Brevet FR2618527A1 — publié le 19890127

Dispositif de réguLation séquentielle de l'aLimentation en coibustibLe gazeux d'un générateur de chaLeur. La présente invention concerne les dispositifs destinés à réguler l'aLimentation en combustible gazeux de générateurs de chaleur équipant Les appareils de chauffage ou de cuisson comme par exemple, les chaudières à gaz, les fours industriels ou les installations de cuisine domestiques ou professionnelles. Plus précisément, l'invention se rapporte aux dispositifs de régulation séquentielle de l'alimentation en combustibLe des générateurs de chaleur, tels que des brûleurs, de sorte que ces derniers fonctionnent selon des cycles successifs comportant chacun une période d'allumage et une période d'extinction. Il a été proposé (par le document FR-A-2 308 868) une installation pour le chauffage ou la cuisson, comportant un brûleur relié à une conduite d'amenée de combustible sur laquelle sont montés une électrovanne d'un dispositif de régulation séquentielle et un robinet de réglage du débit instantané de combustible. L'électrovanne du dispositif de régulation est commandée par un circuit séquenceur électronique ou électromécanique. La mise en oeuvre d'un tel circuit séquenceur et de l'électrovanne nécessite une source d'énergie supplémentaire, ce qui présente un inconvénient majeur pour ce type d'instalLation. Par ailleurs, il apparait en pratique que les circuits séquenceurs de ce type sont très sensibles notamment à la chaleur et aux parasites électriques. Ces contraintes d'environnement inhérentes aux appareils de chauffage ou de cuisson limitent la durée de vie des circuits séquenceurs et augmentent le risque de pannes. De plus, l'électrovanne et le circuit séquenceur électromécanique constituent des éléments mettant en oeuvre un nombre élevé de pièces mécaniques, ce qui réduit leur fiabilité. L'invention vise justement à remédier aux inconvénients précités et à réaliser un dispositif de régulation séquentielle de l'alimentation en combustible gazeux d'un générateur de chaleur, qui présente une fiabilité accrue, un encombrement limité et peut fonctionner de façon autonome sans source d'énergie supplémentaire. Ces buts sont atteints par un dispositif de régulation séquentielle de L'alimentation en combustible gazeux d'un générateur de chaleur associé à une veilleuse et à une conduite principale d'amenée du combustible, comportant un élément de réglage du débit instantané du combustible et un dispositif séquenceur de commande du fonctionnement en tout ou rien du générateur de chaleur, caractérisé en ce que le dispositif séquenceur de commande de fonctionnement en tout ou rien comprend a) une conduite de dérivation d'une partie du combustible d'alimentation du générateur de chaleur, b) une chambre à volume variable communiquant avec la conduite de dérivation, c) une conduite munie d'une buse pour l'évacuation du combustible dérivé introduit dans ladite chambre, et d) des moyens d'obturation sélective de la conduite principale en aval de l'élément de réglage, en ce que la conduite de dérivation est munie de moyens de détermination d'une section donnée de passage de combustible, en ce que la conduite d'évacuation du combustible dérivé est munie de moyens de détermination d'une section de passage donnée qui présente une relation prédéterminée par rapport à celle définie pour la conduite de dérivation, en ce que les moyens d'obturation sélective comprennent une partie déformable qui constitue une partie de la paroi de la chambre en étant sollicitéé sur l'une de ses faces par la pression du combustible régnant à l'intérieur de la chambre, et sur L'autre face par la pression du combustible régnant dans la conduite principale en aval de l'élément de réglage, la partie déformable coopérant avec les conduites principale et de dérivation pour simultanément ouvrir ou fermer celles-ci, et en ce que les moyens d'obturation sélective comprennent en outre des moyens complémentaires de positionnement de la partie déformable pour garantir un maintien stable de celle-ci en position ouverte ou en position fermée des conduites tout en assurant un basculement brusque d'une position à L'autre. De façon plus particulière, les moyens de détermination d'une section de passage donnée coopérant avec la conduite de dérivation et les moyens de détermination d'une section de passage donnée coopérant avec la conduite d'évacuation sont réglables en étant asservis de manière à définir des sections de passage qui varient en sens inverse L'une de L'autre. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description d'un dispositif conforme à l'invention faite ci-apres en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale montrant un dispositif de régulation séquentielle conforme à l'invention, en position d'alimentation en combustible du générateur de chaleur, - La figure 2 est une vue analogue à la figure 1, mais montre le dispositif de régulation en position de non alimentation en combustible du générateur de chaleur. - la figure 3 est un chronogramme montrant le fonctionnement séquentiel d'un dispositif de régulation selon l'invention avec un cycle de durée prédéterminée t et une durée c prédéterminée t2 d'alimentation en combustible au cours d'un cycle, - la figure 4 est un chronogramme analogue à celui de la figure 3, mais avec une durée t2 d'alimentation en combustible plus importante pour un cycle de même durée tc, et - les figures 5 et 6 sont des chronogrammes analogues à ceux des figures 3 et 4, mais avec des durées de cycle t c accrues par rapport aux fonctionnements selon les figures 3 et 4. La figure 1 montre une conduite principale 1 d'amenée d'un combustible gazeux à un injecteur 2 d'un générateur de chaleur (non représenté). Le générateur de chaleur tel qu'un brûleur à flammes stabilisées peut être monté sur un appareil. de chauffage ou de cuisson. Le brûleur est destiné à être allumé par une veilleuse permanente 3 alLumée initialement par des moyens appropriés connus, comme par exemple une alimentation électrique à haute tension ou un élément piézoélectrique. La conduite principale 1 est équipée d'un robinet de réglage 4, de préférence à positions multiples, et d'un dispositif 5 conforme à l'invention, de régulation séquentielle de l'alimentation en combustible d'un brûleur. Le robinet 4 est asservi de façon classique à un thermocouple 6 monté à proximité de la veilleuse 3de manière à assurer la sécurité de l'installation en provoquant la fermeture du robinet 4 en cas de détection de l'extinction de la veilleuse 3 qui est alimentée par une conduite annexe 31 raccordée à la conduite principale 1 au niveau du robinet 4. Le dispositif de régulation séquentielle 5 comporte une conduite de dérivation 7 d'une partie du combustible d'alimentation du brûleur. La conduite 7, qui est raccordée à la conduite principale 1 en aval du robinet 4, est équipée d'un organe 9 de réglage de la section de passage du combustible, qui dans une de ses positions peut fermer complètement la conduite 7. L'organe de réglage 9 peut être, par exemple, du type vis pointeau. Il est à noter que les commandes de l'organe de réglage 9 et du robinet 4 peuvent.être réalisées par un unique bouton de commande, et présentent par exemple les repères suivants 1) allumage de la veilleuse, 2) plage des séquences de fonctionnement, 3) marche en continu et 4) arrêt. La conduite de dérivation 7 communique avec une chambre 10 à volume variable comportant une conduite 11 d'évacuation du combustible dérivé, munie d'une buse 26 située de préférence à proximité de la veilleuse 3. La conduite 11 possède un orifice calibré 12 et une vis 13 de réglage de la section de passage. Le dispositif de régulation séquentielle comporte des moyens 14, 19 d'obturation sélective de la conduite principale 1 en aval du robinet 4. Ces moyens comprennent une partie déformable 14 qui constitue une partie de la paroi de la chambre 10. La partie déformable 14 comprend une membrane flexible 15 qui relie au corps fixe 100 du dispositif 5 un clapet 16 de fermeture ou d'ouverture simultanée des conduites principale 1 et de dérivation 