Brevet FR2654192A1 — publié le 19910510

La présente invention concerne de manière générale les appareils chauffants à gaz, et plus particulièrement ceux du type portatif, de puissance calorifique relativement faible, et donc de consommation en gaz combustible relativement limitée, par exemple au plus égale à g/heure. Selon le document FR-A-2 621 981, on a décrit un appareil chauffant de genre défini précédemment, et plus précisément un fer à souder portatif, incorporant une réserve de gaz combustible, par exemple du butane, sous la forme d'une cartouche interchangeable Un tel appareil comprend dans le sens de circulation du gaz combustible: un organe de contrôle d'un courant gazeux du gaz combus- tible sous pression, consistant en un moyen d'accouplement étanche et réversible avec une cartouche de gaz combustible sous pression un injecteur, éjectant un jet gazeux à partir du courant gazeux un moyen d'entraînement d'air primaire par le jet gazeux pour former le mélange à brûler, pouvant consister en un élément convergent -divergent du type venturi, ou en un simple tube dont l'extrémité amont est située à distance de l'injecteur, ces différents moyens communiquant de manière appropriée avec l'atmosphère extérieure, pour aspirer l'air primaire sous l'effet d'entraînement du jet du gaz combustible un conduit de transport du mélange à brûler, communiquant ou en relation à son extrémité amont avec le moyen d'entraînement d'air primaire un brûleur catalytique à air induit comportant une structure catalytique de combustion, à savoir un noyau réfractaire en céramique dit "nid d'abeille", comportant une pluralité de canaux allongés selon la direction de passage des gaz, dont la face interne est revêtue d'un cataly- seur; cette structure est traversée par le mélange à brûler, de sa face d'entrée en relation avec l'extrémité aval du conduit de transport, à sa face de sortie évacuant les fumées de combustion une partie active métallique, ou de travail, comportant une panne à souder, en relation d'échange thermique avec le brûleur, et consommant une partie sinon la totalité de la puissance calorifique produite par la combustion catalytique du gaz combustible. Comme pour tout appareil chauffant, en fonctionnement, il apparaît nécessaire de moduler la puissance calorifique produite par l'appareil précité, notamment en fonction de la puissance thermique effec- tivement dissipée, par exemple selon que le fer à souder est en attente d'une opération de soudure, ou effectivement employé pour une telle opéra- tion. A cette fin, différentes solutions de régulation ou contrôle peuvent être envisagées Les plus simples passent par la détection de la température dans une zone de l'appareil en relation d'échange thermique à la fois avec le brûleur et la partie active, représentant la puissance thermique dissipée, et par la commande d'un paramètre de contrôle de cette puissance, au moyen de la température ainsi détectée. Conformément au document US-C-2 119 694, et pour un appareil chauffant portatif, avec brûleur à flamme nue, du type fer à repas- ser, le paramètre de contrôle choisi est le débit du gaz combustible d'alimen- tation Dans la pratique, et ultérieurement, d'autres appareils chauffants portatifs avec brûleur catalytique, ont retenu la même solution de régulation, en prévoyant, d'une part un élément métallique de détection de température, modifiable en position ou conformation selon la température détectée, et d'autre part une valve de contrôle du débit du gaz combustible, par exemple avec clapet, dont l'ouverture est commandée mécaniquement par la modification en position ou conformation de l'élément de détection. De telles solutions sont aussi celles qui sont immédiatement accessibles à l'homme de métier ou technicien concerné, dans la mesure o, par analogie avec les appareils électriques portatifs avec thermostat, il est normal de contrôler la puissance délivrée en agissant directement sur l'énergie d'alimentation, en l'occurence le gaz combustible. Ceci étant, pour un appareil à gaz portatif, donc d'encombre- ment ou volume limité, ces solutions de contrôle présentent des inconvénients significatifs. Elles requièrent tout d'abord l'utilisation d'une valve, c'est-à- dire d'un organe avec clapet mobile, prévu et construit pour le passage de débits relativement faibles, par exemple de l'ordre de quelques grammes par heure Il s'agit donc de pièces de précision, relativement coûteuses si l'on désire une grande fiabilité ou sécurité. Elles requièrent ensuite une liaison mécanique appropriée, par exemple avec levier ou renvoi d'angle, entre l'élément détecteur et la valve, et plus précisément son clapet Cette liaison est en général obtenue