Brevet FR2701088A1 — publié le 19940805

L'invention concerne un dispositif de sur- veillance d'une flamme, comprenant un brûleur et une chambre de combustion qui lui est associée. Généralement, la surveillance de flammes comme celles de brûleurs de chauffage par exemple, est assurée au moyen d'une caméra à infrarouge ou d'une sonde X pour mesurer la teneur en 2 du gaz brûlé venant de la flamme De tels moyens de surveillance sont onéreux, tant du point de vue du coût de fabrication qu'en raison10 de la procédure d'autorisation des instances d'homolo- gation En outre, les caméras à infrarouge connues présentent une médiocre sélectivité à l'égard de lumière parasite Enfin, les détecteurs de flammes dont le principe de fonctionnement est basé sur l'optique et qui15 sont installés dans la chambre de combustion, s' encrassent facilement, de sorte que la qualité de la combustion ne peut plus être contrôlée de manière satisfaisante. Le but de l'invention est d'indiquer un dispositif de surveillance de flamme, du type mentionné au début, qui autorise une structure simple et une fabrication peu coûteuse. Selon un mode de réalisation de l'invention, on obtient ce résultat par le fait qu'on a prévu un émetteur et un récepteur qui lui est coordonné, que l'émetteur est disposé de manière que le trajet du signal d'émission, s'étendant dans la chambre de com- bustion, passe à travers l'espace occupé par la flamme du brûleur, que le récepteur convertit les signaux30 d'émission reçus en signaux électriques, et qu'une électronique d'exploitation est montée à la suite du récepteur pour exécuter des mesures de la durée de parcours du signal d'émission et des mesures de vitesse sur la flamme à différents régimes du brûleur.35 Selon un autre mode de réalisation de l'in- vention, on obtient le résultat recherché par le fait qu'on a prévu une unité d'émission et de réception en tant que convertisseur réversible, qui est disposée de manière que le signal d'émission émis par elle dans la chambre de combustion, passe à travers l'espace occupé 5 par la flamme du brûleur et, après réflexion sur la paroi de la chambre de combustion, tombe sur l'unité d'émission et de réception, fonctionnant à présent comme récepteur, et qu'une électronique d'exploitation est prévue pour exécuter des mesures de la durée de parcours10 du signal d'émission et des mesures de vitesse sur la flamme à différents régimes du brûleur. Selon l'invention, on prévoit donc un dispo- sitif comprenant un émetteur et un récepteur qui lui est coordonné, ou une unité d'émission et de réception en tant que convertisseur réversible, dispositif qui est agencé de manière que le trajet du signal d'émission passe par l'espace occupé par la flamme Des mesures de durée de parcours du signal d'émission sont effectuées, à différents régimes du brûleur, dans une électronique d'exploitation Il est à noter à cet égard que la durée de parcours du signal d'émission dépend de la vitesse du son et que cette dernière dépend de la masse volumique du milieu traversé par le signal Les gaz chauds de la flamme du brûleur réduisent la vitesse du son, par25 rapport à l'état froid du brûleur, et prolongent de ce fait la durée de parcours du signal Lorsqu'on connaît par exemple la durée de parcours à l'état froid du brûleur et on l'utilise comme valeur de référence, une nouvelle mesure consécutive de la durée de parcours30 permet de constater si le brûleur s'est allumé et, dans l'affirmative, à condition que des mesures d'étalonnage à cet égard aient été effectuées précédemment, de déterminer la température de la flamme ou sa masse volumique et la modulation de celles-ci.35 Comme la flamme est formée de gaz en mouvement, l'effet Doppler basé sur ce mouvement, en particulier le décalage de fréquence dû à l'effet Doppler, peut également être exploité au moyen de l'électronique pour déterminer la vitesse de la flamme. Selon un mode de réalisation, le récepteur peut être installé en face de l'émetteur, mais de l'autre côté de la flamme, notamment de manière que le signal d'émission venant de l'émetteur tombe directement sur le récepteur. De plus, le récepteur peut être installé, en conformité avec le procédé connu de sondage acoustique par écho, de manière que le signal d'émission tombe seulement sur le récepteur après réflexion sur