Brevet FR2660414A1 — publié le 19911004

- La présente invention concerne un brûleur à gaz à mélange préalable avec au moins une buse et au moins un tube mélangeur. De tels brûleurs sont connus dans de nombreux modè- les à-mélange préalable o le gaz arrive à travers une bu- se sous une certaine pression (gaz naturel, gaz liquéfié ou gaz de ville), l'air étant entraîné sous l'effet du jet de gaz, à travers l'ouverture ménagée entre la buse et l'entrée du tube mélangeur, pour être mélangé au gaz. L'expérience montre que le rapport de mélange entre le gaz et l'air primaire varie en fonction de l'état de fonctionnement du brûleur, c'està-dire de l'impulsion du jet de gaz et de la température du brûleur. Vu les exigences croissantes en ce qui concerne la stabilité des flammes et la combustion la moins polluan- te possible, il est indispensable de régler de façon très précise et constante le rapport de mélange entre le gaz et l'air primaire, et ce sur toute la plage de réglage de la charge et de l'état de fonctionnement du brûleur. Pour résoudre ce problème, une demande de brevet an- térieure a proposé une régulation automatique de la dis- tance (s) entre la buse à gaz et l'entrée du tube mélan- geur en fonction de la température relevée sur le brûleur. Ainsi, il est possible de régler de façon très pré- cise et constante le mélange gaz/air primaire et d'obte- nir un minimum d'émissions de Cx Hy, N Ox et CO. Conformément à l'invention, il est proposé de réali- ser le dispositif régulateur de la distance sous forme d' un corps de dilatation dont le capteur coopère avec la cham- -2- bre de combustion ou le fluide chauffé dans ladite cham- bre, et dont l'organe d'exécution coopère avec le tube mé- langeur ou la buse à gaz. Un autre but de l'invention est une construction par- ticulièrement simple du dispositif régulateur pour un brû- leur conformément à l'invention. Conformément à l'invention, il est donc proposé que, pour faire varier la distance précitée, le tube mélangeur et la buse peuvent être déplacés perpendiculairement à leurs axes longitudinaux, l'un par rapport à l'autre. Il en résulte une construction très simple permettant aussi d'adapter des brûleurs à mélange préalable existants. De plus, cette solution comporte l'avantage que sur un brû- leur avec plusieurs tubes mélangeurs disposés parallèle- ment, il suffit de prévoir un seul dispositif régulateur pour obtenir l'effet voulu. Par suite du déplacement réciproque des buses et des tubes mélangeurs, la distance entre la bouche de la buse et le centre de l'orifice d'entrée du tube mélangeur varie. De plus, cette variation de la distance se répercute aus- si sur l'écoulement du fluide, ce qui renforce l'effet de la variation de ladite distance. Suivant une autre caractéristique de l'invention, il peut être prévu que la buse à gaz est fixée sur une condui- te pouvant être déplacée perpendiculairement à l'axe lon- gitudinal de la buse, et que des chicanées orientables sont articulées sur ladite conduite. Il en résulte une liaison très simple entre les bu- ses et un réglage en commun très simple de ces buses, ce qui se traduit par une construction très simple Il serait tout aussi bien possible que les tubes mélangeurs soient liés ensemble et puissent ainsi être déplacés en commun. Cependant, vu la masse plus grande des tubes mélangeurs en comparaison avec celle des buses, cette solution don- nerait lieu à une construction plus compliquée. Suivant une autre caractéristique de l'invention, il -3- peut être prévu de faire coopérer les chicanes avec des butées fixes. Il en résulte une variation de la position des chi- canes par suite d'un déplacement de la conduite. