EP0370863B1 - Perfectionnements aux dispositifs pour commander et régler l'alimentation en gaz du brûleur d'une chaudière ou analogue - Google Patents

Perfectionnements aux dispositifs pour commander et régler l'alimentation en gaz du brûleur d'une chaudière ou analogue Download PDF

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EP0370863B1
EP0370863B1 EP89403121A EP89403121A EP0370863B1 EP 0370863 B1 EP0370863 B1 EP 0370863B1 EP 89403121 A EP89403121 A EP 89403121A EP 89403121 A EP89403121 A EP 89403121A EP 0370863 B1 EP0370863 B1 EP 0370863B1
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EP
European Patent Office
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valve
air
gas
spring
chamber
Prior art date
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EP89403121A
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German (de)
English (en)
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EP0370863A1 (fr
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Joseph Le Mer
Bernard Martel
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Chaffoteaux et Maury SAS
Original Assignee
Chaffoteaux et Maury SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Chaffoteaux et Maury SAS filed Critical Chaffoteaux et Maury SAS
Priority to AT89403121T priority Critical patent/ATE99401T1/de
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply
    • F23N1/027—Regulating fuel supply conjointly with air supply using mechanical means
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/2496—Self-proportioning or correlating systems
    • Y10T137/2514—Self-proportioning flow systems

Definitions

  • the valve 15 is supported by a sealed annular membrane 17 which is itself tightly connected to the outlet section 12, or more exactly to an appropriate portion, of the casing 13, contiguous to this section 12 which is here materialized by a light lateral hollowed out in a cylindrical wall.
  • the interior of the chamber D is placed in communication with the interior of the inlet section 11 by a pipe 24.
  • the upstream pressure of the air admitted to the device is thus applied in the chamber D and as the transverse surface of the mobile assembly formed by the plate 21 and the membrane 22 is greater than the transverse surface of the well 20, this results on the plate 21 an upward thrust which is exerted in the same direction as the thrust exerted on the valve 15.
  • the spring 9 is not placed inside the room C above, but in a room E outside this room C.
  • Said chamber C is delimited on the side of the spring 9 by a small plate 25 integral with the rod 81 of the leakage valve, plate itself connected by an annular waterproof membrane 26 to the casing 13.
  • the chamber E can be brought to the open air by a passage 27 hollowed out in the wall of the casing 13.
  • This chamber E could be juxtaposed with the chamber D over the entire extent of the wall 21 and the membrane 22, but it is preferable to partially define by these last two elements another chamber F which is separated from the chamber E by a bellows watertight 28 connecting the center of the plate 21, on its face opposite to the chamber D, to an annular bearing of the casing 13.
  • this pressure is made equal to that which prevails in the hearth of the boiler by making its internal volume communicate with the pipe 29 through another connection pipe 30.
  • This spring 31 reinforces the force of the spring 9 tending to apply the plate 21 against the push rod 23, which makes it possible to slightly compensate for the force multiplier effect exerted in the opposite direction by the very existence of the chamber D.
  • the spring 31 could be omitted not being essential for the principle operation of the assembly; however, it improves accuracy and simplifies the optimization of membrane diameters.
  • valve 15 When no air pressure is applied to the inlet 11, the valve 15 is applied against its seat 16 by the relaxation of the springs 9 and 31.
  • the spring 9 is then in its maximum relaxed state corresponding to the closing of the leak valve 8.
  • This gas flow G2 is all the higher the air flow A2 which gave rise to it is itself higher.
  • the dimensions and other characteristics of the device are chosen so that permanently the ratio between these two flows A déb and G2 corresponds to a complete combustion of their mutual mixture at the burner of the boiler.
  • This second gas valve 32 is itself adjusted as a function of the gas leakage passing through the valve 8 in the following manner.
  • the valve 32 is extended downstream, that is to say upwards in the drawing, by a rod 34.
  • this rod 34 passes through a sealed chamber H delimited by two sealed annular membranes 37 and 38 supporting the rod and connecting the latter to the casing, said chamber H being placed in communication with chamber C by a pipe 39.
  • this pipe 39 is connected in Y to the pipe 10 above, and the downstream section of this last pipe, designated by the reference 101, opens in the section 2 at a point P located between the two seats 4 and 33.
  • the gas outlet of the device arranged downstream of the valve 32, is designated by the reference 40.
  • the pressure which reigns in the chamber H and which opposes the force of the spring 35 is all the lower - and therefore, the pressure exerted on the second gas valve 32 in the direction of the closure is all the higher - as the leakage through the valve 8 is itself lower.
