EP0093816B1 - Programmateur de fonctionnement, à registre d'air comburant, pour brûleur de chaudière - Google Patents
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- F23N3/085—Regulating air supply or draught by power-assisted systems using electrical or electromechanical means
Definitions
- the invention relates to an electro-mechanical operating programmer, with combustion air register, for a boiler burner and more particularly, but not exclusively, for a vaporization burner.
- Any start of combustion in a burner requires an ignition sequence which controls various organs, such as: fuel inlet means (fuel) and air inlet means (oxidant), means of ignition and a flame control device.
- registers capable of modifying the passage of a gas and / or ensuring a variable draft of a boiler, such as for example the devices described in documents DE-A-2 932106 and FR-A- 1,342,829.
- One of the objects of the invention is to provide an electro-mechanical programmer, with air register, which precisely allows such an air supply and which also makes it possible to control the various burner members in synchronism perfect with said air supply.
- the programmer according to the invention is remarkable in that it comprises a profiled disc which rotates between an air inlet and a casing provided with an outlet orifice which is intended to communicate with the conduit of supply of combustion air to the burner, the contour of the disc being such that it makes it possible, during its rotation, to close off more or less said outlet orifice according to the air requirements of the burner in its different operating phases, thus that a drive means for rotating the disc and means for controlling said drive means and the various burner members, which are actuated by means carried by the disc, so that said members are precisely controlled depending on the position of the disc relative to said orifice.
- control means comprise microswitches, in a fixed position relative to the outlet orifice, and the actuation means carried by the disc are formed by tracks arranged on the latter, while the means for drive of the disc is advantageously a synchronous electric motor so that the angular speed of rotation of the disc is constant.
- the invention of course relates to all burners with fluid or even pulverulent fuel but it is more particularly intended for burners with liquid fuel and more particularly still with burners provided with a vaporizer in which said fuel is conveyed by air, such as that the burner described in French Patent No. 2,429,967 (the corresponding European patent is EP-A-0 006 774) in the name of the same applicant and which is provided with a vaporization duct or channel.
- a particular embodiment according to the invention is remarkable in that another orifice is provided in the vicinity of the first outlet orifice, for supplying said vaporizer, its position being such that the disc does not begin to discover it until at the start of phase (c) to close it completely after phase (e) so as to ensure a pre-sweep of the vaporizer before ignition and a post-sweep of the vaporizer after stopping said burner.
- Numerous means are also provided for controlling the burner members such as the aforementioned tracks arranged on the disc, in the form for example of raised tracks or ribs intended to urge microswitches, the shape and position of the ribs being studied to obtain actuations at specific times.
- the programmer according to the invention shown in Figure 1 comprises a cylindrical housing formed by two housings 1 and 2 fixed one to the other.
- the casing 1 is provided with an orifice 3 intended to be connected to an air intake powered by a turbine and the casing 2 is provided with two orifices 4 and 5.
- the orifice 4 is formed opposite the orifice 3 and it is intended to be connected to the combustion air supply duct of the burner while the orifice 5 is shown by way of example and is only useful for a burner provided with a vaporizer, the invention being able to naturally be applied to other types of burners.
- the disc 6 is provided in this example with two tracks in the form of ribs 9 and 10 projecting towards the casing 1 and which are intended to urge two microswitches 11 and 12 respectively fixed on the casing 1.
- the two ribs 9 and 10 of unequal lengths are concentric and form arcs of a circle while in this example the microswitches are arranged substantially on the same radius.
- FIG. 1 clearly shows the microswitches 11 and 12, the connection terminals of which appear on the outside face of the casing 1, but it is clear that these, provided for example with small rollers, protrude inwards so that they can be acted upon by the corresponding ribs 9 and 10.
- the references 11 and 12 of FIGS. 2 to 8 of course only represent the position of the microswitches.
- FIG. 1 also shows a microswitch 13 intended to be actuated by a membrane 14 thus forming a pressure switch for controlling the air pressure.