7. Le clapet 16 coopère en position de fermeture avec L'extrémité 17 de la conduite de dérivation et avec une paroi séparatrice 8 de la conduite principale 1 déterminant dans celle-ci une partie amont 1A et une partie aval 1B. Selon une variante de réalisation, la paroi séparatrice transversale 8 qui est sensiblement perpendiculaire au clapet 16 et coopère avec celui-ci en position de fermeture de ce dernier pourrait être rendue solidaire du clapet, une ouverture 18 étant alors formée sélectivement entre la paroi transversale 8 et la paroi latérale de la conduite 1 ou un tronçon de paroi transversale solidaire de cette paroi latérale et non entre la paroi transversale 8 et le clapet 16 comme cela est représenté sur la figure 1. La partie déformable 14 est sollicitée sur l'une de ses faces par la pression du combustible régnant dans la partie amont 1A de la conduite principale 1, et sur l'autre de ses faces par la pression du combustible dérivé contenu dans la chambre 10. Les moyens 14, 19 d'obturation sélective comprennent des moyens 19 de positionnement de la partie déformable 14 selon deux positions déterminées correspondant à l'ouverture et à la fermeture des conduites principale 1 et de dérivation 7. Les moyens de positionnement 19 comportent un organe de rappel élastique 20 de la partie déformable 14 et des moyens d'arrêt magnétiques qui assurent un maintien stable en position de la partie 14 tout en déterminant un changement de position brusque à chaque basculement. A titre d"exemple, Les moyens d'arrêt sont constitués d'aimants 22A, 22B situés de part et d'autre du clapet 16 et fixés sur le corps 100 du dispositif séquenceur 5 ou sur La conduite 1 et coopérant respectivement avec des éléments ferromagnétiques 23A, 23B situés de part et d'autre du clapet 16 et rendus solidaires de celui-ci par une tige 24. Naturellement, le rôle des aimants 22A, 22B et celui des disques ferromagnétiques 23A, 23B pourraient être inversés. Par ailleurs, des moyens 25A, 25B, par exemple sous forme de vis, permettent d'ajuster de façon précise la position des éléments fixes 22A, 22B. D'autres moyens tels que des lames d'acier à déformation brusque par exemple, peuvent aussi être utilisés pour remplir le rôle des aimants 22A, 22B associés aux disques ferromagnétiques 23A, 23B. Le ressort 20 est lui-même avantageusement monté sur un support 21 dont la position peut être ajustée, par exemple par une -monture à vis, par rapport au corps 100 du dispositif 5. Ceci permet d'adapter la sensibilité du dispositif 5 et facilite également un ajustement en cas de modification de la pression du gaz d'alimentation circulant dans la conduite 1. Le dispositif séquenceur 5 de fonctionnement en tout ou rien et le robinet 4 qui constitue un organe de réglage du débit instantané du combustible entre une valeur nulle (position fermée) et une valeur de consigne (position ouverte sont de préférence incorporés dans un meme bloc (corps 100) monté sur la conduite 1, ce qui rend l'ensemble très compact. Le dispositif conforme à l'invention tel que décrit précédemment fonctionne de la manière suivante. Après l'allumage de la veilleuse 3 et le passage du robinet 4 en position d'ouverture, le combustible pénètre dans la partie amont 1A de la conduite et exerce une pression sur le clapet 16, provoquant L'ouverture de ce dernier et la compression du ressort taré 19. Le passage du gaz est alors autorisé dans la partie aval 1B de la conduite par la section de passage 18 pour alimenter le brûleur, comme illustré à la figure 1. Le clapet 16 est bloqué en position stable par l'aimant 22B coopérant avec l'élément ferromagnétique 23B. Simultanément, une partie du combustible pénètre par la conduite de dérivation 7 à l'intérieur de la chambre de pression 10 qui évacue, par la conduite 11 et la buse 26 située à proximité de la veilleuse 3, une partie du combustible dérivé. Toutefois, lorsque l'orifice calibré de débit de fuite 12 et l'élément de réglage 13 calibrable de purge de la chambre 13 déterminent une section de passage Q12 ou Q13 inférieure