  • the chamber J which is formed around the spring 35 is here vented through a passage 41 hollowed out in the wall of the casing 13.
  • This room J like the room E above, could be used to impose on the device another control or corrective than those already explained above.
  • the entire rigid casing of the device can be constituted, as shown in the drawing, by stacking a number of cups of revolution around the X axis applied axially against each other with crushing of peripheral beads of membranes (17, 22, 26, 6, 37, 38) or an O-ring (42).
  • Figure 2 relates to a preferred embodiment of a hot water central heating installation equipped with an adjustment device of the kind described above.
  • FIG. 2 shows a certain number of the elements previously described, which are assigned here the same references as previously.
  • the circuit in which the water heated by the burner U circulates is a continuous circuit designated by the reference 43 which passes through heating radiators 44 and is equipped with a circulation pump 45 continuously rotating and an aquastat 46 suitable for constantly reading the water temperature at a given point.
  • the arrow Z symbolizes the control of the fan V control to the temperature detected by the aquastat 46, or more precisely the difference between a predetermined set temperature, generally adjustable at will and said detected temperature.
  • This enslavement can lead to a series of cycles each comprising the complete provisional shutdown of the burner and its automatic re-ignition using an igniter not shown.
  • Reference 47 designates a safety valve mounted on the gas inlet.

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Description

  • L'invention est relative aux dispositifs pour commander et régler l'alimentation en gaz combustible sous pression d'un brûleur à gaz destiné à chauffer l'eau en circulation dans une chaudière de chauffage central à eau chaude ou dans un ensemble analogue tel qu'un chauffe-eau ou un chauffe-bains.
  • Dans un souci de clarté, mais à titre bien entendu non limitatif, ces ensembles seront désignés par le vocable "chaudières" dans ce qui suit.
  • L'invention vise plus particulièrement, parmi les dispositifs de commande et de réglage du genre en question, ceux qui comprennent un conduit pour le gaz sous pression, conduit présentant une entrée, une sortie et un régulateur à contrôle de pression piloté pour le gaz, c'est-à-dire un appareil monté sur la tubulure d'admission du gaz et agencé de façon à régler à une valeur constante la pression du gaz provenant d'une source, tel que le réseau, à pression légèrement variable, appareil comportant un clapet-gaz sollicité contre son siège par un ressort et solidaire d une membrane étanche qui sépare une chambre étanche en deux compartiments, l'un de ces compartiments étant relié directement à la source et comprenant le siège du clapet et l'autre compartiment étant relié d'une part à la source à travers un étranglement calibré, et d'autre part à la sortie de l'appareil à travers une valve de fuite tarée par un ressort.
  • Les chaudières connues équipées de tels régulateurs à contrôle de pression piloté --dits "régulateurs pilotés" dans la suite-- comprennent en outre, monté en aval de ce régulateur, un dispositif de commande actionné par exemple à partir du débit de l'eau à chauffer lui-même.
  • Dans ces chaudières, la plage dans laquelle il est possible de régler les débits gazeux admis au brûleur est relativement étroite, cette plage s'étendant en général sur une gamme de 1 à 3 (en ce sens que le débit maximum de chaque composant gazeux est à peu près trois fois supérieur à son débit minimum), et exceptionnellement de 1 à 5 ou de 1 à 6.
  • C'est ainsi que, pour fixer les idées, les chaudières actuelles peuvent exploiter en général des débits d'air compris entre 10 et 30 m³/h, ce qui correspond à des débits de gaz compris entre 0,75 et 2,5 m³/h et à des puissances calorifiques de l'ordre de 7 à 20 thermies (on rappelle qu'une thermie est égale à 1,16 kW).
  • En d'autres termes, avec une même chaudière connue du genre ci-dessus, il est difficile :
    • d'une part d'engendrer un appoint calorifique de faible puissance ainsi qu'il est souvent requis pour les chaudières de chauffage central fonctionnant en régime de croisière sans recourir à une succession de cycles d'extinction et de réallumage de la chaudière,
    • et d'autre part, d'engendrer une forte puissance calorifique comme il est requis pour élever rapidement la température d'un local ou pour chauffer instantanément l'eau destinée à un usage sanitaire tel que l'alimentation d'une douche ou le remplissage d'une baignoire.
