EP1060348A1 - Dispositif pour la regulation active du rapport air/gaz d'un bruleur comprenant un dispositif de mesure de pression differentielle - Google Patents

Dispositif pour la regulation active du rapport air/gaz d'un bruleur comprenant un dispositif de mesure de pression differentielle

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EP1060348A1
EP1060348A1 EP99937976A EP99937976A EP1060348A1 EP 1060348 A1 EP1060348 A1 EP 1060348A1 EP 99937976 A EP99937976 A EP 99937976A EP 99937976 A EP99937976 A EP 99937976A EP 1060348 A1 EP1060348 A1 EP 1060348A1
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EP
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air
gas
pressure
sensor
differential pressure
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EP99937976A
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Christophe Pechoux
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Original Assignee
A Theobald SA
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Publication date
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    • F23N2900/00—Special features of, or arrangements for controlling combustion
    • F23N2900/05181—Controlling air to fuel ratio by using a single differential pressure detector

Definitions

  • Device for active regulation of the air / gas ratio of a burner comprising a differential pressure measurement device
  • the present invention relates to a device for active regulation of the air / gas ratio of a mixture of air and combustible gas admitted to a burner, using at least one differential pressure measurement device
  • a differential pressure device comprising a differential pressure sensor is usually used, the two inputs of which are respectively connected to two pressure taps
  • these two pressure taps are respectively located on either side of a diaphragm placed in the conduit where the fluid circulates
  • the two pressure taps are connected respectively to the conduits where the two fluids flow respectively
  • the accuracy of the flow rate or pressure difference measurement depends on the accuracy of the differential pressure sensor, in particular for low flow rates or low differential pressures
  • the pressure difference ⁇ P and flow Q are linked by
  • K is a coefficient whose value depends in particular on the density of the fluid whose flow is to be measured, and the section of the orifice of the diaphragm placed in the conduit where said fluid circulates
  • differential pressure sensor used for the measurement of the flow must therefore be very precise and very stable in order to be able to provide an output with a reliable value for the low flow rates.
  • differential pressure sensors exist but they are extremely expensive and, consequently, unusable in devices whose total manufacturing cost must remain relatively moderate, such as for example in a device for regulating the air / gas ratio of a burner, for example the burner of a boiler intended for the production of domestic hot water and / or hot water for a heating circuit
  • the differential pressure measurement device shown in FIG. 1 essentially comprises a differential pressure sensor 1, the inlet ports 2 and 3 of which are connected respectively to a pressure tap 4, where a pressure P1 prevails, and to the common way 5 of a three-way valve 6
  • the other two ways 7 and 8 of valve 6 are respectively connected to a pressure tap 9, where a pressure P2 prevails (P2 ⁇ P1), and to the orifice input 2 of sensor 1 via a conduit 11
  • sensor 1 supplies a signal at its output 12 which is representative of the pressure difference P1 - P2 This signal is applied to the input of a means of 3
  • a unit control 23 sends for a short time to the valve 6 and to the switching means 13, respectively by lines 24 and 25, control signals which pass momentarily the valve 6 in a state such that it interrupts the communication between the inlet port 3 of the sensor 1 and the pressure tap 9 and establishes a communication between the inlet ports 2 and 3 of the sensor 1, and the switching means 13 in a state such that it connects the output 12 of the sensor 1 to the input of the memory 17
  • the same pressure P1 is applied to the two inlet ports 2 and 3 of the sensor 1 and l possible measurement error from sensor 1 is stored in memory 17 With the aid of the subtraction means 21 this error is subtracted from the value of the output signal of the sensor 1
  • the known differential pressure measurement device which has been described with reference to FIG. 1 gives all satisfaction from the point of view of calibrating the sensor zero.
  • it has the disadvantage of using a three-way valve, which is a relatively expensive item
  • the differential pressure measuring devices of the type described above can be used in devices making it possible to regulate the air / gas ratio of the burner of a boiler.
  • Devices for regulating the air / gas ratio are for example described in the Japanese publication. already cited above and in the report published by the Technical Association of the Gas Industry in France, during the 113th Gas Congress in Paris, September 10-13, 1996, "Recueil des Communications", Tome 2, page 245 - 251, article "Active regulation of the air / gas ratio of a burner” by C PECHOUX et al
  • the device for regulating the air / gas ratio described in the abovementioned Japanese publication uses a single differential pressure sensor which measures the difference between the pressure of air Pa upstream of the air diaphragm in the pressurized air supply line and the gas pressure Pg upstream of the gas diaphragm in the gas supply line A three-way valve and a measurement circuit similar to those described above with reference to FIG.
  • the device for regulating the air / gas ratio described in the aforementioned report uses two differential pressure sensors, one to measure the difference between the air pressure Pa and the gas pressure Pg, as in the abovementioned Japanese publication, the other to measure the air flow in the pressurized air supply line Although in the latter device 5
  • the present invention aims to provide a device for active regulation of the air / gas ratio of a burner using at least one differential pressure measurement device according to the invention
  • the differential pressure measurement device implemented in the regulation device according to the invention, uses a differential pressure sensor, capable of exhibiting thermal drifts and in the long term, and includes a measurement circuit making it possible to carry out a automatic calibration of the sensor zero, said differential pressure measuring device being less expensive than the known measuring device described above
  • This differential pressure measuring device comprises a differential pressure sensor having first and second inlet ports connected respectively to first and second pressure taps, and an output which, in service, delivers an output signal representative of a difference 6
  • valve which is connected to the first and second inlet ports of the sensor and which, in a first state, isolates the two inlet ports from one another and, in a second state, puts them in communication with each other of the storage means connected to the output of the sensor to store at least two values of the output signal of the sensor II also comprises a control unit connected to the valve and the storage means for switching the valve and controlling the storage of a first value of the sensor output signal in the storage means when the valve is in its first state, and the storage of a second value of the storage signal output of the sensor in the storage means when the valve is in its second state II finally comprises measurement means for performing an automatic calibration of the sensor zero
  • the measurement means are constituted by memory circuits forming the storage means and by a subtraction means for calculating the difference between the first and second values of the output signal from the sensor.