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, il peut être prévu que les chicanes sont des bandes bimé- talliques ou sont combinées avec de telles bandes. Dans ce cas, la position des chicanes est influencée directement par la température régnant dans la chambre de combustion, et par là l'écoulement du fluide dans la zone entre la buse à gaz et le tube mélangeur, ce qui se réper- cute sur la marche du brûleur. D'autres réalisations et des perfectionnements avan- tageux de l'invention font l'objet des autres sous-reven- dications ou de la description suivante de réalisations de l'invention avec les figures 1 à 5 du dessin à l'appui. Les figures montrent: Fig 1, un brûleur à gaz à mélange préalable avec un seul tube à becs multiples pour une chaudière ou un accumula- teur d'eau; Fig 2, un brûleur à rampes multiples avec une mul- titude de chambres de combustion alimentée chacune par au moins une buse mélangeuse, pour un chauffe-eau à circula- tion; Fig 3, un brûleur à gaz à mélange préalable pour un réchauffeur d'air; Fig 4, une vue en plan d'un autre brûleur à gaz à mélange préalable conformément à l'invention; Fig 5, une vue schématique d'un brûleur à gaz à mélange préalable. Suivant la fig 1, un brûleur à mélange préalable se compose d'une rampe ou d'un ensemble de rampes 1 qui, sur une étendue 2 déterminée, présentent à leur face su- périeure des becs 3 o naissent des flammes 4 Dans l'in- térieur 5 des rampes débouche un tube mélangeur 6 dont 1 ' entrée 7 se rétrécit successivement A une distance S, une -4- buse 8 est disposée en face de l'entrée 7 du tube mélan- geur 6, leurs axes 9 étant alignés l'un sur l'autre La buse 9 est solidaire d'une conduite 10 pour gaz de ville, gaz liquéfié ou gaz naturel. Cette conduite 10 est munie d'une valve 12 commandée par un électro-aimant 11, et permettant de régler le dé- bit de gaz à travers la buse suivant une chage nulle, une charge partielle et une charge entière, de façon continue ou échelonnée. La distance S entre la sortie de la buse 8 et l'en- trée 7 du tube mélangeur 6 peut être réglée conformément à l'invention A cet effet est prévu un régulateur de dis- tance 13 avec un générateur de consigne 14 Le régulateur 13 reçoit un signal correspondant à la température effec- tive relevée par la sonde 15, et transmis par le câble 16, la sonde thermométrique 15, dans le cadre de l'exem- ple de réalisation suivant la fig 1, mesurant la tempé- rature de l'ensemble de rampes 1, de préférence dans la partie voisine de la zone 2 des becs 3. Le régulateur de distance fonctionne en sorte qu'à l'état froid du brûleur, la distance S est minimale tan- dis que, le brûleur marchant à charge pleine, elle est maximale Aux charges partielles, la distance S se situe entre ces deux valeurs limite, par réglage continu ou é- chelonné. Dans l'exemple de réalisation suivant la fig 1, la buse fait corps avec un boîtier o elle est vissée L'en- trée 7 du tube mélangeur 6 peut être déplacée et mise à une distance variable vis-à-vis de ce boîtier Dans ce contexte, il est possible, mais non pas de rigueur, que le tube mélangeur avec l'ensemble de rampes 1 soit mobi- le; il suffit aussi qu'une partie seulement du tube mélan- geur soit réglable en distance vis-à-vis de la buse 8, le reste étant immobile, ce qui exige cependant la présence d'un joint d'étanchéité en forme de soufflet, ou d'un joint coulissant à l'intérieur 5 du tube mélangeur 6. - Un tel joint coulissant est esquissé à la fig 1 sous forme d'une garniture 18 Dans ce cas, la ou les rampes à becs multiples peuvent être logées dans le boîtier, no- tamment si ce boîtier renferme le foyer o sont disposées la ou les rampes à becs multiples. La fig 2 concerne une variante de l'invention. Dans ce cas, l'invention est appliquée à un chauffe- eau à circulation dont l'échangeur de chaleur 19 est bran- ché par l'intermédiaire d'une pompe de circulation 20 au tuyau de retour 21, et à un tuyau de départ 22 muni d'une sonde thermométrique 15 La sonde thermométrique mesure ici une température fournie par le brûleur, à savoir la température de départ de l'eau chauffée par le brûleur à mélange préalable 23 Ce brûleur est à rampes multiples 1 disposées l'une à côté de l'autre Chaque rampe est ali- mentée par un tube mélangeur 6 en forme d'injecteur, dont l'entrée 7 se trouve à une distance S d'une buse à gaz 8. Les différentes buses 8 sont combinées chacune avec un tu- be distributeur de gaz 24, dont chacun part, en aval de l'électrovalve 12, de la conduite 10 et porte une buse mo- bile Le dispositif