Brevet FR2926873A1 — publié le 20090731

Dispositif avec une tête de brûleur et procédé pour actionner un 5 brûleur L'invention concerne un dispositif avec une tête de brûleur qui comprend une surface de matrice avec une matrice d'orifices pour les gaz de combustion, et avec un module de commande pour la 10 commande d'un brûleur comprenant la tête de brûleur. De plus, l'invention concerne un procédé pour l'actionnement d'un brûleur muni d'une telle tête de brûleur. Grâce au document DE 69 123 329 T2, par exemple, on connait un 15 brûleur avec une tête de brûleur, dans lequel la tête de brûleur comprend une surface de matrice avec une matrice d'orifices pour les gaz de combustion. Un module de commande sert à commander un brûleur comprenant la tête de brûleur. Il est dit dans le document DE 69 123 329 T2 que la tête de brûleur peut être 20 équipée de thermocouples à des fins de test pour tester la tête de brûleur proposée dans le document dernièrement cité, et non pour commander le fonctionnement du brûleur. L'invention a en particulier pour objectif d'améliorer la maniabilité 25 du fonctionnement d'un brûleur du genre, ou de proposer un procédé qui garantit le fonctionnement contrôlé du brûleur. L'invention prend pour base en particulier un dispositif muni d'une tête de brûleur, qui comprend une surface de matrice avec une 30 matrice d'orifices pour les gaz de combustion, et d'un module de commande pour commander un brûleur comprenant la tête de brûleur. On propose que la tête de brûleur comprenne au moins un élément capteur de température disposé dans la zone de la surface de la matrice, et que le module de commande soit conçu de manière à actionner le brûleur en fonction des signaux de capteur des éléments capteurs de température. Ainsi, on peut parvenir au résultat à savoir que le module de commande obtient un retour concernant la température qui règne dans la zone de la tête de brûleur, si bien que le module de commande peut en tirer des conclusions sur les conditions de fonctionnement réelles et/ou les pannes de fonctionnement du brûleur afin de prendre le cas échéant les contre-mesures qui s'imposent. Par exemple, la température peut être réglée à une valeur prédéterminée et le temps de repos du brûleur peut être amélioré. Dans ce contexte, on appelle " matrice " d'orifices pour les gaz de combustion une distribution des orifices pour les gaz de combustion -quelle qu'elle soit - sur la surface de la matrice. Cette notion n'est donc pas limitée à une grille rectangulaire, et on peut envisager par exemple également des distributions symétriques en rotation des orifices pour les gaz de combustion avec une symétrie multiple et/ou des distributions avec une densité variable dans la direction radiale des orifices pour le gaz de combustion. On peut en outre prévoir que les orifices pour les gaz de combustion aient diverses tailles et/ ou formes. Le dispositif selon l'invention peut utiliser une partie d'un brûleur de gaz ou d'un autre brûleur pour brûler des combustibles gazeux ou gazéifiables, comme par exemple l'huile. Le brûleur peut en outre être exploité avec un mélange de plusieurs combustibles, les différents combustibles pouvant être introduits par les mêmes orifices pour les gaz de combustion ou par des orifices différents. Dans un perfectionnement de l'invention, on propose que la surface de la matrice soit conçue sous la forme d'un treillis de fils. Ainsi, on peut obtenir une surface de matrice avec une masse particulièrement faible et un rapport entre l'aire des ouvertures et l'aire occupée par la matière avantageusement élevé. En même temps, on peut obtenir un nombre particulièrement élevé d'orifices pour les gaz de combustion pour un budget de construction faible. Quand l'élément capteur de température est conçu sous la forme d'un thermocouple, on peut garantir aussi une mesure sûre et fiable de la température, même en cas de températures élevées. En outre, on propose que le thermocouple soit formé par un contact établi entre deux fils du treillis qui se croisent, de matière différente. Un thermocouple est un composant constitué de deux métaux 20 différents et reliés ensemble en un point. Sur les extrémités libres des deux conducteurs reliés entre eux, une tension électrique est produite le long des conducteurs sur la base de l'effet Seebeck en cas de différence de température. 