à la section de passage Q9 de la conduite de dérivation 7, la pression du combustible dérivé à l'intérieur de la chambre 10 augmente pour atteindre après un intervalle de temps déterminé par la différence des sections de passage définies par L'organe 9 d'une part et l'organe 12 ou 13 d'autre part, sensiblement la valeur de la pression régnant dans la partie amont lA de La conduite. La partie déformable 14 sollicitée sur chacune de ses faces par des pressions équilibrées est déplacée par l'organe de rappel 20 qui provoque l'arrachement de L'élément 23B à l'attraction de L'aimant 22B. La partie déformable 14, et plus précisément le clapet 16, vient en contact avec la paroi 8 et L'extrémité 17 de la conduite de dérivation 7, tandis que l'élément ferromagnétique -23A est attiré par L'aimant 22A, tel que cela ressort de la figure 2 et vient bloquer L'organe de commande 14 dans sa deuxième position stable. Le clapet 16 bascule ainsi d'une position d'ouverture simultanée des conduites 1, 7 à une position de fermeture simultanée des conduites 1,7. Les moyens d'arrêt constitués par les éléments 22A, 23A, 22B, 23B, 24 et le ressort 20 permettent à la fois un basculement brusque du clapet 16 et son maintien en position stable. La fermeture de la conduite principale 1 par le clapet 16 provoque l'extinction du brûleur. Par ai leurs, la fermeture simultanée de la conduite de dérivation 7 par le clapet 16 entrasse une baisse de la pression dans La chambre de pression 10, puisque le combustible dérivé s'évacue toujours par la buse 11 tandis que la pression du combustible dans la partie amont 1A de la conduite reste égale à la valeur nominale de la pression du gaz en amont du robinet 4. Lorsque l'effort de poussée sur le clapet 16 dû à la pression du combustible de la partie amont 1A dépasse la valeur de la pression du combustible dérivé qui a diminué dans la chambre 10, le clapet 16 bascule dans la position d'ouverture dans laquelle L'élément ferromagnétique 23B est en contact avec L'aimant 22B (figure 1). Le brûleur qui est alimenté en combustible par la section de passage 18 fonctionne de nouveau. Le dispositif 5 permet ainsi de réguler séquentiellement l'alimentation en combustible du brûleur de sorte que ce dernier fonctionne selon des cycles successifs dérivés t comportant chacun c une durée d'allumage t2 et une durée d'extinction t1, comme illustré aux figures 3 à 6. Les durées t1 et t2 peuvent être réglées indépendamment ou de façon conjuguée par les organes 9 et 12 comme cela va être expliqué ci-dessous. Ainsi, par exemple, pour une section donnée de passage Q12 de la conduite 11, la durée d'allumage t2 du brûleur à chaque cycle peut être augmentée en diminuant la section de passage Q9 de la conduite de dérivation 7, ce qui a pour effet d'augmenter le temps de montée en pression dans la chambre 10. De même, lorsque le clapet 16 est en position de fermeture, ta durée d'extinction t1 peut être, par exemple, diminuée en augmentant la section de passage Q13 de la conduite 11. Le dispositif conforme à l'invention permet ainsi d'obtenir un fonctionnement du brûleur qui est séquentiel et réglable à volonté en utilisant uniquement la pression du combustible sans nécessiter l'apport d'une source d'énergie supplémentaire. On décrira maintenant en référence aux figures 3 et 4 un fonctionnement du dispositif de régulation 5 pour lequel la durée d'allumage t2 au cours du cycle périodique de durée t peut être c modifiée par les organes de réglage 9 et 13 sans que la durée t c d'un cycle soit modifiée. Pour faciliter la comprehension du fonctionnement du dispositif de régulation 5, on a représenté sur les figures 3 à 6, d'une part en trait continu, un chronogramme S représentant la position du clapet 16 et constitue par un signal rectangulaire oscillant entre une position N1 correspondant à une absence d'alimentation du brûleur (périodes d'extinction de durée t1) et une position N2 correspondant à une alimentation du brûleur en combustible (périodes d'allumage de durée t2), et d'autre part, en traits mixtes un