EP1269080B1 - Dispositif d'agencement d'un thermocouple - Google Patents
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- EP1269080B1 EP1269080B1 EP01919588A EP01919588A EP1269080B1 EP 1269080 B1 EP1269080 B1 EP 1269080B1 EP 01919588 A EP01919588 A EP 01919588A EP 01919588 A EP01919588 A EP 01919588A EP 1269080 B1 EP1269080 B1 EP 1269080B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N5/00—Systems for controlling combustion
- F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
- F23N5/10—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using thermocouples
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
- F23D14/725—Protection against flame failure by using flame detection devices
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2208/00—Control devices associated with burners
- F23D2208/10—Sensing devices
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2209/00—Safety arrangements
- F23D2209/10—Flame flashback
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N2225/00—Measuring
- F23N2225/08—Measuring temperature
- F23N2225/14—Ambient temperature around burners
Definitions
- thermocouple At solenoid level of the safety valve coil. an electromagnetic field sufficient to maintain in the attracted position, against the electromagnet of said coil a movable core carrying the opening-closing valve of the safety valve. If the tip of thermocouple probe cools when heat from the burner stops when it goes out, voluntarily or not, the difference in potential disappears, and therefore also the electromagnetic field, and the valve, recalled by a spring, returns in closed position.
- this safety device by thermocouple is entirely satisfactory in many applications where the configuration of gas combustion devices allows to have the thermocouple of so that only the hot solder of the probe tip is exposed to heat of a flame. This is mainly the case with pilot pilot lights or combustion torches not confined in a temperature raising enclosure.
- thermocouple in which the conductors of a thermocouple are arranged inside the conduit supply so that they are both sheltered from the heat of the burner and ventilated by the fresh feed mixture flow.
- the burner according to this document is devoid of hot security.
- the invention consists of a device for arranging a thermocouple from the inside of the air-gas pipe of a gas burner ensuring both cold safety and hot safety functions, said thermocouple comprising a external conductor ending in a probe tip in a sheath bulb subject to a socket, characterized in that the downstream part of the external conductor of the thermocouple, probe tip side, penetrates inside the mixture inlet pipe air-gas, in that the probe tip at the end of the bulb abuts on the internal surface of the contact area of the perforated wall of a diffusion chamber, and in that the arrangement device comprises a plate fixed transversely to the section of the outlet of the air-gas pipe.
- this temperature inversion is precisely the consequence from a fire socket to the injector, for an internal thermocouple.
- the air-gas mixture igniting in the duct and no longer in the combustion the socket containing the cold junction becomes hotter than the assembly bulb and probe tip containing the hot solder.
- the cut-off electric interrupts the ignition.
- the brevity of this abnormal event does not affect enough the external conductor to seriously damage it and experience shows that there should be around ten successive accidents involving the ignition of the injector, and so that nine maintenance operations of a device were neglected, to have to replace the thermocouple.
- FIG. 3 represents in longitudinal section a third exemplary mode of realization of a thermocouple arrangement according to the invention, in a burner comprising a flat grid called "flame hook" at the outlet of the tube.
- FIG. 4 shows in longitudinal section a fourth example of a mode of realization of a thermocouple arrangement according to the invention, in a duct burner angled air-gas inlet.
- FIG. 2 shows how the guide of introduction and positioning of the thermocouple by a sheath adjacent 18 can be secured as rigorously, thanks to the "channel" effect of inside the tube, immediately upstream of its outlet in the chamber diffusion.
- the device and the means of exposed arrangements allow the use of a conventional thermocouple, by installing of its downstream part, probe tip side, inside the inlet pipe to the burner of the air-gas mixture. Its upstream part, meanwhile, opens to the outside, either at the end air-gas inlet of the bent venturi tube, either by an adjacent sheath joining said tube, whether straight or angled, upstream of its outlet inside the chamber diffusion.
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Description
L'invention concerne les moyens d'installation. par l'intérieur du conduit
d'alimentation en mélange air-gaz d'un brûleur à gaz, d'un thermocouple classique afin de
lui permettre d'assurer à la fois :
- la fonction de "sécurité froide" en cas d'extinction de flamme.
- la fonction de "sécurité chaude" en cas de prise de feu à l'injecteur et ce. sans dispositif supplémentaire,
- une longévité de fonctionnement considérablement accrue grâce au refroidissement permanent par le mélange "frais" air-gaz de ce thermocouple très fortement chauffé au niveau de ses éléments proches de la chambre de combustion.
