Brevet FR3055043A1 — publié le 20180216

DISPOSITIF AUTOMATIQUE DE PRE MELANGE GAZ COMBUSTIBLE / GAZ COMBURANT, NOTAMMENT POUR CHAUDIERE A GAZ, INSTALLATION INTEGRANT CE DISPOSITIF La présente invention vise un dispositif automatique de pré mélange d'un gaz combustible tel que butane, propane ou gaz de ville avec un gaz comburant tel que de l'air. L'invention couvre également l'installation intégrant ledit dispositif. Dans les agencements existants, notamment dans le cas des chaudières à condensation, le pilotage est réalisé à partir du débit d'air. Ainsi, le débit d'air traverse un venturi et l'effet de dépression engendré par la circulation de l'air à travers ce venturi pilote une vanne de gaz modulante à ratio air/gaz, de type connu. De tels dispositifs pilotés par le débit d'air sont simples à piloter mais le mélange peut s'avérer moins performant et la consommation est d'autant plus élevée. A part ces dispositifs, il existe également des dispositifs de pré mélange, notamment le dispositif de la demande de brevet français FR 2 981 863 qui décrit un dispositif de régulation d'un flux gazeux, visant à répondre à un tel besoin d'alimentation de chaudières à condensation par exemple. De tels dispositifs sont performants et conduisent à des combustions de qualité et donc à des consommations moindres. Un tel dispositif comprend une première alimentation en un gaz comburant, de l'air et une seconde alimentation en un gaz combustible, du gaz de ville, butane ou propane notamment. Un actionneur linéaire assure le déplacement d'une tige de commande sur laquelle sont disposées les deux vannes de commande des première et seconde alimentations. Les déplacements des deux vannes sont ainsi liés et si ce système donne totalement satisfaction, il n'en demeure pas moins qu'il faut utiliser une électronique spécifique pour piloter l'actionneur linéaire de régulation qui agit sur les deux vannes, simultanément. Le but de la présente invention est de proposer un dispositif qui utilise une première et une seconde alimentations, respectivement en gaz comburant et en gaz combustible avec un pilotage d'une vanne gaz à ratio air/gaz, basé sur le débit de gaz comburant, lui-même lié à la demande de calories et donc à la puissance à fournir en sortie de brûleur de la chaudière. Le dispositif automatique de pré mélange de gaz comburant/gaz combustible selon la présente invention recourt à un agencement dans lequel les deux alimentations sont indépendantes avec un actionnement lié. 3055043 2 Le dispositif automatique de pré mélange de gaz comburant/gaz combustible selon la présente invention est maintenant décrit en détail suivant un mode de réalisation particulier et ses variantes, tous non limitatifs, ceci en regard des dessins annexés, dessins sur lesquels les différentes figures représentent : 5 Figures 1A et 1B : une vue schématique du dispositif automatique de pré mélange selon la présente invention, fonctionnant par gravité, en position fermée et en position ouverte respectivement, Figure 2 : une variante du dispositif automatique de pré mélange de la figure 1, fonctionnant par moyens de rappel, 10 Figure 3 : une vue du dispositif automatique de pré mélange selon la figure 1 avec un actionneur linéaire limiteur, Figure 4 : une vue schématique d'une installation complète intégrant un dispositif automatique de pré mélange tel que représenté sur la figure 1, ventilateur en position amont, 15 Figure 5 : une vue schématique d'une installation complète intégrant un dispositif automatique de pré mélange tel que représenté sur la figure 1, ventilateur en position aval, et Figure 6 : une vue réaliste, en perspective et transparence, du dispositif automatique de pré mélange selon la présente invention. 20 Le dispositif automatique de pré mélange selon la présente invention est décrit en regard de la figure 1. Un carter 10 reçoit, en partie inférieure une première alimentation 12 en gaz comburant, en partie supérieure une seconde alimentation 14 en gaz combustible. Il comprend en son centre une chambre 16 de pré mélange et une sortie 18 du pré mélange. 