- the disc In the initial rest position when the burner is stopped, the disc is in the position shown in FIG. 3 in which it closes the orifices 4 and 5, the microswitch 11 being biased by the small rib 9.
- the air turbine When there is a start command, for example by the aquastat of the boiler which is lacking in temperature, the air turbine is energized at the same time as the motor 8 driving the disc 6 which starts in this example turn clockwise at a constant speed of around 2 revolutions per minute.
- Figure 4 shows the disc 6 in an intermediate position in which it always closes the orifice 5 thus avoiding any cooling of the vaporizer but completely discovers the orifice 4 thanks to an appropriate notch thus ensuring a pre-scanning of a few seconds, the disc continuing its rotation.
- the disc reaches the position shown in Figure 5 in which it has just discovered the orifice 5 by the aforementioned notch thus ensuring a pre-sweep of the vaporizer while it partially closes the orifice 4 so as to reduce the flow of air to the burner.
- the microswitch 12 is biased by the start of the rib 10. This bias simultaneously controls, by appropriate relays, the ignition means of the burner such as fuel supply means, ignition means, flame presence control device.
- the fuel supply means are for example a fuel pump and a solenoid valve
- the ignition means include an electrode energized by an ignition transformer and the flame control device is an ionization control device.
- the sector of the disc, referenced in this figure by 15, which will pass in front of the orifice 4, has a particular shape in order to obtain an air flow curve most suitable for starting and which is a function as already mentioned of the fuel supply flow curve.
- the sector 15 is defined by an arc of a circle, the geometric center of which is located in the fourth quadrant of the casing 2 according to FIGS. 2 to 8, substantially on the bisector of this quadrant.
- the microswitch 12 is released by the rib 10 and the disc 6 stops in this operating position where the orifice 4 is wide open. It should also be noted that relays are provided so that on the one hand the flame control device stops the ignition means as soon as a flame is detected, even if the microswitch 12 is still requested by the rib 10 and on the other hand the arrival of the fuel can not continue after the release of the microswitch 12 if the flame control device detects the presence of a flame, thus ensuring good security.
- the aquastat controls the stopping of the fuel supply means and the restarting the drive motor 8.
- the disc resumes its rotation passing through the intermediate position of FIG. 7 in which it completely closes the orifice 4 while leaving open the orifice 5 thus allowing post-scanning of the vaporizer.
- the disc then passes into the intermediate position shown in FIG. 8 where it closes the orifice and finally the disc comes back to its initial position in FIG. 3 in which the microswitch 11 is biased by the rib 9 controlling the stopping of the disc and the end of the cycle. It can also be noted that in this position which is maintained throughout the burner shutdown period, the disc completely closes the orifice 4 and thus constitutes a draft cut avoiding unnecessary cooling of the burner and of the boiler hearth.
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Description
- L'invention concerne un programmateur électro-mécanique de fonctionnement, à registre d'air comburant, pour brûleur de chaudière et plus particulièrement, mais non exclusivement, pour brûleur à vaporisation.
- Tout démarrage de combustion dans un brûleur nécessite une séqunce d'allumage qui commande au moment voulu divers organes tels que: des moyens d'arrivée du combustible (carburant) et des moyens d'arrivée d'air (comburant), des moyens d'inflammation et un dispositif de contrôle de flamme.
- Il existe bien sûr divers dispositifs de commande et de contrôle des phases constituant la séquence d'allumage, mais généralement les dispositifs connus assurent uniquement la mise en fonction des organes sans permettre une synchronisation des débits du carburant et du comburant.
- Il a aussi été imaginé des registres capables de modifier le passage d'un gaz et/ou d'assurer un tirage variable d'une chaudière, comme par exemple les dispositifs décrits dans les documents DE-A-2 932106 et FR-A-1 342 829.