par la combinaison de différentes pièces de micro-mécanique, dont l'assem- blage requiert également une grande précision, ainsi qu'une grande propreté. Au total, dans la pratique, ces organes de régulation s'avèrent d'une grande complexité, difficiles à fabriquer et assembler en grande série, et d'une fiabilité limitée. La présente invention a pour objet un nouveau concept de régulation, applicable et spécifique à un appareil chauffant portatif avec brûleur catalytique à air induit, particulièrement simple à mettre en oeuvre, et par conséquent obviant les inconvénients précédents. Ce nouveau concept résulte des deux constatations suivantes, et de leur rapprochement, pour un appareil du type précité, donc de puissance thermique limitée ou relativement faible: d'une part, la structure catalytique présente en général une inertie thermique relativement importante, ce qui lui permet de rester dans la zone des températures du fonctionnement catalytique, après interrup- tion de son alimentation, pendant un certain laps de temps; toute nou- velle alimentation du brûleur, dans un délai relativement bref après son interruption, est à même de remettre en fonctionnement le processus de combustion catalytique et d'autre part, les débits de gaz combustible passant dans l'appareil demeurant relativement faibles, il peut être envisagé sans inconvénient majeur, ou de dériver une partie du débit d'alimentation à l'extérieur de l'appareil, ou de stocker temporairement une partie du débit d'alimentation dans l'appareil et en son sein S'agissant de la dérivation du gaz combustible ou du mélange à brûler, à l'extérieur de l'appareil, ceci est sans inconvénient pour une utilisation à l'extérieur; mais ceci peut être aussi admissible pour une utilisation dans un local d'habitation, les débits d'alimentation mis en oeuvre ne permettant pas en général d'at- teindre les zones connues d'inflammabilité d'un mélange air-butane par exemple. Dans ces conditions, la présente invention envisage de contrôler la puissance thermique d'un appareil chauffant avec brûleur catalytique à air induit, en ne modifiant pas le débit du gaz combustible éjecté par l'injecteur, mais en contrôlant le débit du mélange à brûler alimentant la structure catalytique, obtenu à partir du débit du gaz combustible, demeu- rant relativement constant, toutes choses égales par ailleurs Et selon ce mode de régulation, le débit du mélange à brûler ou du gaz combustible, en excès ou complémentaire par rapport au débit contrôlé du mélange à brûler, est, ou évacué vers l'extérieur de l'appareil, directement dans l'atmosphère ambiante, ou stocké temporairement au sein de l'appareil. Plus précisément, selon la présente invention, on prévoit un organe de régulation du débit du mélange à brûler circulant dans le conduit de transport, disposé en aval du moyen d'entraînement d'air primaire, et en amont de la stucture catalytique de combustion Cet organe comporte, outre l'élément sensible à la température développée par le brûleur, un volet d'obturation mobile entre deux positions, sous l'effet de la température détectée par l'élément sensible, à savoir: une première position dite d'obstruction, pour une valeur relativement haute de la température détectée et une deuxième position dite d'ouverture, assurant le passage d'un débit maximum du mélange à brûler vers la structure cataly- tique, pour une valeur relativement basse de la température détectée. Comme toute régulation, le mode de contrôle selon l'invention peut être en "tout ou rien", ou "tout ou peu", ou proportionnel. Préférentiellement, et de manière particulièrement simple, l'élément sensible à la température et le volet d'obturation se confondent selon un seul et même volet métallique, en relation d'échange thermique avec le brûleur, et susceptible de prendre deux positions ou conformations, selon sa température d'équilibre, l'une d'obstruction vers la structure cataly- tique, et l'autre d'ouverture vers la structure catalytique. Deux modes d'exécution principaux caractérisent l'invention. Selon le premier, le volet d'obturation est en relation avec un orifice amont de refoulement vers l'extérieur du mélange à brûler, et dans la première position d'obstruction du volet, un courant de fuite du mélange à brûler ou du gaz combustible est évacué par l'orifice de refoulement C'est ce premier mode qui sera plus particulièrement décrit ci-après. Selon un second, le volet d'obturation est en relation avec un organe anti-retour du mélange à brûler ou du gaz combustible, par un clapet anti- retour obturant un orifice de fuite prévu dans le conduit de transport du mélange à brûler, et donc en amont du volet d'obturation. Et, dans la première position