EP0370863B1

EP0370863B1 - Devices for controlling and regulating the gas supply of the burner of a boiler

Info

Publication number: EP0370863B1
Application number: EP89403121A
Authority: EP
Inventors: Joseph Le Mer; Bernard Martel
Original assignee: Chaffoteaux et Maury SAS
Current assignee: Chaffoteaux et Maury SAS
Priority date: 1988-11-16
Filing date: 1989-11-13
Publication date: 1993-12-29
Anticipated expiration: 2009-11-13
Also published as: TR23987A; PT92321A; FR2639094B1; EP0370863A1; DE68911880T2; BR8905797A; CN1042770A; AU625715B2; FR2639094A1; KR950014530B1; TNSN89124A1; MA21677A1; ATE99401T1; KR900008218A; DK571589A; JPH0648088B2; CA2003021A1; DK169635B1; US4958765A; DK571589D0

Abstract

A device is divulged for controlling and regulating the gas supply to the burner of a boiler or similar, which device comprises a piloted regulator (R) with a leak valve (8) for the gas flow. The burner is also fed with pressurized air and opening of the leak valve is slaved to the flow of this pressurized air so that the ratio between the two air and gas flows permanently has a value providing excellent combustion of the air-gas mixture in the burner.

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.The invention relates to devices for controlling and regulating the supply of pressurized combustible gas to a gas burner intended for heating the water in circulation in a central heating boiler with hot water or in a similar assembly such as a water heater or a bath heater.

Dans un souci de clarté, mais à titre bien entendu non limitatif, ces ensembles seront désignés par le vocable "chaudières" dans ce qui suit.For the sake of clarity, but of course not limiting, these assemblies will be designated by the term "boilers" in what follows.

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.The invention relates more particularly, among the control and adjustment devices of the type in question, those which comprise a duct for pressurized gas, duct having an inlet, an outlet and a pilot-operated pressure control regulator, that is to say an apparatus mounted on the gas inlet pipe and arranged so as to regulate the pressure of the gas coming from a source, such as the network, at a slightly variable pressure at a constant value, apparatus comprising a gas valve urged against its seat by a spring and secured to a waterproof membrane which separates a sealed chamber into two compartments, one of these compartments being connected directly to the source and comprising the seat of the valve and the other compartment being connected on the one hand to the source through a calibrated throttle, and on the other hand to the outlet of the device through a leak valve calibrated by a spring.

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.Known boilers equipped with such piloted pressure control regulators - called "piloted regulators" in the following - further comprise, mounted downstream of this regulator, a control device actuated for example from the flow of water to heat himself.

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.In these boilers, the range in which it is possible to adjust the gas flow rates admitted to the burner is relatively narrow, this range generally extending over a range of 1 to 3 (in the sense that the maximum flow rate of each gas component is about three times higher than its minimum flow), and exceptionally from 1 to 5 or from 1 to 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).Thus, to fix ideas, current boilers can generally operate air flows between 10 and 30 m³ / h, which corresponds to gas flows between 0.75 and 2.5 m³ / h and at heat capacities of the order of 7 to 20 therms (it is recalled that a thermia is equal to 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.

In other words, with the same boiler known of the above kind, it is difficult:

on the one hand, to generate a low-power calorific backup as is often required for central heating boilers operating at cruising speed without resorting to a succession of extinction and re-ignition cycles of the boiler,
and on the other hand, to generate a high calorific power as it is required to quickly raise the temperature of a room or to instantly heat water intended for sanitary use such as feeding a shower or filling a bathtub.

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.The object of the invention is, above all, to make such control and adjustment devices of the kind in question, that they make it possible to generate calorific powers included in ranges much wider than those previously known, these ranges possibly extend in a range from 1 to 20 with a very low minimum value, and this, using exclusively fluid controls using gas under pressure and air under pressure, that is to say in particular without using sophisticated accessories such as ultra-sensitive sensors and electronic control circuits.