- Il est clair que le débit instantanné du combustible au démarrage ne représente pas 100 % du débit en régime permanent. Une bonne combustion (rendement, encrassement évité, etc.) nécessite done une alimentation en air comburant régulée au moment du démarrage, de manière à fournir un débit d'air optimisé en fonction du débit du combustible, les courbes de débit pouvant être homothétiques l'une de l'autre ou au contraire, assurer un démarrage en manque ou excès d'air.
- L'un des buts de l'invention est de fournir un programmateur électro-mécanique, à registre d'air, qui permet justement une telle alimentation d'air et qui permet en outre d'assurer la commande des divers organes du brûleur en synchronisme parfait avec ladite alimentation d'air.
- Pour atteindre ce but, le programmateur selon l'invention est remarquable en ce qu'il comporte un disque profilé monte rotatif entre une arrivée d'air et un carter pourvu d'un orifice de sortie qui est destiné à communiquer avec le conduit d'alimentation en air comburant du brûleur, le contour du disque étant tel qu'il permet, au cours de sa rotation, d'obturer plus ou moins ledit orifice de sortie en fonction des besoins en air du brûleur dans ses différentes phases de fonctionnement, ainsi qu'un moyen d'entraînement en rotation du disque et des moyens de commande dudit moyen d'entraînement et des divers organes du brûleur, qui sont actionnés par des moyens portés par le disque, de telle sorte que lesdits organes sont commandés de manière precise en fonction de la position du disque par rapport audit orifice.
- De préférence, les moyens de commande comportent des microrupteurs, en position fixe par rapport à.l'orifice de sortie, et les moyens d'actionnement portés par le disque sont formés par des pistes aménagées sur ce dernier, tandis que le moyen d'entraînement du disque est avantageusement un moteur électrique synchrone de telle sorte que la vitesse angulaire de rotation du disque est constante.
- Selon un mode préferé de realisation de l'invention, le contour du disque est tel qu'il réalise successivement, au cours d'un cycle de rotation, les phases suivantes:
- a) obturation complète de l'orifice de sortie, en position initiale d'arrêt;
- b) ouverture complète de l'orifice;
- c) obturation partielle de l'orifice;
- d) réouverture complète de l'orifice;
- e) réobturation complète de l'orifice;
- f) retour en position initiale.
- L'arrivée du combustible au démarrage se situe entre les phases (c) et (d) et c'est pourquoi le contour du disque présente entre les zones qui correspondent aux phases précitées, une forme telle que la courbe de débit d'air qu'elle procure soit optimisée en fonction de la courbe de débit dudit combustible, au démarrage.
- L'invention concerne bien sûr tous les brûleurs à combustible fluide ou même pulvérulent mais elle est plus particulièrement destinée aux brûleurs à combustible liquide et plus particulièrement encore aux brûleurs munis d'un vaporisateur dans lequel est véhiculé ledit combustible par de l'air, tel que le brûleur décrit dans le brevet francais n° 2 429 967 (le brevet européen correspondant est EP-A- 0 006 774) au nom du même demandeur et qui est pourvu d'un conduit ou canal de vaporisation.
- Dans ce cas, un mode de réalisation particulier selon l'invention est remarquable en ce qu'un autre orifice est prévu au voisinnage du premier orifice de sortie, pour alimenter ledit vaporisateur, sa position étant telle que le disque ne commence à le découvrir qu'au début de la phase (c) pour l'obturer complètement après la phase (e) de manière à assurer un prébalayage du vaporisateur avant l'allumage et un post- balayage du vaporisateur après l'arrêt dudit brûleur.
- De nombreux moyens sont en outre prévus pour commander les organes du brûleur telles que les pistes susmentionnées aménagées sur le disque, sous forme par exemple de pistes en relief ou nervures destinées à solliciter des microrupteurs, la forme et la position des nervures étant étudiées pour obtenir des actionnements à des moments précis.
- L'invention sera bien comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et qui se réfère aux dessins annéxés dans lesquels:
- La figure 1 montre une perspective avec arraché d'un appareil selon l'invention.
- Les figures 2 à 8 montrent le disque rotatif dans sept positions angulaires différentes.
