Brevet FR2646892A1 — publié le 19901116

BRULEUR PILOTE POUR DISPOSITIF DE SECURITE D'APPAREIL A COMBUSTION DE GAZ L'invention se rapporte à un brûleur pilote pour dispositif de sécurité d'appareil à combustion de gaz, destiné à fermer automatiquement une valve d'alimentation en gaz lorsqu'il se produit un manque d'oxygène et, en particu- lier, à un dispositif de sécurité à brûleur pilote destiné à améliorer la fiabilité en ce qui concerne l'opération d'al- lumage initial, ce dispositif de sécurité comprenant des moyens pour contrôler automatiquement le débit d'air admis par le trou d'admission d'air en vue d'empêcher l'apparition du phénomène de montée de la flamme, causé par le fait que, lors de l'allumage, le volume d'air excessif a une influence négative sur le processus de mélange gazeux destiné à main- tenir une concentration de mélange de gaz au taux de concen- tration théorique, de manière telle que cela diminue la vitesse du processus de combustion à une valeur inférieure à la vitesse de l'écoulement du mélange gazeux. De nos jours, les maisons ont tendance à être étanches et ceci entraîne, comme conséquence, le fait que la ventila- tion intérieure est dégradée ou insuffisante à moins que l'on ne réalise une ventilation forcée. Néanmoins, si on utilise à l'intérieur de la maison un chauffe-eau instantané du type ouvert et un appareil de chauffage du type à convection directe par décharge des gaz brûlés, l'environnement est appauvri en oxygène et, en outre, cela peut causer l'empoi- sonnement par le monoxyde de carbone des personnes qui se trouvent à l'intérieur de la maison. La demande de brevet japonais n' Sho 57-60113 mise à l'inspection publique décrit un dispositif de sécurité qui empêche que des accidents soient causés par un fonctionnement de longue durée. Ce dispositif détecte la chaleur provoquée par une flamme qui monte dans des conditions o il se produit un appauvrissement en oxygène au cours du fonctionnement d'un brûleur principal. Si la chaleur détectée est à une tempéra- ture inférieure à une température prédéterminée, la force électromagnétique est supprimée sur la valve d'alimentation en gaz, son circuit de commande est coupé et l'alimentation en gaz est arrêtée. Autrement dit, la flamme est formée à l'écart de la buse de flamme dans un brûleur pilote, o elle se trouve à l'écart à une distance prédéterminée du thermocouple situé au voisinage de la buse de flamme, si bien que le thermocouple n'est pas chauffé et qu'il perd sa force électromagnétique. La valve électromagnétique d'alimentation en gaz est ainsi coupée pour arrêter l'alimentation en gaz, en éteignant de ce fait le brûleur principal. Comme décrit plus loin en détail, le brûleur pilote comprend un corps qui est percé dans sa partie intérieure centrale en vue de constituer un passage d'alimentation en gaz. Une buse est montée dans le passage d'alimentation en gaz afin de projeter du gaz provenant-d'un récipient de stockage. Un trou d'alimentation en air est ménagé à un emplacement prédéterminé sur le parcours du passage d'ali- mentation en gaz d'un brûleur pilote. Le gaz provenant de la buse est donc mélangé selon une proportion prédéterminée avec de l'air admis à partir du trou d'admission d'air, et le mélange gazeux est projeté par la buse de flamme située à l'extrémité avant d'un brûleur pilote, afin d'amorcer la flamme au moment de l'allumage. Cependant, dans le brûleur pilote, la dimension du trou d'alimentation en air est déterminée préalablement afin de délivrer l'air nécessaire pour des conditions de combustion normales et, par le trou, l'air est délivré de façon non nécessaire, en quantité supérieure au volume d'air nécessaire pour l'amorçage de l'allumage. A ce moment, la vitesse de l'écoulement du mélange gazeux est supérieure à celle du processus de combustion, ce qui fait qu'une flamme se forme à l'écart de la buse de flamme d'un brûleur pilote ou qu'il se produit un phénomène de montée de la flamme tel que celui qui se produit lorsqu'il existe une situation d'appauvrissement en oxygène. La chaleur de la flamme n'est ainsi pas transfé- rée à un thermocouple voisin de la buse de flamme avec, comme conséquence, que la force électromagnétique chute et dispa- raît. De ce fait, la valve électromagnétique d'alimentation en gaz se trouve fermée alors qu'elle devrait être ouverte. Le phénomène d'absence d'allumage se produit