chronogramme P constitué par une courbe en dents de scie qui représente L'évolution de la pression dans la chambre 10 entre un niveau de pression P1 et un niveau de pression P2. La partie mobile 14 de la paroi de la chambre 10 passe de la position d'ouverture (niveau N2) à la position de fermeture (niveau N1) dans un temps égal au temps de remplissage de la chambre 10 par la section de passage Q9 définie par l'organe de réglage calibrable 9 et de la position de fermeture N1 à la position d'ouverture N2 dans un temps égal au temps de purge de la chambre 10 par la section de passage Q12 définie par l'orifice calibré 12 ou la section de passage Q13 définie par l'organe de réglage calibrable 13 si cette dernière est plus faible. Le temps de cycle t c correspondant à la somme du temps d'allumage t2 et du temps d'extinction t1 peut rester fixe si le temps d'allumage t2 et le temps d'extinctin t1, varient en sens inverse, c'est-à-dire si les sections de passage Q9 et Q13 définies par les organes de réglage calibrables 9 et 13 varient en sens inverse selon une loi prédéterminée. De préférence, les organes de réglage 9 et 13 sont donc asservis pour maintenir un temps de cycle constant, quelle que soit leur position. Les différents types de fonctionnement peuvent ainsi être choisis a) si l'organe de réglage 9 est fermé ou définit une section de passage Q9 inférieure à la section de passage Q12 de l'orifice calibré 12 (l'organe de réglage 13 définissant lui-meme une section de passage Q13 supérieure à Q12), l'allumage est continu et le clapet 16 reste constamment en position ouverte. b) si la section de passage Q9 devient supérieure à la section de passage Q12 alors que la section de passage Q12 reste inférieure à la section Q13, l'allumage est de longue durée (figure 4). c) si la section de passage Q9 est augmentée de telle sorte que la section de passage Q13 diminue en étant inférieure à la section Q12, le temps d'allumage t2 est plus court (figure 3), mais dans toute la plage pour laquelle la section de passage Q13 est inférieure à la section de passage Q12 et varie en sens inverse de la section de passage Q9 selon une loi prédéterminée, la durée du cycle t c peut rester constante. d) si l'organe de réglage 9 est très ouvert et amène l'organe de réglage 13 à la position de fermeture, il n'y a plus d'allumage possible et le dispositif est placé en position d'arrêt. L'orifice calibré 12 peut dans certains cas être supprimé, le débit de purge dans la conduite 11 étant alors déterminé exclusivement par L'organe de réglage calibrable 13. Le temps de cycle t c et les niveaux de pression minimum P1 et maximum P2 dans la chambre 10 (figures 5 et 6), peuvent être ajustés grâce aux divers réglages rendus possibles non seulement pour es sections des conduites 7 et 11 (organes 9 et 13) mais également pour les positions du ressort 20 (support réglable 21) et des aimants 22A, 22B (éléments de réglage 25A, 25B). REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation séquentielle de l'alimentation en combustible gazeux d'un générateur de chaleur associé à une veilleuse(3) et à une conduite (1) principale d'amenée du combustibLe, comportant un élément (4) de réglage du débit instantané du combustible et un dispositif séquenceur(5) de commande du fonctionnement en tout ou rien du générateur de chaleur, caractérisé en ce que le dispositif séquenceur(5) de commande de fonctionnement en tout ou rien comprend a) une conduite (7) de dérivation d'une partie du combustible d'alimentation du générateur de chaleur, b) une chambre (10) à volume variable communiquant avec la conduite (7) de dérivation, c) une conduite (11) munie d'une buse (26) pour l'évacuation du combustible dérivé introduit dans ladite chambre (10), et d) des moyens (14,19) d'obturation sélective de la conduite principale (1) en aval de l'élément de réglage (4), en ce que la conduite (7) de dérivation est munie de moyens (9) de détermination d'une section donnée (Q9) de passage de combustible, en ce que la conduite (11) d'évacuation du combustible dérivé