Brevet FR2638819A1 — publié le 19900511

La présente invention concerne un procédé et un dis- positif pour la préparation d'un mélange combustible-air destiné à une combustion. L'invention a pour but d'assurer dès le début de la combustion et malgré les conditions changeantes auxquel- les elle est soumise, un réglage immédiat visant une com- position optimale du mélange suivant le cas. Les écarts du coefficient d'air par rapport à la va- leur optimale, lequel détermine la composition du mélange, peuvent avoir des causes différentes. C'est ainsi que la composition du combustible peut varier, ou que la tempéra- ture de l'air varie, ou que la pression varie dans la ca- nalisation d'évacuation des gaz brûlés, ou que - au début de la combustion - la platine du brûleur est froide. Dans chaque cas, de telles variations du coefficient d'air sont la cause de perturbations de la combustion et peuvent né- cessiter la limitation du champ d'application des brûleurs. Notamment si le mélange se compose de gaz et d'air et est brûlé à la superficie plus ou moins étendue d'un brûleur, on constate que le coefficient d'air, donc le rapport entre la part de gaz et celle de l'air de combus- tion, lequel garantit une combustion plus ou moins complè- te, donc optimale, détermine essentiellement le courant - 2 - d'ionisation naissant au niveau des flammes, lequel, à 1' aide d'un dispositif approprié pour la mesure de l'ioni- sation et disposé dans la zone de combustion, peut être mesuré exactement. En partant du rapport direct entre le coefficient d' air effectif d'un mélange combustible, d'une part, et le courant d'ionisation, d'autre part, mesuré par un dispo- sitif de contrôle des flammes à l'aide d'une électrode à ionisation, on peut déterminer par voie empirique, pour une zone déterminée o le coefficient d'air est supérieur à 1, donc superstoechiométrique, une valeur de consigne pour le courant d'ionisation caractéristique pour une com- bustion optimale. Pour un réglage nominal donné d'un brûleur alimenté en un gaz d'essai normalisé, il s'établit, compte tenu de la disposition de l'électrode ainsi que de la nature de la platine du brûleur et de la chambre de combustion, un rapport mesurable et utilisable, soit l'interdépendance entre la valeur effective du courant d'ionisation au ni- veau des flammes, d'une part, et le coefficient d'air ef- fectif, de l'autre. Du fait de cette interdépendance, on peut établir pour une valeur donnée mesurable du courant d'ionisation, la- quelle correspond à un coefficient d'air optimal, une con- signe de coefficient d'air X. Si au moment de la mise en marche du brûleur ou du- -3 - rant la combustion, la valeur effective du courant d'ioni- sation s'écarte de la consigne ainsi établie, le coeffi- cient d'air peut être réglé en conséquence, par exemple par variation de la vitesse du ventilateur, variation de la quantité de combustible, ou à l'aide de volets régula- teurs ou similaire, pour revenir à la consigne. A cette fin, il est prévu, conformément à l'invention, que la part d'air de combustion ou de combustible du mé- lange est réglée en fonction de la conductibilité électri- que de la zone de combustion, c'est-à-dire par exemple en fonction du courant d'ionisation donné. En concret, c'est la conductibilité électrique de la zone de combustion qui est mesurée et comparée avec une consigne établie empiriquement, la part d'air de combus- tion et de combustible du mélange étant réglée compte te- nu du résultat de cette comparaison jusqu'à ce que la con- signe pour la conductibilité de la zone de combustion soit atteinte. La solution conformément à l'invention apporte entre autres l'avantage que le temps pour le chauffage de la pla- tine du brûleur, en cas de mise en marche à froid, peut être sensiblement raccourci. De plus, on obtient une com- bustion constante même si la qualité du gaz ou l'admission d'air subit des variations. Comparée à un régulateur de coefficient d'air doté d'une sonde d'O2, la solution conformément à l'invention - 4 - se signale par une construction sensiblement plus simple et permet une mesure presque instantanée de la valeur ef- fective du coefficient d'air, ce qui est notamment impor- tant pour toute mise en marche à froid. Un dispositif propre à l'application du procédé con- formément à l'invention comprend un brûleur alimenté en un mélange air-combustible, un circuit électrique s'éten- dant sur la zone de combustion de ce brûleur avec une électrode à ionisation disposée dans cette zone ainsi qu' une électrode de masse coopérant avec elle, et un dispo- sitif de mesure du courant, disposé dans ledit circuit é- lectrique et qui, par une ligne appropriée transmet la va- leur de mesure du courant à un régulateur qui compare cet- te valeur effective avec une consigne que lui communique un générateur de signaux de consigne pour régler, compte tenu du résultat de cette comparaison, la valeur des parts- d'air et de combustible composant le mélange. Il est inévitable qu'il existe une interdépendance entre ces parts. Le régulateur sus-mentionné peut donc par exemple être relié par une ligne appropriée au dispositif commandant une