régulateur 13 qui fait varier la dis- tance S entre la buse à gaz et l'entrée du tube mélangeur en fonction de la température du tuyau de départ, agit dans ce cas sur chacune des buses Il est utile que, dans le cas d'une seule buse, elle est déplacée vis-à-vis de l'en- trée fixe du tube mélangeur, ou, dans le cas de plusieurs buses, cellesci sont déplacées ensemble Dans ce cas, il est prévu un porte-buses de sorte à pouvoir déplacer tou- tes les buses à la fois La distance a la même valeur que dans le cas de l'exemple suivant la fig 1 Cet exemple de réalisation présente l'avantage que ce n'est pas l'en- semble des différentes rampes 1 relativement lourdes du brûleur 23 qui doit être déplacé, mais seulement la ou les buse(s) relativement légère(s). Le régulateur de distance 15 est conçu comme corps de dilatation comme on les connaît par exemple des robi- -6- nets thermostatiques d'une installation de chauffage Ce corps de dilatation est doté d'un capteur qui correspond à la sonde thermométrique 15, la liaison entre le capteur et le corps de dilatation étant réalisée par un tube ca- pillaire qui correspond à la ligne 16 Plus la tête est chauffée, plus la course d'un piston du corps de dilata- tion est grande, ce mouvement étant transmis ou tube mé- langeur 6 ou à la buse 8. Mentionnons encore en passant un régulateur 25 auquel est reliée une sonde thermométrique d'extérieur 26 par une ligne 27, les sorties du régulateur agissant sur l'élec- tro-aimant 11 ou un servomoteur 28 de la pompe 20. Dans le cas de l'exemple de réalisation suivant la fig 3, il s'agit de l'utilisation de l'invention sur un réchauffeur d'air L'échangeur de chaleur 19 est alimen- té en air frais par une conduite 30 munie d'un ventilateur 32 entraîné par un moteur 31, et dont l'air chauffé sort par une conduite 33 pour chauffer un ou plusieurs locaux d'habitation L'autre partie de l'échangeur de chaleur est disposée dans la canalisation d'évacuation de fumée 34 d' un foyer 35 chauffé par le brûleur à mélange préalable 23. Dans cette canalisation 34 est logée la sonde thermométri- que 15 dont le tube capillaire 16 coopère avec un ou plu- sieurs tubes mélangeurs 6 du brûleur 23 Dans ce cas, le brûleur coulissant dans son ensemble est déplacé par le dispositif régulateur 13 sur la distance S, la ou les bu- se(s) 8 étant fixe(s) dans le carter. Soulignons à ce propos que la décision de faire dé- placer la buse 8 et/ou les tubes mélangeurs 6 est indépen- dante du mode d'utilisation Les deux possibilités de fai- re varier la distance existent pour chacun des exemples de réalisation suivant les fig 1 à 3 De plus, il n'y a aucune importance pour l'invention qu'il existe une ou plu- sieurs buses 8, ou un ou plusieurs tubes mélangeurs 6 Il est de plus sans importance que le brûleur tout entier ou le tube mélangeur complet ou seulement une partie de -7- lui, à savoir son entrée, soit déplacé. Finalement, le régulateur de distance peut être à commande hydraulique ou électrique ou pneumatique ou pu- rement mécanique, voire même actionné à l'aide d'un élé- ment bimétallique De plus, il est possible de prévoir un moteur pas-à-pas Finalement, il est même possible de fai- re assurer la régulation de la distance en fonction de la combustion, à l'aide d'un contrôleur de gaz de combustion, qui surveille la teneur en polluants La distance est alors réglée pour obtenir un minimum de polluants. Sur le brûleur suivant les fig 4 et 5, le tube mé- langeur 6 est muni, à son entrée, d'un tronc conique 40 s'ouvrant vers la buse à gaz, et qui se prolonge par une partie 41 s'ouvrant en direction du brûleur non représen- té à la fig 4 Entre ces deux parties est prévue une par- tie 42 cylindrique munie de fenêtres 43 en forme d'orifi- ces pratiqués dans la paroi de ladite partie 42. Après la partie cylindrique 42 est prévue une partie 41 s'ouvrant vers le brûleur, la zone de transition entre ces parties étant munie à l'intérieur du tube mélangeur 6 d'un dispositif de fixation pour une chicane. A l'état froid du brûleur, l'axe du tube mélangeur 6 est aligné sur celui de la buse 8 disposée sur une