  • the measurement circuit delivers output a measurement signal representing the exact value of the difference in pressures respectively applied to the first and second sensor inlet ports
  • the pressure measuring device also has a calibrated throttle orifice, which is inserted into one of the first and second pressure taps.
  • the valve is a two-way valve, a first way of which is connected to that of the first and second pressure taps into which the calibrated throttle orifice is inserted, between this calibrated orifice and the corresponding inlet port of the sensor A second channel is connected to the other of the first and second pressure taps
  • the calibrated orifice has a significantly smaller flow section than that of said two-way valve
  • the main object of the invention is therefore a device for active regulation of the air / gas ratio of a burner, comprising an air / gas mixer located upstream of the burner, an air line, containing a calibrated diaphragm of air and connected to a first inlet of said air / gas mixer, a gas supply pipe, containing a calibrated gas diaphragm and connected to a second inlet of said air / gas mixer, arranged upstream of said calibrated air and gas diaphragms, means for adjusting the air and gas flow rates sent to said air / gas mixer, and at least one differential pressure measurement device connected so as to deliver a measurement signal representative of at least one of the parameters that are the flow of air in the air line, the difference of air and gas pressures in the air and gas lines, and the flow of gas in the gas line so that the amount of gas sent air / gas mixer either such that the air / gas ratio has a predefined value, characterized in that each of the differential pressure measuring devices comprises a differential pressure sensor having first and second
  • storage means connected to the output of each sensor for storing at least two values of the output signal of each sensor, a control unit connected to said two-way valve and to storage means for switching said two-way valve and controlling storing a first value of the sensor output signal in said storage means when the two-way valve is in its first state, and storing a second value of the sensor output signal in said storage means when the two-way valve is in its second state, and - means for calculating the difference between said first and second values of the sensor output signal, said storage means and said difference calculation means forming a measurement circuit which outputs a measurement signal representing the exact value of the difference in pressures respectively applied to the first and second inlet ports of each sensor
  • a first embodiment of the device for regulating the air / gas ratio for measuring the air flow in the air line and for measuring the difference of the air and gas pressures respectively in the air line and in the gas line
  • two differential pressure measuring devices each comprising a differential pressure sensor, a calibrated throttle orifice, a two-way valve and a measuring circuit
  • two two-way valves are used which are simpler and less expensive than two three-way valves which should be used with previously known differential pressure measuring devices.
  • the device for regulating the air / gas ratio according to the invention for measuring the air flow and for measuring the difference in air and gas pressures it is possible to use two measuring devices pressure differential according to the invention which have in common a single calibrated throttle orifice and a single two-way valve for performing the zero calibration of each of the two differential pressure sensors 9
  • the device for regulating the air / gas ratio for measuring the air flow and for measuring the difference of the air and gas pressures or the gas flow
  • a single differential pressure measurement device according to the invention, by means of the use of an additional two-way valve and a switching means for sending the output signal of the measurement circuit of the pressure measurement device selectively differential to the air flow regulating unit and the gas supply regulating unit, the latter regulating unit being able to be designed either in the form of an air / gas pressure regulating unit if
  • the differential pressure sensor of the differential pressure measuring device is provided for measuring the difference in air and gas pressures, either in the form of a gas flow regulation unit if said ca Differential pressure sensor is provided for measuring the gas flow rate.
  • FIG. 1 schematically represents a previously known differential pressure measuring device
  • FIG. 2 schematically represents the differential pressure measuring device work in the device for regulating the air / gas ratio according to the invention
  • - Figure 3 schematically shows a first embodiment of a device for regulating the air / gas ratio of a burner according to the invention, using two devices of differential pressure measurement according to figure 2
  • figure 4 represents schematically a second embodiment of the device for regulating the air / gas ratio of a burner, with two differential pressure measurement devices using in common a calibrated throttle orifice and a two-way valve, 10
  • FIG. 5 schematically represents a variant of the regulation device of FIG. 4
  • FIG. 6 diagrammatically represents a third embodiment, or preferred embodiment, of the device for regulating the air / gas ratio of a burner according to the invention , using a single differential pressure measurement device according to the invention for measuring the air flow and the difference in air and gas pressures
  • FIG. 7 schematically represents an exemplary embodiment of a blocking sampler usable in the regulation device of FIG. 6,
  • FIG. 8 diagrammatically represents a fourth embodiment of a device for regulating the air / gas ratio of a burner according to the invention, also using a single device for measuring differential pressure according to the invention for measuring air flow and gas flow
  • the differential pressure measuring device according to the invention which is shown in FIG. 2 is largely similar to the known measuring device which has already been described above with reference to FIG. 1 Consequently, the elements of the measuring device pressure differential according to the invention which are identical to those of the known device of FIG. 1 are designated by the same reference numbers and will not be described again in detail
  • the differential pressure measurement device used in the device for regulating the air / gas ratio according to the invention differs from the device known essentially by the fact that, instead of the three-way valve 6, a calibrated orifice 27 is provided and a two-way valve 28 The calibrated orifice 27 is located in one of the two pressure taps 4 and 9, for example in the pressure tap 9 as shown in FIG.