- Le programmateur selon l'invention représentée à la figure 1 comporte un boitier cylindrique formé de deux carters 1 et 2 fixés l'un à l'autre.
- Le carter 1 est pourvu d'un orifice 3 destiné à être relié à une arrivée d'air propulsé par une turbine et le carter 2 est pourvu de deux orifices 4 et 5. L'orifice 4 est ménagé en regard de l'orifice 3 et il est destiné à être branché sur le conduit d'alimentation en air comburant du brûleur tandis que l'orifice 5 est représenté à titre d'exemple et ne trouve son utilité que pour un brûleur muni d'un vaporisateur, l'invention pouvant naturellement être appliquée à d'autres types de brûleurs.
- Dans l'espace compris entre les carters 1 et 2 est monté un disque 6 qui peut être entraîné en rotation au moyen d'un carré d'entraînement 7 (figure 2) et d'un moteur électrique synchrone et réducteur 8 (figure 1). Comme le montre les figures 2 à 8 (sur lesquelles le carter 1 est retiré), le disque 6 présente un contour très particulier pour les raisons qui seront expliquées ci-après.
- En outre le disque 6 est muni dans cet exemple de deux pistes sous forme de nervures 9 et 10 en saillie vers le carter 1 et qui sont destinées à solliciter deux microrupteurs respectivement 11 et 12 fixés sur le carter 1.
- Les deux nervures 9 et 10 de longueurs inegales sont concentriques et forment des arcs de cercle tandis que dans cet exemple les microrupteurs sont disposés sensiblement sur un même rayon.
- La figure 1 montre bien les microrupteurs 11 et 12 dont les bornes de branchement apparaissent sur la face extérieure du carter 1 mais il est clair que ceux-ci, munis par exemple de petites roulettes font saillies vers l'intérieur pour pouvoir être sollicités par les nervures correspondantes 9 et 10. En outre les références 11 et 12 des figures 2 à 8 ne représentent bien sûr que la position des microrupteurs.
- La figure 1 montre encore un microrupteur 13 destiné à être actionné par une membrane 14 formant ainsi un pressostat de contrôle de pression d'air. Dans la position initiale de repos lorsque le brûleur est à l'arret, le disque est dans la position représentée à la figure 3 dans laquelle il obture les orifices 4 et 5, le microrupteur 11 étant sollicité par la petite nervure 9.
- Lorsqu'il y a une commande de démarrage, par exemple par l'aquastat de la chaudière qui est en manque de température, la turbine à air est mise sous tension en même temps que démarre le moteur 8 d'entraînement du disque 6 qui va tourner dans cet exemple dans le sens des aiguilles d'une montre à une vitesse constante d'environ 2 tours à la minute.
- La figure 4 montre le disque 6 dans une position intermédiaire dans laquelle il obture toujours l'orifice 5 évitant ainsi tout refroidissement du vaporisateur mais découvre complètement l'orifice 4 grâce à une échancrure appropriée assurant ainsi un pré-balayage de quelques secondes, le disque continuant sa rotation.
- Le disque parvient à la position représentée à la figure 5 dans laquelle il vient de découvrir l'orifice 5 par l'échancrure précitée assurant ainsi un prébalayage du vaporisateur tandis qu'il obture partiellement l'orifice 4 de façon à réduire le débit d'air au brûleur. A ce moment précis le microrupteur 12 est sollicité par le début de la nervure 10. Cette sollicitation commande simultanément par des relais appropriés la mise en route les moyens d'allumage du brûleur tels que moyens d'alimentation en combustible, moyens d'inflammation, disposisif de contrôle de présence de flamme. Pour un brûleur a fuel, les moyens d'alimentation en combustible sont par exemple une pompe à fuel et une électro-vanne, les moyens d'inflamation comportent une électrode mise sous tension par un transformateur d'allumage et le dispositif de contrôle de flamme est un dispositif de contrôle par ionisation.