condui- te 10. Cette conduite 10 est actionnée par un organe 13 sous l'effet de la température du brûleur 1, mesurée par la sonde 15, et de la charge dudit brûleur, la conduite 10 pouvant être déplacée axialement de la valeur S à partir de sa position de départ o les axes de la buse 8 et du tube mélangeur 6 sont alignés l'un sur l'autre, comme il résulte de la fig 5. De plus, une chicane 46 est articulée sur la condui- te 10, qui coopère avec des butées 47 fixes, de sorte à modifier la position de ladite chicane 46 par suite d'un déplacement de la conduite 10, ce qui se répercute sur 1 ' écoulement du fluide entre la bouche de la buse 8 et l'en- -8- trée du tube mélangeur 6 et par là sur la marche du brû- leur. Plus la température du brûleur augmente, plus la con- duite 10 est déplacée de sorte que l'alignement de la bu- se 8 avec le tube mélangeur 6 dégénère, et la distance S entre les centres de la bouche de la buse et de l'entrée du tube mélangeur 6 s'accroît. De plus, le déplacement de la buse 8 affecte la zo- ne de léchage du jet de gaz 49 sortant de la buse 8, ce qui se traduit également par une marche plus avantageuse du brûleur. Dans l'exemple de réalisation représenté d'un brû- leur, d'autres chicanes sont de plus prévues au niveau de l'entrée du tube mélangeur 6, qui sont formées de bandes bimétalliques et changent de position suivant la tempéra- ture régnant dans cette zone et influencent l'écoulement de 1 ' air frais en direction de l'entrée du tube mélangeur 6. -9- R E V E N D I C A T I O N S 1 Brûleur à gaz à mélange préalable avec au moins une buse à gaz et au moins un tube mélangeur, caractéri- sé par une régulation automatique de la distance (s) entre la buse à gaz ( 8) et l'entrée ( 7) du tube mé- langeur ( 6) en fonction de la température relevée sur le brûleur ( 23), par un régulateur de distance ( 13). 2 Brûleur à gaz à mélange préalable suivant la reven- dication 1, caractérisé par le fait que le régula- teur de distance comporte un capteur ( 15) et un or- gane d'exécution ( 13), le capteur coopérant avec la chambre de combustion ( 35) ou avec un fluide chauffé par le brûleur ( 1), et l'organe d'exécution coopérant avec le tube mélangeur ( 6) ou la buse à gaz ( 8). 3 Brûleur à gaz à mélange préalable suivant la reven- dication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le ré- gulateur de distance est conçu comme corps de dila- tation dont le capteur ( 15) coopère, par l'intermé- diaire d'un tube capillaire, avec une rampe à becs multiples ( 1), un tuyau de départ ( 22) ou une cana- lisation d'évacuation de fumée ( 34) du brûleur à mé- lange préalable ( 23), et dont l'organe d'exécution coopère avec une buse à gaz ( 8) déplaçable ou une en- trée ( 7) déplaçable d'un tube mélangeur ( 6). - 4 Brûleur à gaz à mélange préalable suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le régulateur de distance comprend un moteur pas-à- pas ou un organe moteur bimétallique. Brûleur à gaz à mélange préalable suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'entrée ( 7) du tube mélangeur ( 6) est raccordée au tube mélangeur ( 6) par une garniture, un soufflet ou similaire, pour permettre une variation de la distan- ce. 6 Brûleur à gaz à mélange préalable suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que pour faire varier la distance (s), le tube mélangeur ( 6) et la buse à gaz ( 8) peuvent être déplacés per- pendiculairement à leurs axes longitudinaux, l'un par rapport à l'autre. 7 Brûleur à gaz à mélange préalable suivant la reven- dication 6, caractérisé par le fait que la buse à gaz ( 8) est fixée sur une conduite ( 10) pouvant être déplacée perpendiculairement à l'axe longitudinal de ladite buse, et que des chicanées ( 46) orientables sont articulées sur ladite conduite. 8 Brûleur à gaz à mélange préalable suivant la reven- dication 7, caractérisé par le fait que les chica- nes ( 46) coopèrent avec des butées fixes ( 47). 9 Brûleur à gaz à mélange préalable suivant la reven- dication 7, caractérisé par le fait que les chica- nes sont faites d'une bande bimétallique ou assemblées avec une telle bande.