  • valve 28 is inserted in the conduit 11 so that one of the channels of the valve 28 is connected to the pressure tap 4 connected to the inlet port 2 of the sensor 1, and that the other channel of the valve 28 is connected to the pressure tap 9 connected to the inlet port 3 of the 11
  • the control unit 23 sends on the line 24 a control signal which briefly opens the valve 28, and simultaneously the control unit 23 transmits on line 25 a control signal which switches the switching means 13 in such a way that the latter connects for a short time the output of the sensor 1 to the input of the memory 17 Since , when the valve 28 is open, it has a much larger passage section than that of the calibrated orifice 27, it is capable of delivering more consideration than the calibrated orifice 27 Consequently, the pressure drop P1 - P3 of the valve 28 is negligible compared to the pressure drop P2 - P3 of the calibrated orifice 27 So, when the valve 28 is opened, the pressure P3 is practically equal to the pressure P1 Consequently, during the brief instant when the valve 28 is open, the two inlet ports items 2 and 3 of sensor 1 are short-circuited from the pneumatic or hydraulic point of view and sensor 1 measures a zero pressure difference At this time, if the output signal from sensor 1,
  • the measurement circuits 26 are capable of taking various hardware and / or software configurations.
  • the resources offered by a microprocessor could be used, either dedicated to this task, or already present in the regulation device
  • a microprocessor is generally associated with internal and / or external storage means (registers, random access memory, etc.)
  • the subtraction operation can be carried out by the arithmetic unit and logic with which the microprocessor is provided All of the operations can be under the control of a specific program
  • the control unit 23 can be confused with this same microprocessor It is only necessary to provide specific electronic circuits for the interface input and output, receiving sensor output signals and transmitting signals to the control valves 28 These circuits (not shown) provide in particular analog-digital conversions or vice versa, and the necessary level adaptations
  • FIG. 3 shows an example of a device making it possible to regulate the air / gas ratio of a burner 29, according to a first embodiment of the invention, for example the burner of a boiler 30
  • the number of reference 31 designates a fan, which is actuated by an electric motor 32 at variable speed and which is connected by an air line 33 containing a calibrated diaphragm of air 34 to a first inlet 35 of an air / gas mixer 36 located upstream of the burner 29
  • the air / gas mixer 36 is HERE represented as a separate element from the burner 29, it can also be integrated into the latter as is well known
  • a pipe gas supply 38 which contains a calibrated gas diaphragm 39 and, upstream of this diaphragm, a proportional valve 41 whose inlet side is connected to a source of pressurized combustible gas (not shown), for example to a pressurized fuel gas distribution network
  • the proportional valve 41 makes it possible to adjust the pressure Pg of the gas in
  • Pa denotes the air pressure in the air line 33 upstream of the air diaphragm 34 and Pm denotes the pressure of the air / gas mixture in the mixer 36
  • Pm denotes the pressure of the air / gas mixture in the mixer 36
  • the reference numbers 42a and 42b designate two differential pressure measuring devices which are intended to measure respectively the pressure difference Pa - Pm and the pressure difference Pa - Pg
  • Each of the two differential pressure measuring devices 42a and 42b is produced and operates in the same way as the differential pressure measuring device described with reference to FIG. 2 This is why their elements are designated by the same reference numbers as those of the corresponding elements of the differential pressure measuring device in FIG. 2, these reference numbers being assigned the letter "a" for the elements of the differential pressure measuring device 42a and the letter "b” for the elements of the differential pressure measuring device 42b
  • the two pressure measuring devices differential 42a and 42b will therefore not be described again in detail.
  • the inlet ports 2a and 2b of the sensors 1a and 1b are connected to a single pressure tap 4 connected to the air line 33 upstream of the air diaphragm 34
  • the inlet ports 2a and 2b of the sensors 1a and 1b could be connected to separate pressure taps connected to the air line 33 upstream of the air diaphragm 34
  • the other inlet port 3a of the sensor 1a is connected to the pressure tap 9a which contains the calibrated throttle orifice 27a and which is connected to the air line 33 downstream of the air diaphragm 34
  • inlet 3b of the sensor 1b is connected to the pressure tap 9b which contains the calibrated throat orifice 27b and which is connected to the gas pipe 38 upstream from the gas diaphragm 39
  • one and the same control unit 23 can be provided for controlling, by lines 24a and 25a, the valve 28a and the measurement circuit 26a of the differential pressure measuring device 42a and, by lines 24b and 25b, the valve 28b and the measurement circuit 26b of the differential pressure measurement device 42b
  • the zero calibration of the sensors 1 a and 1 b of the pressure measurement devices differential 42a and 42b is carried out at regular intervals, for example every minute, exactly in the same way as that described with reference to FIG. 2
  • the zero calibration of the two sensors 1 a and 1 b is carried out simultaneously, but it could be carried out at different times if desired.