valve de gaz alimentant une chambre de mélange, ou à un dispositif réglant la marche d'un ventilateur assurant l'alimentation en air d'une chambre de mélange, ou il peut agir sur un organe qui règle la largeur de la fente déter- minant la quantité d'air de combustion. - 5 - Ci-après, l'invention est décrite avec les figures du dessin à l'appui, qui représentent Fig. 1, un diagramme montrant l'interdépendance en- tre les varations du coefficient d'air ins- crites sur l'abscisse, et le courant d'ioni- sation suivant l'ordonnée, Fig. 2, le schéma d'un dispositif approprié pour l'ap- plication du procédé suivant l'invention. Suivant la fig. 1, à l'intérieur de l'étendue R, soit d'une partie de la zone marquée par B, o le coefficient d'air est supérieur à 1, une valeur donnée de ce coeffi- cient correspond à une intensité I donnée du courant d'io- nisation de sorte que, inversement, on peut choisir, com- pte tenu de la valeur mesurée du courant d'ionisation, la façon dont il faut agir sur le coefficient d'air et les parts du mélange pour obtenir une combustion optimale avec un coefficient d'air Xn. La fig. 2 montre en détail un appareil 1 chauffé par un brûleur et dont l'échangeur de chaleur 2 est chauffé par les gaz brûlés s'écoulant vers une canalisation d'éva- cuation 3, en provenance de la zone de combustion 4 d'une platine de brûleur 5 dont les becs sont alimentés en un mélange gaz-air à partir d'une chambre de distribution 6. Ce mélange arrive dans cette chambre de distribution 6 par l'action d'un ventilateur 8 entraîné par un moteur 7, à partir d'une chambre de mélange 9 alimentée en gaz -6- - 6 - 2638819 par une conduite 10 par l'intermédiaire d'une valve 12 com- mandée par un organe 11, et en air de combustion à travers une fente 13. Dans la zone de combustion 4 du brûleur 5 sont dis- posées l'électrode à ionisation 14 et une électrode de mas- se 15 qui font partie d'un circuit électrique 17 alimen- té par une source de courant 16, et qui s'étend, en pas- sant par les deux électrodes 14 et 15, à travers la zone de combustion 4 et comporte un appareil 18 pour la mesu- re de l'intensité du courant, qui transmet la valeur de mesure par une ligne 19 à un régulateur 20. A ce régulateur 20 est en outre relié, par une ligne 21, un générateur de signaux de consigne 22 qui lui trans- met une consigne valable pour un état de fonctionnement donné. Le régulateur 20 comporte un montage comparateur qui compare la valeur de mesure fournie par l'appareil 1%8 du courant d'ionisation avec la consigne. Suivant le ré- sultat de cette comparaison, le régulateur 20 peut, par les lignes 23 ou 24, transmettre des signaux aussi bien au régulateur du moteur de ventilateur 7 qu'au régulateur 11 de la valve de gaz 12 laquelle détermine la part de com- bustible du mélange. Il va de soi qu'il y a de plus de nombreuses autres possibilités pour agir sur le coefficient d'air et obtenir une consigne optimale. -7- Revendications R e v e n d i c a t i o n s 1. Procédé pour la préparation d'un mélange combus- tible-air destiné à une combustion, caractérisé par le fait que la part d'air de combustion ou de combustible dans le mélange est réglée en fonction de la conductibilité élec- trique de la zone de combustion, par exemple en fonction du courant d'ionisation correspondant. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la conductibilité électrique de la zone de combustion est mesurée et comparée avec une valeur de consigne établie empiriquement, et que, sur la base du ré- sultat de cette comparaison, la part d'air de combustion et de combustible du mélange est réglée jusqu'à ce que la consigne de conductibilité de la zone de combustion soit atteinte. 3. Dispositif pour l'application du procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par un brûleur (5) alimenté en un mélange d'air-combustible, un circuit élec- trique (17) étendu sur la zone de combustion (4) dudit brû- leur (5) et comportant une électrode à ionisation (14) si- - 8 - tuée dans la zone (4) et une électrode de masse (15) ainsi qu'un organe de mesure (18) pour la mesure du courant, qui, par une ligne (19) transmet la valeur effective du courant à un régulateur (20) qui compare cette valeur avec une va- leur de consigne envoyée par un générateur de signaux de consigne (22) pour régler, en fonction du résultat de cet- te comparaison, la part de l'air de combustion et du com- bustible formant le mélange. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractéri- sé par le fait que le régulateur (20) est relié par une ligne (24) à l'organe de commande (11) d'une valve réglant l'alimentation en combustible d'une chambre de mélange (9). 5. Dispositif suivant la revendication 3, caractéri- sé par le fait que le régulateur (20) est relié par une ligne (23) à un ventilateur assurant l'alimentation en air d'une chambre de mélange (9). 6. Dispositif suivant la revendication 3, caractéri- sé par le fait que le régulateur (20) agit par une ligne (23) sur un organe disposé dans la canalisation d'admis- sion d'air de la chambre de mélange (9) et qui règle la largeur de la fente (13) déterminant la quantité d'air de combustion.