Le dispositif est particulièrement destiné aux appareils dont la chambre de
combustion fonctionne en confinement à de hautes températures et nécessite néanmoins le
positionnement du thermocouple au niveau de la dite chambre.
Dans l'état actuel de la technique, les thermocouples sont des composants d'un
dispositif de sécurité bien connu se présentant extérieurement sous la forme d'une gaine
métallique appelée conducteur externe se terminant, côté exposé à la chaleur, par une
pointe de sonde dans un bulbe formant fourreau assujetti à une douille, et à l'autre
extrémité par un raccord de connexion électrique à une valve de sécurité.
A l'intérieur du fourreau de bulbe, un segment en métal spécifique différent de
celui du fourreau du bulbe est soudé à son extrémité à la pointe de ce dernier. Cette
soudure est appelée "soudure chaude". Ce segment est prolongé à son autre extrémité par
une autre soudure à un fil conducteur isolé enfermé dans le tube conducteur externe. Cette
seconde soudure est appelée "soudure froide". Enfin, le fil conducteur interne rejoint à la
sortie du tube conducteur, le raccord de connexion à la valve de sécurité. Conducteur
interne et conducteur externe sont ainsi connectés à une bobine électromagnétique à
l'intérieur d'une valve de sécurité. Quand la pointe de sonde du bulbe est soumise à la
chaleur d'un brûleur, la différence de température qui s'établit entre la soudure chaude et la
soudure froide génère un mouvement des électrons et la différence de potentiel créée
engendre un micro-courant continu dont la force électromotrice est en mesure d'induire. au
niveau du solénoïde de la bobine de la valve de sécurité. un champ électromagnétique
suffisant pour maintenir en position attirée, contre l'électro-aimant de ladite bobine un
noyau mobile portant le clapet d'ouverture-fermeture de la valve de sécurité. Si la pointe de
sonde du thermocouple se refroidit quand cesse la production de chaleur par le brûleur
lorsqu'il s'éteint, volontairement ou non, la différence de potentiel disparait, et donc
également le champ électromagnétique, et le clapet, rappelé par un ressort, retourne en
position fermée. Dans l'état actuel de la technique, ce dispositif de sécurité par
thermocouple donne entière satisfaction dans de nombreuses applications où la
configuration des appareils de combustion du gaz permet de disposer le thermocouple de
façon à ce que seule la soudure chaude de la pointe de sonde soit exposée à la chaleur
d'une flamme. C'est principalement le cas des dispositifs de veilleuses pilotes ou de
torches de combustion non confinées dans une enceinte de surélévation de la température.
Et si la température, en pointe de sonde uniquement, ne dépasse pas 600°C, la longévité du
thermocouple reste à l'intérieur des limites d'une durée de vie normale et ne pose pas de
problèmes particuliers sinon d'une maintenance raisonnable lorsque l'usure de la pointe de
sonde exposée à la combustion oxydante d'une flamme nue finit par détruire la soudure
chaude supprimant ainsi la génération de la force électro-motrice recherchée.
La situation ne se présente pas de façon aussi satisfaisante, ou même acceptable
dans d'autres applications, et en particulier de nouvelles, où il n'est pas possible de limiter
l'exposition à la chaleur de la seule pointe de sonde du thermocouple et de contenir, de
plus, cette exposition à la chaleur dans un gradient de température ne dépassant pas, au
maximum, 600 °C. C'est le cas, à titre d'exemple non limitatif, des nouvelles chambres de
combustion d'émetteurs infra-rouges "haute température" en grilles métalliques réfractaires
où la configuration recherchée nécessite l'introduction de la pointe de sonde dans une
chambre de combustion confinée pour atteindre des températures atteignant plus ou moins
950 °C.
Dans ces conditions, non seulement la pointe de sonde du bulbe subit une
température allant au delà de ses propres limites de 600°C pour sa longévité, mais
également la douille à laquelle est fixée ce bulbe est soumise par conduction à une
température non acceptable. C'est à l'intérieur et au niveau de cette douille que se situe la
soudure "froide". Celle-ci portée à trop forte température, affecte la valeur de la différence
de potentiel avec la soudure "chaude". mais surtout, soumet le segment en alliage
spécifique compris entre ces 2 soudures à une destruction inexorable par perte de matière
suivant une géométrie en "pointes de crayon" opposées par le sommet (à l'image
d'électrodes d'arc électrique). cette détérioration allant jusqu'à la rupture définitive du
segment au niveau des 2 pointes opposées.