fréquemment, si bien que l'utilisateur doit reprendre plusieurs fois l'opéra- tion d'allumage. De ce fait, cela représente un inconvénient pour l'utilisateur et des marchandises peuvent être détério- rées. Le phénomène d'absence d'allumage qui se produit lors de l'opération d'allumage initial peut provenir du fait que le débit de l'air est supérieur au débit d'air souhaité lors de la phase initiale. Si le trou d'admission d'air présente la dimension convenable, correspondant au débit d'air d'admission, le dispositif de sécurité ne fonctionne pas et, de ce fait, il ne peut pas empêcher un accident résultant d'un environnement pauvre en carbone. En considération de ce qui précède, un objet de la présente invention consiste à proposer un-dispositif de sécurité à brûleur pilote pour appareil à combustion de gaz disposant d'une sécurité qui commande automatiquement de manière adéquate le volume d'admission d'air nécessaire pour la combustion selon qu'il s'agit de l'allumage initial ou qu'il s'agit de l'opération de combustion normale, puis qui arrête l'alimentation en gaz en cas d'appauvrissement en oxygène, et qui améliore également la fiabilité, en empêchant absolument le phénomène d'absence d'allumage lors de l'opé- ration d'allumage initial, et qui réalise l'allumage en une seule opération d'allumage. Selon un premier mode de réalisation de la présente invention, le dispositif de sécurité comprend des moyens de contrôle de l'admission d'air destiné à contrôler l'admission d'air dans le passage d'alimentation en gaz, des moyens de détection montés à proximité de la buse de flamme en vue de contrôler un certain débit d'air dans le moyen de contrôle de l'admission d'air en fonction de la détection de la tempéra- ture de la flamme à la buse de flamme, et des moyens de contrôle de l'admission d'air comportant un alliage à mémoire de forme, qui ferme à moitié le moyen d'admission d'air en une première étape et qui ouvre entièrement le moyen d'admis- sion d'air lorsqu'il est chaud. Dans le second mode de réalisation de la présente invention, le dispositif de sécurité comprend des moyens de contrôle de l'admission d'air destiné à admettre de l'air dans le passage d'alimentation en gaz, des moyens de détec- tion de chaleur montés à proximité de la buse de flamme, des moyens de détection de température destinés à être mis en action sur la partie o s'effectue la combustion ou sur la partie ou s'effectue l'évacuation des gaz, et des moyens de contrôle de l'admission d'air montés sur la partie formant la base de la buse de flamme en vue de contrôler le débit d'air des moyens d'admission d'air en fonction de la détection de la température dans la partie o s'effectue la combustion ou dans la partie o s'effectue l'évacuation des gaz. Le moyen de contrôle de l'admission d'air comprend un moyen de commande en forme de soufflet dont la longueur varie en fonction de la dilatation et de la contraction du matériau des moyens de détection de température, les moyens d'admis- sion d'air étant, à l'aide de ces moyens, fermés à moitié dans une première étape et ouverts complètement à l'état chaud. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparai- tront à la lecture de la description de divers modes de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé, o: - la figure 1 est une vue en plan d'un exemple de brûleur pilote comportant un appareil d'admission d'air selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 2(A) est une coupe selon la ligne A-A' de la figure 1 au moment de l'allumage initial; - la figure 2(B) est une coupe selon la ligne A-A' de la figure 1 lors de la combustion normale; - la figure 3 est une vue en coupe transversale d'un autre exemple de brûleur pilote comportant un appareil d'admission d'air selon un second mode de réalisation de l'invention au moment de l'allumage initial; - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un autre mode de brûleur pilote comportant un appareil d'admission d'air selon le second mode de réalisation. Les figures 1 et 2 représentent le premier mode de réalisation de l'invention. Le corps 1 d'un brûleur pilote est muni d'un passage 11 d'alimentation en gaz percé, en son centre intérieur, sur toute sa longueur. A l'extrémité avant du corps 1 débouche une buse de flamme 11A et à l'extrémité arrière du corps 1 est raccordé un tube 12 d'alimentation en gaz. Un trou 11B