  • L'invention a pour but, surtout, de rendre tels, les dispositifs de commande et de réglage du genre en question, qu'ils permettent d'engendrer des puissances calorifiques comprises dans des plages beaucoup plus étendues que celles antérieurement connues, ces plages pouvant s'étendre dans une gamme de 1 à 20 avec une valeur minimum très faible, et ce, en faisant appel exclusivement à des commandes fluidiques mettant en oeuvre le gaz sous pression et de l'air sous pression, c'est-à-dire en particulier sans faire intervenir d'accessoires sophistiqués tels que capteurs ultra-sensibles et circuits d'asservissement électroniques.
  • La "valeur minimum" très faible de la gamme ci-dessus indiquée correspond notamment à la production de flammèches très petites, à peine visibles à l'oeil nu, ce qui suppose bien entendu le recours à des ajutages de gaz de très faible section : une telle valeur minimum très faible peut, par exemple, correspondre à un débit d'air de l'ordre de 3 m³/h seulement et corrélativement à un débit de gaz de l'ordre de 0,25 m³/h.
  • A cet effet, les dispositifs de commande et réglage du genre en question selon l'invention comprennent encore un régulateur piloté du genre défini ci-dessus et ils sont essentiellement caractérisés en ce qu'ils comprennent en outre des moyens pour alimenter le brûleur non seulement en gaz sous pression, mais aussi en air sous pression, le débit du gaz étant asservi à celui de l'air de façon telle que la combustion du mélange air-gaz dans le brûleur soit en permanence pratiquement complète, lesdits moyens de réglage comprenant un conduit pour l'air sous pression avec une entrée, une sortie et un clapet-air intermédiaire et étant agencés de façon à asservir au débit de l'air traversant ledit conduit d'air l'ouverture de la valve de fuite du régulateur piloté, ouverture qui varie dans le même sens que ledit débit d'air, et des moyens pour appliquer sur le courant du gaz sortant du régulateur piloté une légère contre-pression fonction de la pression qui règne en aval de la valve de fuite, contre-pression qui varie en sens inverse de ladite pression.
  • On rappelle ici qu'une alimentation double d'un brûleur en air sous pression et en gaz sous pression a déjà été proposée, avec un certain degré d'asservissement du débit du gaz à celui de l'air. Mais cet asservissement, ne faisant pas appel à une régulation du type à clapet-gaz et valve tarée par un ressort, ne permettait pas d'obtenir une régulation sur une large plage, et en particulier pour les débits et pressions très faibles (voir le document EP-A-0 275 568).
  • Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
    • les moyens de réglage du degré d'ouverture de la valve de fuite tarée comprennent le clapet-air monté de façon à être sollicité à l'ouverture par le courant d'air lui-même, et des moyens pour appliquer les déplacements du clapet-air sur le ressort de tarage de la valve de fuite,
    • le clapet-air est solidaire d'une membrane étanche elle-même raccordée de façon étanche à la sortie d'air, et une chambre étanche dont le volume intérieur communique avec l'entrée d'air est interposée entre ce clapet et le ressort de tarage, ladite chambre étant délimitée en partie par un anneau rigide faisant partie du carter du dispositif, en partie par un soufflet étanche reliant le bord intérieur de l'anneau à la zone centrale du clapet-air et en partie par un plateau rigide raccordé de façon étanche par une membrane flexible au bord extérieur de l'anneau, ledit plateau étant appliqué d'une part, dans le sens correspondant à l'ouverture du clapet, contre le ressort de tarage et d'autre part, dans le sens inverse du précédent, contre le clapet-air par l'intermédiaire d'une tige de poussée traversant librement la chambre et en particulier son soufflet,
    • dans un dispositif de réglage selon l'alinéa précédent, une seconde chambre étanche est formée à l'extérieur du soufflet avec le clapet-air, sa membrane et les portions rigides du carter auxquelles ils sont raccordés, un second soufflet étanche relie le centre du plateau à une portée annulaire rigide du carter entourant le ressort de tarage, une troisième chambre étanche est formée à l'extérieur du second soufflet avec le plateau et sa membrane, et la seconde chambre étanche est mise en communication avec la troisième de façon à pouvoir être mises en communication simultanément avec une zone appropriée de la chaudière, telle que l'intérieur de son corps de chauffe,
    • dans un dispositif selon l'alinéa précédent, un second ressort disposé à l'intérieur de la troisième chambre est interposé entre le plateau et une portée annulaire faisant partie du carter, ce ressort étant un ressort hélicoïdal de compression qui entoure successivement le deuxième soufflet et le ressort de tarage,
    • une chambre étanche qui peut être mise à l'air libre et qui comprend le volume intérieur au second soufflet est formée par ce soufflet, par une membrane étanche solidaire du clapet de fuite et par les portions du carter auxquelles ce soufflet et cette membrane sont raccordés,
    • les moyens pour appliquer une contre-pression sur le courant gazeux de sortie comprennent un deuxième clapet-gaz sollicité par un ressort taré vers l'amont, en direction d'un siège compris par le conduit de gaz en aval du premier clapet-gaz du régulateur piloté et ce deuxième clapet-gaz est solidaire d'une tige elle-même portée par deux membranes étanches qui sont raccordées au carter et qui définissent autour de cette tige une chambre étanche, cette chambre étant mise en communication avec la chambre qui est disposée juste en aval du clapet de fuite de façon que la pression régnant dans cette dernière chambre s'oppose à celle du ressort taré,
    • le circuit dans lequel circule l'eau chauffée par le brûleur alimenté à l'aide d'un dispositif de réglage du genre ci-dessus est équipé d'une pompe faisant circuler cette eau en permanence et l'entrée du conduit d'air du dispositif de réglage est reliée à la sortie d'un ventilateur dont la vitesse de rotation est asservie à la température de ladite eau en un point donné dudit circuit.
