Brevet FR2921461A1 — publié le 20090327

L'invention concerne un dispositif de régulation des débits de gaz alimentant un brûleur et un brûleur équipé d'un tel dispositif. L'invention concerne plus particulièrement le domaine des brûleurs pour chaudière 5 à gaz alimentés par un flux d'air comburant et par un flux de gaz combustible. Les brûleurs de l'art antérieur, illustrés sur la figure 1, comprennent une chambre d'admission 3 du gaz situé en amont du brûleur, un premier conduit d'alimentation 1 en air de la chambre, d'admission 3 et un deuxième conduit d'alimentation 2 en o gaz combustible de ladite chambre 3. Le débit d'air au travers du conduit d'alimentation 1 en air est usuellement assuré par un ventilateur 12 alors que le gaz comburant est délivré sous pression. Afin de faire varier précisément la puissance de chauffage du brûleur, il est nécessaire de pouvoir mesurer et régler avec précision le débit d'air au travers du premier conduit 1. En outre, afin d'assurer un fonctionnement optimal du brûleur, il est nécessaire de pouvoir mesurer et régler avec précision la différence de pression entre l'alimentation en air et l'alimentation en gaz. 20 À cet effet, afin de mesurer le débit d'air, un premier capteur de pression différentielle 21 est connecté au premier conduit 1, en amont d'un organe déprimogène 4 disposé dans ledit premier conduit 1 d'une part, et en aval dudit organe déprimogène 4 d'autre part. En fonction de la différence de pression, il est possible d'obtenir le débit d'air. 25 D'autre part, afin de mesurer la différence de pression entre le conduit d'alimentation 1 en air et le conduit d'alimentation 2 en gaz, un deuxième capteur de pression différentielle 22 est d'une part connecté au premier conduit 1 en amont de l'organe déprimogène 21 et au deuxième conduit 2 en amont du 30 deuxième organe déprimogène 5. Afin de diminuer les coûts de fabrication du dispositif de régulation des débits de gaz, les capteurs 21, 22 de pression différentielle généralement utilisés sont des 20 capteurs bon marché. Toutefois, les capteurs bon marché présentent une dérive thermique et une dérive à long terme qui excèdent souvent quelques pourcents. Le signal de sortie de ces derniers capteurs ne peut donc pas être utilisé directement pour faire des mesures précises de différence de pression sur une large plage, par exemple dans un rapport 1 à 100. Par conséquent, lorsqu'un capteur bon marché est utilisé, il est souvent nécessaire de prendre des dispositions pour effectuer à intervalles réguliers un étalonnage du zéro. Pour ce faire, des vannes d'étalonnage 23, 24 sont disposées en parallèle des 10 capteurs 21, 22 afin de permettre un étalonnage régulier desdits capteurs 21, 22. Ainsi, les dérives susmentionnées sont éliminées. De dispositifs de régulation décrivant des capteurs de pression différentielle et des vannes d'étalonnage connectées en parallèle sont notamment décrits dans les 15 demandes de brevet FR 2 775 782 et FR 2 875 289. Toutefois, un dispositif Utilisant deux capteurs de pression différentielle associés à' des vannes d'étalonnage pour mesurer le débit d'air et la différence de pression entre l'air et le gaz d'alimentation est complexe et coûteux. L'invention vise à remédier à ces problèmes en proposant un dispositif de régulation des débits de gaz basé sur une régulation corrélée de la pression du gaz et de l'air. 25 À cet effet, l'invention concerne un dispositif de régulation des débits de gaz alimentant un brûleur, comprenant une chambre d'admission, au moins un premier et un deuxième conduit d'alimentation de ladite chambre en gaz comburant et combustibles comportant chacun un organe déprimogène et des moyens de réglage du débit au travers du premier conduit, ledit dispositif de régulation 30 comprenant : un régulateur de pression piloté, comprenant une prise de pression consigne connectée au premier conduit et des moyens de régulation de la pression régnant dans le deuxième conduit en fonction de la ,pression consigne connectés audit deuxième conduit ; - un capteur de pression différentielle apte à délivrer un signal de commande desdits moyens de réglage du débit au travers du premier conduit et comprenant