est munie de moyens (12,13) de détermination d'une section de passage donnée (Q12 ou Q13) qui présente une relation prédéterminée par rapport à celle (Q9) définie pour-la conduite de dérivation (7), en ce que les moyens (14,19) d'obturation sélective comprennent une partie déformable (14) qui constitue une partie de la paroi de la chambre (10) en étant sollicitée sur l'une de ses faces par la pression du combustible régnant à L'intérieur de la chambre (10), et sur l'autre face par la pression du combustible régnant dans la conduite principale en aval de l'élément de réglage, la partie déformable (14) coopérant avec les conduites principale et de dérivation pour simultanément ouvrir ou fermer celles-ci, et en ce que les moyens (14,19) d'obturation sélective comprennent en outre des moyens complémentaires(19) de positionnement de la partie déformable (14) pour garantir un maintien stable de celle-ci en position ouverte ou en position fermée des conduites tout en assurant un basculement brusque d'une position à l'autre. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la buse (26) de la conduite d'évacuation (11) est située à proximité de la veilleuse (3). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens (9) de détermination d'une section de passage donnée (Q9) coopérant avec la conduite de dérivation (7) et les moyens (13) de détermination d'une section de passage donnée(Q13) coopérant avec la conduite d'évacuation (11) sont réglables en etant asservis de manière à définir des sections de passage (Q9, Q13) qui varient en sens inverse l'une de l'autre. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens réglables (9) de détermination d'une section de passage coopérant avec la conduite de dérivation (7) et les moyens réglables (13) de détermination d'une section de passage coopérant avec la conduite d'évacuation (11) comprennent des vis pointeau (9,13). 5. Dispositif selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de détermination d'une section de passage coopérant avec la conduite d'évacuation (11) comprennent un orifice calibré de section fixe (12) et une vis pointeau réglable (13). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,caractérise en ce que la partie déformable (14) de la paroi de la chambre (10) comprend une partie flexible (15) reliant à la paroi fixe de la chambre (10) un clapet (16) d'ouverture et de fermeture des conduites principale (1) et de dérivation (7). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens (14, 19) d'obturation sélective comprennent en outre une paroi (8) transversale par rapport à la conduite principale (1) et au clapet (16) pour définir une section de passage (18) dans la conduite principale (1) en position ouverte du clapet (16). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les moyens complémentaires (19) de positionnement de la partie déformable (14) comprennent un organe (20) de rappel élastique monté entre une paroi fixe de la chambre (10) et le clapet (16) et des moyens d'arrêt du clapet (16) respectivement dans une position d'ouverture et dans une position de fermeture. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'arrêt comprennent une premiére paire d'éléments (22A, 22B) situés de part et d'autre du clapet (16) et rendus solidaires du corps (100) de la chambre (5) ou de la conduite principale (1) et une seconde paire d'éléments ferromagnétiques ou magnétiques (23A, 23B) situés de part et d'autre du clapet (16), reliés à celui-ci par une tige (24) et coopérant sélectivement avec la première paire d'éléments magnétiques ou ferromagnétiques (22A, 22B). 10. Dispositif selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce que l'organe de rappel (20) et les éléments de la première ou de la seconde paire d'éléments magnétiques ou ferromagnétiques (22A,22B; 23A, 23B) sont réglables en position. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'élément (4) de réglage du débit instantané du combustible et le dispositif séquenceur (5) de fonctionnement en tout ou rien sont incorporés dans un même bloc (100).