Brevet FR2606492A1 — publié le 19880513

L'invention concerne un brûleur à gaz du type à prémélange et à contrôLe de flamme. Cette catégorie de brûleur est d'utilisation industrielle courante. Le brûleur à gaz du type à prémélange et à contrôle de flamme conforme à l'invention est, de façon plus spécifique, tel qu'il comporte une arrivée de prémélange air et gaz combustible dans une chambre de répartition débouchant par une grille de stabili- sation de flamme dans une chambre de combustion o le prémélange est enflammé au moyen d'une éLectrode d'allumage. Divers travaux ont été menés en vue de résoudre les problèmes consécutifs à l'allumage de tels brûleurs et au contrôle de la flamme qui se développe. A ce sujet, on peut notamment citer la demande de brevet français n 83 09468 du 8 Juin 1983 déposée au nom du même demandeur pour un "brûleur à gaz du type à prémélange et à contrôle de flamme, utilisé en particulier pour une installation à tube immergé". Les domaines industriels auxquels s'appliquent le brûleur objet de cette demande et le brûleur de l'invention sont voisins. Les problèmes spécifiques rencontrés sont comparables. Dans la demande précédente en question, on prévoyait de contrôler les conditions de fonctionnement ou de combustion de la flamme au moyen d'une cellule de contrôle sensible au rayonnement ultraviolet. Cette cellule était disposée vers le fond d'un embout qui s'éten- dait, par rapport à la direction d'écoulement du mélange gazeux, à l'arrière de la chambre de répartition. Un faible débit d'air débouchant dans l'embout assurait un refroidissement complémentaire de la cellule. De cette façon, la cellule de contrôle de la flamme était soustraite aux contraintes thermiques particulièrement élevées dans ce type de brûleur travaillant en milieu immergé avec une chambre de combustion compacte. Cependant, un tel contrôle de flammes par une cellule ainsi disposée peut, dans certains cas, ne pas être approprié. Des problèmes peuvent se poser, en particu- lier en cas de retour de flamme, c'est-à-dire dans le cas o, suite notamment à des instabilités de flamme consécutives à des fluctuations de pression, la flamme, au lieu de brûler dans la chambre de combustion, se développe accidentellement dans la chambre de répartition. En effet, la position occupée par la cellule, en arrière de la chambre de répartition, lui permet de continuer à observer l'existence de la flamme et donc à autoriser le fonctionnement normal du brûleur, sans détecter la position anormale de cette flamme dans la chambre de répartition, ce qui peut entraîner des contraintes thermiques excessives pouvant conduire à la destruction de la grille de stabilisation de flamme, endommageant par là même le brûleur. En outre, la nécessaire protection thermique que l'on doit assurer à la cellule de contrôle, en liaison avec la compacité du brûleur, requiert, en général, une conception du brûleur assez complexe, pouvant entraîner des surcoûts de fabrication et des problèmes de standardisation. Un autre moyen de contrôle des conditions de fonctionnement et de combustion de la flamme a déjà été envisagé et est utilisé. Il consiste en la prévision d'une électrode d'ionisation mise en place au niveau de la chambre de combustion. Une telle électrode, disposée dans l'espace o doit se développer la flamme en condition normale de fonctionnement, permet de détecter les conditions réelles de combustion et de contrôler effectivement la position de cette flamme. Elle permet ainsi de commander l'arrêt du brûleur en cas d'instabilité excessive ou de position anormale de la flamme. Cependant, il est à noter que ce type de contrôle par électrode d'ionisation était jusqu'à présent utilisé sur des brûleurs (brûleurs à plaquette céramique, brûleurs de chauffe-eau) présentant des conditions de fonctionne- ment tout à fait différentes de celles du brûleur à prémé- lange et à grille de stabilisation de flamme de l'invention. Les brûleurs de chauffe-eau n'ont qu'une faible puissance de chauffe. Les problèmes de contraintes thermi- ques ne sont donc pas comparables. Les problèmes d'instabili- té de flamme consécutifs à de fortes fluctuations de