  • the measurement circuit 26a of the differential pressure measurement device 42a therefore delivers on its output 22a a corrected measurement signal which represents ente the exact value of the pressure difference Pa - Pm
  • the measurement circuit 26b of the differential pressure measurement device 42b delivers on its output 22b a corrected measurement signal which represents the exact value of the pressure difference Pa - Pg
  • the air flow Qa in the air line 33 is related to the difference in pressures prevailing on either side of the air diaphragm 34, that is to say the pressure difference Pa - Pm, by the following formula
  • the measurement signal present at the output 22a of the circuit measurement 26a also gives an indication of the value of the air flow rate Qa in line 33
  • the device for regulating the air / gas ratio shown in FIG. 3 further comprises, in a manner known per se, a unit for regulating the 15
  • the temperature regulation unit 43 which receives a temperature setpoint signal at its input 44
  • the temperature regulation unit 43 sends a line 45 request for ignition of the burner to the control unit 23 which, via a line 46, then controls an ignition device 47 in order to cause the ignition of the burner 29
  • the temperature regulation unit 43 delivers an air flow setpoint signal, the value of which depends on the temperature setpoint signal value applied to the input 44
  • the airflow setpoint signal delivered by the temperature control unit 43 is sent to an input of a conventional air flow regulation unit 49 which also receives on another input the corrected measurement signal which is present on the output 22a of the measurement circuit 26a and which is indicative of the value flow of air Qa in the pipe 33
  • the latter produces on its output 51 a control signal which is sent to the motor 32 of the fan 31 in order to adjust the speed of rotation
  • a control signal which is sent to the motor 32 of the fan 31 in order to adjust the speed of rotation
  • the device for regulating the air / gas ratio of FIG. 3 further comprises a conventional air / gas pressure regulating unit 52 receiving on an input the corrected measurement signal which is present on the output 22b of the measurement circuit 26b which represents the pressure difference Pa - Pg
  • the air / gas pressure regulation unit 52 produces, in known manner, at its output 53 a control signal which is sent to the proportional valve 41 in order to regulate the gas pressure Pg in the gas line 38
  • the gas pressure Pg is regulated by the air / gas pressure regulating unit 52 so that the pressure difference Pa - Pg has a predefined value, for example a zero value
  • the air / gas pressure control unit 52 acts on the proportional valve 41 until the gas pressure Pg becomes equal to the air pressure Pa , so up 16
  • the air / gas pressure regulating unit 52 can be designed so that the gas pressure Pg is controlled by the air pressure Pa, not so that these two pressures remain permanently equal to the one to the other, but for the pressure Pg to be linked to the pressure Pa by a predetermined relationship which can vary as a function of the instantaneous power requested from the burner For example, a given burner may need an air / gas varying in a predetermined way between the 17
  • the air / gas pressure regulation unit can be for example designed to regulate the gas pressure Pg so as to obtain the desired air / gas ratio as a function of the instantaneous power requested from the burner and / or for a few seconds when the burner is ignited
  • FIG. 4 shows a second embodiment of the device for regulating the air / gas ratio of a burner, in which there is provided a single calibrated throttle orifice and a single two-way valve for calibrating the two sensors of differential pressure
  • the elements of the device for regulating the air / gas ratio which are identical or which play the same role as those of the device for regulating the air / gas ratio of FIG. 3 are designated by the same numbers of reference and will not be described again in detail.
  • the device for regulating the air / gas ratio of FIG. 4 differs from that of FIG.
  • valve 3 essentially in that it comprises a single calibrated throttle orifice 27, which is located in the common pressure tap 4, and a single two-way valve 28
  • One of the two ways of the valve 28 is connected directly to the inlet ports 2a and 2b of the sensors la and 1b and, through the o calibrated throttle hole 27, at the pressure tap 4
  • the other way of the valve 28 is connected to a pressure tap 54 connected to the air line 33 downstream of the air diaphragm 34, where there is a pressure equal to the pressure Pm
  • the valve 28 could just as easily be connected either to the pressure tap 9a, or to the pressure tap 54 'connected to the mixer 36, or again at the pressure tap 54 "connected to the gas line 38 downstream from the diaphragm 39, since in all these places there prevails, in service, a pressure equal to the pressure Pm 18
  • the control unit 23 when the valve 28 is opened, the pressure Pm is applied, through the pressure tap 54 and the valve 28, to the orifices 2a and 2b of the pressure sensors 1 a and 1 b A at this time, the pressure Pm is also applied through the pressure tap 9a to the inlet orifice 3a of the sensor la If, at this time, the proportional valve 41 is at least partially open, the pressure Pg is applied through the pressure tap 9b at the inlet 3b of the sensor 1b On the other hand, if, at the same time, the proportional valve 41 is closed, there is no gas flow through the gas diaphragm 39 and, consequently, the pressure Pg is equal to the pressure Pm and this pressure is applied through the pressure tap 9b to the inlet orifice 3b of the sensor 1b It can therefore be seen that, in order to carry out a zero calibration of the two sensors 1 a and 1 b, the control unit 23 must cause the valve 28 to open for a short time ant by an appropriate command on line 24 and, simultaneously,
  • Figure 4 device works in the same way as that of Figure 3 to regulate the air / gas ratio of the burner 29
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment of the device for regulating the air / gas ratio of FIG. 4
  • the elements of the device which are identical or which play the same role as those of the device of FIG. 4 are designated by the same reference numbers and will not be described again in detail
  • the device of FIG. 5 differs essentially from that of FIG.
  • FIG. 6 shows a preferred embodiment of the device for regulating the air / gas ratio of the burner of a boiler.
  • a single differential pressure measurement device 42 for measuring, from a on the one hand, the pressure difference Pa-Pm and, on the other hand, the pressure difference Pa-Pg
  • the elements which are identical or which play the same role as those of the preceding embodiments are designated by the same reference numbers and will not be described again in detail
  • the inlet port 2 of the sensor 1 is connected to the pressure tap 4 connected to the air line 33 upstream of the diaphragm.