d'obturation du volet, un volume temporaire du mélange à brûler ou du gaz combustible, est stocké dans l'appareil, à la manière d'une capacité, entre le volet d'obturation et l'organe anti- retour. La présente invention est maintenant décrite par référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 représente une vue avec arrachement partiel d'un appareil chauffant conforme à la présente invention, consistant en un fer à friser la figure 2 représente une vue à échelle agrandie, en coupe axiale du brûleur catalytique et de l'organe de régulation appartenant à l'appareil représenté à la figure 1 la figure 3 représente une vue selon la même échelle que celle de la figure 2, du brûleur catalytique et de son organe de régulation, selon un deuxième mode d'exécution d'un appareil chauffant selon la présente invention. la figure 4 représente une vue du deuxième mode d'exécution, selon un plan de coupe perpendiculaire à celui de la figure 2. Par référence aux figures 1 et 2, un appareil chauffant selon l'invention, à savoir un fer à friser, comprend successivement, dans le sens de circulation du gaz combustible: un carénage ( 1) extérieur, de forme cylindrique, en matière plastique, sur lequel est vissé de manière amovible un pot ( 2), destiné à recevoir et monter une cartouche interchangeable de gaz combustible (non représentée) un corps métallique ( 3) comportant un canal interne ( 3 a) de circulation du gaz combustible sous pression, auquel sont associés, éven- tuellement un détendeur (non représenté), permettant de contrôler la pression du gaz combustible quelle que soit la température ambiante en particulier, et un organe de contrôle du courant de gaz combustible sous pression, égale- ment non représenté, permettant de manière générale d'ouvrir ou fermer l'arrivée du gaz combustible; cet organe de contrôle peut d'ailleurs être confondu avec le détendeur, lequel comporte alors à cet effet, un organe de commande manuelle, tel que le bouton ( 4) représenté à la figure 1 un injecteur ( 5), au débouché du canal ( 3 a), éjectant un jet gazeux à partir du courant de gaz combustible sous pression un tube métallique ( 6) , fixé à une extrémité ( 6 a) sur le corps métallique ( 3), et formant à sa partie terminale ( 6 b) la zone active ou de travail de l'appareil, et plus précisément une zone lisse d'enroulement et chauffage des mèches de cheveux; comme décrit ci-après, ce tube ( 6) sert également de conduit de circulation des gaz dans l'appareil, notamment du mélange à brûler un moyen ( 7) d'entraînement d'air primaire par le jet gazeux issu de l'injecteur ( 5), pour former le mélange à brûler; à cette fin, le moyen ( 7) comprend une rondelle ( 8), ainsi que des ouies ( 6 e) d'introduction d'air primaire; la rondelle ( 8) est emmanchée dans le tube ( 6), du côté de son extrémité ( 6 a), en face de l'injecteur ( 5), et elle comporte un perçage axial ( 8 a), aligné avec l'axe d'éjection de l'injecteur ( 5), ayant la forme d'un venturi, c'est-à-dire comportant successivement dans le sens de circula- tion du gaz, une partie convergente, une partie droite, et une partie diver- gente; les ouies ( 6 e) sont ménagées dans la paroi du tube ( 6), entre la ron- delle ( 8) et l'injecteur ( 5) une chambre de distribution ( 9) du mélange à brûler, ayant la forme d'une capacité tubulaire montée à l'intérieur du tube ( 6), disposée en amont du brûleur catalytique dont il sera question ci-après, communiquant par un passage ( 9 a) avec la partie ( 6 c) du tube ( 6), formant conduit de trans- port du mélange à brûler entre la sortie du moyen ( 7) d'entraînement d'air primaire et l'entrée du brûleur catalytique ci-après un brûleur catalytique ( 10), comportant un noyau métallique ( 11), ménageant de l'entrée vers la sortie du brûleur, un alésage (Ila) avec épaulement ( 1 lb) pour l'introduction et le maintien d'une bobine ( 12) ou autre élément de répartition du mélange à brûler, un évidement (l lc) de plus faible diamètre, pour le maintien avec une rondelle ( 21) d'un noyau réfractaire en céramique ( 13), traversé de sa face d'entrée à sa face de sortie, par une pluralité de canaux ( 13 a), dont l'intérieur est revêtu avec un catalyseur de combustion; la structure catalytique ( 13) est donc traversée par le mélange à brûler, de sa face d'entrée ( 13 b) en relation avec l'extrémité aval du conduit de transport ( 6 c), à sa face de sortie ( 13 c) pour l'évacuation des fumées de combustion; des électrodes d'allumage ( 14), permettant de générer une étincelle électrique, sont associées au brûleur ( 10), du côté de sa face de sortie ( 13 c). Selon la présente invention, l'appareil représenté aux figures 1 et 2 comporte un organe de régulation du débit