pression engendrées par la combustion d'une flamme de forte puissance en milieu compact, n'existent pas. Dans les brûleurs à plaquette céramique, la flamme est "rentrante" et se développe dans la plaquette. Les conditions de fonctionnement et le domaine d'applica- tion sont là encore différentes de celles du brûleur de l'invention. On remarquera, par ailleurs, que de façon à éviter d'interférer avec l'écoulement du mélange gazeux et à ne pas perturber les conditions de fonctionnement du brûleur, l'électrode d'ionisation, lorsqu'elle était prévue, de même d'ailleurs que l'électrode d'allumage, étaient disposées de façon que leur corps et leur tête reliée à l'alimentation électrique soient placées à l'écart de l'écoulement du mélange gazeux; seule leur pointe beignant dans le mélange. Au contraire, dans l'invention, et de façon surprenante, on s'est aperçu que prévoir l'électrode d'ionisation et l'électrode d'allumage directement au sein du mélange gazeux sur la grille de stabilisation de flamme d'un brûleur dans lequeL les problèmes d'insta- bilité de flamme sont particulièrement délicats à résoudre, n'entrainait aucune perturbation pouvant nuire au bon fonctionnement du brûleur. C'est pourquoi, compte tenu des nombreux avantages offerts au niveau du contrôle de la flamme par l'électrode d'ionisation, et qui ont été rappelés ci-avant, l'invention prévoit un brûleur à gaz du type à prémélange, à grille et à contrôle de flamme, comprenant une électrode d'ionisation montée, comme l'électode d'allumage, à travers la grille de stabilisation de flamme, ces deux électrodes étant disposées, d'une part, avec leurs pointes convenablement isolées, respectivement droite, et recourbée vers la grille, s'étendant dans la chambre de combustion et, d'autre part, avec leurs têtes reliées chacune à une alimentation électrique correspondante adaptée, traversant la chambre de répartition. De cette façon, on assure un bon contrôle de la position et des conditions de combustion de la flamme, permettant d'éviter, notamment, toute extinction intempestive du brûleur en cours de combustion et tout endommagement de celui-ci consécutif à une instabilité ou retour de flamme. L'invention s'applique également à l'utilisation de brûleurs s'adaptant à un ensemble chambre de combus- tion et tube immergé compact. L'invention, ses caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à l'aide de la descrip- tion qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 montre, de façon schématique, un brûleur à gaz conforme à l'invention, et - la figure 2 illustre à plus petite échelle un schéma de montage du brûleur. En se reportant, tout d'abord à la figure 1, le brûleur repéré dans son ensemble 1 comporte essen- 2 bO6492 tiellement une chambre 2 de répartition dans laquelle arrive, par une conduite 3 d'alimentation, le prémélange air/gaz combustible débouchant avantageusement dans la chambre 2 par une ouverture sensiblement radiale 4. La chambre 2 qui a la forme générale d'un caisson cylindrique à section sensiblement circulaire est obturée, sur sa face avant, par une grille de stabilisation de flammes 5. Cette grille peut être du type décrit à la demande française sus-mentionnée n 83 09468. De façon plus spécifique, elle comporte essentiellement des orifices de diamètre et de répartition convenables pour assurer un bon accrochage et une bonne stabilisation des flammes à l'entrée de la chambre de combustion 6, et ce pour les puissances considérées de fonctionnement du brûleur. Sur sa face arrière, le caisson formant la chambre de répartition 2 est fermée par une paroi 7. Sur la figure I on a repéré par les lettres AV et AR le côté respectivement "avant" et "arrière" du brûleur, en faisant référence à la circulation du mélange combustible dans le brûleur tel que schématisé par les flèches. Tel qu'illustré, l'allumage du brûleur est assuré par une électrode 8 alimentée sous haute tension convenable comme schématisé en 9 et convenablement isolée, l'allumage s'effectuant par étincelles entre la pointe recourbée 10 de l'électrode d'allumage et la paroi voisine de la grille 5 ou du flasque avant 11 métallique sur laquelle est