l'étanchéité entre la base du tube 24 et la partie en regard de la chambre de prémélange du pilote. Comme on le comprend, avec une telle disposition et grâce à la surpression régnant dans la chambre de prémélange 2 du brûleur pilote, la profondeur d'immer- sion du brûleur principal 10 n'est, en pratique, actuelle- ment pas limitée. Généralement sur cette figure I on remarque également que l'on a représenté en trait pointillé une électrode d'ionisation 27 traversant la grille 5 de stabilisation de flammes, comme l'électrode d'allumage 11 à côté de laquelle elle est placée. Bien que non indispensable, une telle élec- trode d'ionisation 27 est, lorsqu'elle est prévue, avan- tageusement montée avec l'électrode d'allumage 11, vers la partie centrale de la grille 5 de stabilisation de flammes, sensiblement parallèlement à la direction d'écou- lement du mélange combustible de la c!ambre de prémélange 2 vers la chambre de combustion 6. Egalement en trait pointil'l, on a représenté en 28 le câble d'alimentation sous tension conve- nable de l'électrode 27 convenablement isolé, ce câble 28 s'étendant dans la chambre de prémélange 2 avant de traverser sa paroi de façon étanche à la pression considérée, en 29, la grille formant masse pour le fonctionnement de l'électrode d'ionisation. On notera que la prévision d'une telle électrode d'ionisation permet d'éviter la mise en place sur le brûleur principal immergé, d'une cellule de contrôle de la flamme du type sensible aux rayonnement ultraviolets. On va maintenant se référer à la figure 2 o est représenté, à plus petite échelle, un schéma complet de montage du brûleur à faible puissance de l'invention, dans le cas o il est utilisé en tant que brûleur pilote d'allumage d'un brOleur immergeable dans le liquide à chauffer d'une installation de plus forte puissance. Tel qu'illustré, le brûleur pilote 1 est alimen- té en gaz combustible par une conduite 30 reliée au canal général de distribution 34, et en air par une conduite 31, les arrivées d'air et de gaz combustible 3 et 4 de la figure 1 constituant les extrémités débou- chantes des conduites 30 et 31 au niveau de la chambre de prémélange du brûleur. Sur les conduites 30 et 31 on a représenté les vannes 23 et 22. La conduite 31 d'amenée d'air au pilote est en fait une conduite d'air issue de la conduite d'amenée d'air au brûleur principal. L'air "total" nécessaire pour assurer de bonnes conditions de fonctionnement au brûleur pilote 1 et au brûleur principal 10 immergé dans le bain à chauffer 7, est délivré par un ventilateur ou compresseur 32 qui alimente, non seulement la conduite 31, mais également la conduite 33. Le brûleur principal 10 est alimenté en air par cette conduite 33 et en gaz combustible par une conduite 35 également reliée au canal de distribution général 34, le prémélange étant alors délivré ai conduit 36 d'alimentation du brûleur 10. L'allumage du brûleur principal 10 est, comme connu en soi, réaLisé au moyen du brûleur pilote 1. Toutefois, selon L'invention, Lors de cet allumage, on alimente le brûleur pilote 1 avec un rapport air/gaz combustible inférieur au dosage stoechiométrique. Par contre, on alimente le brûleur principal 10 en prémé- lange avec un léger excès d'air. Ainsi, on parfait le dosage air/gaz combustible du brûleur pilote par une alimentation complémentaire en air au niveau de la sur- face de la grille schématisée en 5 débouchant dans la chambre de combustion 6, réalisant ainsi le dosage stoechiométrique du mélange combustible du brûleur pilote 1. L'excès d'air présent dans le prémélange d'ali- mentation du brûleur prindipal 10 et qui est utilisé par le brûleur pilote I permet de retrouver des condi- tions sensiblement stoechiométriques au niveau du brûleur principal 10. REVENDICATIONS 1. - Brûleur à gaz de relativement faible puissance du type à air soufflé et à prémélange compre- nant des arrivées (3, 4) séparées d'air et de gaz combus- tible dans une chambre (2) de prémélange débouchant sur une chambre (6) de combustion au niveau de laquelle le prémélange est enflammé au moyen d'une électrode (11) d'allumage, les arrivées d'air (3) et de gaz combus- tible (4) comportant chacune au moins une vanne (22, 23) de débit, ledit brûleur (1) étant caractérisé en ce que, afin de pouvoir assurer un réglage adapté des débits d'air et de gaz combustible, - un organe (18) à orifice calibré (19) du type injecteur ou équivalent est prévu sur l'arrivée (4) de gaz combustible, et - un passage (16) de relativement faible section, du type diaphragme, est prévu sur l'arrivée (3) d'air, créant ainsi une surpression d'alimentation en air dans la chambre (2) de prémélange. 2. - Brûleur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la communication entre la chambre (2) de prémélange et la chambre (6) de combustion est obturée par une grille (5) de stabilisation de flamme à travers laquelle est montée ladite électrode (11) d'allumage reliée par sa tete à une alimentation électrique (12). 3. - Brûleur selon la revendication 2, carac- térisé en ce qu'il comprend une électrode (27) d'ionisa- tion montée à travers ladite grille (5) de stabilisation de flamme et reliée par sa tête à une alimentation élec- trique (28). 4. - Brûleur selon la revendication 3, carac- térisé en ce que les électrodes d'allumage (11) et d'ioni- sation (27) sont montées vers la partie centrale de la grille (5) de stabilisation de flamme, sensiblement parallèlement à la direction d'écoulement du mélange combistible de la chambre de prémélange (2) vers la chambre de combustion (6). 5. - Utilisation du brûleur, selon l'une quel- conque des revendications précédentes, en tant que brûleur pilote pour l'allumage du brûleur (10) immergeable dans le liquide (7) à chauffer d'une installation de plus forte puissance. 6. - Procédé d'allumage d'un brûleur pilote selon la revendication 5, caractérisé en ce que: - on alimente en air et en gaz combustible la chambre (2) de prémélange du brûleur pilote (1) avec un rapport air/gaz combustible inférieur au dosage stoechiométrique, et - on parfait le dosage par une alimentation complémentaire en air au niveau de la surface de la grille (5) de stabilisation de flamme débouchant dans la chambre de combustion (6), de façon à réaliser le dosage stoechiométrique du mélange combustible.