- C'est donc ici, a partir de la figure 5 que se déroule la séquence d'allumage, le disque continuant de tourner jusqu'à prendre la position de la fig.6. Pendant tout le temps de la rotation du disque qui passe de la figure 5 à la figure 6, le microrupteur 12 est sollicité par la nervure 10 et l'orifice 4 passe d'une obturation partielle (fig.5) a une ouverture complète (fig.6).
- Comme le montre la figure 5, le secteur du disque, référencé sur cette figure par 15, qui va passer devant l'orifice 4, présente une forme particulière afin d'obtenir une courbe de débit d'air la mieux appropriée pour le démarrage et qui est fonction comme il a déjà été dit de la courbe de débit d'alimentation en combustible. Dans cet exemple le secteur 15 est défini par un arc de cercle dont le centre géométrique se situe dans le quatrième quadrant du carter 2 selon les figures 2 à 8, sensiblement sur la bissectrice de ce quadrant.
- En arrivant à la position de la figure 6, le microrupteur 12 est relaché par la nervure 10 et le disque 6 s'arrête dans cette position de fonctionnement où l'orifice 4 est grand ouvert. Il y a lieu de noter en outre que des relais sont prévus de telle sorte que d'une part le dispositif de contrôle de flamme arrête le moyen d'inflammation dès qu'une flamme est détectée, même si le microrupteur 12 est encore sollicité par la nervure 10 et d'autre part l'arrivée du combustible ne peut se poursuivre après le relachement du microrupteur 12 que si le dispositif de controle de flamme détecte bien la présence d'une flamme, assurant ainsi une bonne sécurité.
- La securité est encore accrue et les fonctions du programmateur augmentées par le pressostat (13,14) qui permet de vérifier la pression et le bon fonctionnement de la turbine, et éventuellement d'arrêter en cas de défaillance au moins cestains des organes du brûleur.
- La position fixe du disque de la figure 6 se maintient pendant toute la durée defonctionnement du brûleur.
- Dès que la bonne température est atteinte dans la chaudière, l'aquastat commande l'arrêt des moyens d'alimentation du combustible et la remise en route du moteur d'entraînement 8.
- Le disque reprend sa rotation en passant par la position intermédiaire de la figure 7 dans laquelle il obture complètement l'orifice 4 tout en laissant ouvers l'orifice 5 permettant ainsi un post- balayage du vaporisateur.
- Le disque passe ensuite dans la position intemédiaire montrée à la figure 8 où il obture l'orifice et enfin le disque vient reprendre sa position initiale de la figure 3 dans laquelle le microrupteur 11 est sollicité par la nervure 9 commandant l'arrêt du disque et la fin du cycle. On peut en outre remarquer que dans cette position qui est maintenue pendant toute la période d'arrêt du brûleur, le disque obture complètement l'orifice 4 et constitue ainsi un coupe tirage évitant tout refroidissement inutite du bruleur et du foyer de la chaudière.
- Les fonctions du programmateur apparaissent maintenant clairement et on peut notamment rappeler
- - Son rôle de temporisateur dû au fait de sa vitesse constante qui crée ainsi une période précise du cycle de fonctionnement.
- - Son rôle de régulateur de débit d'air
- - Son rôle de synchronisateur entre la commande des organes et le débit d'air, dû au fait que le disque qui sert de registre d'air sert aussi de dispositif d'actionnement au moyen des pistes dont il est muni.
- - Son rôle d'obturateur en coupe tirage. Il est toutefois clair que le mode de réalisation qui vient d'être décrit peut subir de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. Il est notamment possible d'imaginer un nombre quelconque de pistes de commande si l'on désire actionner plus de microrupteurs commandant d'autres fonctions que celles mentionnées. En outre ces pistes peuvent être en creux ou autrement et commander d'autres moyens que des microrupteurs, comme des diodes par exemple pour une commande électronique. De même, le profil donné au disque peut être différent si l'on désire par exemple supprimer la fonction de coupe tirage des figures 8 et 3, avoir un débit d'air maximum au démarrage à la figure 5 etc...
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