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.The very low "minimum value" of the range indicated above corresponds in particular to the production of very small sparks, barely visible to the naked eye, which of course presupposes the use of gas nozzles of very small section: such a very low minimum value may, for example, correspond to an air flow rate of the order of only 3 m³ / h and correlatively to a gas flow rate of the order of 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.
To this end, the control and regulation devices of the type in question according to the invention also comprise a piloted regulator of the type defined above and they are essentially characterized in that they also comprise means for supplying the burner not only in pressurized gas, but also in pressurized air, the flow rate of the gas being controlled by that of the air so that the combustion of the air-gas mixture in the burner is permanently practically complete, said adjustment means comprising a duct for pressurized air with an inlet, an outlet and an intermediate air valve and being arranged so as to control the flow of air passing through said air duct the opening of the leak valve of the piloted regulator, opening which varies in the same direction as said air flow, and means for applying a slight back pressure on the current of gas leaving the piloted regulator as a function of the prevailing pressure downstream of the leak valve, back pressure which varies in the opposite direction to said pressure.

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).It will be recalled here that a double supply of a burner with pressurized air and pressurized gas has already been proposed, with a certain degree of control of the flow rate of the gas to that of the air. However, this servo-control, not calling for regulation of the gas valve type and valve calibrated by a spring, did not make it possible to obtain regulation over a wide range, and in particular for very low flow rates and pressures (see the 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.

In preferred embodiments, use is also made of one and / or the other of the following arrangements:

the means for adjusting the degree of opening of the calibrated leak valve include the air valve mounted so as to be urged upon opening by the air stream itself, and means for applying the displacements of the air valve on the calibration spring of the leak valve,
the air valve is integral with a waterproof membrane itself connected in a sealed manner to the air outlet, and a sealed chamber whose internal volume communicates with the air inlet is interposed between this valve and the spring of calibration, said chamber being delimited in part by a rigid ring forming part of the casing of the device, in part by a sealed bellows connecting the inner edge of the ring to the central zone of the air valve and in part by a rigid plate connected to sealed by a flexible membrane at the outer edge of the ring, said plate being applied on the one hand, in the direction corresponding to the opening of the valve, against the calibration spring and on the other hand, in the opposite direction of previous, against the air valve via a push rod freely passing through the chamber and in particular its bellows,
in an adjustment device according to the preceding paragraph, a second sealed chamber is formed outside the bellows with the air valve, its membrane and the rigid portions of the casing to which they are connected, a second sealed bellows connects the center of the plate at a rigid annular bearing surface of the casing surrounding the calibration spring, a third sealed chamber is formed outside the second bellows with the plate and its membrane, and the second sealed chamber is placed in communication with the third so as to be able to be put in communication simultaneously with an appropriate zone of the boiler, such as the interior of its heating body,
in a device according to the preceding paragraph, a second spring disposed inside the third chamber is interposed between the plate and an annular bearing forming part of the casing, this spring being a helical compression spring which successively surrounds the second bellows and the calibration spring,
a sealed chamber which can be vented and which includes the interior volume of the second bellows is formed by this bellows, by a waterproof membrane integral with the leak valve and by the portions of the casing to which this bellows and this membrane are connected ,
the means for applying a back pressure on the outlet gas stream comprise a second gas valve urged by a spring calibrated upstream, in the direction of a seat included by the gas conduit downstream of the first gas valve of the piloted regulator and this second gas valve is integral with a rod itself carried by two waterproof membranes which are connected to the casing and which define around this rod a sealed chamber, this chamber being placed in communication with the chamber which is arranged just downstream of the leak valve so that the pressure in this latter chamber opposes that of the calibrated spring,
the circuit in which circulates the water heated by the burner supplied with the aid of an adjustment device of the above type is equipped with a pump circulating this water permanently and the inlet of the air duct of the adjustment device is connected to the output of a fan whose speed of rotation is controlled by the temperature of said water at a given point of said 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.The invention includes, apart from these main provisions, certain other provisions which are preferably used at the same time and which will be more explicitly discussed below.

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.

In the following, a preferred embodiment of the invention will be described with reference to drawing appended hereto in a non-limiting manner of course

FIG. 1, of this drawing, shows in axial section a device established according to the invention for regulating the flow of pressurized combustible gas which feeds the burner of a boiler as a function of the flow of pressurized air supplying this same burner.
Figure 2 very schematically shows a central heating installation equipped with such a device.

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.In a manner known per se, the device considered comprises a piloted regulator R, the input 1 of which is supplied by a combustible gas G₁ under slightly variable pressure coming from a source S such as a city network, this regulator being intended to deliver at its outlet 2 a gas flow G₂ under constant pressure.

