Brevet FR2609155A1 — publié le 19880701

"Dispositif de régulation de la teneur en oxygène de fumées de combustion". La présente invention concerne un dispositif de réqulation de la teneur en oxygène de fumées de combustion, dispositif comprenant une chambre de combustion de référence. un détecteur de combustion stoechiométrique, un moyen de prélèvement d'un échantillon de fumées, corrigé par un ajout de gaz complémentaire réducteur ou oxydant pour fournir cet échantillon auquel correspond la combustion réelle avec excès ou défaut d'air, à la chambre de combustion de référence, un circuit d'exploitation recevant les signaux de détecteur pour règler la co tstion réelle. On connaitt déià de tels dispositifs de régulation. Toutefois, ces dispositifs nécessitent des moyens de prélèvement et d réglage des proportions fuméestgaz complémentaires relativement compliquées. La présente invention se propose de créer un dispositif de régulation de la teneur en oxygène de fumées de combustion pour une combustion oxydante ou une combustion réductrice, du type ci-dessus, et qui puisse assurer de manière particulièrement simple le prélève- ment et la proportion fumée/gaz complémentaire nécessaire à la combustion dans la chambre de combustion de référence. A cet effet, l'invention concerne un dispositif du type ci-dessus, caractérisé nar un moyen de prélèvement des fumées à une pression de prélèvement pour être fournies à la chambre de combustion de référence et être rejetées à une pression de rejet inférieure à la pression de prélèvement en aval de la chambre de combustion de référence, une alimentation en gaz complémentaire (az réducteur ou oxydant) de la chambre de combustion de référence, cette alimentation ayant un moyen de règlage fixe de débit à son entrée et un moyen de règlage fixe de débit à sa sortie dans la chambre de combustion de référence, ce second moyen de réglage ayant un débit inférieur au premier moyen de réglage, un moyen de règlage de la pression du gaz complémentaire à la pression de prélèvement des fumées, un moyen d'égalisation de la température des fumées et du gaz complémentaire en amont de la chambre de référence. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le moyen de prélèvement des fumées comporte un moyen de règlage fixe. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'alimentation en qaz complémentaire se compose d'une source de gaz complémentaire, d'un filtre, d'un premier moyen de règlage fixe de débit, d'une volume de stockaqe d'une chambre de détente et du second moyen de règlage fixe de débit. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le moyen de rènlage de la pression du qaz complémentaire à la pression de prélèvement des fumées est constitué par un tube reliant la chambre de détente à l'enceinte dans laquelle sont prélevées les fumées à la pression. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le moyen d'égalisation de la température des fumées et du gaz complémentaire en amont de la chambre de combustion de référence, est constitué par un échangeur de chaleur traversé par le tuyau de prélèvement des fumées et par le tuyau d'alimentation en gaz complémentaire, les deuxième et troisième moyens de rèqlage fixe de débit étant situés en aval de l'échangeur de chaleur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la source de gaz complémentaire est un piquage sur la conduite d'alimentation en gaz de combustion. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'alimentation en gaz complémentaire est un piquage réalisé sur la sortie de la machine soufflante alimentant la combustion en air comburant. Suivant une autre caractéristique de l'invention, tous les moyens du dispositif de régulation sont reliés aux éléments existants du brûleur et notamment à la bride de fixation du brûleur sur la paroi du foyer du générateur. I1 est à remarquer qu'un meme dispositif de régulation peut être conçu pour réguler une combustion réductrice ou une combustion oxydante. Dans ce cas, il comportera à la fois le piquaoe de prélèvement de gaz comburant sur la conduite de gaz comburant ou de combustible liquide et le piquage de l'air comburant à la sortie de la machine soufflante, ces deux moyens étant mis en oeuvre l'un ou l'autre mais sans que les deux ne soient simultanément mis en oeuvre. I1 est à remarquer que le dispositif, selon l'invention, se fixant sur le brûleur, rend facile l'installation de dispositif soit sur des brûleurs existants, soit sur des brûleurs à monter sans avoir à intervenir directement sur la chaudière. Cela est notamment vrai pour la conduite de prélèvement de fumées qui débouche dans le foyer à travers la plaque de fixation ou de support du brûleur sans être fixée directement à la paroi du foyer. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés dans lesquels - La figure 1 est un schéma d'ensemble du dispositif de régulation, selon l'invention, - La figure 2 est un schéma du dispositif de régulation selon un premier mode d'application, - La figure 3 est un schéma du dispositif de régulation selon un second mode d'application. Selon la figure 1, le dispositif de régulation de la teneur en oxygène des fumées de combustion comprend une chambre de combustion de référence 1 dans laquelle est prévu un détecteur 2 de combustion stoechiométrique par exemple en aval d'un catalyseur 3, ou autre moyen de favorisant la combustion tel qu'un arc ou une résistance électriques. Le dispositif comporte également un moyen de prélèvement d'un échantillon de fumées dans l'enceinte E qui est par exemple un conduit de fumées ou le foyer, enceinte dans laquelle règne la pression dite "de prélèvement de fumées" P1. Cette fumée, ainsi prélevée, est fournie à la chambre de combustion de référence 1 pour entre rejetée en sortie de la chambre de combustion 1 dans une enceinte E 2 à la pression de rejet P2. Cette pression de rejet P2 est inférieure à la pression de prélèvement P1. Le dispositif comporte également une alimentation en gaz complémentaire soit un gaz réducteur, soit un gaz oxydant pour la chambre de combustion de référence 1. Cette alimentation en gaz complémentaire se compose d'une source de qaz complémertaire 4 reliée à un filtre 5 puis par l intermédiaire d un moven de rèclaqe fixe de débit D1 (diaphracme) à un volume tampon 6, une électrovanne 7 et une chambre de détente 5.Cette chambre de détente est reliée par un moyen d'équilibrage de pression 9 tel qu'une conduite reliée à l'enceinte E1 et débouce rt en asal de la conduite 12 ce manière à faire régner dans la chambre de déterre ' la même pressior P1 que la pressier de prélèvement D1 et D2 assurant ue fuite permanente du gaz E1. La chambre, détente 9 est reliée à la chambre de combustion de référence 1 par l'intermédiaire d'une conduite 10 traversant ut échangeur de chaleur 11 : cet échanqeur 11 est également traverse par la conduite 12 du moyen de prélèvement de fumées. Cet échanqeur de chaleur 11 constitue un moyen d'égalisation de la température des fumées et de celle du qaz complémentaire avant l'injection dans la chambre de combustion de référence 1. Cet échangeur 11 peut être constitué par deux tubes 10, 12 coaxiaux. En sortie de l'échangeur 11, la conduite 10 du gaz complémentaire comporte un second moyen de réglage fixe de débit D2 (le premier moyen étant le moyen D1) et la conduite 12 des fumées comporte un moyen de réglage fixe de débit 3 (troisième moyen de réglage fixe de débit). En aval du catalyseur 3, le mélange fumées-gaz complémentaire ayant réagi, est détecté par la sonde stoechiométrique 2. Cette sonde est reliée à un circuit d'exploitation 13 qui fournit les différents signaux de commande S1, 52 S3 et notamment de la correction dt combustion du générateur. En sortie de la chambre de référence 1, le gaz arrive dans l'enceinte E2 dans laquelle règne la pression P2. La figure 2 montre l'application du dispositif de régulation à une combustion oxydante. Cette fiqure utilise les mêmes références que la figure 1 pour les parties identiques ou analogues. De façon plus détaillée, la figure 2 montre schématiquement un forer 20 correspondant à l'enceinte E1. Dans ce forer règne la pression P1. Ce foyer comporte un brûleur à gaz 21 alimenté en gaz par la conduite 22 munie d'une vanne d'arrêt 23. Le brûleur peut éventuellement être mixte et recevoir également un combustible liquide par la conduite 24. L'alimentation en air comburant est assurée par le ventilateur 25 qui constitue l'enceinte E2 à la pression P2, selon le cas général. La source de gaz complémentaire qui, dans ce cas, est un gaz réducteur est constituée par un piquace 26 de la conduite 10 sur la conduite 20 en aval de la vanne d'arrêt 23. Cette conduite 10 comporte le premier moyen de règlage fixe de débit D1 (diaphragme) ; la conduite 9 débouchant dans le fover, la conduite 1 traverse l'échangeur 11 comme la conduite 12 ; ces deux conduites peuvent être coaxiale La conduite de prélèvement de fumées 12 débouche dans le foyer 20 au niveau du brûleur 21. Comme dél indiqué, il règne dans ce foyer 1 une pression P1 qui constitue l'enceinte E1. La conduite 12 comporte en sortie de foyer un éventuel dispositif de catalyse 27 qui brûle les éventuels imbrûlés contenus dans les fumées prélevées dans le foyer 20. En aval du dispositif 26, la conduite 12 traverse l'échangeur 11 dont la fonction a déja' été décrite ci-dessus. La seconde enceinte est constituée dans le cas présent par le ventilateur 25 dont l'entrée est reliée a la sortie de la chambre de réqulation de combustion 1. La pression P2 dite "pression de rejet" est inférieure à la pression P1 de prélèvement de fumées dans le foyer. Dans ce mode de réalisation, la chambre de détente 8 du cas général est constituée par le tuyau 12. La figure 3 montre l'application du dispositif de l'invention à une combustion réductrice. Les différents éléments de cette installation qui correspondent aux éléments des figures 1 et 2 portent les mêmes références. A la différence du cas de la fiqure 2, 1 'alimen- tation en gaz complémentaire (gaz oxydant) ne se fait pas sur la conduite de gaz 22 qui alimente le brûleur mais par un piquage 28 sur la conduite 29 d'air comburant reliant le ventilateur 25 au foyer 20. Les autres parties de l'installation sont analogues à celles décrites ci-dessus. Il est à remarquer que, dans les applications du dispositif, selon l'invention, les différentes conduites de prélèvement de fumées 12 ou les