25 Dans un exemple de mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux sur le plan de la construction, on propose que les fils qui se croisent soient brasés ou soudés. Ainsi, un contact bien défini entre les deux fils formant le thermocouple peut être garanti. Grâce à la configuration selon l'invention du 30 thermocouple constitué par les fils d'un treillis, on peut produire de manière particulièrement simple une multitude d'éléments capteurs de température répartis régulièrement sur la surface de la matrice.15 Il est ici particulièrement avantageux que au moins une partie des fils allant dans une première direction dans le treillis de fils soit formée en un autre métal qu'au moins une partie des fils allant dans une deuxième direction dans le treillis de fils. Les métaux sont choisis particulièrement avantageusement pour que les coefficients thermoélectriques se distinguent particulièrement fortement. Pour des applications dans des brûleurs, il est particulièrement avantageux qu'au moins une partie des fils allant dans une des directions soit formée de nickel chrome CrNi, l'autre partie étant constituée avantageusement de nickel. Il en résulte donc un couplage du thermocouple de type K. En principe, on pourrait aussi envisager des fils de platine - platine / rhodium qui forment un couplage de thermocouple de type S et qui sont utilisables pour la mesure de températures allant jusqu'à environ 1760°C. Notamment au cours de l'utilisation dans le contexte d'installations de chauffage, il est avantageux que le module de commande soit conçu de manière à utiliser les signaux de capteur de l'élément capteur de température afin de surveiller une flamme du brûleur. Grâce à la masse faible du thermocouple selon l'invention ou à la disposition des thermocouples selon l'invention, ceux-ci réagissent très rapidement afin qu'une quantité de combustible s'échappant jusqu'à ce que le système de commande réponde puisse être nettement réduite par rapport à la configuration de l'invention dans laquelle on utilise des thermocouples traditionnels. En outre, on propose que le module de commande soit concu pour régler le fonctionnement du brûleur en fonction des signaux de capteur de l'élément capteur de température. Par réglage, on désigne dans ce contexte un fonctionnement avec un circuit de réglage fermé, dans lequel les éléments capteurs de température peuvent produire la rétroaction qui y est nécessaire. Par exemple, dans un état de fonctionnement, on peut opérer un réglage qui garantit une température de brûleur constante ou une température constante de la surface de la matrice. Si une multitude d'éléments capteurs de température sont répartis sur la surface de la matrice, les différences entre les signaux capteurs de température peuvent être utilisées en plus pour homogénéiser la flamme sur la surface de la matrice ou bien homogénéiser la température du brûleur. A cet effet, l'apport en combustible aux différentes zones de la surface de combustion de la matrice peut être réglable de manière sélective. En outre, on propose que le module de commande soit conçu de manière à réduire l'apport en combustible du brûleur quand un signal capteur détecté par l'élément capteur de température excède une valeur critique. Ainsi, on peut réaliser une protection contre la surchauffe de manière simple et on peut éviter que des dommages ne soient causés à une surface de matrice sensible dans certaines circonstances. En variante, il peut se déclencher un arrêt d'urgence par exemple, quand les températures détectées par les éléments capteurs de température sont en dessous d'une valeur critique qui ne permet pas de supporter une combustion pauvre en substances nocives par exemple. De plus, l'invention concerne un procédé pour l'actionnement d'un 25 brûleur avec une tête de brûleur qui comprend une surface de matrice avec une matrice d'orifices pour les gaz de combustion. On propose de détecter une grandeur caractéristique pour une température de la tête de brûleur dans la zone de la surface de la 30 matrice par l'intermédiaire d'au moins un élément capteur de température disposé dans la zone de la surface de la matrice et de l'utiliser pour l'actionnement du brûleur. Le procédé selon l'invention permet un fonctionnement très contrôlé du brûleur et on peut éviter de recourir à des dispositifs de surveillance supplémentaires, par exemple des électrodes d'ionisation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention résultent de la description suivante des figures. La description des figures concerne un exemple de mode de réalisation de l'invention et contient - comme l'introduction de la description précédente, les revendications et les figures - de nombreuses caractéristiques en combinaison, que l'homme du métier considérera bien entendu aussi individuellement et rassemblera en d'autres combinaisons intéressantes. Les figures montrent : Fig. 1 un brûleur avec une tête de brûleur, qui comprend une surface de matrice avec une matrice d'orifices pour les gaz de combustion, Fig. 2 un extrait d'un treillis de fils formant la surface de la matrice d'après une première configuration de l'invention, et Fig. 3 un extrait d'un treillis de fils formant une surface de la matrice d'après une deuxième configuration de l'invention. Fig. 1 montre un brûleur avec une