25 La première alimentation 12 est un tube 12-2 piqué sur le carter 10 et muni d'un clapet 12-1 interposé sur ladite alimentation. Cette alimentation dans ce mode de réalisation est orientée verticalement et débouche dans la chambre 16 de pré mélange. Le clapet 12-1 vient en appui étanche sur un siège 12-3, supporté à partir de la paroi intérieure du tube 12-2 et il est muni d'une queue 12-4 de guidage introduite dans une bague 12-5, fixe, solidaire également de la paroi dudit tube. 3055043 3 Le siège/clapet forme un ensemble et il est, dans le mode de réalisation représenté, rapporté par vissage dans le piquage de la première alimentation. De façon avantageuse, le clapet 12-1 est en forme de tronc de cône et sa périphérie coopère avec le siège 12-3. 5 Dans la position représentée, le clapet 12-1 est en position fermée du fait de la gravité sur la figure 1A. Sur cette même figure 1A, on a représenté la seconde alimentation 14 qui est constituée d'un tube 14-2 piqué sur le carter 10. Ce tube 14-2 est orienté de façon coaxiale avec le tube 12-2 du premier piquage, suivant un axe XX', perpendiculaire à l'axe de la sortie 18 du pré mélange. 10 Les deux alimentations de gaz comburant et combustible sont en vis-à-vis et assurent un mélange intime des gaz pour former un pré mélange homogène avant de suivre la sortie 18 du pré mélange. Ce tube comprend à son extrémité un clapet 14-1 qui coopère avec un siège 14-3, ménagé à l'extrémité inférieure du tube 14-2, ce clapet 14-1 étant disposé en aval de l'entrée d'air. 15 Le clapet 14-1 est de forme conique et vient en appui étanche sur le siège en laissant une partie en saillie côté intérieur du tube 14-2 et une partie en saillie côté extérieur, c'est-à-dire dans la chambre 16 de pré-mélange. Ce clapet 14-1 comprend lui-même, en partie supérieure une queue 14-4 de guidage mobile en translation dans une bague 14-5 de guidage, borgne, formant butée, étanche et solidaire 20 du piquage. Ainsi, le poids du clapet 14-1 tient ledit clapet fermé, par gravité. Ce clapet 14-1 comprend en outre en partie inférieure un doigt 14-6 d'une longueur telle que l'extrémité du doigt vienne à proximité de la surface du clapet 12-1 de la première alimentation, ce doigt venant de façon centrée en regard dudit clapet puisque les deux clapets 25 sont coaxiaux. De façon exemplifiante, selon un mode de réalisation, un espace e sépare l'extrémité du doigt et la surface du clapet. Il est aussi possible de prévoir un doigt 14-6 comprenant des moyens de réglage en longueur, ceci pour faire varier la distance e par rapport au clapet 12-1 qui le porte, par exemple par un doigt comportant une tige filetée vissant dans un taraudage 30 ménagé dans ledit clapet. Le tube 14-2 reçoit perpendiculairement, un piquage 14-7 d'alimentation en gaz combustible. Le fonctionnement de cet agencement est également décrit en regard de la figure 18. 3055043 4 On constate que, si du gaz comburant est admis à travers la première alimentation 12, cette admission, si elle est suffisamment puissante en regard du poids propre du clapet 12-1, soulève ledit clapet 12-1 en laissant entrer du gaz comburant dans la chambre 16 de pré mélange. 5 Simultanément, l'espace e est effacé et l'extrémité inférieure du doigt 14-6 vient en contact avec le dessus du clapet 12-1. Le clapet 12-1 poursuivant son déplacement vers le haut provoque le déplacement du clapet 14-1, autorisant l'introduction du gaz combustible dans la chambre de pré mélange 16. On se trouve alors dans la position représentée sur la figure 1B. 10 Le pré-mélange est alors obtenu dans la chambre 16, avec un ratio donné, proportionnel et lié au déplacement du clapet 12-1, lié à l'aspiration et donc au débit d'air introduit. Sur la figure 2, on a représenté un agencement identique au précédent, les références étant identiques pour les éléments connus et identiques à ceux des figures 1. Les clapets dans le mode de réalisation des figures 1, utilisent la gravité pour le 15 fonctionnement des clapets, ce