une première prise de pression connectée au deuxième conduit d'une part et une deuxième prise de pression connectée à la chambre d'admission d'autre part de manière à déterminer le débit de gaz dans le premier conduit ; et i une vanne d'interruption du gaz dans le deuxième conduit disposée en amont Io de la première prise de pression du capteur de pression différentielle. Ainsi, le dispositif est simple et peu coûteux. En effet, le rapport air/gaz combustible est réglé de manière Simple et précise au 15 moyen d'un unique régulateur de pression piloté. En outre, la mesure du débit d'air nécessite un seul capteur de pression différentielle qui peut être étalonné régulièrement au moyen d'une unique vanne: Avantageusement, le premier conduit et le deuxième conduit sont respectivement 20 des conduits d'alimentation en air et en gaz combustible sous pression. Dans ces conditions, la vanne d'interruption du gaz qui permet l'étalonnage du capteur de pression différentielle peut également être utilisée pour interrompre la circulation du gaz combustible. Ainsi, l'installation est sensiblement simplifiée. 25 Avantageusement, les moyens de réglage du débit au travers du premier conduit comprennent un ventilateur entraînant l'air dans le premier conduit. Avantageusement, le ventilateur est disposé en aval des premier et deuxième conduits d'alimentation. Ainsi, l'homogénéité du mélange air/gaz combustible 30 propulsé au travers du support de combustion est satisfaisante. Le dispositif de régulation comprend une unité de pilotage connectée au capteur de pression différentielle et apte à délivrer un signal de commande du ventilateur. II s'en suit que l'unité de pilotage permet d'ajuster le débit de gaz dans le premier conduit, en faisant varier la vitesse de rotation du ventilateur en fonction de la mesure effectuée par le capteur de pression différentielle. s Avantageusement, le régulateur de pression piloté est agencé de manière à ce que la pression régnant dans le deuxième conduit soit égale à la pression consigne. Le rapport air/gaz comburant est ainsi réglé de manière à assurer une combustion optimale. ro Avantageusement, le régulateur de pression piloté est un régulateur mécanique qui est un régulateur simple, fiable et peu coûteux. Dans un mode de réalisation, le régulateur de pression est un régulateur à membrane Dans un mode de réalisation, la vanne est une électrovanne connectée à l'unité 15 de commande du ventilateur. L'inventiôn a concerne également un brûleur poûr chaudière comprenant un dispositif de régulation tel que défini ci-dessus. 20 D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 est une vue schématique d'un brûleur équipé d'un dispositif de régulation de l'art antérieur, tel que décrit précédemment ; et La figure 2 est une vue schématique d'un brûleur équipé d'un exemple de dispositif de régulation selon l'invention La figure 2 représente un brûleur notamment destiné à alimenter une chaudière 18 30 à gaz, équipé d'un dispositif de régulation des débits de gaz selon l'invention. Afin d'assurer l'alimentation en gaz du brûleur, l'installation comprend un premier conduit 1 d'alimentation en air comburant et un deuxième conduit 2 d'alimentation 255 en gaz combustible. Chacun de ces conduits 1, 2 débouche dans une chambre d'admission 3 disposée en amont d'une chambre de mélange 19. Dans le mode de réalisation représenté, la chambre d'admission 3 comprend une section identique à la section clu premier conduit 1. La chambre de mélange 19 est équipée d'un ventilateur 12 entraîné par un moteur électrique 13 et permettant d'assurer l'entraînement de l'air et du gaz combustible vers le support de combustion 20 du brûleur. io Les conduits d'alimentation en air 1 et en gaz 2 sont chacun équipés d'un organe déprimogène 4, 5, tel qu'un venturi, disposé entre le conduit d'alimentation 1, 2 et la chambre d'admission 3. Sur la figure 1, Pa désigne la pression d'air dans le conduit d'air 1 en amont de l'organe déprimogène 4, Pg désigne la pression de gaz combustible dans le conduit 2 en amont de l'organe déprimogène et Pm désigne la pression du mélange air/gaz combustible qui règne dans la chambre d'admission 3. Afin de délivrer un mélange air/gaz combustible dans un rapport permettant un 20 fonctionnement optimal du brûleur, le dispositif de régulation comporte un régulateur de pression piloté 6. Le régulateur de pression 6 comprend une prise de pression 7 Pa consigne connectée au conduit d'alimentation en air 1 et des moyens de régulation de la pression Pg régnant dans le conduit d'alimentation 2 en gaz combustible. 