  • L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après.
  • Dans ce qui suit, l'on va décrire un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limitative
    • La figure 1, de ce dessin, montre en coupe axiale un dispositif établi selon l'invention pour régler le débit de gaz combustible sous pression qui alimente le brûleur d'une chaudière en fonction du débit d'air sous pression alimentant ce même brûleur.
    • La figure 2 montre très schématiquement une installation de chauffage central équipée d'un tel dispositif.
  • D'une façon connue en soi, le dispositif considéré comprend un régulateur piloté R dont l'entrée 1 est alimentée par un gaz combustible G₁ sous pression légèrement variable provenant d'une source S telle qu'un réseau de ville, ce régulateur étant destiné à délivrer à sa sortie 2 un débit de gaz G₂ sous pression constante.
  • Ce régulateur comprend un clapet-gaz 3 sollicité contre son siège 4 par un ressort 5 et solidaire d'une membrane étanche 6 qui sépare une chambre étanche en deux compartiments A et B, l'un de ces compartiments A étant relié directement à l'entrée 1 et comprenant le siège 4, et l'autre compartiment B étant relié d'une part à l'entrée 1 à travers un étranglement calibré 7 et d'autre part à la sortie 2 à travers successivement une valve de fuite 8 tarée par un ressort 9, une chambre C traversée par la tige du clapet 8₁ de cette valve de fuite et une canalisation 10.
  • Dans les régulateurs pilotés connus jusqu'à ce jour --régulateurs qui sont destinés uniquement à éliminer les faibles variations de pression de la source de gaz-- le ressort 9 est taré une fois pour toutes à l'aide d'une vis de réglage et la commande ainsi que le réglage du débit de gaz alimentant le brûleur sont assurés par des moyens complémentaires qui sont notamment asservis à la circulation de l'eau à chauffer.
  • Dans le cas présent, on applique sur le ressort 9 un effort qui varie dans le même sens qu'un débit d'air sous pression destiné à alimenter le brûleur U.
  • En d'autres termes, la commande et le réglage de l'alimentation du brûleur U en gaz sont ici asservis directement au débit de l'air sous pression destiné à alimenter ce brûleur.
  • Le réglage en question est déterminé automatiquement de façon à donner en permanence au rapport entre les deux débits d'air et de gaz la valeur correspondant à la composition stoechiométrique du mélange, avec un léger excés de l'air, de façon que la combustion soit la plus complète possible.
  • Il suffit alors, pour commander et régler l'alimentation double du brûleur tant en air qu'en gaz, d'agir sur le seul débit de l'air, notamment en modifiant la puissance de soufflage d'un ventilateur V constituant la source de l'air sous pression.
  • A cet effet, on ajoute au régulateur piloté R décrit ci-dessus un boîtier complémentaire T traversé par un conduit pour l'air sous pression destiné à alimenter le brûleur, conduit s'étendant d'une entrée 11 à une sortie 12.
  • Ce conduit est équipé d'un "clapet-air" 14 apte :
    • d'une part à s'adapter automatiquement au débit et à la pression de l'air appliqué sur l'entrée 11,
    • et d'autre part à agir sur la valve de fuite 8, ou plus exactement sur son ressort 9, dans le sens indiqué ci-dessus.
  • La construction du clapet-air 14 doit être telle que celui-ci soit extrêmement sensible aux variations de la pression de l'air appliqué sur l'entrée 11.