du mélange à brûler circu- lant dans le conduit ( 6 c) de transport, disposé de manière générale en aval du moyen ( 7) d'entraînement d'air primaire, et en amont de la structure ( 13) catalytique de combustion Cet organe comporte un volet métallique ( 15), formant à la fois élément sensible à la température développée par le brûleur ( 10), et volet d'obturation en relation avec les ouies ( 6 e), ayant également la fonction d'orifices amont de refoulement vers l'extérieur du mélange à brûler ou du gaz combustible en excès. Conformément au premier mode d'exécution de l'invention selon les figures 1 et 2, le vôlet ( 15) consiste en un disque métallique présentant une certaine raideur intrinsèque, et susceptible de se retourner brusquement, à une température relativement haute, d'une position écartée représentée à la figure 2, à une position plaquée contre la chambre de distri- bution ( 9), représentée en traits mixtes selon la figure 2, et ceci dans le sens de la flêche selon cette même figure 2 Ce volet métallique est fixé à une extrémité ( 15 a) sur un pion d'accrochage ( 9 b) de la chambre de distribu- tion ( 9). Par conséquent, selon les figures 1 et 2, le volet métallique ( 15) est associé et coopère, en ouverture ou fermeture, avec le passage intermédiaire ( 9 a) vers la chambre de distribution ( 9). Plus précisément, le volet ( 15) est mobile sous l'effet de la température détectée, entre deux positions, à savoir: une première position d'obstruction, représentée à la figure 2 en traits mixtes, obturant le passage intermédiaire ( 9 a), et entraî- nant l'évacuation par les ouies ( 6 e), formant également orifices de refoule- ment, d'un courant de fuite du mélange à brûler ou du gaz combustible, et ceci pour une valeur relativement haute de la température détectée et une deuxième position d'ouverture, représentée en traits pleins à la figure 2, libérant le passage intermédiaire ( 9 a), et assurant le passage d'un débit maximum du mélange à brûler vers la structure cataly- tique ( 13), et ceci pour une valeur relativement basse de la température détectée. Conformément à la figure 2, le volet métallique ( 15) comporte lui-même une perforation ( 15 b) de section minimum, en relation avec le passage intermédiaire ( 9 a), assurant le passage d'un débit minimum du mélan- ge à brûler, dans la position de dérivation du volet d'obturation, montrée en traits mixtes à la figure 2. Conformément au mode d'exécution selon Is figures 1 et 2, il est possible d'obtenir une régulation de la température à 100 C près. Le mode d'exécution selon la figure 3 diffère de celui repré- senté aux figures I et 2, par les caratéristiques techniques suivantes: de manière générale, le volet métallique ( 15), thermo-sensible, consiste en un bilame droit, fixé à une extrémité ( 15 a) sur un téton ( 9 b) de la chambre de réception ( 9), parallèlement à la paroi du tube ( 6); ce bilame ( 15) porte un bossage d'obturation ( 15 b), à son extrémité opposée à son extrémité fixe ( 15 a) l'orifice amont de refoulement du mélange à brûler ou du gaz combustible, consiste en une ouverture de fuite ( 6 g) ménagée dans la paroi du conduit ( 6) de transport, entre la chambre de réception ( 9) et le moyen ( 7) d'entraînement d'air primaire dans ces conditions, le clapet d'obturation ( 15) est mobile entre deux positions, à savoir une première position d'obstruction, écartée de la paroi du tube ( 6), ouvrant l'ouverture de fuite ( 6 g), pour une tempéra- ture relativement haute détectée, et une deuxième position d'ouverture vers le brûleur ( 10), plaquée le long de la paroi du tube ( 6), dans laquelle le bossage ( 15 b) obture l'ouverture de fuite ( 6 g), pour une température rela- tivement basse détectée. Conformément au mode d'exécution selon les figures 3 et 4, il est possible d'obtenir une régulation fine de la température, du type proportionnel. Grâce à l'invention, pour un brûleur catalytique présentant une charge thermique de l'ordre de 100 Watts par cm 2, il est possible de réguler la température à une valeur moyenne de 1400 C par exemple, à partir d'un démarrage à température ambiante ayant une durée de l'ordre de 15 secondes. La présente invention peut être appliquée à toutes sortes d'appareils portatifs chauffants, au rang desquels on peut citer: certains appareils ménagers comme une chaufferette des appareils destinés à la salle de bains, tel qu'un fer à friser et divers appareils de bricolage, tel qu'un fer à souder. REVENDICATIONS 1 Appareil chauffant, avec brûleur ( 10) catalytique d'un gaz combustible sous pression, comprenant successivement, dans le sens de circulation du gaz: un organe ( 4) de contrôle d'un courant du gaz combustible sous pression un