Brevet FR2950954A1 — publié le 20110408

BRULEUR A AIR SOUFFLE ET COMBUSTIBLE LIQUIDE AVEC MODULATION DU RATIO COMBURANT / CARBURANT La présente invention concerne un brûleur à air soufflé alimenté par un combustible liquide, notamment du fioul, plus particulièrement destiné à une application en matière de chauffage domestique ou industriel. Un brûleur est appelé à réaliser le mélange d'un comburant, en 10 l'occurrence de l'air, et d'un carburant, pour obtenir la combustion. De manière classique, les brûleurs fioul comportent une turbine qui aspire de l'air extérieur ou comburant pour l'injecter dans un circuit et d'autre part des moyens pour fournir l'alimentation en combustible liquide ou carburant. 15 Ce combustible est alimenté par une pompe qui peut être réglée pour maintenir une certaine pression d'alimentation pour assurer la pulvérisation du combustible. L'alimentation en fioul est contrôlée par une ou plusieurs électrovannes. 20 Pour obtenir une combustion satisfaisante, il est nécessaire d'ajuster au mieux et de conserver le rapport entre le débit d'air alimenté par la turbine (comburant) et la pression du fioul fourni par la pompe (carburant). 25 Dans les brûleurs de type connu, la turbine qui fournit le comburant est actionnée par un moteur à vitesse de rotation constante de 2800 tours/minute et le débit d'air est réglé par un volet qui crée une perte de charge dans le circuit aéraulique. La pompe qui assure l'alimentation en fioul est également entraînée par un moteur qui tourne à une vitesse 30 constante de 2800 tours/minute, qui peut être le même que le précédent. Des moyens de régulation mécaniques, tels que des vannes et régulateur de pression, permettent d'ajuster le débit. Jusqu'à présent, le ratio entre la pression de fioul et le débit d'air était 35 ajusté au moment de l'installation du brûleur, pour fixer la puissance de l'installation de chauffage. A l'usage, des problèmes de combustion pouvaient survenir, par exemple à la suite de pertes de charge résultant d'une variation de régime de la turbine, d'une chute de la pression délivrée par la pompe, d'un encrassement de la chaudière ou de la variation des conditions atmosphériques. Le dérèglement du rapport air/fioul en cours de fonctionnement a pour conséquence une instabilité de la combustion, et des effets secondaires non négligeables en matière de bruit, de consommation, de rendement et 10 d'encrassement. Pour maintenir constant le rapport entre le débit d'air et la pression en combustible tout en faisant varier la puissance du brûleur, diverses solutions ont été proposées. Certaines solutions sont purement 15 mécaniques. Il existe ainsi des dispositifs qui permettent d'augmenter ou de réduire la section des circuits d'alimentation en comburant et en carburant. au moyen de bagues ou de vannes, comme par exemple dans le document FR 2 722 705. 20 Ces dispositifs ne sont pas pleinement satisfaisants car ils ne permettent. pas une modulation immédiate des paramètres en fonction des besoins et ils sont relativement encombrants et onéreux. II existe également des dispositifs dans lesquels la modulation est obtenue 25 au moyen de capteurs qui permettent d'ajuster une valve qui agira sur la pression, la mesure d'une variation dans la pression du fioul induisant alors un ajustement du débit d'air fourni. Un exemple de ce type est décrit dans le document JP 419 86 14. Cette modalité n'est pas pleinement satisfaisante, dans la mesure où elle consiste en fait à ajuster l'air apportée 30 par la turbine en cas de variation de la pression de fioul mesurée par le capteur présent dans le système, ce qui suppose donc que soient prédéfinies et préréglées des valeurs de pression qui sont considérées comme optimales en vue de la combustion recherchée. Le carburant et le comburant ne sont pas asservi, il n'est donc pas possible de moduler l'air et 35 le fioul indépendamment l'un de l'autre. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus, en proposant un brûleur dans lequel la pompe d'alimentation en fioul et la turbine comportent un entraînement commun, couplé à des moyens de modulation de l'alimentation en air et en fioul. Plus particulièrement, l'invention est caractérisée en ce que la pompe et la turbine sont montées sur le même arbre moteur, la pression fioul délivrée étant mesurée en temps réel et au besoin ajustée. Une commande électronique associée permet ensuite de moduler la vitesse de rotation du 10 ventilateur de la turbine et d'adapter le ratio carburant / comburant en fonction de l'information de pression mesurée. L'invention sera mieux comprise au travers de la description donnée ci-après d'un mode de mise en oeuvre, exposé à titre d'exemple non limitatif, 15 et en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est un schéma d'ensemble d'un brûleur selon l'invention, et - la figure 2 est un schéma de principe du brûleur selon la présente 20 invention. La figure 1 représente le brûleur selon l'invention, sans que ne soit représenté son environnement d'implantation, qui peut varier. 