  • A cet effet l'on a recours aux deux dispositions suivantes :
    • on constitue ledit clapet par un équipage flottant supporté uniquement par des membranes annulaires souples, ce qui permet de supprimer totalement les joints d'étanchéité coulissants et les guidages mécaniques susceptibles de développer des hystérésis pour les inversions de mouvement,
    • on agence ledit clapet à la façon d'un mécanisme multiplicateur d'effort dans lequel la pression amont de l'air est appliquée non seulement sur le clapet proprement dit, mais aussi sur une autre portée associée audit clapet.
  • Le clapet-air illustré met en oeuvre ces deux dispositions.
  • Il comprend à cet effet un clapet proprement dit 15 constitué par un cône rigide convergeant vers l'amont et propre à coopérer avec un siège annulaire 16 faisant partie du tronçon d'entrée 11 et admettant comme axe l'axe général de révolution X du dispositif : cet axe X est supposé vertical sur le dessin, le tronçon 11 étant alors disposé à la base du dispositif.
  • Le clapet 15 est supporté par une membrane annulaire étanche 17 qui est elle-même raccordée de façon étanche au tronçon de sortie 12, ou plus exactement à une portion appropriée, du carter 13, contiguë à ce tronçon 12 qui est ici matérialisé par une lumière latérale évidée dans une paroi cylindrique.
  • En outre, une chambre déformable étanche D est formée à l'intérieur du carter 13 entre le clapet 15 et le ressort 9.
  • Cette chambre D est délimitée :
    • par un anneau rigide 18 faisant partie du carter 13,
    • par un soufflet étanche et flexible 19 raccordant de façon étanche le bord intérieur de l'anneau 18 au centre du clapet conique 15 par l'intermédiaire d'un puits 20,
    • par un plateau rigide 21 dont la surface transversale est supérieure à celle de l'orifice central de l'anneau 18,
    • et par une membrane annulaire flexible et étanche 22 reliant le bord du plateau 21 et à la périphérie de l'anneau rigide 18.
  • Le plateau 21 est lui-même appliqué:
    • d'une part en direction de l'aval du courant d'air admis dans le tronçon 11, c est-à-dire vers le haut sur le dessin, contre le ressort 9,
    • et d'autre part dans le sens contraire, c'est-à-dire vers l'amont du courant d'air ou vers le bas, contre le clapet 15 lui-même par l'intermédiaire d'une tige de poussée 23 traversant la chambre D et en particulier le soufflet 19 et le puits 20, cette tige 23 étant simplement interposée entre le plateau 21 et le clapet 15 sans être assemblée rigidement à ces pièces.
  • L'intérieur de la chambre D est mis en communication avec l'intérieur du tronçon d'entrée 11 par une conduite 24.
  • La pression amont de l'air admis dans le dispositif est ainsi appliquée dans la chambre D et comme la surface transversale de l'ensemble mobile constitué par le plateau 21 et la membrane 22 est supérieure à la surface transversale du puits 20, il en résulte sur le plateau 21 une poussée ascendante qui s'exerce dans le même sens que la poussée exercée sur le clapet 15.
  • Le ressort 9 n'est pas disposé à l'intérieur de la chambre C ci-dessus, mais dans une chambre E extérieure à cette chambre C.
  • Ladite chambre C est délimitée du coté du ressort 9 par un petit plateau 25 solidaire de la tige 8₁ du clapet de fuite, plateau lui-même raccordé par une membrane annulaire étanche 26 au carter 13.
  • La chambre E, quant à elle, peut être mise à l'air libre par un passage 27 évidé dans la paroi du carter 13.
  • Cette chambre E pourrait être juxtaposée à la chambre D sur toute l'étendue de la paroi 21 et de la membrane 22, mais on préfère délimiter en partie par ces deux derniers éléments une autre chambre F qui est séparée de la chambre E par un soufflet étanche 28 reliant le centre du plateau 21, sur sa face opposée à la chambre D, à une portée annulaire du carter 13.
  • Par ailleurs, l'ensemble des cloisons constituées par le clapet 15, sa membrane périphérique 17, l'anneau rigide 18 et le soufflet 19 délimite une autre chambre étanche G et cette autre chambre G est mise en communication avec la chambre F par une conduite 29, de la sorte les deux chambres F et G sont soumises à la même pression.
  • Dans des modes de réalisation avantageux, on rend cette pression égale à celle qui régne dans le foyer de la chaudière en faisant communiquer son volume intérieur avec la conduite 29 à travers une autre conduite de raccordement 30.