  • the inlet 3 of the sensor 1 is connected to the pressure tap 9 connected to the gas line 38 upstream of the gas diaphragm 39 and the calibrated throttle hole 27 is located in the pressure tap 9 as in the mode of embodiment of FIG. 3
  • One of the channels of the two-way valve 28 is connected to the pressure tap 4 and to the inlet port 2 of the sensor 1,
  • the other channel of the valve 28 is connected to the inlet 3 of sensor 1 through line 1 1 and to one of the two channels of another two-way valve 56, the other channel of which is connected to a pressure tap 57 where an equal pressure prevails at the pressure Pm
  • the pressure tap 57 is connected to the mixer 36, but it could be connected to the air line 33 downstream of the air diaphragm 34 or to the gas line 38 downstream of the gas diaphragm 39
  • the valve 56 is controlled by the control unit 23 through a line 58
  • the output 22 of the measurement circuit 26 is connected to the input of a switching means 59, a first output of which is connected by a line 61 to the measurement unit. 21
  • the control unit 23 is connected to a control input of the switching means 59 by a line 63 According to the state of the control signal present on line 63, the measurement signal present on the output 22 of the measurement circuit 26 is sent by the switching means 59 either to the air flow regulation unit 49 by line 61 or to the air / gas pressure regulation unit 52 by line 62
  • the output 51 of the air flow regulation unit 49 is connected to the motor 32 via a blocking sampler 64, which is controlled by the control unit 23 through a line 65 De
  • the output 53 of the air / gas pressure regulation unit 52 is connected to the proportional valve 41 by means of a blocking sampler 66, which is controlled by the control unit 23 through a line 67
  • each of the two samplers 64 and 66 can be produced as shown in FIG. 7
  • Each blocking sampler 64 or 66 has an input 68 connected by an electronic switch 69 to one of the armatures of a capacitor C, the other armature of which is connected to ground, and to the input of an amplifier 71 with high input impedance, the output 72 of which forms the output of the blocking sampler and is connected to the motor 32 or to the proportional valve 41
  • the electronic switch 69 is controlled by the control unit 23 via line 65 or 67
  • the control signal delivered by the air flow control unit 49 or by the control unit of air / gas pressure 52 at input 68 for example a control voltage
  • the control signal which the air flow control unit 49 or by the control unit of air / gas pressure 52 at input 68, for example a control voltage
  • the control unit 23 sends via the line 65 a command to the blocking sampler 64 to close the switch 69 thereof. If the value of the measured air flow rate does not comply with the set value delivered at this time by the temperature control unit 43 to the air flow control unit 49, the latter transmits on its output 51 a new control signal, for example a control voltage having a new value, which is stored in the capacitor C of the blocking sampler 64 and transmitted to the motor 32 to modify its speed, so that the flow of air produced by fan 31 becomes equal to the air flow setpoint.
  • the control unit can command the opening of the switch 69 of the blocking sampler 64 23
  • the pressure Pa is applied through the pressure tap 4 to the inlet port 2 of the sensor 1 and the pressure Pg is applied through the pressure tap 9 and the port calibrated throttle 27 at the input port 3 of the sensor 1
  • the sensor 1 measures the pressure difference Pa-Pg and the measurement circuit 26 delivers on its output 22 a corrected measurement signal which represents this pressure difference
  • the control unit 23 controls the closing of the switch 69 of the blocking sampler 66 If at this time the pressure Pg does not have the desired value, for example if it is not equal to the pressure Pa, the pressure regulating unit on air / gas 52 emits on its output 53 a new control signal, for example a control voltage having a new value, which is stored in the capacitor C of the blocking sampler 66 and transmitted to the proportional valve 41 to adjust the pressure P
  • control unit 23 closes the valve 28 and opens the valve 56 so that the sensor 1 measures the air flow in the air duct 33.
  • the control unit 23 acts on the means of switching 59 so that it sends the measurement signal present on the output of the measuring circuit 26 to the air flow regulation unit 49, and it closes the switch 69 of the blocking sampler 64, so that the regulation unit 49 regulates the air flow 24
  • control unit 23 blocks the control signal sent to the motor 32 by opening the switch 69 of the blocking sampler 64, and it closes the valve 56 (at this time the valve 28 is already closed) so that the sensor 1 measures the pressure difference Pa-Pg.
  • control unit 23 acts on the switching means 59 so that it sends the measurement signal present on the output 22 of the measurement circuit 26 to the air / gas pressure regulation unit 52, and it closes the switch 69 of the blocking sampler 66, so that the control signal present at the output 53 of the air / gas pressure regulating unit 52 acts on the proportional valve 41 so as to regulate the gas pressure Pg, for example in such a way that it becomes equal to the air pressure Pa.
  • the control unit 23 opens the switch 69 of the blocking sampler 66, closes the valve 28, opens the valve 56, acts on the switching means 59 so that it sends the output signal from the measurement circuit 26 to the air flow regulation unit 49. and closes, for example for one second, the switch 69 of the blocking sampler 64.
  • the unit regulation 49 regulates, if necessary, the speed of the motor 32 so that the air flow rate in the air line 33 is equal to the air flow setpoint value produced by the temperature regulation unit 43.
  • the control unit 23 returns the device for regulating the air / gas ratio to the state corresponding to the air / gas pressure regulation, by opening the switch 69 of the blocking sampler 64, by closing the two valves. 28 and 56, by acting on the switching means 59 so that it sends the output signal from the measurement circuit 26 to the air / gas pressure regulation unit 52 and by closing the switch 69 of the blocking sampler 66.
  • the control unit 23 controls a calibration of the pressure zero of the sensor 1, by opening if necessary the switch 69 of each of the two 25
  • FIG. 8 shows yet another embodiment of the device for regulating the air / gas ratio of a burner, variant of the preferred embodiment According to this variant, provision is also made a single differential pressure measurement device
  • FIG. 8 the elements of the device which are identical or which play the same role as those of the device of FIG. 6 are designated by the same reference numbers and will not be described again in detail.