25 De préférence, les moyens de régulation sont agencés de manière à ce que la pression Pg régnant dans le conduit d'alimentation 2 en gaz soit égale à la pression Pa régnant dans le conduit d'alimentation 1 en air. 30 Avantageusement, le régulateur de pression piloté 6 est un régulateur de pression mécanique, tel qu'un régulateur à membrane. Dans ce cas, le régulateur 6 comprend une membrane mobile, non représentée, qui est soumise d'une part à la pression Pa et d'autre part à la pression Pg. En fonction de la position de la membrane, un piston de réglage du débit dans le deuxième conduit 2 est déplacé afin d'ajuster la pression Pg en fonction de la pression Pa. Par ailleurs, afin de mesurer le débit d'air et/ou de gaz combustible, le dispositif de régulation comprend un capteur de pression différentielle 8 connectée au deuxième conduit 2 en 9 d'une part et à la chambre d'admission 3 en 10 d'autre part. Le capteur de pression différentielle 8 mesure la différence de pression PmûPg. Le capteur de pression différentielle 8 est par exemple agencé pour mesurer des différences de pression dans un domaine s'étendant de 80 Pa à 250 Pa, pour ~o un brûleur d'une capacité d'environ 25 kW. Comme cela est bien connu, le débit d'air Qa dans le conduit d'alimentation 1 en air est lié à la différence de pression Pm-Pa régnant de part et d'autre de l'organe déprimogène 4. De même, le débit de gaz Qg dans le conduit d'alimentation en 15 gaz 2 est lié à la différence de pression Pm-Pg régnant de part et d'autre de l'organe déprimogène 5. En outre, le régulateur de pression piloté 6 étant agencé pour réguler la pression Pg régnant dans le conduit d'alimentation 2 en gaz en fonction de la pression Pa 20 régnant dans le conduit d'alimentation 1 en air, il est possible de calculer le débit d'air et/ou de gaz dans les conduits d'alimentation 1, 2 en fonction de la différence de pression Pm-Pg ( : égale à la différence de pression Pm-Pa lorsque Pa=Pg). Par ailleurs, le conduit d'alimentation 2 en gaz est équipé d'une électrovanne 11 25 disposée en amont de la première prise de pression 9 du capteur 8. D'une part, l'électrovanne 11 permet d'arrêter l'alimentation en gaz combustible sous pression du brûleur, lorsque le brûleur est éteint. D'autre part, l'électrovanne 11 permet également d'étalonner le capteur de pression différentielle 8 régulièrement. 30 En effet, lorsque l'électrovanne 11 est en position de fermeture la différence de pression Pg-Pm est nulle. Ainsi, il est possible d'étalonner précisément le zéro du capteur de pression différentielle 8 lorsque l'électrovanne 11 est en position de fermeture. Le dispositif de régulation selon l'invention comprend en outre une unité de pilotage 15 connecté à des moyens d'allumage 16 du brûleur, à un capteur de température 17, à l'électrovanne 11, au capteur de pression différentielle 8 et au système de commande 14 du moteur 13 entraînant en rotation les pales du ventilateur 12. Le fonctionnement d'un dispositif de régulation selon l'invention sera décrit ci-après. Lorsque le brûleur est éteint, la vanne 11 d'arrivée de gaz est fermée et le moteur 13 entraînant le ventilateur est en position d'arrêt. Par conséquent, il n'y a pas de débit de gaz dans les conduit d'alimentation 1, 2 et la différence de pression Pm-Pg est nulle. L'unité de pilotage 15 peut donc transmettre au capteur de pression différentielle 8 un signal de mise à zéro afin d'effectuer un étalonnage dudit capteur 8. Lorsque la température du fluide caloporteur mesurée par le capteur de température 17 est inférieure à une température de consigne, l'unité de pilotage 15 transmet au système de commande 14 du moteur 13, aux moyens d'allumage 16 du brûleur et à la vanne 11 d'arrivée de gaz, un signal d'allumage du brûleur. Ainsi, l'électrovanne 11 d'arrivée du