  • On voit encore sur la figure un ressort hélicoïdal de compression 31 disposé autour du soufflet 28 à l'intérieur de la chambre F, ressort interposé axialement entre le plateau 21 et une portée annulaire rigide du carter 13.
  • Ce ressort 31 renforce l'effort du ressort 9 tendant à appliquer le plateau 21 contre la tige de poussée 23, ce qui permet de compenser légèrement l'effet multiplicateur d'effort exercé en sens inverse par l'existence même de la chambre D.
  • Dans une variante, le ressort 31 pourrait être supprimé n'étant pas indispensable au fonctionnement de principe de l'ensemble ; néanmoins, il améliore la précision et simplifie l'optimisation des diamètres de membranes.
  • Le fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus est le suivant.
  • Quand aucune pression d'air n'est appliquée à l'entrée 11, le clapet 15 est appliqué contre son siège 16 par la détente des ressorts 9 et 31.
  • Le ressort 9 se trouve alors en son état détendu maximum correspondant à la fermeture de la valve de fuite 8.
  • Les pressions de gaz qui règnent respectivement dans les deux compartiments A et B sont alors identiques et la détente du ressort 5 applique le clapet-gaz 3 contre son siège 4 : aucun débit de gaz n'est alors délivré sur la sortie 2 vers le brûleur U.
  • Lorsqu'un courant d'air A₁ est appliqué à l'entrée 11, le clapet 15 est écarté de son siège 16, ce qui conduit aux conséquences suivantes :
    • un débit d'air A₂ est délivré par la sortie 12,
    • le ressort 9 de la valve de fuite 8 est comprimé, ce qui ouvre cette valve,
    • un petit débit de gaz est évacué par l'ouverture de cette valve en dehors du compartiment B, ce qui diminue la pression du gaz dans ce compartiment,
    • cette diminution de pression se traduit par l'ouverture du clapet-gaz 3 et donc par la délivrance d'un débit de gaz G₂ sur la sortie 2.
  • Ce débit de gaz G₂ est d'autant plus élevé que le débit d'air A₂ qui lui a donné naissance est lui-même plus élevé.
  • Les cotes et autres caractéristiques du dispositif sont choisies de façon telle qu'en permanence le rapport entre ces deux débits A₂ et G₂ corresponde à une combustion complète de leur mélange mutuel au niveau du brûleur de la chaudière.
  • Il suffit alors, pour commander et régler les deux débits d'air et de gaz alimentant le brûleur U de la chaudière, d'agir sur le ventilateur V qui engendre le courant d'air destiné à cette alimentation : il est inutile en particulier de recourir à des systèmes de détection ou d'asservissement électroniques sophistiqués.
  • Pour que le dispositif puisse fonctionner même avec de très faibles débits de gaz, on a recours en outre à la disposition suivante.
  • On applique sur le courant G₂ de ce gaz une contre-pression réglable à l'aide d'un second clapet-gaz 32 sollicité à contre-courant, c'est-à-dire vers un siège annulaire 33 faisant partie du tronçon de sortie 2 dans le sens contraire à celui de circulation du courant gazeux.
  • La pression exercée sur ce second clapet-gaz 32 est elle-même réglée en fonction de la fuite de gaz traversant le clapet 8 de la façon suivante.
  • Le clapet 32 est prolongé vers l'aval, c'est-à-dire vers le haut sur le dessin, par une tige 34.
  • La pression d'un ressort 35, réglable par une vis de tarage 36 vissée dans le carter 13, est appliquée axialement contre l'extrémité supérieure de la tige 34.
  • En outre, cette tige 34 traverse une chambre étanche H délimitée par deux membranes annulaires étanches 37 et 38 supportant la tige et reliant celle-ci au carter, ladite chambre H étant mise en communication avec la chambre C par une conduite 39.
  • Comme visible sur le dessin, cette conduite 39 est raccordée en Y à la conduite 10 ci-dessus, et le tronçon aval de cette dernière conduite, désigné par la référence 10₁, débouche dans le tronçon 2 en un point P situé entre les deux sièges 4 et 33.
  • La sortie gaz du dispositif, disposée en aval du clapet 32, est désignée par la référence 40.
  • Avec une telle construction, la pression qui règne dans la chambre H et qui s'oppose à l'effort du ressort 35 est d'autant plus faible --et donc, la pression exercée sur le second clapet-gaz 32 dans le sens de la fermeture est d'autant plus élevée-- que la fuite à travers la valve 8 est elle-même plus faible.