A cela s'ajoute immédiatement. en amont de la douille, l'attaque du conducteur
externe qui devient poreux et particulièrement sensible à l'oxydation et à l'action corrosive
des gaz brûlés dégagés par la combustion voisine.
Dans ces conditions de température et de proximité. la durée de vie d'un
thermocouple classique est très sensiblement réduite. Les efforts déployés pour rallonger
cette durée de vie consiste essentiellement à retarder ces effets destructeurs:
- renforcement du volume de la soudure chaude.
- traitement de surface par dépôt de nickel sur la douille et sur la partie du conducteur externe proche de la zone chaude. Quoiqu'il en soit. il faut constater que ces efforts d'amélioration ne portent que sur les effets et non sur la cause.
En ce qui concerne les dispositifs de sécurité chaude, en cas de prise de feu à
l'injecteur les dispositifs de coupure électrique connus sont de conception "mécanique",
que cette interruption se fasse par rupture d'un fusible ou par l'ouverture d'un contact
thermostatique. Ces dispositifs constituent évidemment un surcoût, avec de surcroít
l'inconvénient d'un shuntage "pirate" toujours possible par un utilisateur inconscient ou
imprudent.
A l'effet notamment d'illustrer ce qui précède, on connaít le document US
2,710,055 qui se rapporte à un thermocouple placé dans le corps d'un brûleur comprenant
une jonction chaude soumise à la chaleur du brûleur et une jonction froide soumise à la
ventilation due au mélange d'alimentation. De cette façon, la différence de température
entre les deux jonctions est accrue grâce à l'effet du flux frais air-gaz et, lors d'une
extinction de la flamme, les deux jonctions sont forcément refroidies par le mélange
d'alimentation. Un tel brûleur est dépourvu de sécurité chaude.
On connaít également le document GB 1,536,520 qui se rapporte à un brûleur dans
lequel les conducteurs d'un thermocouple sont agencés à l'intérieur du conduit
d'alimentation pour qu'ils soient à la fois abrités de la chaleur du brûleur et ventilés par le
flux frais du mélange d'alimentation. Le brûleur selon ce document est dépourvu de
sécurité chaude.
On connaít en outre le document GB 1,442,745 qui se rapporte à un thermocouple
monté dans un brûleur pour assurer à la fois la fonction de sécurité froide, la jonction
chaude étant soumise à la chaleur de la flamme veilleuse, et de sécurité chaude en cas de
prise de feu interne, la jonction froide étant soumise à la chaleur provoquée par une
combustion interne du brûleur.
La présente invention a donc pour objet :
- de traiter la cause de la détérioration précoce des thermocouples lorsque ceux-ci sont placés par nécessité au sein même d'enceintes de combustion portées à haute température atteignant plus ou moins 950 °C.
- de bénéficier des conséquences induites par les moyens d'agencement mis en oeuvre afin de traiter cette cause de détérioration, pour permettre aussi au thermocouple d'assurer la fonction, de sécurité chaude sans dispositif "mécanique" de coupure électrique.
Et donc d'obtenir globalement avec un thermocouple classique un usage de longue
durée à un coût minimum puisqu'il est utilisé pour assurer à la fois les fonctions de
sécurité froide et chaude sur des appareils à chambre de combustion confinée présentant
l'intérêt de générer de hautes températures. Ces hautes températures sont particulièrement
recherchées pour les émetteurs infra-rouges lumineux afin d'obtenir les longueurs d'ondes
électro-magnétiques comprises entre 1.5 et 4 micromètres.