la paroi de la chambre de combustion. Un autre mode de réalisation avantageux prévoit un émetteur supplémentaire qui est installé dans la chambre de combustion de manière que son signal d'émission soit également reçu par le récepteur coor- donné au premier émetteur Il devient ainsi possible d'explorer la flamme, par exemple afin de déterminer sa distribution de température ou son étendue Cela s'ef-20 fectue, conformément à un autre perfectionnement de l'invention, au moyen d'un circuit d'exploitation et de commande qui alimente les émetteurs en signaux d'émis- sion mutuellement déphasés Un tel dispositif est réalisable aussi avec plusieurs unités d'émission et de réception. Encore un autre mode de réalisation avantageux de l'invention utilise, comme émetteurs, des émetteurs à ultrasons. Le dispositif selon l'invention est notamment applicable aussi à la surveillance de gaz chauds en- fermés dans des contenants adéquats. L'invention sera ci-après décrite plus en détail en référence à des exemples de réalisation montrés sur les dessins, o:35 la figure 1 est une représentation schéma- tique d'un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une représentation schéma- tique d'un autre mode de réalisation de l'invention; et la figure 3 est une représentation schéma- tique d'encore un autre mode de réalisation de l'inven- tion. La figure 1 montre un brûleur 1 et une chambre de combustion 2 qui lui est associée Le brûleur 1 produit une flamme 6 que traverse un signal d'émission venant d'un émetteur d'ultrasons 3 Cet émetteur et le10 récepteur 4 correspondant sont disposés à proximité l'un de l'autre du même côté de la flamme 6 Le signal d'émission est réfléchi sur la paroi opposée de la chambre de combustion et tombe seulement sur le récep- teur 4 après avoir traversé une nouvelle fois la flamme15 6 Le trajet ainsi suivi par le signal est désigné sur la figure 1 par la référence 5 Il est cependant pos- sible aussi d'installer le récepteur 4 sur le côté opposé, de sorte que le signal d'émission de l'émetteur d'ultrasons 3 tombe directement sur le récepteur 4 La20 génération des signaux d'émission de l'émetteur d'ultrasons 3, de même que l'exploitation des signaux reçus par le récepteur 4, s'effectuent au moyen d'un circuit d'exploitation 7. Au départ, l'électronique d'exploitation 7 effectue une mesure de la durée de parcours du signal d'émission à l'état froid du brûleur, à partir de laquelle elle forme une valeur de référence pour la mesure de contrôle consécutive au cours du fonctionne- ment du brûleur La durée de parcours du signal peut30 être déduite de la vitesse dans le milieu traversé du signal De son côté, la vitesse du son varie avec la température selon la formule suivante: c = c /(i + T/273,2)12 dans laquelle c O est la vitesse du son à 0 et T est la température en degrés Kelvin Dans une flamme à 1900 OC, la vitesse du son est réduite à 1/3 de la valeur nor- male. 5 La mesure de contrôle permet donc de consta- ter, d'une part, si le brûleur a commencé à fonctionner et, d'autre part, qu'elle est la température de la flamme. La figure 2 montre un exemple de réalisation dans lequel un émetteur supplémentaire d'ultrasons 3 a est installé du même côté de la flamme 6 que l'émetteur 3 Les signaux d'émission des deux émetteurs sont recueillis par le récepteur après réflexion sur la paroi située de l'autre côté de la flamme 6 Les trajets des15 signaux d'émission sont désignés respectivement par les références 5 a et 5 b. Cette disposition à deux émetteurs d'ultrasons 3 et 3 a permet d'explorer la flamme, par exemple afin de déterminer la distribution de température en son sein. Dans ce but, une électronique d'exploitation et de commande 7 a génère des signaux d'émission mutuellement décalés en phase, signaux qui sont exploités après leur réception par le récepteur 4 Ceci permet également d'obtenir des renseignements sur l'étendue de la flamme.25 Le dispositif selon l'invention montré par la figure 3 se distingue de celui de la figure 1 du fait que l'émetteur 3 et le récepteur 4 sont remplacés par une unité d'émission et de réception 8 constituant un convertisseur réversible, dans lequel les fonctions30 d'émission et de réception peuvent être interverties Le signal d'émission traverse la flamme 6 sur le trajet de signal 5 et est renvoyé