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.This regulator comprises a gas valve 3 urged against its seat 4 by a spring 5 and secured to a waterproof membrane 6 which separates a sealed chamber into two compartments A and B, one of these compartments A being connected directly to the inlet 1 and comprising the seat 4, and the other compartment B being connected on the one hand to the inlet 1 through a calibrated throttle 7 and on the other hand to the outlet 2 through successively a leak valve 8 calibrated by a spring 9, a chamber C traversed by the stem of the valve 8₁ of this leakage valve and a pipe 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.In the piloted regulators known to date - regulators which are intended only to eliminate small variations in pressure from the gas source - the spring 9 is calibrated once and for all using an adjusting screw and the control as well as the adjustment of the gas flow supplying the burner are ensured by additional means which are in particular subject to the circulation of the water to be heated.

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.In this case, we apply to the spring 9 a force which varies in the same direction as a pressurized air flow intended to supply the burner 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.In other words, the control and regulation of the supply of burner U with gas are here directly controlled by the flow of pressurized air intended to supply this burner.

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.The setting in question is determined automatically so as to permanently give the ratio between the two air and gas flow rates the value corresponding to the stoichiometric composition of the mixture, with a slight excess of air, so that combustion is as complete as 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.In order to control and adjust the double supply of the burner, both in air and in gas, it is then sufficient to act on the air flow alone, in particular by modifying the blowing power of a fan V constituting the source of pressurized air.

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.To this end, an additional box T through a conduit for pressurized air intended to supply the burner is added to the piloted regulator R described above. This conduit extends from an inlet 11 to an outlet 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.

This duct is equipped with an "air valve" 14 suitable:

on the one hand, to automatically adapt to the flow and pressure of the air applied to the inlet 11,
and on the other hand to act on the leakage valve 8, or more exactly on its spring 9, in the direction indicated above.

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.The construction of the air valve 14 must be such that it is extremely sensitive to variations in the pressure of the air applied to the inlet 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.

To this end, the following two provisions are used:

said valve is formed by a crew floating supported only by flexible annular membranes, which makes it possible to completely remove the sliding seals and mechanical guides liable to develop hysteresis for reversals of movement,
said valve is arranged in the manner of a force multiplier mechanism in which the upstream pressure of the air is applied not only to the valve itself, but also to another bearing associated with said valve.

Le clapet-air illustré met en oeuvre ces deux dispositions.The illustrated air valve implements these two arrangements.

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.It comprises for this purpose a valve proper 15 constituted by a rigid cone converging upstream and suitable for cooperating with an annular seat 16 forming part of the inlet section 11 and admitting as axis the general axis of revolution X of the device : this axis X is assumed to be vertical in the drawing, the section 11 then being arranged at the base of the device.

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.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.

En outre, une chambre déformable étanche D est formée à l'intérieur du carter 13 entre le clapet 15 et le ressort 9.In addition, a sealed deformable chamber D is formed inside the casing 13 between the valve 15 and the spring 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.

This room D is delimited:

by a rigid ring 18 forming part of the casing 13,
by a sealed and flexible bellows 19 sealingly connecting the inner edge of the ring 18 to the center of the conical valve 15 by means of a well 20,
by a rigid plate 21 whose surface transverse is greater than that of the central orifice of the ring 18,
and by a flexible and waterproof annular membrane 22 connecting the edge of the plate 21 and to the periphery of the rigid ring 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.

The plate 21 is itself applied:

on the one hand in the downstream direction of the air flow admitted into the section 11, that is to say upwards in the drawing, against the spring 9,
and on the other hand in the opposite direction, that is to say upstream of the air stream or downwards, against the valve 15 itself by means of a thrust rod 23 passing through the chamber D and in particular the bellows 19 and the well 20, this rod 23 being simply interposed between the plate 21 and the valve 15 without being rigidly assembled with these parts.

L'intérieur de la chambre D est mis en communication avec l'intérieur du tronçon d'entrée 11 par une conduite 24.The interior of the chamber D is placed in communication with the interior of the inlet section 11 by a pipe 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.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.

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.The spring 9 is not placed inside the room C above, but in a room E outside this room 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.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.

La chambre E, quant à elle, peut être mise à l'air libre par un passage 27 évidé dans la paroi du carter 13.The chamber E, on the other hand, can be brought to the open air by a passage 27 hollowed out in the wall of the casing 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.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.

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.Furthermore, all of the partitions constituted by the valve 15, its peripheral membrane 17, the rigid ring 18 and the bellows 19 delimits another sealed chamber G and this other chamber G is placed in communication with the chamber F by a pipe. 29, so the two chambers F and G are subjected to the same pressure.

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.In advantageous embodiments, 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.