gaz se déplace en position d'ouverture, le moteur 13 est entraîné afin d'assurer une circulation d'air dans le conduit d'alimentation 1 en air et un train d'étincelle est générée par les moyens d'allumage 16. Selon un mode particulier de fonctionnement, l'étape d'allumage du brûleur est réalisée avec une vitesse d'entraînement du moteur 13 fixe, par exemple d'environ 2 000 tours/minutes pour un brûleur de 25 kW. En fonctionnement, la température du fluide caloporteur mesurée par le capteur 17 est comparée par l'unité de pilotage 15 à une température de consigne. En fonction de cette comparaison, l'unité de pilotage 15 génère une consigne de débit to d'air qui est comparée au débit d'air issu du capteur de pression différentielle 8. De façon à ajuster le débit d'air dans le conduit d'alimentation 1 à la consigne, l'unité centrale 15 transmet un signal consigne aux moyens de commande 14 du moteur 13 afin de régler sa vitesse de rotation. La vitesse de rotation du moteur 13 est alors réglée de telle sorte que le débit d'air Qa produit par le ventilateur 12 dans le premier conduit devienne égal à la consigne de débit. Par ailleurs, on notera que le rapport air/gaz combustible du brûleur est constamment équilibré par le régulateur de pression piloté 6. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l'invention sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation des débits de gaz alimentant un brûleur, comprenant une chambre d'admission (3), au moins un premier (1) et un deuxième conduit (2) d'alimentation de ladite chambre (3) en gaz comburant et combustibles comportant chacun un organe déprimogène (4, 5) et des moyens de réglage du débit au travers du premier conduit (1) ; ledit dispositif de régulation étant caractérisé en ce qu'il comprend : - un régulateur de pression piloté (6), comprenant une prise de pression io consigne (7) connectée au premier conduit (1) et des moyens de régulation de la pression régnant dans le deuxième conduit (2) en fonction de la pression consigne ; connectés audit deuxième conduit (2) ; un capteur de pression différentielle (8) apte à délivrer un signal de commande desdits moyens de réglage du débit au travers du premier conduit (1) et 15 comprenant une première prise de pression (9) connectée au deuxième conduit (2) d'une part et une deuxième prise de pression (10) connectée à la chambre d'admission (3) d'autre part de manière à déterminer le débit de gaz dans le premier conduit (1) ; et une vanne (11) d'interruption du gaz dans le deuxième conduit (2) disposée en 20 amont de la première prise de pression du capteur de pression différentielle. 2. Dispositif de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier conduit (1) et le deuxième conduit (2) sont respectivement des conduits d'alimentation en air et en gaz combustible sous pression. 3. Dispositif de régulation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de réglage du débit au travers du premier conduit comprennent un ventilateur (13) entraînant l'air dans le premier conduit (1). 30 4. Dispositif de régulation selon la revendication 3, caractérisé en ce que le ventilateur (13) est disposé en aval des premier (1) et deuxième conduits (2) d'alimentation. 25 5 . Dispositif de régulation selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend une unité de pilotage (15) connectée au capteur de pression différentielle et apte à délivrer un signal de commande du ventilateur (12). 6. Dispositif de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le régulateur de pression piloté (6) est agencé de manière à ce que la pression régnant dans le deuxième conduit (2) soit égale à la pression régnant dans le premier conduit (1). io 7. Dispositif de régulation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le régulateur de pression piloté (6) est un régulateur mécanique. 8. Dispositif de régulation selon la revendication 7, caractérisé en ce que le 15 régulateur de pression piloté (6) est un régulateur à membrane. 9. Dispàsitif de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la vanne (11) est une électrovanne. 20 10. Brûleur pour chaudière comprenant un dispositif de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.