suivant le même trajet, par un réflecteur 9, vers l'unité d'émission et de réception. La flamme peut être surveillée aussi à l'aide de plu- 35 sieurs de tels convertisseurs réversibles selon l'exemple de la figure 2, en combinaison avec une électronique d'exploitation et de commande 7 a corres- pondante, ce qui rend la surveillance plus efficace au cas o les différents éléments sont utilisés alternati- vement comme émetteur et comme récepteur Des éléments 5 piézoélectriques sont utilisables par exemple comme convertisseurs réversibles. Enfin, l'électronique d'exploitation 7 selon la figure 1 ou 3, de même que l'électronique d'exploi- tation et de commande 7 a selon la figure 2, peuvent 1 o aussi être conçues pour que, par l'utilisation de l'effet Doppler, la vitesse de la flamme 6 puisse être déterminée Il devient ainsi possible d'évaluer la qualité du processus de combustion et de contrôler en particulier l'uniformité de la combustion.15 L'invention n'est pas limitée à la surveil- lance de flammes, mais est applicable aussi à la sur- veillance de gaz chauds qui se trouvent dans un conte- nant adéquat. REVENDICATIONS 1 Dispositif de surveillance d'une flamme, comprenant un brûleur ( 1) et une chambre de combustion ( 2) associée, caractérisé en ce qu'on a prévu un émet- teur ( 3) et un récepteur ( 4) qui lui est coordonné, que l'émetteur ( 3) est disposé de manière que le trajet du signal d'émission ( 5), s'étendant dans la chambre de combustion ( 2), passe à travers l'espace occupé par la flamme ( 6) du brûleur ( 1), que le récepteur ( 4) conver- tit les signaux d'émission reçus en signaux électriques, et qu'une électronique d'exploitation ( 7, 7 a) est montée à la suite du récepteur ( 41 pour exécuter des mesures de la durée de parcours du signal d'émission et des mesures de vitesse sur la flamme ( 6) à différents régimes du brûleur ( 1). 2 Dispositif de surveillance d'une flamme, comprenant un brûleur ( 1) et une chambre de combustion ( 2) associée, caractérisé en ce qu'on a prévu une unité d'émission et de réception ( 8) en tant que convertisseur réversible, qui est disposée de manière que le signal d'émission ( 5) émis par elle dans la chambre de combus- tion ( 2), passe à travers l'espace occupé par la flamme ( 6) du brûleur ( 1) et, après réflexion sur la paroi de la chambre de combustion, tombe sur l'unité d'émission et de réception ( 8), fonctionnant à présent comme récepteur, et qu'une électronique d'exploitation ( 7, 7 a) est prévue pour exécuter des mesures de la durée de parcours du signal d'émission et des mesures de vitesse sur la flamme ( 6) à différents régimes du brûleur ( 1).30 3 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le récepteur ( 4) est disposé de manière que le signal d'émission de l'émetteur ( 3) tombe direc- tement sur le récepteur ( 4). 4 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le récepteur ( 4) est disposé de manière que le signal d'émission de l'émetteur ( 3) tombe sur le récepteur ( 4) après réflexion sur la paroi de la chambre de combustion. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1, 3 ou 4, caractérisé en ce qu'un émetteur supplémentaire ( 3 a) est prévu et que cet émetteur supplémentaire ( 3 a) est disposé de manière que son signal d'émission soit également reçu par le récepteur ( 4) coordonné au premier émetteur. 6 Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que plusieurs unités d'émission et de récep- tion ( 8) sont prévues. 7 Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'on a prévu un circuit d'exploita- tion et de commande ( 7 a) qui alimente les émetteurs ( 3,15 3 a) ou l'unité d'émission et de réception ( 8) en signaux d'émission mutuellement déphasés et qui effectue une exploitation de durée de parcours pour le signal d'émis- sion concerné. 8 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le circuit d'exploitation ( 7) ou le circuit d'exploitation et de commande ( 7 a) sont réalisés de manière que le décalage de fréquence produit en raison de l'effet Doppler, soit exploité pour déterminer la vitesse de la flamme ( 6).25 9 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que des émet- teurs d'ultrasons ( 3, 3 a, 8) sont prévus. 10 Application du dispositif selon l'une quel- conque des revendications précédentes pour surveiller des gaz chauds.