Brevet FR2705439A1 — publié le 19941125

DISPOSITIF DE REGLAGE D'AIR COMBURANT POUR BRULEUR A AIR SOUFFLE, ET BRULEUR EQUIPE D'UN TEL DISPOSITIF. L'invention est relative à un dispositif de réglage d'air comburant, pour brûleur à air soufflé, dispositif du genre de ceux qui comprennent un ventilateur propre à prélever de l'air par une canalisation d'aspiration et à alimenter un brûleur en air comburant par une canalisation de refoulement, un moyen de perte de charge réglable placé dans la canalisation d'aspiration ou de refoulement du ventilateur, et un moyen de commande de la perte de charge en fonction du débit de combustible fourni au brûleur. Le brûleur peut être à combustible liquide ou gazeux, ou multicombustible. Un tel dispositif de réglage permet d'adapter, à tout moment le débit d'air comburant au débit de combustible. Une telle adaptation est nécessaire lorsque le brûleur est destiné à fonctionner alternativement à plusieurs puissances (brûleur à plusieurs allures) ou sur une plage de puissances (brûleur modulant). Le moyen de perte de charge réglable permet de régler et d'asservir le débit d'air comburant en fonction du débit de combustible. Ce moyen de perte de charge, habituellement constitué par un système de registre à l'aspiration ou au refoulement, permet d'obturer plus ou moins la canalisation associée et donc de modifier la résistance du circuit aéraulique et, par suite, le débit d'air. La commande du moyen de perte de charge réglable, en particulier du registre, peut se faire au moyen d'un servomoteur ou d'un vérin, électrique, hydraulique ou pneumatique. On peut aisément connaître la position du moyen de perte de charge en installant soit directement sur celui-ci, soit sur le servomoteur ou le vérin, un dispositif du type potentiomètre de recopie dont la résistance électrique varie en fonction d'un déplacement angulaire ou linéaire. Cette variation de résistance peut être facilement convertie en signal électrique. Un tel dispositif de réglage d'air comburant assure une bonne stabilité de combustion. Plus précisément, les perturbations de pression d'air dues aux phénomènes de combustion ou aux chocs d'allumage de la tête de combustion ou brûleur ne conduisent pas, au niveau du dispositif de réglage, à des variations de débit d'air importantes, et peuvent être amorties rapidement. Toutefois, l'intervention du moyen de perte de charge réglable conduit à une consommation inutile d'énergie, généralement d'énergie électrique, pour les réglages nécessitant une fermeture partielle du moyen de perte de charge. L'invention a pour but, surtout, de fournir un dispositif de réglage d'air comburant, pour brûleur à air soufflé, qui, tout en continuant à assurer une bonne stabilité de combustion, conduit à une consommation réduite d'énergie pour son fonctionnement. On souhaite, en outre, que ce dispositif soit fiable et reste d'une construction simple et économique. Selon l'invention, un dispositif de réglage d'air comburant pour brûleur à air soufflé, du genre défini précédemment, est caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de commande de la vitesse de rotation du ventilateur en fonction de la perte de charge créée par le moyen de perte de charge réglable, de manière telle que la vitesse de rotation du ventilateur diminue lorsque la perte de charge augmente, et inversement. I1 est, certes, connu de modifier le débit d'air d'un ventilateur en faisant varier sa vitesse de rotation ce qui, d'un point de vue rendement énergétique, est avantageux. Toutefois, jusqu'à ce jour, la variation de vitesse de rotation du ventilateur sur les brûleurs à air soufflé à plusieurs allures de fonctionnement, ou modulants, n'a pas donné de résultats satisfaisants du point de vue technique de combustion car les perturbations de pression dues aux phénomènes de combustion conduisent à des variations de débit d'air trop importantes pour une bonne stabilité de flamme. L'invention, d'une manière surprenante, en combinant le moyen de perte de charge réglable et la variation de vitesse du ventilateur, a permis d'améliorer le rendement énergétique tout en assurant une bonne stabilité de combustion. Avantageusement, le ventilateur est entraîné par un moteur électrique asynchrone et les moyens de commande de la vitesse de rotation du ventilateur comprennent un variateur électronique de fréquence, piloté par un signal électrique représentant la position du moyen de perte de charge réglable, propre à faire varier la fréquence du courant alimentant le moteur. Le moyen de perte de charge réglable est avantageusement constitué par un registre à volet rotatif. Le volet du registre peut être commandé par un servomoteur ou par un vérin. La commande du variateur de fréquence est avantageusement assurée à l'aide d'un potentiomètre de recopie de position situé sur le registre ou sur le servomoteur ou sur le vérin commandant ce registre. L'invention est également relative à un brûleur équipé d'un tel dispositif de réglage d'air comburant. Un cas particulièrement intéressant d'utilisation est celui d'un brûleur gaz à air soufflé utilisant un régulateur proportionnel air-gaz. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées cidessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation décrit avec référence aux dessins ci-annexés, mais qui n'est nullement limitatif. La figure 1, de ces dessins, est un schéma d'un dispositif de réglage d'air comburant pour brûleur à air soufflé, selon l'invention. La figure 2, enfin, est un diagramme illustrant les variations de pression d'air soufflé, portées en ordonnée, en fonction du débit d'air, porté en abscisse avec le dispositif de l'invention. En se reportant à la figure 1, on peut voir, schématiquement représenté, un dispositif 1 de réglage d'air comburant pour un brûleur (ou tête de combustion) 2 à air soufflé. Le dispositif comprend un ventilateur 3 propre à prélever de l'air, généralement de l'air atmosphérique, par une canalisation d'aspiration 4 et à alimenter le brûleur 2 en air comburant par une canalisation de refoulement 5. Un moyen de perte de charge réglable V, constitué par un registre 6, est placé sur une canalisation du ventilateur 3, par exemple sur la canalisation d'aspiration 4 comme illustré sur la figure 1. Le registre 6 comporte un (ou plusieurs) volet rotatif 7 épousant la section de passage de la conduite où il est placé. La position angulaire du volet 7 est commandée par un moyen moteur 8 qui peut être un servomoteur ou un vérin, électrique, hydraulique ou pneumatique. Le débit de combustible fourni sous pression au brûleur 2 est fonction du débit d'air par l'intermédiaire d'un asservissement électrique, mécanique ou pneumatique, à partir de la position du servomoteur ou du vérin ou du volet ou à partir de la pression d'air à l'entrée du brûleur, agissant soit sur une ou des vannes d'alimentation ou de réglage de combustible soit sur un régulateur R de pression de combustible du type régulateur proportionnel air-gaz par exemple ou du type régulateur de pression de retour de fioul par exemple. Le dispositif 1 comporte des moyens de commande C de la vitesse de rotation du ventilateur 3 en fonction de la perte de charge créée par le registre 6 de manière telle que la vitesse de rotation du ventilateur 3 diminue lorsque la perte de charge augmente c'est-à-dire lorsque le volet 7 se ferme. Inversement, lorsque le volet 7 s'ouvre, la vitesse de rotation du ventilateur 3 augmente. Le ventilateur 3 est entraîné en rotation par un moteur électrique asynchrone 9, triphasé. Les moyens de commande C de la vitesse du ventilateur comprennent un variateur électronique de fréquence 10 piloté par un signal électrique représentant la position du volet 7. Ce signal électrique est avantageusement obtenu à l'aide d'un potentiomètre il de recopie de position, couplé par exemple au volet 7. En variante, le potentiomètre 11 pourrait être couplé au servomoteur 8 commandant le volet 7. Le signal électrique pilotant le variateur électronique de fréquence 10 peut être du type signal d'intensité (par exemple de 4 à 20 mA) ou du type signal en tension (par exemple 0-10 V) ou type potentiomètre (0-1 000 Q par exemple) ou par tout moyen équivalent. Le signal électrique permet de faire varier la valeur de la fréquence du courant électrique alimentant le moteur 9 et donc de faire varier la vitesse de rotation de ce moteur. L'ensemble est prévu pour que la vitesse de rotation du moteur 9 diminue lorsque la perte de charge dans la canalisation 4 augmente, c'est-à-dire lorsque le volet 7 se ferme. Avec un tel dispositif, la stabilité de flamme et le bon fonctionnement du brûleur restent possibles comme expliqué avec référence à la figure 2. La courbe Et, en trait plein, est la courbe caractéristique de la pression d'air (pression statique d'air) disponible à la sortie de l'ensemble registre o-ventilateur 3, par rapport à la pression d'entrée de la canalisation 4, qui est généralement la pression atmosphérique. Les ordonnées de la courbe Et représentent donc la pression statique d'air dans la canalisation de refoulement 5. La courbe Et correspond à la vitesse de rotation maximale du moteur 9, et à l'ouverture complète du registre 6. La pression d'air est portée en ordonnée, et le débit d'air est porté en abscisse. Un point de fonctionnement 12 sur cette courbe Et correspond à la pression disponible, nécessaire, utilisée pour vaincre la perte de charge au niveau du brûleur 2. La pente de la courbe caractéristique El, au point de fonctionnement 12, est un paramètre important en matière de technique de combustion. En effet, les perturbations de pression dues aux phénomènes de combustion ou aux chocs d'allumage du brûleur modifient la perte de charge au niveau du brûleur 2. En cas d'une variation de perte de charge A P positive par exemple, au niveau du brûleur, le point caractéristique de fonctionnement remonte d'autant sur la courbe Et. On passe du point de fonctionnement 12 au point de fonctionnement 13 avec une variation de débit d'air négative correspondante - AQ. La pente de la courbe caractéristique El au point 12 est, en valeur absolue, égale au rapport AP/AQ. Pour que les perturbations de pression dues aux variations de perte de charge au niveau du brûleur puissent être amorties rapidement, il faut que ces perturbations de pression ne provoquent pas de variations