qui oblige à une orientation de l'axe XX' dans la direction verticale. De façon à sécuriser le dispositif et/ou à permettre un fonctionnement quelle que soit l'orientation de l'axe XX', il est possible d'interposer de façon complémentaire des moyens de rappel élastique 20 et 22, entre le carter fixe et chacun des clapets, en l'occurrence ces moyens 20 de rappel élastique comprennent chacun un ressort 20-1 et 22-1. Le premier ressort 20-1 vient s'interposer entre l'extrémité du tube 14-2 et le clapet 12-1. Le second ressort 20-2 vient s'interposer entre l'extrémité de la bague 14-5 formant bouchon du tube 14-2 et le clapet 14-1. Les ressorts assurent une pression des clapets correspondants, dans le sens de la fermeture. 25 Ces deux modes de réalisation sont considérés comme préférentiels. Dans ces modes de réalisation, le nombre de pièces est réduit, les tolérances coaxiales sont augmentées, ce qui autorise une réalisation du carter en aluminium, voire en matériaux composites. Le clapet 12-1 est indépendant du clapet gaz et peut donc se fermer dans tous les cas, y 30 compris en cas de panne de courant. Ce clapet air a aussi un rôle de clapet anti-retour, dans tous les cas. Le nombre de pièces est réduit ce qui diminue les coûts mais aussi augmente la fiabilité. 3055043 5 Sur la figure 3, le dispositif à clapets gravitaires des figures 1, ou le dispositif à clapets assistés de la figure 2 peuvent être équipés d'un actionneur linéaire 24. Dans ce cas, un tel actionneur linéaire 24 de régulation est piloté électroniquement et assure une maîtrise du déplacement du clapet 14-1 de l'alimentation en gaz combustible, notamment 5 une limitation du déplacement du clapet 14-1 d'alimentation en gaz combustible et donc du clapet 12-1 qui lui est lié en fonctionnement. A l'arrêt le clapet 12-1 est indépendant du clapet 14-1, dans ce mode de réalisation. L'actionneur linéaire dispose d'une tige de manoeuvre 26, actionnée par les moyens moteurs dudit actionneur, non représentés, cette tige de manoeuvre 26 étant liée au clapet 14-1 en 10 lieu et place de la queue 14-4. Selon une variante du dispositif, non représentée, les deux clapets 12-1 et 14-1 peuvent être liés c'est-à-dire que la tige 14-6 du clapet 14-1 est liée au clapet 12-1, par exemple par vissage la tige étant munie d'un pas de vis et le clapet étant muni d'un taraudage. L'extrémité de la tige 14-6 peut aussi être réglée afin d'ajuster la distance entre les deux 15 clapets. Le pilotage est toujours réalisé à partir de l'aspiration en gaz comburant et le clapet de gaz combustible est piloté par le clapet en gaz comburant, limité éventuellement par l'actionneur linéaire. Les deux versions, clapets liés en fonctionnement ou clapets liés mécaniquement sont ainsi 20 possibles. Sur les figures 4 et 5, on retrouve le dispositif selon la présente invention, intégré de façon schématique, à une installation complète d'alimentation d'un brûleur 30 d'une chaudière, elle-même non représentée. Cette installation complète comporte en plus du brûleur 30, une vanne 32 à ratio air/gaz 25 disposée sur le piquage 14-7 d'alimentation en gaz combustible, en amont de l'alimentation. L'installation comporte également un ventilateur 34 de façon à générer un débit d'air, ledit ventilateur étant disposé en aval du dispositif sur le mode de réalisation de la figure 4 et en amont du dispositif sur le mode de réalisation de la figure 5. Dans les deux cas, le ventilateur assure un débit d'air dans le circuit. 30 Dans le mode de réalisation de la figure 4, le ventilateur 34 est en amont de la chambre de pré mélange 16, si bien que seul de l'air passe dans le ventilateur 34 pour être introduit dans 3055043 6 ladite chambre. Le pré mélange est ensuite poussé par le flux généré par ledit ventilateur de la chambre de pré mélange vers le brûleur 30. Dans le mode de réalisation de la figure 5, le ventilateur 34 est en aval de la chambre de pré mélange 16 si bien que du pré mélange est aspiré à travers le ventilateur, ce qui pousse ledit 5 pré mélange vers le brûleur 30. On note que la qualité du pré mélange est fortement améliorée par les alimentations des gaz comburant et combustible en vis-à-vis et le dispositif ainsi que l'installation sont simplifiés. Le pilotage nécessite un automate très simplifié puisque la proportionnalité des clapets liés en fonctionnement ou mécaniquement règle déjà une grande partie des étapes du pilotage. 