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.We can also see in the figure a helical compression spring 31 arranged around the bellows 28 inside the chamber F, a spring interposed axially between the plate 21 and a rigid annular bearing surface of the casing 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.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.

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.In a variant, 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.

Le fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus est le suivant.The operation of the device described above is as follows.

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.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.

Le ressort 9 se trouve alors en son état détendu maximum correspondant à la fermeture de la valve de fuite 8.The spring 9 is then in its maximum relaxed state corresponding to the closing of the leak valve 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.The gas pressures which prevail in the two compartments A and B respectively are then identical and the rebound of the spring 5 applies the gas valve 3 against its seat 4: no gas flow is then delivered on the outlet 2 to the burner 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.

When an air current A₁ is applied to the inlet 11, the valve 15 is moved away from its seat 16, which leads to the following consequences:

an air flow A₂ is delivered by outlet 12,
the spring 9 of the leakage valve 8 is compressed, which opens this valve,
a small gas flow is evacuated by the opening of this valve outside of compartment B, which reduces the pressure of the gas in this compartment,
this pressure reduction results in the opening of the gas valve 3 and therefore in the delivery of a gas flow rate G₂ on the outlet 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.This gas flow G₂ is all the higher the air flow A₂ which gave rise to it is itself higher.

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.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.

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.In order to control and adjust the two air and gas flows supplying the burner U of the boiler, it suffices to act on the fan V which generates the air flow intended for this supply: it is no need in particular to resort to sophisticated electronic detection or servo systems.

Pour que le dispositif puisse fonctionner même avec de très faibles débits de gaz, on a recours en outre à la disposition suivante.In order that the device can operate even with very low gas flow rates, the following arrangement is also used.

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.Is applied to the current G₂ of this gas an adjustable back pressure using a second gas valve 32 biased against the current, that is to say towards an annular seat 33 forming part of the outlet section 2 in the opposite direction to that of the flow of the gas stream.

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.The pressure exerted on this second gas valve 32 is itself adjusted as a function of the gas leakage passing through the valve 8 in the following manner.

Le clapet 32 est prolongé vers l'aval, c'est-à-dire vers le haut sur le dessin, par une tige 34.The valve 32 is extended downstream, that is to say upwards in the drawing, by a rod 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.The pressure of a spring 35, adjustable by a setting screw 36 screwed into the casing 13, is applied axially against the upper end of the rod 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.In addition, 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.

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.As visible in the drawing, 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.

La sortie gaz du dispositif, disposée en aval du clapet 32, est désignée par la référence 40.The gas outlet of the device, arranged downstream of the valve 32, is designated by the reference 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.With such a construction, 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.

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.Consequently, for very low gas flow rates, the passage section between the second gas valve 32 and its seat 33 is itself very small and vice versa.

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.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.

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.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.

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).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).

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.Figure 2 relates to a preferred embodiment of a hot water central heating installation equipped with an adjustment device of the kind described above.

Cette figure 2 fait apparaître un certain nombre des éléments précédemment décrits, qui sont affectés ici des mêmes références que précédemment.This FIG. 2 shows a certain number of the elements previously described, which are assigned here the same references as previously.

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.In addition, 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.

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.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.

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.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.

La référence 47 désigne un robinet de sécurité monté sur l'arrivée du gaz.Reference 47 designates a safety valve mounted on the gas inlet.

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.Following which, and whatever the embodiment adopted, there is finally obtained a device for controlling and adjusting gas flow rates for the supply to the burner of a boiler, the constitution and operation of which result from the above.

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.

This device has many advantages over those previously known and in particular the following:

it allows an extremely sensitive and faithful control of the gas flow to that of the air, and this for a very wide range going for example from 0.25 to 3.75 m³ / h for gas and from 3 to 45 m³ / h for air, the corresponding pressures ranging from their side from 10 to 50 millibars for gas and from 0.2 to 7 millibars for air,
the operation is particularly interesting since it uses exclusively the energies of the two fluids (air and gas), the flow rates of which we wish to control,
the cost price is itself moderate because it does not involve any sophisticated electronic detection or control system,
the operating safety of the device is very high: this is how, although it is permanently supplied by the town gas network, it remains completely closed vis-à-vis this gas as long as no flow of air is applied to it,
in the preferred embodiment for which two chambers F and G are provided which are placed in communication with the internal volume of the heating body of the boiler, additional safety is automatically obtained in the event of certain anomalies such as a partial obstruction of the smoke evacuation duct or exchanger: in fact, in such a case, the pressure prevailing in said volume increases, which tends to close the air valve automatically by reducing both the air flow rates and gas.