de débit d'air importantes. Autrement dit, il convient que le rapport /vPIQ, en valeur absolue, soit relativement élevé et dépasse une certaine valeur qui dépend de la conception de la tête de combustion. Dans un dispositif de réglage classique où seule l'ouverture du registre est modifiée, alors que la vitesse de rotation du ventilateur 3 reste constante, une fermeture partielle du registre modifie la courbe caractéristique Et et la transforme en E'2 représentée en tirets sur la figure 2. Cette courbe E'2 présente la même ordonnée à l'origine des abscisses que Et mais coupe l'axe des abscisses en 14, pour une valeur plus faible du débit. La fermeture du registre conduit à une courbe E'2 dont la pente est supérieure à celle de la courbe Et. Dans ces conditions, si la courbe Et a une pente suffisante pour assurer la stabilité de combustion, a fortiori, la courbe E'2 assurera une telle stabilité. Un accroissement excessif de la pente de la courbe caractéristique de pression d'air en fonction du débit n'est pas utile. Il suffit que cette pente soit supérieure à une valeur déterminée pour assurer la stabilité de combustion. Selon l'invention, du fait que la vitesse de rotation du ventilateur 3 est réduite lors de la fermeture du registre 7, la courbe caractéristique Et devient la courbe E3 représentée en trait plein, pour laquelle l'ordonnée à l'origine est plus petite que celle des courbes Et et E'2, du fait de la diminution de la vitesse de rotation du ventilateur. Cette courbe E3 conserve une pente suffisante pour assurer une bonne stabilité de combustion, sans que cette pente soit excessive. Dans l'hypothèse ou seule la variation de la vitesse du ventilateur interviendrait, sans une variation concomitante de la perte de charge, la courbe caractéristique correspondrait à la courbe E'4 représentée en tirets dont la pente serait insuffisante pour assurer une bonne stabilité de combustion. Dans ce cas, en effet, la pente de la courbe varie approximativement de manière proportionnelle à la vitesse de rotation et devient donc rapidement trop faible lorsque la vitesse décroît. Avec le dispositif de réglage de l'invention, la diminution de la pente de courbe caractéristique, due à la diminution de la vitesse de rotation du ventilateur, est compensée ou atténuée par l'augmentation de la perte de charge et donc de la pente due à la fermeture du registre. La stabilité de flamme et le bon fonctionnement du brûleur sont conservés. Le gain sur la puissance électrique absorbée et la puissance acoustique émise est important lorsqu'on abaisse le débit du brûleur (changement d'allure ou modulation), du fait de la diminution de la vitesse de rotation. Un cas particulier intéressant d'utilisation de ce dispositif de réglage est celui des brûleurs gaz à air soufflé utilisant un régulateur proportionnel air-gaz. Dans un tel système, la pression de gaz à la tête de combustion est asservie à la pression d'air à la tête de combustion. Si l'électronique du variateur de fréquence, ou le potentiomètre sont défaillants, la pression d'air dans Ia tête n'est plus celle voulue ; le régulateur proportionnel air-gaz corrige la pression de gaz en fonction de la pression d'air et maintient ainsi une bonne hygiène et une bonne sécurité de combustion. REVENDICATIONS 1. Dispositif de réglage d'air comburant pour brûleur à air soufflé comprenant un ventilateur propre à prélever de l'air par une canalisation d'aspiration (4) et à alimenter un brûleur (2) en air comburant par une canalisation de refoulement (5), un moyen de perte de charge réglable (V) placé dans la canalisation d'aspiration ou de refoulement du ventilateur, et un moyen de commande (8) de la perte de charge en fonction du débit de combustible fourni au brûleur, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de commande (C) de la vitesse de rotation du ventilateur (3) en fonction de la perte de charge créée par le moyen de perte de charge réglable (V), de manière telle que la vitesse de rotation du ventilateur (3) diminue lorsque la perte de charge augmente, et inversement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le ventilateur (3) est entraîné par un moteur électrique asynchrone (9) et que les moyens de commande (C) de la vitesse de rotation du ventilateur comprennent un variateur électronique de fréquence (10), piloté par un signal électrique représentant la position du moyen de perte de charge réglable (V), propre à faire varier la fréquence du courant alimentant le moteur (9). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le moyen de réglage de la perte de charge (V) est constitué par un registre (6) à volet rotatif (7), le volet (7) étant commandé par un servomoteur ou par un vérin. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la commande du variateur de fréquence (10) est assurée à l'aide d'un potentiomètre (11) de recopie de position situé sur le registre (6) ou sur le servomoteur ou le vérin commandant le registre. 5. Brûleur à air soufflé équipé d'un dispositif de réglage d'air comburant selon l'une des revendications t à 4. 6. Brûleur gaz, à air soufflé, selon la revendication 5, utilisant un régulateur proportionnel air-gaz.