d'alimentation en air débouche latéralement à la partie supérieure, dans le passage 11 d'alimentation en gaz du corps 1. Des moyens 13 de détection de chaleur sont montés à une des extrémités du corps 1 tout près de l'avant de la buse de flamme 11A, c'est-a-dire à un emplacement qui atteint la flamme, tel qu'il ouvre ou respectivement ferme la valve électromagnétique d'alimentation en gaz (non représentée). La valve électromagnétique d'alimentation en gaz détecte la tension électrique provoquée par la chaleur correspondant à la combustion complète ou incomplète de la flamme sortant de la buse de flamme 11A et, en conséquence, ouvre ou ferme l'alimentation en gaz du brûleur principal. Des moyens 2 de contrôle de l'admission d'air sont également montés dans le corps 1 en vue de régler le débit d'admission d'air en ouvrant ou en fermant le trou 11lB d'ali- mentation en air cité plus haut. Les moyens de commande de l'admission d'air sont réalisés avec un alliage à mémoire de forme comportant deux pièces de métal fixées étroitement -l'une en face de l'autre, les deux pièces de métal présentant un coefficient de dilatation différent en fonction de la variation de leur température propre. Le corps des moyens 2 de contrôle de l'admission d'air est en forme de croix, de façon telle que des bandes fixes 21A et 21B soient montées horizontalement des deux côtés et que la partie 22 servant à l'ouverture/fermeture du trou llB d'admission d'air forme une seule pièce d'un seul côté de la partie restante et traverse les bandes fixes. Les bandes fixes 21A et 21B sont fixées à la plaque 3 formant l'entourage au moyen des vis 4A, 4B transversalement dans la direction longitudinale du corps 1. La partie 22 d'ouverture/fermeture limite à une section adéquate la section de passage du trou llB d'admission d'air, au moment de l'allumage initial. La chaleur correspondant à la combustion complète ou incomplète de la flamme à partir de la buse de flamme 11A se transfère aux moyens 2 de contrôle de l'admission d'air. Lors de l'allumage initial, les moyens 2 de contrôle de l'admission d'air ferment environ la moitié du trou llB d'admission d'air, comme représenté sur la figu- re 2A. Les moyens 2 de contrôle de l'admission d'air ouvrent complètement le trou 11B d'admission d'air lors du fonction- nement en combustion normale, comme représenté sur la figu- re 2B, en raison du fait que la partie- 22 d'ouverture/ferme- ture est infléchie vers le haut par la chaleur de la flamme provenant de la buse 11A. En fait, le trou 11B d'admission d'air est à moitié fermé par la partie 22 d'ouverture/fermeture au moment de l'allumage initial, de façon telle qu'il laisse passer un débit d'air moindre que le débit d'air disponible au cours du fonctionnement en combustion normale, comme représenté sur la figure 2A. Alors que l'on actionne un robinet d'allumage (non représenté), une flamme ou une étincelle créée à proximité du brûleur pilote (non représenté) allume la buse de flamme liA au moment de l'allumage initial, puis la combustion commence. A ce moment, du fait que l'air est fourni à un faible débit en fonction du fait que l'on cherche à maintenir une vitesse d'écoulement du mélange gazeux plus rapide que celle d'un processus de combustion, on empêche complètement l'apparition du phénomène de montée de la flamme, ou de la formation de la flamme à l'écart de la buse de flamme 11A. Les moyens 13 de détection de la chaleur détectent 1;élévation de la tempéra- ture provoquée par le dégagement de chaleur de la combustion ou ouvrent en grand une valve d'alimentation en gaz (non représentée). Ceci renforce la fiabilité pour empêcher complètement l'absence d'allumage due à une discontinuité de l'alimentation en gaz. Au cours de la combustion normale, la partie 22 d'ou- verture/fermeture desdits moyens de contrôle de l'admission d'air qui avait fermé partiellement le trou 11B d'admission d'air, ouvre complètement le trou 11B d'admission d'air en s'infléchissant vers le haut et un débit d'air est délivré pour réaliser une combustion normale. En outre, lorsque, par suite de l'influence de l'en- vironnement extérieur, ou d'un arrêt qui s'y rapporte, la combustion dans la partie servant à la combustion est arrêtée, la partie 22 d'ouverture/fermeture des moyens de contrôle de l'admission d'air revient à son état antérieur et se trouve en attente de l'opération d'allumage