Plus précisément, l'invention consiste en un dispositif d'agencement d'un
thermocouple par l'intérieur du conduit air-gaz d'un brûleur à gaz assurant à la fois les
fonctions de sécurité froide et de sécurité chaude, ledit thermocouple comportant un
conducteur externe se terminant par une pointe de sonde dans un bulbe formant fourreau
assujetti à une douille, caractérisé en ce que la partie aval du conducteur externe du
thermocouple, côté pointe de sonde, pénètre à l'intérieur du conduit d'arrivée du mélange
air-gaz, en ce que la pointe de sonde en bout de bulbe bute en appui sur la surface interne
de la zone de contact de la paroi ajourée d'une chambre de diffusion, et en ce que le
dispositif d'agencement comprend une plaquette fixée transversalement à la section du
débouché du conduit air-gaz. ladite plaquette présentant une surface de dimension
appropriée pour remplir une fonction d'écran de ralentissement localisé du flux air-gaz au
niveau de la zone de contact avec la surface interne de la chambre de diffusion, la base de
la douille de support du bulbe étant également calée en appui dans la lumière de la
plaquette de guidage et de positionnement. la plaquette étant assujettie soit au débouché du
conduit air-gaz, soit à la base de la chambre de diffusion côté débouché du conduit.
Il convient par une présentation générale, de montrer le principe de fonctionnement
de la présente invention. Le dispositif objet des présents agencements et combinaisons
consiste donc :
- à positionner le thermacouple, en le faisant entrer à l'intérieur du conduit d'arrivée du mélange air-gaz, pour faire déboucher la pointe de sonde. au bout du bulbe à l'intérieur de la chambre de diffusion au centre de la chambre de combustion, ou, s'il n'y a pas de chambre de diffusion, au débouché du conduit d'alimentation dans la chambre de combustion elle-même selon des détails d'agencements qui seront décrits plus loin dans un exemple additionnel avec l'aide de la figure 3,
- à guider le bulbe 4 de l'élément sensible (pointe de sonde) du thermocouple introduit dans le conduit l'alimentation en mélange air-gaz et assurer son positionnement exact. la pointe de sonde venant buter contre la paroi interne de la grille constituant la chambre de diffusion,
- à créer par un déflecteur au débouché du tube côté chambre de diffusion une mini-zone abritée du flux frais et rapide du mélange air-gaz non encore enflammé.
Cette mini-zone. plus calme. contraint une parcelle de la paroi en grille de la
chambre de diffusion à rougir très localement. De l'autre côté de la grille, en effet, le
mélange air-gaz entre en combustion au ras de la grille dans la mini-zone abritée. C'est
précisément à cet endroit même que la pointe de sonde vient buter contre la grille rougie ou
seule donc, l'extrémité de soudure chaude est sollicitée par la chaleur nécessaire et
suffisante pour générer la force électro-motrice recherchée et donc pour obtenir la fonction
de sécurité "froide" grâce à la mini-zone abritée. Les mesures de température, à la pointe
de sonde, se cantonnent autour des 500° C. En amont de la pointe de sonde et du bulbe,
tout le reste du thermocouple se trouvant quant à lui ventilé par le flux frais air-gaz voit sa
température s'établir à un niveau très inférieur à celui de la soudure chaude. cette différence
atteignant plusieurs centaines de degrés centigrades.
Par ailleurs, cette ventilation par le flux neuf et frais le met à l'abri de tout contact
avec les gaz environnants de la combustion voisine, gaz d'autant plus corrosifs qu'ils sont
extrêmement chauds, et en conséquence très dommageables pour le thermocouple quant à
sa longévité. Pour remplir la fonction de sécurité chaude, sans dispositif mécanique
additionnel, en cas de prise de feu à l'injecteur, c'est la chaleur de cette combustion interne
elle-même, dans le conduit air-gaz avant son débouché dans la chambre de diffusion qui
est utilisée. Cette inflammation interne environne alors le conducteur externe du
thermocouple qui parcourt l'intérieur du conduit jusqu'à la douille où se trouve la soudure
froide. La zone de combustion s'étant ainsi déplacée du brûleur dans le conduit, la soudure
froide s'échauffe alors que la soudure chaude se refroidit. La force électromotrice
s'effondre et la mise en sécurité de fermeture du gaz est automatique. Avec les moyens mis
en oeuvre selon l'invention, cette inversion des températures est précisément la conséquence
d'une prise de feu à l'injecteur, pour un thermocouple interne. Dans cette éventualité en
effet, le mélange air-gaz s'enflammant dans le conduit et non plus dans la chambre de
combustion, la douille contenant la soudure froide devient plus chaude que l'ensemble
bulbe et pointe de sonde contenant la soudure chaude. Dans un laps de temps de l'ordre de
15 à 45 secondes, selon les caractéristiques des composants employés, la coupure
électrique interrompt la prise de feu. La brièveté de cet événement anormal n'affecte pas
suffisamment le conducteur externe pour le détériorer sérieusement et l'expérience montre
qu'il faudrait compter une dizaine d'accidents successifs de prise de feu à l'injecteur, et
donc que neuf opérations de maintenance d'un appareil aient été négligées, pour avoir à
remplacer le thermocouple.