fixée la grille 5 et qui est mise à la masse du caisson formant la chambre de répartition 2. Pour contrôler le bon fonctionnement du brû- leur, c'est-à-dire en particulier les conditions de combustion de la flamme qui se développe dans la chambre de combustion, ainsi que la position de cette flamme, on a prévu une électrode d'ionisation 12 également alimentée sous tension convenable comme schématisé en 10 et convenablement isolée, la détection des conditions de développement de la flamme s'effectuant entre la pointe 13 de l'électrode 12 et la masse voisine de la grille 5. La pointe 13 de l'électrode d'ionisa- - tion 12 est, telle qu'illustrée, sensiblement droite et dirigée sensiblement parallèLement à la direction d'écoulement du mélange gazeux. Les deux électrodes 8 et 12 sont montées, également sensiblement parallèlement à la direction d'écoulement du mélange combustible, de façon à traverser la grille de stabilisation de flammes vers la partie centrale de celle-ci et avec leurs pointes respectives 10 et 13 s'étendant dans la chambre de combustion. Les câbles d'alimentation électriques 9 et 10 des électrodes s'étendent, tel qu'illustré, dans la chambre de répartition 2 et traversent, de façon étanche aux pressions de fonctionnement considérées, la paroi de celle-ci respec- vement en 14 et 15. L'étanchéité peut notamment être assurée par des presse-étoupes. Vers l'arrière de la chambre de répartition 2, vers le fond d'un embout 22 débouchant dans cette chambre, apparait un voyant 23 de contrôle visuel de la flamme. On notera que le voyant 15 est disposé de façon tout à fait appropriée et bien protégé des con- traintes thermiques. En se référant maintenant à la figure 2, on voit que le brûleur est alimenté en gaz combustible par une conduite 16, le prémélange étant ainsi délivré au conduit 3 dans des conditions sensiblement stoechio- métriques. L'air nécessaire à la combustion est délivré par un ventilateur ou compresseur 17 qui alimente le conduit d'air principal 18. Le ventilateur est alimenté en énergie électrique par 24. Tel qu'illustré sur cette figure 2, on notera que le brûleur décrit cidessus permet d'équiper des installations de tubes immergés (ou plus généralement à chambre de combustion immergeable dans le liquide 19 à chauffer) de construction particulièrement compacte. En 20 à la figure 2 est illustré le tube immergé dans lequel débouchent les produits de combustion s'échap- pant de la chambre de combustion 6 vers la sortie 21 des fumées. Sur les figures schématiques.on n'a pas repré- senté les organes de mise en marche/arrêt du brûleur. Cependant, comme on le comprend, l'arrêt du brûleur est commandé par L'électrode d'ionisation 12 dès que celle-ci détecte une absence de flamme. REVENDICATIONS 1. - Brûleur à gaz du type à prémélange et à contrôle de flamme comportant une arrivée de prémélange air et gaz combustible dans une chambre de répartition débouchant par une grille de stabilisation de flammes dans une chambre de combustion o le prémélange est enflammé au moyen d'une électrode d'allumage, ledit brûleur étant caractérisé en ce qu'il comprend une électrode (12) d'ionisation pour le contrôle de la flamme, lesdites électrodes d'allumage (8) et d'ionisa- tion (12) étant montéesà travers la grille (5) de stabilisation de flammes, d'une part avec leurs pointes (10, 13) convenablement isolées, respectivement recour- bée vers la grille et droite, s'étendant dans la cham- bre de combustion (6) et, d'autre part, avec leurs têtes reliées chacune à une alimentation électrique correspondante adaptée, (9, 10) traversant la chambre de répartition (2). 2. - Brûleur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les électrodes d'allumage (8) et d'ioni- sation (12) sont montées vers la partie centrale de la grille (5) de stabilisation de flammes, sensiblement parallèlement à la direction d'écoulement du mélange gazeux combustible de la chambre de répartition (2) vers la chambre de combustion (6). 3. - Utilisation du brûleur selon la revendi- cation 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce qu'il s'adapte à un ensemble chambre de combustion (6) et tube immergé compact.