  • the device of FIG. 8 differs from that of FIG. 6 in that the inlet orifice 2 of the single differential pressure sensor 1 is connected, on the one hand, to the pressure tap 4 through the calibrated throttle orifice 27 and , on the other hand, to the pressure tap 57 on the gas pipe via the valve 56, while the inlet port 3 of said sensor 1 is directly connected to the pressure tap 9 on the mixer 36 where a pressure equal to the pressure Pm prevails
  • the output of the switching means 59 which is connected by line 61 to the air flow regulation unit 49 and also connected by a line 73 to another sampler blocker 74 which can be made in the same way re that the Mockers 64 and 66 samplers (see Figure 7) and which is controlled by the control unit 23 through line 75
  • the switching means 59 sends at this moment the measurement signal present on the output 22 of the measurement circuit 26 to the air flow regulation unit 49 the latter can adjust, if necessary, the speed of the motor 32 so that the air flow in the air line 33 is equal to the air flow setpoint supplied by the temperature regulation unit 43 to the air flow regulation unit 49, in a manner similar to that described above with respect to the embodiment of FIG. 6
  • the measurement signal which is present on the output 22 of the measurement circuit 26 and which is indicative of the air flow is also sent by the switching means 59 and by line 73 to the blocking sampler 74 to be stored there and transmitted by line 76 to another input of the regulation unit 52
  • the inlet ports 2 and 3 of the sensor 1 are respectively subjected to the pressure Pg and to the pressure Pm.
  • the sensor 1 therefore measures the difference pressure Pg - Pm which, for a given gas diaphragm 39, gives an indication of the gas flow Qg in the gas line 38, according to the following formula
  • the measurement signal present on the output 22 of the measurement circuit 26 gives an indication of the gas flow in the gas line 38
  • the control unit 23 acts on the switching means 59 so that it sends this measurement signal via the line 62 to the regulation unit 52, the latter receives on its inputs respectively by lines 76 and 62, a signal whose value is indicative of the air flow in line 33 and a signal whose value is indicative of gas flow in line 38
  • the unit control valve 52 is designed as a gas flow control unit, that is to say that it acts on the proportional valve 41 so as to adjust the 27
  • the sequence of operations controlled by the unit 23 can be as follows
  • control unit 23 performs the calibration of the pressure zero of the sensor 1 by closing the valve 56 if it was open, by opening the valve 28 for a short time, by sending a signal via the line 25 control circuit 26 so that it stores in its memory (17) any measurement error present at this time on output 12 of sensor 1
  • control unit 23 closes the valve 28, acts on the switching means 59 so that it connects the output 22 of the measurement circuit 26 to the air flow regulation unit 49 and to the sampler blocker 74, close the switch 69 of this blocker sampler 74 and also close the switch 69 of the blocker sampler 64, so that the regulation unit 49 regulates the air flow in the air line 33 for the make equal to the set value of air flow delivered by the temperature control unit 43
  • the control unit 23 opens the switch 69 of the blocking sampler 64, opens the switch of the blocking sampler 74 in order to keep in that -this the differential pressure value Pa - Pm representing the air flow, opens the valve 56 (at this time the valve 28 is already closed), acts on the switching means 59 so that it connects the output 22 of the circuit 26 to the gas flow regulation unit 52 via line 62 and closes the switch 69 of the blocking sampler 66 so that the regulation unit 52 regulates the proportional valve 41 so as to obtain a pressure of gas Pg such that the pressure difference Pg - Pm measured by the sensor 1 is equal to the value of the differential pressure which has been stored in the blocking sampler 74
  • This device operates insofar as the sections Sa and Sg of the calibrated orifices d u air diaphragm 34 and diaphragm 28
  • the control unit 23 opens the switch 69 of the blocking sampler 66, closes the valves 28 and 56 if they were open, acts on the switching means 59 to that it directs the output signal from the measurement circuit 26 to the air flow regulation unit 49, closes the switch 69 of the blocking sampler 64 in order to adjust, if necessary, the air flow in the air line 33, closes the switch 69 of the blocking sampler 74 in order to update, if necessary, the value of the differential pressure representing the air flow memorized in the blocking sampler 74, opens the switch 69 from the blocking sampler 64, opens the valve 56, acts on the switching circuit 59 so that it directs the output signal from the measuring circuit 26 to the regulating unit 52 via line 62 and closes the switch 69 of the blocker sampler 66 in order to adjust er if necessary the gas flow rate in the gas line 38, then open the switch 69 of the blocking sampler 66 and close the valve 56
  • the control unit samples the pressure zero of the sensor 1 by carrying out the operations already described above.