Pour la commodité de la description. il convient de décrire, suivant le mode préféré
de réalisation. les cas le plus courant où l'invention peut-être avantageusement utilisée.
C'est particulièrement le cas des brûleurs à gaz émetteurs Infrarouges en haute
température. selon la technique de combustion en chambre confinée. Cela n'exclut pas
d'autres types de brûleurs pour d'autres applications comme cela sera mentionné plus loin.
La figure 1 représente en coupe longitudinale un premier exemple de mode de
réalisation d'un agencement de thermocouple selon l'invention, dans un brûleur à conduit
d'arrivée air-gaz coudée.
La figure 2 représente en coupe longitudinale un deuxième exemple de mode de
réalisation d'un agencement de thermocouple selon l'invention, dans un brûleur à conduit
d'arrivée air-gaz non coudée.
La figure 3 représente en coupe longitudinale un troisième exemple de mode de
réalisation d'un agencement de thermocouple selon l'invention, dans un brûleur
comportant une grille plate dite "accroche flamme" au niveau du débouché du tube.
La figure 4 représente en coupe longitudinale un quatrième exemple de mode de
réalisation d'un agencement de thermocouple selon l'invention, dans un brûleur à conduit
d'arrivée air-gaz coudée.
En regard de la figure 1, la partie concernée du brûleur, objet de la description, est
essentiellement constitué :
- côté amont, d'un conduit d'arrivée du mélange air-gaz, appelé aussi tube venturi 2. Ce
tube venturi comporte à son extrémité d'entrée :
- une prise d'air neuf.
- une valve de sécurité d'arrivée du gaz 8, qui alimente un injecteur de gaz 9 fixé au bout d'un tube porte-injecteur 10. Cet ensemble est de type classique.
- côté aval, à son extrémité de sortie du mélange air-gaz, le tube venturi 2, coudé dans l'exemple décrit, comporte avant son débouché 7 dans la chambre de diffusion 5 une plaquette de positionnement et de guidage 11 de la pointe de sonde 3 en bout du bulbe 4 du thermocouple. Sur cette plaquette de positionnement 11 est ménagée une lumière 12 dans laquelle est engagé le bulbe 4 du thermocouple. Une fois cette plaquette traversée, la pointe de sonde 3 vient buter contre la surface interne 13 de la grille constituant la paroi de la chambre de diffusion 5. Cette solution d'assujettissement de la plaquette à la base du tube d'arrivée du mélange air-gaz est, dans l'exemple présent une solution commode.
Cependant, cette solution n'est pas exclusive. et il peut être avantageux dans
d'autres configurations, de fixer la plaquette, non pas au tube, mais au niveau de la chambre
de diffusion elle même, à sa base de contact avec le tube.
L'essentiel étant que la fonction de guidage, de positionnement du bulbe et de
contact avec la grille de la chambre de diffusion soit assurée. quelque soit le moyen
équivalent.
La plaquette de guidage et de positionnement est orientée en travers du mouvement
longitudinal du flux air-gaz afin que sa surface forme en déflecteur un écran à la vélocité
du flux au débouché du tube venturi. Ainsi se créé une mini-zone de flux plus calme entre
la face non exposée de la plaquette 11 et la portion de surface interne 13 de la paroi de la
chambre de diffusion parce qu'elle est abritée sous la plaquette. Ce flux plus calme,
lorsqu'il s'enflamme sur la face externe de la grille de la chambre de diffusion au niveau de
la mini-zone. s'enflamme au ras de la grille qui présente alors une petite surface de
rougissement localisé du métal de la grille, précisément autour du point de contact de la
pointe de sonde avec la grille. C'est le but recherché pour ne chauffer que l'extrémité de la
soudure chaude de la pointe de sonde sans affecter le reste du thermocouple par les effets
néfastes d'une trop forte température. L'interposition d'une grille entre la pointe de sonde
(soudure chaude) et la flamme de combustion présente entre en outre l'avantage de
protéger cette pointe d'une détérioration favorisée par le caractère oxydant d'une flamme
nue. L'expérience montre l'importance de ce facteur sur la perte de longévité des pointes de
sonde des thermocouples.