piquages de gaz complémentaire (26, 28) sont réalisés sur le brûleur et non le foyer. En d'autres termes, l'ensemble du dispositif de régulation, selon l'invention, fait partie du brûleur et non du foyer. Le brûleur est fixé à la paroi 30 du foyer par l'intermédiaire de sa bride ou de sa plaque de fixation 31. Les différents signaux de commande 51' 52' 53 fournis par le circuit d'exploitation 13 peuvent servir à commander par exemple la vanne d'arrêt 21 d'alimentation en gaz, un registre à l'entrée de la soufflante 25 pour moduler le débit de la machine soufflante ainsi que l'alimentation en combustible par la conduite 24 par une électrovanne non représentée. Le circuit d'exploitation 13 peut également commander un dispositif de signalisation. De façon générale, le capteur 2 de combustion stoechiométrique de la chambre de combustion 1 est par exemple une sonde au zirconium. Les moyens de règlaqe fixes de débit D1, D2, D3 sont des diaphragmes ou des vannes réglables suivant la loi # P = F (Q2) avec éventuellement une combinaison en série ou en parallèle d'organes capillaires réglables ou fixes suivant la loi ss P = F (0). De manière générale. le réglage du moyen D1 est tel que son débit soit toujours supérieur au débit du moyen de rèqlage D2 et la section des tubes 10, 12, 13 est telle que les pertes de charge dans ces tubes soient négligeables. A titre de remarque complémentaire, dans le cas d'Lbrûleur àcombustible liquide la source de gaz 4 est ufl mode prélevant du combustible liquide dubrûleur pour le récnaufTer et l'évaporer. REVENDICATIONS 10) Dispositif de réqulation de la teneur en oxygène de fumées de combustion, dispositif comprenant : - une chambre de combustion de référence (1), - un détecteur de combustion stoechiométrique (2), - un moyen de prélèvement d'un échantillon de fumées, corrigé par un ajout de gaz complémentaire réducteur ou oxydant pour fournir cet échantillon auquel correspond la combustion réelle avec excès ou défaut d'air, à la chambre de combustion de référence (1), - un circuit d'exploitation (13) recevant les signaux du détecteur (2) pour régler la combustion réelle, Dispositif de régulation caractérisé par - un moyen de prélèvement des fumées à une pression de prélèxement (P1) pour etre fournies à la chambre de combustion de référence (1) et être rejetées à une pression de reiet (P2) inférieure à la pression de prélèvement (P1) en aval de la chambre de combustion en référence (J), - une alimentation en gaz comnlémentaire 5, 5, D1, 6, 7, 9, 9, 10, D2) (gaz réducteur ou oxydant) de la chambre de combustion de référence (1). - cette alimentation avant un moyen de règlage fixe de débit (D1) à son entrée et un moyen de réglage fixe de débit (D2) a sa sortie dans la chambre de combustion de référence (1), - ce second moyen de règlage (D2) ayant un débit inférieur au premier moyen de règlage (1), - un moyen de règlage (9) de la pression du gaz complémentaire à la pression de prélèvement des fumées (P1 Y 20) Dispositif de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen d'égalisation 11 de la température des fumées et du gaz complémentaire en amont de la chambre de référence (1). 30), Dispositif de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de prélèvement des fumées comporte un moyen de réglage fixe de débit (D3). 4 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation en gaz complémentaire se compose d'une source de gaz complémentaire (4), d'un filtre (5), d'un premier moyen de réglage fixe de débit (D1), d'un volume de stockage (6), d'une chambre de détente (8) et du second moyen de règlage fixe de débit (D2). 50) Dispositif selon la revendication 1, carac térise en ce que le moyen de rèalaqe (o) de la pression du gaz complémentaire à la pression de prélèvement des fumées (P1) est constitué par un tube (9) reliant la chambre de détente (S) à l'enceinte E1 dans laquelle sont prélevées les fumes à la pression P1. 60) Dispositif selon la revendication 1. caractérisé en ce que le moyen d'égalisation (11) de la température des fumées et du caz complémentaire e amont de la cFaare de combustion de référence (1) est constitué par un échangeur de chaleur (!1) traversé par le tuyau (12) de prélèvement des fumées et par le tuyau (10) d'alimentation en gaz complémentaire, les deuxième et troisième moyens de règlage fixe de débit (D2, D3) étant situés en aval de l'échangeur de chaleur (Il). 70) Dispositif selon la revendication 6. caractérisé en ce que l'échangeur est constitué par des tubes a. 1?) coaxiaux. 8 ) Dispositif selon l'une quel conque des reserldi- cations 1 à 6, caractérisé en ce que la source de qaz complémentaire est un piquage (26) sur la conduite (2?) d'alimentation en gaz de combustion. 90) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 å 7, caractérisé en ce que l'alimentation en gaz complémentaire est un piquage (28) réalisé sur la sortie (29) de la machine soufflante (25) alimentant la combustion en air comburant. 100) Dispositif selon l'une quelconque des rez en dications 1 à 9, caractérisé en ce que tous les movens du dispositif de régulation sont reliés aux éléments existants du brûleur et notamment a la bride (31) de fixation du brûleur sur la paroi (30) du foyer.