  • Par conséquent, pour les débits très faibles du gaz, la section de passage entre le second clapet-gaz 32 et son siège 33 est elle-même très faible et inversement.
  • La chambre J qui est formée autour du ressort 35 est ici mise à l'air libre par un passage 41 évidé dans la paroi du carter 13.
  • Cette chambre J, tout comme la chambre E ci-dessus, pourrait être exploitée pour imposer au dispositif un autre asservissement ou correctif que ceux déjà explicités ci-dessus.
  • L'ensemble du carter rigide du dispositif peut être constitué, comme représenté sur le dessin, par un empilage d'un certain nombre de coupelles de révolution autour de l'axe X appliquées axialement les unes contre les autres avec écrasement de bourrelets périphériques de membranes (17, 22, 26, 6, 37, 38) ou d'un joint d'étanchéité torique (42).
  • La figure 2 est relative à un mode de réalisation préféré d'une installation de chauffage central à eau chaude équipée d'un dispositif de réglage du genre de celui décrit ci-dessus.
  • Cette figure 2 fait apparaître un certain nombre des éléments précédemment décrits, qui sont affectés ici des mêmes références que précédemment.
  • En outre le circuit dans lequel circule l'eau chauffée par le brûleur U est un circuit continu désigné par la référence 43 qui traverse des radiateurs de chauffage 44 et est équipé d'une pompe de circulation 45 tournant en permanence et d'un aquastat 46 propre à relever en permanence la température de l'eau en un point donné.
  • La flèche Z symbolise l'asservissement de la commande du ventilateur V à la température détectée par l'aquastat 46, ou plus précisément à la différence entre une température de consigne prédéterminée, généralement réglable à volonté et ladite température détectée.
  • Cet asservissement peut conduire à une suite de cycles comprenant chacun l'extinction provisoire complète du brûleur et son réallumage automatique à l'aide d'un allumeur non représenté.
  • La référence 47 désigne un robinet de sécurité monté sur l'arrivée du gaz.
  • En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on obtient finalement un dispositif de commande et de réglage de débits gazeux pour l'alimentation du brûleur d'une chaudière dont la constitution et le fonctionnement résultent de ce qui précède.
  • Ce dispositif présente de nombreux avantages par rapport à ceux antérieurement connus et en particulier les suivants :
    • il permet un asservissement extrêmement sensible et fidèle du débit de gaz à celui de l'air, et ce pour une gamme très étendue allant par exemple de 0,25 à 3,75 m³/h pour le gaz et de 3 à 45 m³/h pour l'air, les pressions correspondantes allant de leur coté de 10 à 50 millibars pour le gaz et de 0,2 à 7 millibars pour l'air,
    • le fonctionnement est particulièrement intéressant puisqu'il fait appel exclusivement aux énergies des deux fluides (air et gaz) dont on désire asservir mutuellement les débits,
    • le prix de revient est lui-même modéré du fait qu'il ne fait intervenir aucun système de détection ou d'asservissement électronique sophistiqué,
    • la sécurité du fonctionnement du dispositif est très grande : c'est ainsi que, bien qu'il soit alimenté en permanence par le réseau du gaz de ville, il demeure totalement fermé vis-à-vis de ce gaz tant qu'aucun débit d'air n'est appliqué sur lui,
    • dans le mode de réalisation préféré pour lequel sont prévues deux chambres F et G mises en communication avec le volume intérieur du corps de chauffe de la chaudière, on obtient automatiquement une sécurité supplémentaire en cas de survenance de certaines anomalies telles qu'une obstruction partielle du conduit d'évacuation des fumées ou de l'échangeur : en effet, dans un tel cas, la pression qui règne dans ledit volume augmente, ce qui a tendance à refermer automatiquement le clapet-air en réduisant à la fois les débits d'air et de gaz.