Pour compléter la description du moyen de guidage précis du thermocouple, après
son introduction par l'amont du tube venturi pour faire aboutir la pointe de sonde au centre
de la lumière 12 de la plaquette de guidage et de positionnement, il convient de remarquer
que la section tubulaire. concave à l'intérieur, de la partie coudée du tube (convexe à
l'extérieur), convient tout particulièrement au guidage automatique de la pointe de sonde.
Comme la ligne de talweg d'une rigole, il n'y a qu'une ligne de plus grande pente, et une
seule, au fond de la concavité du tube. selon laquelle la pointe de sonde va glisser
obligatoirement vers le centre de la lumière de la plaquette de positionnement, placée à
l'aplomb de cette ligne de glissement.
Dans le cas d'autres configurations d'appareils. en particulier les brûleurs
comportant un tube venturi 2 non coudé, qu'il soit vertical ou oblique, la figure 2 montre
comment le guidage d'introduction et de positionnement du thermocouple par un fourreau
adjacent 18 peut-être assuré de façon aussi rigoureuse, grâce à l'effet de "rigole" de
l'intérieur du tube, immédiatement en amont de son débouché dans la chambre de
diffusion.
Il convient alors d'obturer, comme représenté sur la figure 2, autour du conducteur
externe du thermocouple l'extrémité libre du fourreau adjacent aussi bien pour ne pas
perturber le flux air-gaz qu'empêcher tout retour de flux intempestif par le fourreau.
Il peut s'avérer aussi qu'il soit intéressant d'utiliser un fourreau adjacent 18 de
guidage d'introduction et de positionnement sur un appareil comportant un tube venturi
coudé. La figure 4 illustre cette possibilité, le fourreau adjacent 18 rejoignant le tube 2 à
l'endroit le plus approprié du dit tube, l'essentiel étant :
- de conserver l'effet de "rigole" à l'intérieur du tube. tel que décrit plus haut.
- de permettre à la partie aval du conducteur externe du thermocouple introduite par le fourreau à l'intérieur du tube et donc située au dessus de la douille 14 du thermocouple de bénéficier, sur une longueur suffisante pour son refroidissement. de la ventilation du flux frais air-gaz se dirigeant vers le débouché 7.
Il est à noter que si le fourreau adjacent 18 ne peut être placé pour une raison
quelconque dans le plan longitudinal de symétrie du tube coudé. mais déporté latéralement
selon un plan oblique par rapport au plan longitudinal, la ligne de plus grande pente
formant "rigole" se situe dans ce plan oblique. En conséquence. la plaquette 11 et sa
lumière 12 de guidage du bulbe 4 du thermocouple doivent être disposées dans ce plan
oblique puisque celui-ci contient la ligne de fond de "rigole".
Il convient par ailleurs dans la configuration représentée sur la figure 4 et comme
dans le cas du tube non coudé de la configuration représentée sur la figure 2. d'obturer,
autour du conducteur externe du thermocouple l'extrémité libre du fourreau adjacent 18
par un élément de blocage et d'obturation : au delà de cette extrémité libre du fourreau le
conducteur externe du thermocouple se trouve à l'extérieur du conduit air-gaz et rejoint la
valve de sécurité 8 à laquelle il est classiquement connecté.
La partie "combustion" du brûleur pris en référence de description avec la figure 1
comporte enfin une chambre de combustion 6 dont le volume est délimité :
- par la face externe de la paroi de la chambre de diffusion citée plus haut. et
- par la face interne de l'enceinte extérieure de la dite chambre de combustion. C'est dans cet espace compris entre ces deux parois que se produit l'inflammation et la combustion du mélange air-gaz à haute température. cette dernière pouvant atteindre plus ou moins 950°C. On remarquera donc que le thermocouple se trouve bien, quant à lui, entièrement séparé de cet espace où a lieu la combustion, puisque, même sa pointe de sonde 3 est de l'autre côté de la chambre de diffusion.