10 La figure 6 montre une vue en perspective réaliste d'un dispositif selon la présente invention, prêt à être interposé sur une installation complète d'alimentation d'une chaudière. Le dispositif selon la présente invention permet ainsi un pilotage simplifié, surtout dans la version exempte d'actionneur linéaire. REVENDICATIONS1. Dispositif automatique de pré mélange d'un gaz combustible avec un gaz comburant, notamment dans le cas des chaudières à condensation, caractérisé en ce qu'il comprend un carter (10), une première alimentation (12) en gaz comburant, avec un clapet (12-1), une seconde alimentation (14) en gaz combustible, avec un clapet (14-1) muni d'un doigt (14-6), les deux clapets étant coaxiaux suivant un axe XX', ainsi qu'une chambre (16) de pré mélange et une sortie (18) du pré mélange. 2. Dispositif automatique de pré mélange d'un gaz combustible avec un gaz comburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le doigt (14-6) vient en appui sur le clapet (12-1) et se trouve lié en fonctionnement. 3. Dispositif automatique de pré mélange d'un gaz combustible avec un gaz comburant selon la revendication 2, caractérisé en ce que le doigt (14-6) est espacé d'une valeur e du clapet (12-1). 4. Dispositif automatique de pré mélange d'un gaz combustible avec un gaz comburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le doigt (14-6) est lié au clapet (12- 1) et se trouve lié mécaniquement. 5. Dispositif automatique de pré mélange d'un gaz combustible avec un gaz comburant selon la revendication 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que le doigt (14-6) comprend des moyens de réglage en longueur. 6. Dispositif automatique de pré mélange d'un gaz combustible avec un gaz comburant, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le clapet (12-1) de la première alimentation (12) est situé en amont du clapet (14-1) de la seconde alimentation (12). 7. Dispositif automatique de pré mélange d'un gaz combustible avec un gaz comburant, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les clapets (12-1 et 14-1) sont munis de moyens de rappel élastique (20, 22). 8. Dispositif automatique de pré mélange d'un gaz combustible avec un gaz comburant, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un actionneur linéaire (24) de régulation et de maîtrise du déplacement du clapet (14-1) de l'alimentation en gaz combustible. 3055043 8 9. Dispositif automatique de pré mélange d'un gaz combustible avec un gaz comburant, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les clapets comprennent chacun une queue (12-4, 14-4) de guidage dans une bague (12-5, 14-5). 10. Dispositif automatique de pré mélange d'un gaz combustible avec un gaz 5 comburant, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première alimentation (12) comprend un tube (12-2) piqué sur le carter (10) et, perpendiculairement, un piquage (14-7) d'alimentation en gaz combustible. 11. Dispositif automatique de pré mélange d'un gaz combustible avec un gaz comburant, selon la revendication 10, caractérisé en ce que le piquage (14-7) d'alimentation 10 en gaz combustible comprend une vanne (32) de gaz modulante à ratio air/gaz. 12. Dispositif automatique de pré mélange d'un gaz combustible avec un gaz comburant, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe XX' des deux clapets (12-1, 14-1) est perpendiculaire à l'axe de la sortie (18) du pré mélange. 15 13. Installation complète d'alimentation d'un brûleur (30) comprenant un dispositif automatique de pré mélange d'un gaz combustible avec un gaz comburant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un ventilateur (34) disposé en amont ou en aval dudit dispositif