tête de brûleur 10, qui comprend une surface de matrice 12 avec une matrice d'orifices pour les gaz de combustion 14 (Fig. 2). Le brûleur est commandé par un module de commande 18 qui fait marcher un module de transport du combustible 16. Le module de transport du combustible 16 transporte du combustible gazeux dans un espace délimité par la surface de la matrice, dans lequel il se forme ainsi une légère surpression. Le combustible gazeux s'échappe par les orifices pour les gaz de combustion 14 de la surface de la matrice 12 et s'allume sur un front de flammes dans l'espace extérieur en dehors de la tète de brûleur 10 entourée par la surface de la matrice. Le combustible traversant la surface de la matrice 12 est mélangé au préalable avec de l'oxygène ou de l'air contenant de l'oxygène et la surface de la matrice 12 empêche, grâce aux gradients de vitesse de flux élevés qui se forment sur les bords des orifices pour les gaz de combustion 14, une propagation de la flamme dans l'espace intérieur. La figure 2 montre un extrait de la surface de la matrice conçue sous la forme d'un treillis de fils d'après une première configuration de l'invention. Le treillis de fils est constitué de fils de nickel, dans lesquels a été entrelacé un fil de nickel chrome (NiCr) 20 par exemple. Grâce au contact du fil de nickel chrome 20 avec les fils de nickel du treillis de fils 14, il apparaît un élément capteur de température prenant la forme d'un thermocouple, puisqu'une tension thermoélectrique est produite aux points de contact entre les fils du fait d'une différence entre la température au centre de la surface de la matrice et la suspension des fils et du fait de l'effet Seebeck. Les fils qui se croisent sont brasés ou soudés aux points de contact si bien que ces points de contact forment respectivement un élément capteur de température 22 prenant la forme d'un thermocouple. Dans l'exemple de mode de réalisation représenté sur la figure 2, le fil de nickel chrome 20 est soudé à chaque point de croisement avec le treillis de fils ou relié d'une autre manière afin qu'il apparaisse une série de thermocouples 22 disposés en ligne droite. Le fil de nickel chrome 20 et les fils de nickel du treillis de fils de la surface de la matrice 14 sont respectivement reliés au module de commande 18, qui peut lire et évaluer les tensions thermiques produites, par le biais d'un transformateur analogique - numérique 24 avec amplificateur intégré. La figure 3 montre une variante d'exemple de mode de réalisation de l'invention dans lequel des fils de nickel chrome 20 sont entrelacés individuellement dans le treillis de fils formant la surface de la matrice 12 dans une première direction, alors que, dans une deuxième direction et à intervalles réguliers, ce sont des fils de nickel 26 qui sont entrelacés. Dans l'exemple de mode de réalisation représenté sur la figure 3, il y a dans la première direction, tous les trois fils, un fil de nickel chrome 20 et dans la deuxième direction partant d'en haut à gauche jusqu'en bas à droite, tous les cinq fils, un fil de nickel 26. Les fils de nickel chrome 20 et les fils de nickel 26 sont respectivement reliés ensemble aux points de croisement, si bien que, sur ces points de croisement, les fils qui se croisent forment respectivement un thermocouple 22. Il en résulte une multitude d'éléments capteurs de température 22 répartis régulièrement sur la surface de la matrice. Le module de commande est configuré de manière à caler, dans au moins un état de fonctionnement, une température moyenne de la surface de la matrice 12 de la tête de brûleur 10 sur une valeur prédéterminée constante. Le module de commande 18 utilise ici comme grandeur de réglage la quantité de combustible transportée par le module de transport de combustible 16. Les éléments capteurs de température 22 sont montés de manière à provoquer une rétroaction négative. Même si la surveillance de la flamme de la tête de brûleur 10 pourrait être en principe opérée par des électrodes d'ionisation séparées, non représentées ici explicitement, qui utilisent l'action de redressage de la flamme pour la surveillance de la flamme, dans une configuration particulièrement avantageuse du procédé d'actionnement du brûleur selon l'invention, la surveillance de la flamme se fait à l'aide des capteurs de température 22. Le module de commande 18 reconnaît à la chute des températures détectées par les éléments capteurs de température 22 l'extinction de la flamme et induit un arrêt d'urgence pour empêcher une fuite incontrôlée de gaz, qui ne sera pas brûlé par la suite. Grâce à la configuration selon l'invention des thermocouples sous la forme de fils 20, 26, qui se croisent et sont entrelacés dans le treillis de fils de la surface de la matrice 12, les thermocouples 22 ont une masse particulièrement faible et réagissent particulièrement rapidement. Dans une autre variante de configuration de l'invention, il serait envisageable qu'un fil constitué d'un premier métal, qui va dans une première direction, croise plusieurs fils constitués d'un deuxième métal, qui vont dans une deuxième direction, et ne soit raccordé de manière électriquement conductrice que par un ou par une partie des fils constitués du deuxième métal, alors qu'il serait isolé vis-à-vis d'une autre partie des fils constitués du deuxième métal. On peut ainsi obtenir une mesure de la température ponctuelle et localisée. Revendications1. 