Pour étendre l'application selon l'invention à d'autres brûleurs, comme représenté
sur la figure 3, ne comportant normalement pas de chambre de diffusion, conique,
cylindrique ou autre, mais seulement et au mieux une grille plate dite "accroche flamme"
au niveau du débouché 7 du tube 2. il convient de prévoir à ce niveau. suivant le même
principe que celui décrit précédemment, un espace calme et protégé. Cet espace est en fait
une mini-chambre de diffusion 19 en métal réfractaire finement ajouré avec, à son entrée
côté tube, une plaquette 11 avec lumière d'introduction 12 de la pointe de sonde et du
bulbe. Cette plaquette doit être de surface inférieure à la section transversale de la mini-chambre
de diffusion pour laisser le flux frais (donc non enflammé) du mélange air-gaz
remplir par cette entrée le volume intérieur de la dite mini-chambre. On reconstitue ainsi
les conditions de protection de l'extrémité sensible du thermocouple de même que l'on
obtient la ventilation recherchée de la douille et du conducteur externe du thermocouple.
On peut donc employer y compris dans ces autres configurations un thermocouple
de constitution classique et l'agencer comme suit :
dans la présente description de la configuration préférée selon la figure 2, comme dans la configuration représentée figure 4, l'ensemble bulbe-douille du thermocouple se trouve calé. naturellement, par effet de "coin", entre ses deux points d'appui, ce calage étant favorisé par l'oblicité de la paroi conique de la chambre de diffusion 5;
dans d'autres configurations comme par exemple celle d'une chambre de diffusion cylindrique 20, l'effet de "coin" de l'ensemble bulbe-douille contre la grille de la chambre de diffusion est avantageusement obtenu, par exemple par une protubérance cylindro-conique 21 sur la douille 14, à l'aplomb amont de la plaquette de guidage et de positionnement. Cette protubérance 21, qui peut être une bague enfilée en force sur la douille, en prenant appui sur la paroi interne du tube venturi. donne à l'ensemble bulbe-douille l'oblicité qui pourrait lui manquer en raison de la verticalité de la paroi cylindrique de la chambre de diffusion.
- sur le tube venturi :
- une vis de serrage 15 au niveau de l'entrée d'air bloque dans la position adéquate le conducteur externe 16 du thermocouple 1 en le pressant contre le tube injecteur de gaz 10,
- sur le conducteur externe :
- une saillie-repère 17, formant butée. empêche le conducteur de s'engager plus profondément dans le tube. Elle sert aussi de repère de positionnement si cet engagement est au contraire insuffisant. Un moyen intéressant de réalisation de cette saillie-repère 17 consiste à utiliser un segment de gaine thermorétractable présentant l'avantage d'être aisément enfilé dans le thermocouple avant chauffage de rétraction et d'être rigoureusement positionné après ce chauffage. Il va de soi que tous autres moyens donnant un résultat équivalent peuvent être utilisés, particulièrement dans le cas d'autres configurations, l'essentiel étant d'assurer le maintien systématique du thermocouple interne dans la position adéquate d'assujettissement.
Parmi ces autres moyens d'assujettissement et de repère, on peut mentionner ceux
représenté en 22 et 23 sur la figure 2 qui assurent aussi l'obturation de l'extrémité libre du
fourreau adjacent 18, ainsi que celui représenté en 24 et 25 sur la figure 4. Le repère 25 est
alors une saillie fixée sur le conducteur externe du thermocouple, en aval du moyen de
serrage et d'obturation 24, et donc à l'intérieur du fourreau 18. Le blocage du conducteur
externe du thermocouple et le positionnement de la pointe de sonde 3 est assurée lorsque
la vis 24, à travers laquelle passe le conducteur externe du thermocouple est vissée à fond.
En résumé, par la description ci-dessus détaillée, le dispositif et les moyens
d'agencement exposés permettent l'utilisation d'un thermocouple classique, par l'installation
de sa partie aval, côté pointe de sonde, à l'intérieur du conduit d'arrivée au brûleur du
mélange air-gaz. Sa partie amont, quant à elle, débouche à l'extérieur, soit par l'extrémité
d'entrée air-gaz du tube venturi coudé, soit par un fourreau adjacent rejoignant ledit tube,
qu'il soit droit ou coudé, en amont de son débouché à l'intérieur de la chambre de
diffusion.