suivante. Comme exposé plus haut, le premier mode de réalisation de la présente invention propose un dispositif de sécurité à brûleur pilote. Celui-ci fonctionne à l'aide de moyens de contrôle de l'admission d'air qui font varier sa propre configuration et d'un moyen de détection qui détecte l'exis- tence d'une combustion ou d'un état d'extinction, et qui commande de façon variable le débit d'admission d'air dans un trou d'admission d'air du brûleur pilote selon qu'on se trouve en situation d'allumage initial ou en situation de combustion normale. En particulier, lors de l'allumage initial, il empêche la flamme de s'écarter de la buse de flamme du brûleur pilote, il détecte la situation de combus- tion sur le thermocouple avec certitude ou exactitude, et il réalise une alimentation permanente en gaz en vue d'empêcher complètement le phénomène d'absence d'allumage. Il améliore la fiabilité afin de permettre l'allumage en une seule fois. La figure 3 et la figure 4 représentent le second mode de réalisation de l'invention. Le second mode de réalisation comporte un corps 1 muni d'un trou 11B d'alimentation en air identique à celui du premier mode de réalisation, des moyens de détection de chaleur 13 identiques à celui du premier mode de réalisation ci-dessus, et des moyens 3 de contrôle de l'admission d'air qui contrôlent un débit d'air d'admission qui passe dans le trou d'admission d'air en fonction d'un déplacement longitu- dinal de la buse d'alimentation. Le corps des moyens 3 de contrôle de l'admission d'air est réalisé sous la forme d'un dispositif du type à soufflet, dans lequel un matériau 8A remplit des moyens 8 de détection de chaleur, qui seront décrits plus loin, se dilate et se contracte longitudinalement pour provoquer la dilatation et la contraction du corps. L'extrémité avant des moyens de contrôle de l'admission d'air est fixée au moyen de l'élément fileté 5A, 5B. L'extrémité arrière est en contact avec une pièce de fixation 6 avec laquelle elle est couplée par vissage à l'extrémité de la buse 10 d'alimentation en gaz qui se déplace dans le passage 11 d'alimentation en gaz du corps 1, avec pour conséquence le fait que la buse 10 d'ali- mentation en gaz coopère harmonieusement avec les moyens 3 de contrôle de l'admission d'air. Les moyens 8 de détection de chaleur sont munis d'un corps fermé du type à tube creux, qui est rempli du maté- riau 8A qui se dilate et se contracte longitudinalement en fonction des variations de température. Le matériau est constitué par un solide ou par un liquide doté d'une carac- téristique de dilatation et de contraction excellente, en ce sens qu'il passe en phase gazeuse lorsqu'il est chauffé. Les moyens 8 de détection de chaleur sont également installés à proximité du passage de la partie o s'effectue la combustion et de la partie o s'effectue l'évacuation des gaz de combus- tion en vue de détecter quelle est l'état de fonctionnement d'un brûleur, c'est-à-dire que l'état de combustion et l'état d'extinction de la partie o s'effectua la combustion sont détectées au moment de l'extinction ou respectivement de la combustion. C'est pourquoi, l'organe de liaison 7, qui se présente sous la forme d'un tube capillaire, raccorde les moyens 8 de détection de chaleur et les moyens 3 de contrôle de l'admission d'air. Lorsque le matériau 8A situé dans les moyens de détec- tion de chaleur devient chaud, il se dilate de façon telle qu'une certaine quantité de celui-ci traverse l'organe de liaison 7 pour venir dans les moyens 3 de contrôle de l'ad- mission d'air. De ce fait, les moyens 3 de contrôle de l'admission d'air se dilatent longitudinalement. Au contraire, lorsque les moyens de détection 8 se refroidissent, le matériau 8A qui est passé dans les moyens 3 de contrôle de l'admission d'air, du fait de la dilatation thermique, se contractent avec, comme conséquence, que le matériau 8A revient dans les moyens de détection de chaleur 8 en passant par l'organe de liaison 7, et que le moyen 3 de contrôle de l'admission d'air revient à l'état précédent. Autrement dit, le trou 11B d'admission d'air est partielle- ment fermé par la partie 22 d'ouverture/fermeture au moment de la combustion initiale si bien qu'un débit d'air, plus faible que le débit d'air disponible au cours de la combus- tion normale, passe dans celui-ci, comme représenté sur la figure 3. Ceci améliore la fiabilité au point