25 Le brûleur se compose d'une platine de brûleur (1) qui est reliée à un circuit d'alimentation en carburant par l'intermédiaire d'un conduit (2) muni d'une électrovanne (4) reliée à une pompe (5) qui assure l'alimentation en fioul sous pression. La pompe (5) est actionnée par un moteur (6), lequel contrôle également les moyens d'alimentation en air. Ces moyens sont 30 constitués par une turbine (7) qui est disposée à l'opposé de la pompe (5) et qui est placée à l'intérieur d'une volute (3). Selon l'invention, la pompe (5) et la turbine (7) ont un entraînement commun. La liaison mécanique qui résulte d'un entraînement commun, 35 permet, d'assurer un rapport constant entre la pression et le débit d'air, et sans qu'il soit nécessaire ultérieurement de mettre en oeuvre des moyens de correction mécaniques. Dans l'exemple de mise en oeuvre représenté, la pompe (5) et la turbine (7) sont montées toutes les deux sur l'arbre moteur (8) du moteur (6). L'arbre (8) entraîne donc à la fois la pompe (5) qui alimente le brûleur en carburant et la turbine (7) qui fournit le débit d'air nécessaire à la combustion. La vitesse de rotation d'un moteur de turbine est, dans le cas d'un brûleur classique tel que décrit, de l'ordre de 2800 tours/minutes. Une perte de vitesse du moteur provoque une diminution de la pression fioul au niveau de la pompe. Cette variation de la pression n'est ni constante, ni 10 proportionnelle à la perte de vitesse du moteur, et influence négativement le ratio air/fioul, avec pour conséquence une mauvaise combustion. Pour remédier à ce problème, le principe proposé par l'invention consiste à faire varier la pression fioul, c'est-à-dire le débit en carburant, 15 indépendamment de la vitesse de rotation de la turbine, c'est-à-dire le débit en comburant, en utilisant un entraînement mécanique commun, ce qui permet donc de modifier le débit d'air sans modifier la pression fioul. Le brûleur selon l'invention associe à l'entraînement commun à la pompe 20 fioul et au moteur de ventilation, des moyens de modulation de la pression, prévus pour maintenir le régime de la pompe à partir d'un certain seuil de vitesse de rotation du moteur. Ce seuil de déclenchement permet d'assurer l'alimentation en fioul de manière stable. 25 L'asservissement du comburant s'effectue en fonction de l'information de la pression fioul et/ou de la valeur d'oxygène obtenue par l'intermédiaire des moyens de modulation à travers une électronique associée (10). Selon une première variante de mise en oeuvre, les moyens de modulation 30 sont constitués d'au moins un capteur de pression (9) placé à proximité de la pompe. En fonction de l'information délivrée par le capteur (9), la pression fioul sera réajustée si nécessaire, ce qui induira le cas échéant une variation 35 correspondante de la vitesse de rotation, donc du débit d'air, afin d'optimiser la combustion. Selon une deuxième variante de mise en oeuvre de l'invention, la pressi on fioul et le débit d'air seront pilotés au moyen d'au moins une sonde à oxygène (11), en fonction de la teneur en 02 mesurée dans la chambre de combustion ou la cheminée. Selon une troisième forme de réalisation, les moyens de modulation combineront au moins un capteur de pression (9) et au moins une sonde à oxygène (11). 10 Les avantages du brûleur selon l'invention sont multiples. En premier lieu, la modularité des paramètres air / fioul indépendamment l'un de l'autre permet d'optimiser le rendement de la chaudière et l'hygiène de combustion. L'asservissement air / fioul et l'utilisation de capteurs de 15 pression fioul et/ou de sondes à oxygène, permettent de modifier soit la pression fioul, soit la vitesse de la turbine ou les deux afin de compenser les variations du débit d'air, par exemple en cas de changement des conditions climatiques, ou les variations du débit fioul, par exemple en cas gicleur encrassé. Le fait qu'un arbre unique entraîne à la fois la turbine et 20 la pompe améliore la performance acoustique par une diminution du volume sonore lors des phases de mise en marche du brûleur et de fonctionnement ainsi qu'une diminution de la consommation électrique des auxiliaires, puisqu'on utilise qu'un seul moteur électrique. 25 Par ailleurs, la modulation permet de réaliser des cycles de fonctionnement plus long (phase stabilisée) et ainsi d'éviter de nombreuses phases de démarrage (phase transitoire), ce qui à l'avantage de supprimer les pertes de rendement lors des phases de pré-ventilation, et d'éviter les perturbations électromagnétiques lors des phases d'arcquage du brûleur. 30 Cette diminution des phases de démarrage permet aussi de diminuer l'usure des pièces mécaniques et ainsi d'augmenter la durée de vie des composants, de diminuer les imbrûlés et donc d'assurer une combustion plus propre et plus respectueuse de l'environnement. 35 Enfin, cette innovation peut être installée sur des chaudières déjà existantes là où l'encombrement le permet. REVENDICATIONS1. Brûleur à air soufflé alimenté par un combustible liquide, du type comportant une platine de brûleur (1) reliée à un circuit d'alimentation en fioul par l'intermédiaire d'un conduit (2) muni d'une électrovanne (4) reliée à une pompe (5) assurant l'alimentation en fioul sous pression, au moyen d'un moteur modulant (6) et d'une turbine (7) assurant le débit en air, caractérisé en ce que la pompe (5) et la turbine (7) ont un entraînement commun, et sont associés à des moyens de modulation de la pression en fioul agissant sur la vitesse de rotation du moteur. 2. Brûleur suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'entraînement commun de la pompe (5) et de la turbine (7) est réalisé par l'arbre (8) du 15 moteur modulant (6). 3. Brûleur suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de modulation de la pression sont constitués d'au moins un capteur de pression (9) disposé à proximité de la pompe (5). 4. Brûleur suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de modulation sont constitués d'au moins une sonde à oxygène (11) disposée dans la chambre de combustion . 25 5. Brûleur suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de modulation sont constitués d'au moins un capteur de pression (9) et d'au moins une sonde à oxygène (11). 30 6 20 . 35