Ainsi sont assurées à la fois. après connexion du thermocouple à la valve de
sécurité, les fonctions de sécurité froide et de sécurité chaude. dans des brûleurs "hautes
températures" :
- en s'affranchissant de la limite de température au dessus de laquelle la résistance matérielle du thermocouple n'est plus assurée.
- en utilisant, en cas de combustion interne dans le conduit d'arrivée du mélange air-gaz. l'inversion de température entre la soudure chaude et la soudure froide du thermocouple en raison de son échauffement à l'intérieur du conduit où le mélange air-gaz est entré en combustion. Le résultat est l'interruption rapide de cette prise de feu à l'injecteur par effondrement de la force électromotrice ayant pour conséquence finale la fermeture de l'arrivée du gaz à la valve de sécurité.
Claims (6)
- Dispositif d'agencement d'un thermocouple (1) par l'intérieur du conduit air-gaz (2) d'un brûleur à gaz assurant à la fois les fonctions de sécurité froide et de sécurité chaude, ledit thermocouple comportant un conducteur externe se terminant par une pointe de sonde (3) dans un bulbe (4) formant fourreau assujetti à une douille (14), caractérisé en ce que la partie aval du conducteur externe du thennocouple, côté pointe de sonde (3), est apte à pénétrer à l'intérieur du conduit (2) d'arrivée du mélange air-gaz, en ce que la pointe de sonde (3) en bout de bulbe (4) est apte à buter en appui sur la surface interne de la zone de contact (13) de la paroi ajourée d'une chambre de diffusion (5, 19), et en ce que le dispositif d'agencement comprend une plaquette (11) fixée transversalement à la section du débouché (7) du conduit air-gaz (2), ladite plaquette présentant une surface de dimension appropriée pour remplir une fonction d'écran de ralentissement localisé du flux air-gaz au niveau de la zone de contact (13) avec la surface interne de la chambre de diffusion (5, 19), la base de la douille (14) de support du bulbe (4) étant également calée en appui dans la lumière (12) de la plaquette de guidage et de positionnement (11), la plaquette (11) étant assujettie soit au débouché du conduit air-gaz (2), soit à la base de la chambre de diffusion côté débouché (7) du conduit.
- Dispositif selon la Revendication 1, caractérisé en ce que la douille support du bulbe (14) est munie d'une protubérance (21) dont le profil détermine l'inclinaison et le calage adéquat de la pointe de sonde (3) contre la zone de contact (13) de la surface interne de la paroi de la chambre de diffusion (5).
- Dispositif selon la Revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans le cas où le corps du brûleur est organisé autour d'un axe vertical, avec un conduit air-gaz (2) essentiellement vertical côté débouché (7), la partie aval du thennocouple, côté pointe de sonde (3), est apte à pénétrer à l'intérieur du conduit air-gaz (2) en amont du débouché par un fourreau adjacent de guidage (18) rejoignant ledit conduit (2), le conducteur externe du thennocouple étant alors solidarisé au niveau de sa saillie-repère (22) à l'extrémité libre du fourreau adjacent par un élément de blocage et d'obturation (23).
- Dispositif selon la Revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans le cas où le corps du brûleur comporte un conduit air-gaz coudé, la partie aval du thermocouple côté pointe sonde (3), est apte à pénétrer à l'intérieur dudit conduit air-gaz (2) par l'extrémité amont du tube venturi (2) côté entrée mélange air-gaz, le conducteur externe (16) du thermocouple (1) étant alors solidarisé au niveau de sa saillie repère (15) par un moyen de blocage (17).
- Dispositif selon la Revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans le cas des appareils comportant un conduit air-gaz coudé, la partie aval du thermocouple, côté pointe de sonde, est apte à pénétrer à l'intérieur du conduit air-gaz, que ce soit par l'extrémité de ce conduit, côté entrée air-gaz, ou par un fourreau adjacent rejoignant ledit conduit, dans tous les cas, la partie amont du conducteur externe du thermocouple, comportant à son extrémité la connexion à la valve de sécurité (8) se trouvant à l'extérieur du conduit côté entrée air-gaz.
- Dispositif selon la Revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas des brûleurs ne comportant pas de chambre de diffusion mais seulement et au mieux une grille "accroche flamme", une mini-chambre de diffusion (19) et une plaquette de guidage et de positionnement (11) sont intégrées au niveau du débouché (7) du conduit (2) du mélange air-gaz à l'entrée de la chambre de combustion (6).
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