  • the various circuits which have been described above for example the measurement circuit (s) 26, the control unit 23, the switching means 59, the regulation units 43, 49 and 52, the blocking samplers 64, 66 and 74, can be produced either by discrete electronic circuits like those which have been described above, or by a suitably programmed microprocessor Similarly, in FIGS. 3, 4, 5, 6 and 8, the fan 31 is shown upstream of the orifice 34 for measuring the air flow rate but it is very hipn new dam ⁇ tue "r 29
  • the measurement circuits are likely to take different configurations. It must also be clear that, although particularly suitable for regulating a boiler burner intended for the production of domestic hot water and / or d hot water for a heating circuit, the invention cannot be confined to this only type of application It applies more generally whenever it is desired to carry out active regulation of the air / gas ratio of a mixture of air and combustible gas admitted to a burner, using at least one differential pressure measuring device

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Abstract

Le dispositif de régulation active du rapport air/gaz d'un brûleur comprend un ou deux dispositifs de mesure de pression différentielle (42), chacun étant muni d'un capteur de pression différentielle (1) à deux orifices d'entrée (2 et 3). Ces orifices sont raccordés respectivement à des prises de pression (4 et 9), dans l'une desquelles est placé un orifice calibré d'étranglement (27). Le dispositif de régulation comprend une vanne (28) à deux voies, qui, à l'état fermé, isole l'un de l'autre les deux orifices d'entrée (2 et 3) et, à l'état ouvert, les met en communication l'un avec l'autre. Il est prévu un circuit de mesure (26) muni de moyens de mémorisation pour mémoriser au moins deux valeurs du signal de sortie des capteurs, une unité de commande (23) pour commuter la vanne (28) et commander la mémorisation d'une première valeur du signal de sortie du capteur (1) dans les moyens de mémorisation quand la vanne (28) est fermée, et la mémorisation d'une seconde valeur du signal de sortie du capteur (1) quand la vanne (28) est ouverte, et un moyen de soustraction pour calculer la différence des deux valeurs mémorisées du signal de sortie du capteur (1) et éliminer ainsi les éventuelles dérives. Dans une variante préférée, le dispositif de régulation ne comporte qu'un seul dispositif de mesure de pression différentielle.

Description

Dispositif pour la régulation active du rapport air/gaz d'un brûleur comprenant un dispositif de mesure de pression différentielle
La présente invention concerne un dispositif pour la régulation active du rapport air/gaz d'un mélange d'air et de gaz combustible admis à un brûleur, utilisant au moins un dispositif de mesure de pression différentielle
Dans de nombreux appareils ou installation où circulent un ou plusieurs fluides, liquides ou gazeux, il est souvent nécessaire de pouvoir mesurer avec précision le débit d'un fluide de travail et/ou de mesurer avec précision la différence de pression entre deux fluides de travail distincts à des fins de contrôle et/ou de régulation et/ou de réglage d'un processus A cet effet, on utilise habituellement un dispositif de pression différentielle comprenant capteur de pression différentielle dont les deux entrées sont respectivement raccordées à deux prises de pression Dans le cas de la mesure du débit d'un fluide, ces deux prises de pression sont respectivement situées de part et autre d'un diaphragme placé dans le conduit où circule le fluide Dans le cas où il s'agit de mesurer la différence de pression entre deux fluides distincts, les deux prises de pression sont branchées respectivement sur les conduits où circulent respectivement les deux fluides Dans les deux cas, la précision de la mesure du débit ou de la différence de pression dépend de la précision du capteur de pression différentielle, en particulier pour les faibles débits ou les faibles pressions différentielles Par exemple, dans le cas d'une mesure de débit, la différence de pression ΔP et le débit Q sont liés par la formule suivante
ΔP = KO/ (1 )
dans laquelle K est un coefficient dont la valeur dépend notamment de la densité du fluide dont on veut mesurer le débit, et de la section de l'orifice du diaphragme placé dans le conduit où circule ledit fluide Lorsque l'on veut faire varier la valeur instantanée du débit d'un fluide sur une large plage, par exemple dans un rapport de 1 à 10, le débit du fluide varie dans ce rapport, alors que la pression varie dans un rapport de 1 à 100 2
Autrement dit, à une faible variation du débit correspond une variation beaucoup plus faible de la pression Le capteur de pression différentielle utilisé pour la mesure du débit doit donc être très précis et très stable pour pouvoir fournir en sortie une valeur fiable pour les faibles débits De tels capteurs de pression différentielle existent mais ils sont extrêmement coûteux et, par suite, inutilisables dans des appareils dont le coût total de fabrication doit rester relativement modère, comme par exemple dans un dispositif pour la régulation du rapport air/gaz d'un brûleur, par exemple le brûleur d'une chaudière destinée à la production d'eau chaude sanitaire et/ou d'eau chaude pour un circuit de chauffage
D'un autre côté, il existe des capteurs de pression différentielle qui sont relativement bon marché, mais ils présentent une dérive thermique et une dérive à long terme qui excèdent souvent quelques pour cents On ne peut donc pas utiliser directement le signal de sortie de ces derniers capteurs pour faire des mesures précises de différence de pression sur une large plage, par exemple dans un rapport de 1 à 100 Lorsque l'on utilise un capteur bon marché, il est donc souvent nécessaire de prendre des dispositions pour effectuer à intervalles réguliers un étalonnage du zéro du capteur afin d'éliminer les dérives susmentionnées A cet effet, une solution classique consiste à utiliser un dispositif de mesure tel que celui montré sur la figure 1 des dessins annexés (voir aussi la publication "Patent Abstracts of Japan", volume 009084, date de publication de l'abrégé 13-04-85 et la demande de brevet japonais JP59212622 au nom de MATSUSHITA DENKI SANGYO, publiée le 01 -12-84)