15 2. 20 3. 4. 25 5. 30 Dispositif avec une tète de brûleur (10), qui comprend une surface de matrice (12) avec une matrice d'orifices pour les gaz de combustion (14), et avec un module de commande (18) pour la commande d'un brûleur comprenant la tête de brûleur (10), caractérisé en ce que la tête de brûleur (10) comprend au moins un élément capteur de température (22) disposé dans la zone de la surface de la matrice (12) et que le module de commande (18) est conçu de manière à actionner le brûleur en fonction des signaux de capteur de l'élément capteur de température (22). Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de la matrice (12) est conçue sous la forme d'un treillis de fils. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément capteur de température (22) est conçu sous la forme d'un thermocouple. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le thermocouple (22) est formé par un contact entre deux fils qui se croisent (20, 26) du treillis de fils constitués de différentes matières. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les fils qui se croisent (20, 26) sont brasés ou soudés. 6. 5 7 10 8. 9 10. 11.30Dispositif selon l'une des revendications précédentes, notamment selon la revendication 4, caractérisé par une multitude d'éléments capteurs de température (22) répartis régulièrement sur la surface de la matrice (12). Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins une partie des fils (20) allant dans une première direction dans le treillis de fils est formée en un autre métal qu'au moins une partie des fils (26) allant dans une deuxième direction dans le treillis de fils. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'au moins une partie des fils (20) allant dans une des directions est constituée de CrNi. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de commande (18) est conçu de manière à utiliser les signaux de capteur du au moins un élément capteur de température (22) pour la surveillance d'une flamme du brûleur. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de commande (18) est conçu de manière à régler le fonctionnement du brûleur en fonction des signaux de capteur de l'élément capteur de température (22). Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de commande (18) est conçu de manière à réduire l'apport en combustible du brûleur, quand un signal de capteur détecté par l'élément capteur de température (22) excède une valeur critique. 12. Procédé pour l'actionnement d'un brûleur avec une tête de brûleur, qui comprend une surface de matrice avec une matrice d'orifices pour les gaz de combustion, caractérisé en ce qu'une grandeur caractéristique pour une température de la tête de brûleur est détectée dans la zone de la surface de la matrice par l'intermédiaire d'au moins un élément capteur de température disposé dans la zone de la surface de la matrice et est utilisée pour actionner le brûleur. 13. Dispositif avec une tête de brûleur (10), qui comprend une surface de matrice (12) avec une matrice d'orifices pour les gaz de combustion (14), et avec un module de commande (18) pour la commande d'un brûleur comprenant la tête de brûleur (10), dans lequel la tête de brûleur (10) comprend au moins un élément capteur de température (22) disposé dans la zone de la surface de la matrice (12) et le module de commande (18) est conçu de manière à actionner le brûleur en fonction des signaux de capteur de l'élément capteur de température (22) et dans lequel la surface de la matrice (12) se présente sous la forme d'un treillis de fils. 14. Dispositif avec une tête de brûleur (10), qui comprend une surface de matrice (12) se présentant sous la forme d'un treillis de fils avec une matrice d'orifices pour les gaz de combustion (14), et avec un module de commande (18) pour la commande d'un brûleur comprenant la tête de brûleur (10), dans lequel la tête de brûleur (10) comprend au moins un élément capteur de température (22) disposé dans la zone de la surface de la matrice (12) et le module de commande (18) est conçu de manière à actionner le brûleur en fonction des signaux du thermocouple (22), le thermocouple (22) étantformé gràce à un contact entre deux fils qui se croisent (20, 26) du treillis constitués en différentes matières.