d'empêcher complètement l'absence d'allumage en raison d'un phénomène de montée de la flamme. Au cours de la combustion normale, la buse 10 d'ali- mentation en gaz revient également en arrière, comme repré- senté sur la figure 4, avec comme conséquence qu'elle ouvre complètement le trou llB d'admission d'air et qu'elle permet la délivrance du volume d'air nécessaire pour une combustion normale. En outre, lorsque, par suite de l'influence de l'environnement extérieur, ou d'un arrêt qui lui est asso- ciée, la combustion dans la partie ou s'effectue la combus- tion est arrêtée, la buse 10 d'alimentation en gaz des moyens 3 de contrôle de l'admission d'air revient à son état antérieur et est prête pour l'opération d'allumage suivante. Comme exposé plus haut, le second mode de réalisation de la présente invention propose un dispositif de sécurité à brûleur pilote. La buse 10 d'alimentation en gaz se déplace vers l'avant et vers l'arrière en correspondance avec le moyen de contrôle de l'admission d'air, afin de faire varier sa propre configuration, à l'aide des moyens de détection, détectant un état de combustion ou un état d'extinction à partir duquel une mesure est prise en liaison avec le premier mode de réalisation. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Brûleur pilote muni d'un corps comportant un passage d'alimentation en gaz et des moyens d'admission d'air destinés à fournir l'air nécessaire à la combustion et des premiers moyens de détection de chaleur aptes à ouvrir ou respectivement fermer une valve d'alimentation en gaz, en fonction d'une consigne concernant la chaleur détectée, et qui coupe automatiquement l'alimentation en gaz dans le cas o il se produit une combustion incomplète, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (22) de contrôle de l'admission d'air montés au voisinage des moyens (llB) d'admission d'air du brûleur pilote (11A) et destinés à contrôler le débit d'admission d'air dans lesdits moyens d'admission d'air. 2.- Brûleur pilote selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte des moyens (22) de contrôle de l'admission d'air destinés à fermer des moyens d'admission d'air (liB) afin d'admettre un débit d'air adéquat pour la combustion initiale, et à ramener lesdits moyens d'admission à leur état précédent. 3.- Brûleur pilote selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (22) de contrôle de l'admission d'air destinés à ouvrir. des moyens d'admission d'air (11B) en cas de combustion normale et à admettre un débit d'air nécessaire. 4.- Brûleur pilote selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de contrôle de l'admission d'air dans lequel est monté un organe de contrôle de l'admission d'air constitué par une pièce mince en alliage à mémoire de forme (22). 5.- Brûleur pilote comportant un corps muni d'un passage d'alimentation en gaz, des moyens d'admission d'air destinés à délivrer l'air nécessaire à la combustion et des premiers moyens de détection de la chaleur destinés à détec- ter la chaleur d'une flamme puis à ouvrir ou fermer une valve d'alimentation en gaz en fonction de la chaleur détectée, en coupant de ce fait automatiquement l'alimentation en gaz dans le cas d'une situation de combustion incomplète, caractérisé en ce qu'il comporte: - un corps (6) comportant une partie (3) qui se dilate et qui se contracte circonférentiellement de manière à se dilater et à se contracter selon qu'elle reçoit ou qu'elle évacue un matériau (SA) qu'elle contient à l'intérieur; - des moyens (10 d'alimentation en gaz montés sur la partie arrière dudit corps (6) à l'aide d'un élément fixe (SA, 5B) et qui se déplacent longitudinalement par l'action de la partie (3) de dilatation et de contrac- tion; et - des seconds moyens (8) de détection de chaleur, reliés à ladite partie (3) de dilatation et de contraction, et jouant le rôle d'une partie qui reçoit et qui délivre un matériau (8A) situé à l'intérieur. 6.- Brûleur pilote selon la revendication 5, caracté- risé en ce que le matériau (8A) situé à l'intérieur desdits moyens (8) de détection de chaleur est constitué par une substance apte à se dilater et à se contracter en réponse à une variation de température. 7.- Brûleur pilote selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la forme de la partie (3) du corps (6) desdits moyens de contrôle de l'admission d'air est similaire à celle d'un soufflet.