injecteur ( 5) éjectant un jet gazeux à partir du courant gazeux un moyen ( 7) d'entraînement d'air primaire par le jet gazeux, pour former le mélange à brûler un conduit ( 6 c) de transport du mélange à brûler, à partir du moyen d'entraînement un brûleur catalytique ( 10) comportant une structure ( 13) catalytique de combustion traversée par le mélange à brûler, de sa face d'entrée ( 13 b) en relation avec l'extrémité aval du conduit de transport, à sa face de sortie ( 13 c) évacuant les fumées de combustion un organe de régulation de la puissance calorifique dévelop- pée par le brûleur catalytique, comportant un élément sensible à la tempéra- ture développée par ledit brûleur caractérisé en ce qu'un organe de régulation ( 15) du débit du mélange à brûler circulant dans le conduit ( 6 c) de transport est disposé en aval du moyen ( 7) d'entraînement d'air primaire, et en amont de la struc- ture ( 13) catalytique de combustion, et comporte outre l'élément sensible à la température développée par le brûleur ( 10), un volet d'obturation mobile entre deux positions sous l'effet de la température détectée par l'élément sensible, à savoir une première position d'obstruction, pour une valeur relati- vement haute de la température détectée, et une deuxième position d'ouver- ture, assurant le passage d'un débit maximum du mélange à brûler vers la structure ( 13) catalytique, pour une valeur relativement basse de la tempé- rature détectée. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volet d'obturation est en relation avec un orifice amont ( 6 e) de refoule- ment vers l'extérieur du mélange à brûler ou du gaz combustible, et dans la première position d'obstruction du volet, un courant de fuite du mélange à brûler ou du gaz combustible est évacué parl'orifice de refoulement. 3 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volet d'obturation est en relation avec un organe anti-retour du mélange à brûler ou du gaz combustible, situé en amont dudit volet, et dans la pre- mière position d'obstruction du volet, un volume temporaire du mélange à brûler ou du gaz combustible est stocké entre le volet d'obturation et l'organe anti-retour. 4 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément sensible à la température et le volet d'obturation sont confondus selon un seul et même volet métallique ( 15), en relation d'échange thermi- que avec le brûleur ( 10), et susceptible de prendre deux conformations selon sa température, correspondant respectivement aux positions d'obstruction et ouverture. Appareil selon la revendication 2, selon lequel le moyen ( 7) d'entraînement d'air primaire comprend un élément ( 8) formant venturi ( 8 a), disposé selon l'axe d'éjection de l'injecteur ( 5), et des ouies ( 6 e) d'intro- duction d'air primaire entre l'injecteur et l'élément formant venturi, caracté- risé en ce que l'orifice amont de refoulement se confond avec les ouies ( 6 e) d'introduction d'air primaire. 6 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'orifice amont de refoulement consiste en une ouverture de fuite ( 6 g) ména- gée dans la paroi du conduit ( 6) de transport. 7 Appareil selon les revendications 4 et 6, caractérisé en ce que dans la position d'obstruction, le volet métallique ouvre l'ouverture de fuite, et dans la position d'ouverture, ledit volet ferme l'ouverture de fuite. 8 Appareil selon la revendication 1, selon lequel une chambre ( 9) de distribution du mélange à brûler est disposée en amont de la structure catalytique ( 13), et communique avec le conduit de transport ( 6 c) par un passage intermédiaire ( 9 a), caractérisé en ce que l'organe de régulation ( 15) est associé et coopère avec ledit passage intermédiaire ( 9 a). 9 Appareil selon les revendications 4 et 8, caractérisé en ce que le volet métallique ( 15) est disposé en regard du passage intermé- diaire ( 9 a), ferme ledit passage dans la position d'obstruction, et ouvre au moins partiellement ledit passage dans la position d'ouverture. 10 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de régulation ( 15) comporte des moyens ( 15 b) assurant le passage il d'un débit minimum du mélange à brûler vers le brûleur ( 10) catalytique, dans la position d'obstruction du volet d'obturation. Il Appareil selon les revendications 9 et 10, caractérisé en ce que le volet métallique ( 15) comporte lui-même une perforation ( 15 b) de section minimum, en relation avec le passage intermédiaire, assurant le passage d'un débit minimum du mélange à brûler, dans la position d'obstruc- tion du volet d'obturation. 12 Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'injecteur est calibré pour le passage d'un débit de gaz combustible, au plus égal à 5 g/heure.