Claims

Device for controlling and regulating the pressurized fuel gas supply of a gas burner for heating the water flowing through a boiler or similar, comprising a conduit (1,2) for the pressurized gas, which conduit has an inlet (1), an outlet (2) and a piloted regulator (R) comprising a gas valve (3) urged against its seat (4) by a spring (5) and fast with a sealed membrane (6) which separates a sealed chamber into two compartments (A,B), one of these compartments (A) being connected directly to the inlet (1) and comprising the seat of the valve and the other compartment (B) being connected both to the inlet (1) through a calibrated restriction (7) and to the outlet (2) through a leak valve (8) set to a certain pressure by a spring (9), characterized in that it further comprises means (11,12,14) for supplying the burner (U) not only with pressurized gas, but also with pressurized air, the gas flow being slaved to that of the air so that the combustion of the air-gas mixture in the burner is permanently practically complete, said regulation means comprising a conduit for the pressurized air, with an inlet (11), an outlet (12) and an intermediate air valve (14) mounted so as to be urged to its opened state by the air stream itself and to be applied against the calibration spring (9) of the leak valve (8) so as the opening of said valve varies in the same direction as the flow of the air and means (33,35,39) for applying to the gas stream leaving the gas valve a slight counter pressure as a function of the pressure prevailing downstream of the leak valve (8), which counter pressure varies in the opposite direction to said pressure.
Device according to claim 1, characterized in that the air valve (14) is fast with a sealed membrane (17) itself connected sealingly to the air outlet (12), and in that a sealed chamber (D) whose inner volume communicates with the air inlet (11) is interposed between this valve and the calibration spring (9), said chamber (D) being defined partly by a rigid ring (18) forming part of the casing (13) of the device, partly by a sealed bellows (19) connecting the inner edge of the ring to the central zone of the air valve and partly by a rigid plate (21) sealingly connected by a flexible membrane (22) to the outer edge of the ring, said plate being applied on the one hand, in the direction corresponding to opening of the valve, against the calibration spring (9) and, on the other hand, in the opposite direction to the preceding one, against the air valve through a thrust rod (23) passing freely through the chamber and in particular its bellows.
Device according to claim 2, characterized in that a second sealed chamber (G) is formed outside the bellows (19) with the air valve (14), its membrane (17) and the rigid portions of the casing (13) to which they are connected, in that a second sealed bellows (28) connects the centre of the plate (21) to an annular rigid bearing surface of the casing surrounding the calibration spring (9), in that a third sealed chamber (F) is formed outside the second bellows with the plate and its membrane and in that the second sealed chamber (G) is placed in communication with the third one (F) so as to be able to be placed in communication simultaneously with an appropriate zone of the boiler, such as the inside of its heating body.
Device according to claim 3, characterized in that a second spring (31) disposed inside the third chamber (F) is interposed between the plate (21) and an annular bearing surface forming part of the casing (13), this spring (31) being a helical compression spring which successively surrounds the second bellows (28) and the calibration spring (9).
Device according to any one of the claims 3 and 4, characterized in that a sealed chamber (E) which may be vented and which comprises the volume inside the second bellows (28), is formed by this bellows, by a sealed membrane (26) fast with the leak valve (8₁) and by the portions of the casing (13) to which this bellows and this membrane are connected.
Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the means for applying a counter pressure to the outgoing gas stream comprise a second gas valve (32) urged upstream by a calibrated spring (35) in the direction of a seat (33) forming part of the gas conduit downstream of the first gas valve (3) of the piloted regulator and in that this second gas valve is fast with a rod (34) itself carried by two sealed membranes (37,38) which are connected to the casing (13) and which define a sealed chamber (4) about this rod, which chamber is placed in communication with the chamber (C) which is disposed just downstream of the leak valve (8₁) so that the pressure prevailing in this latter chamber opposes that of the calibrated spring (35).
Installation equipped with a regulation device according to any one of the claims 1 to 6, characterized in that the circuit (43) in which the water flows which is heated by the burner (U) fed by means of said regulation device is equipped with a pump (45) causing this water to flow permanently and in that the inlet (11) of the air conduit of this regulation device is connected to the output of a fan (V) whose rotational speed is slaved to the temperature of said water at a given point (46) of said circuit.