Claims (7)

  1. Dispositif pour commander et régler l'alimentation en gaz combustible sous pression d'un brûleur à gaz destiné à chauffer l'eau en circulation dans une chaudière ou analogue, comprenant un conduit (1,2) pour le gaz sous pression, conduit présentant une entrée (1), une sortie (2) et un régulateur piloté (R) comportant un clapet-gaz (3) sollicité contre son siège (4) par un ressort (5) et solidaire d'une membrane étanche (6) qui sépare une chambre étanche en deux compartiments (A,B), l'un de ces compartiments (A) étant relié directement à l'entrée (1) et comprenant le siège du clapet, et l'autre compartiment (B) étant relié, d'une part, à l'entrée (1) à travers un étranglement calibré (7), et d'autre part, à la sortie (2) à travers une valve de fuite (8) tarée par un ressort (9), caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (11,12,14) pour alimenter le brûleur (U) non seulement en gaz sous pression, mais aussi en air sous pression, le débit du gaz étant asservi à celui de l'air de façon telle que la combustion du mélange air-gaz dans le brûleur soit en permanence pratiquement complète, lesdits moyens d'alimentation comprenant un conduit pour l'air sous pression avec une entrée (11), une sortie (12) et un clapet-air intermédiaire (14) monté de façon à être sollicité à l'ouverture par le courant d'air lui-même et à prendre appui sur le ressort de tarage (9) de la valve de fuite (8) de façon telle que l'ouverture de cette valve varie dans le même sens que le débit de l'air, et des moyens (33,35,39) pour appliquer sur le courant du gaz sortant du clapet-gaz une légère contre-pression fonction de la pression qui règne en aval de la valve de fuite (8), contre-pression qui varie en sens inverse de ladite pression.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet-air (14) est solidaire d'une membrane étanche (17) elle-même raccordée de façon étanche à la sortie d'air (12), et en ce qu'une chambre étanche (D) dont le volume intérieur communique avec l'entrée d'air (11) est interposée entre ce clapet et le ressort de tarage (9), ladite chambre (D) étant délimitée en partie par un anneau rigide (18) faisant partie du carter (13) du dispositif, en partie par un soufflet étanche (19) reliant le bord intérieur de l'anneau à la zone centrale du clapet-air et en partie par un plateau rigide (21) raccordé de façon étanche par une membrane flexible (22) au bord extérieur de l'anneau, ledit plateau étant appliqué, d'une part, dans le sens correspondant à l'ouverture du clapet, contre le ressort de tarage (9) et, d'autre part, dans le sens inverse du précédent, contre le clapet-air par l'intermédiaire d'une tige de poussée (23) traversant librement la chambre et en particulier son soufflet.
  3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une seconde chambre étanche (G) est formée à l'extérieur du soufflet (19) avec le clapet-air (14), sa membrane (17) et les portions rigides du carter (13) auxquelles ils sont raccordés, en ce qu'un second soufflet étanche (28) relie le centre du plateau (21) à une porte annulaire rigide du carter entourant le ressort de tarage (9), en ce qu'une troisième chambre étanche (F) est formée à l'extérieur du second soufflet avec le plateau et sa membrane, et en ce que la seconde chambre étanche (G) est mise en communication avec la troisième (F) de façon à pouvoir être mises en communication simultanément avec une zone appropriée de la chaudière, telle que l'intérieur de son corps de chauffe.
  4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un second ressort (31) dispose, à l'intérieur de la troisième chambre (F) est interposé entre le plateau (21) et une portée annulaire faisant partie du carter (13), ce ressort (31) étant un ressort hélicoïdal de compression qui entoure successivement le deuxième soufflet (28) et le ressort de tarage (9).
  5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'une chambre étanche (E) qui peut être mise à l'air libre et qui comprend le volume intérieur au second soufflet (28) est formée par ce soufflet, par une membrane étanche (26) solidaire du clapet de fuite (8₁) et par les portions du carter (13) auxquelles ce soufflet et cette membrane sont raccordés.
  6. Dispositif selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que les moyens pour appliquer une contre-pression sur le courant gazeux de sortie comprennent un deuxième clapet-gaz (32) sollicité par un ressort taré (35) vers l'amont, en direction d'un siège (33) compris par le conduit de gaz en aval du premier clapet-gaz (3) du régulateur piloté et en ce que ce deuxième clapet-gaz est solidaire d'une tige (34) elle-même portée par deux membranes étanches (37, 38) qui sont raccordées au carter (13) et qui définissent autour de cette tige une chambre étanche (4), cette chambre étant mise en communication avec la chambre (C) qui est disposée juste en aval du clapet de fuite (8₁) de façon que la pression régnant dans cette dernière chambre s'oppose à celle du ressort taré (35).
  7. Installation équipée d'un dispositif de réglage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le circuit (43) dans lequel circule l'eau chauffée par le brûleur (U) alimenté à l'aide dudit dispositif de réglage est équipé d'une pompe (45) faisant circuler cette eau en permanence et en ce que l'entrée (11) du conduit d'air de ce dispositif de réglage est reliée à la sortie d'un ventilateur (V) dont la vitesse de rotation est asservie à la température de ladite eau en un point donné (46) dudit circuit.
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