Le dispositif de mesure de pression différentielle représenté sur la figure 1 comprend essentiellement un capteur de pression différentielle 1 dont les orifices d'entrée 2 et 3 sont raccordés respectivement à une prise de pression 4, où règne en service une pression P1 , et à la voie commune 5 d'une vanne 6 à trois voies Les deux autres voies 7 et 8 de la vanne 6 sont raccordées respectivement à une prise de pression 9, où règne en service une pression P2 (P2 < P1 ), et à l'orifice d'entrée 2 du capteur 1 par un conduit 11 En service, le capteur 1 fournit sur sa sortie 12 un signal qui est représentatif de la différence de pression P1 - P2 Ce signal est appliqué à l'entrée d'un moyen de 3
commutation 13, dont une sortie 14 est reliée à une première mémoire 15 et dont une autre sortie 16 est reliée à une seconde mémoire 17 Bien que deux mémoires 15 et 17 soient ICI représentées, ces deux mémoires pourraient être constituées respectivement par des emplacements de mémoire distincts d'une mémoire unique Les sorties 18 et 19 des mémoires 15 et 17 sont reliées respectivement aux entrées positive et négative d'un moyen de soustraction ou additionneur algébrique 21 , qui délivre sur sa sortie 22 un signal de mesure dont la valeur correspond à la différence des valeurs du signal de sortie du capteur 1 qui sont respectivement emmagasinées dans les mémoires 15 et 17 Normalement, la vanne 6 est dans un état tel qu'elle met l'orifice d'entrée 3 du capteur 1 en communication avec la prise de pression 9 et le moyen de commutation 13 est dans un état tel qu'il relie la sortie 12 du capteur 1 à l'entrée de la mémoire 15 Dans ces conditions, la mémoire 15 enregistre la valeur du signal de sortie du capteur 1 , qui correspond à la différence des pressions P1 et P2 Si les pressions P1 et P2 sont égales, la valeur du signal de sortie du capteur 1 devrait normalement être nulle Toutefois, comme indiqué plus haut, les capteurs de pression différentielle bon marché présentent souvent une dérive thermique et une dérive à long terme A cause de ces dérives la valeur du signal de sortie du capteur 1 n'est pas toujours nulle lorsque les pressions P1 et P2 appliquées aux orifices d'entrée 2 et 3 sont égales Par suite, lorsque ces deux pressions sont différentes, la valeur du signal de sortie capteur 1 est entachée d'une erreur Cette erreur peut être corrigée de la manière suivante A intervalles réguliers, par exemple toutes les minutes, une unité de commande 23 envoie pendant un bref instant à la vanne 6 et au moyen de commutation 13, respectivement par des lignes 24 et 25, des signaux de commande qui font passer momentanément la vanne 6 dans un état tel qu'elle interrompt la communication entre l'orifice d'entrée 3 du capteur 1 et la prise de pression 9 et établit une communication entre les orifices d'entrée 2 et 3 du capteur 1 , et le moyen de commutation 13 dans un état tel qu'il relie la sortie 12 du capteur 1 à l'entrée de la mémoire 17 Dans ces conditions, la même pression P1 est appliquée aux deux orifices d'entrée 2 et 3 du capteur 1 et l'éventuelle erreur de mesure du capteur 1 est emmagasinée dans la mémoire 17 A l'aide du moyen de soustraction 21 cette erreur est soustraite de la valeur du signal de sortie du capteur 1 emmagasinée dans la mémoire 15 Ainsi, l'erreur de mesure du capteur 1 est périodiquement mise à jour dans la mémoire 17 et l'on obtient sur la sortie 22 du moyen de soustraction 21 un signal de mesure corrigé dont la valeur correspond à la valeur exacte de la différence des pressions P1 et P2 Ainsi, les éléments 13, 15, 17 et 22 forment un circuit de mesure 26 qui, en combinaison avec la vanne 6 à trois voies et avec l'unité de commande 23, permet un étalonnage automatique du zéro du capteur 1
Le dispositif connu de mesure de pression différentielle qui a été décrit en référence à la figure 1 donne toute satisfaction de point de vue de l'étalonnage du zéro du capteur Toutefois, il présente l'inconvénient d'utiliser une vanne à trois voies, qui est un élément relativement coûteux
Les dispositifs de mesure de pression différentielle du type décrit ci- dessus peuvent être utilisés dans des dispositifs permettant de réguler le rapport air/gaz du brûleur d'une chaudière Des dispositifs de régulation du rapport air/gaz sont par exemple décrits dans la publication japonaise déjà citée plus haut et dans le rapport publié par l'Association Technique de l'industrie du Gaz en France, lors du 113ème Congrès du Gaz à Paris, 10-13 septembre 1996, "Recueil des Communications", Tome 2, page 245 - 251 , article "Régulation active du rapport air/gaz d'un brûleur" par C PECHOUX et al Le dispositif de régulation du rapport air/gaz décrit dans la publication japonaise précitée utilise un unique capteur de pression différentielle qui mesure la différence entre la pression d'air Pa en amont du diaphragme d'air dans la conduite d'alimentation en air sous pression et la pression de gaz Pg en amont du diaphragme de gaz dans la conduite d'alimentation en gaz Une vanne à trois voies et un circuit de mesure semblables à ceux décrits plus haut en référence à la figure 1 permet d'effectuer un étalonnage automatique du zéro du capteur de pression différentielle D'autre part, le dispositif de régulation du rapport air/gaz décrit dans le rapport précité utilise deux capteurs de pression différentielle, l'un pour mesurer la différence entre la pression d'air Pa et la pression de gaz Pg, comme dans la publication japonaise précitée, l'autre pour mesurer le débit d'air dans la conduite d'alimentation en air sous pression Bien que dans ce dernier dispositif 5
de régulation du rapport air/gaz il ne soit pas prévu d'effectuer un étalonnage automatique du zéro de chacun des deux capteurs de pression différentielle, on pourrait facilement effectuer un tel étalonnage en associant à chacun des deux capteurs une vanne a trois voies et un circuit de mesure tels que ceux qui ont été décrits plus haut en référence à la figure 1 Toutefois, une telle solution serait relativement coûteuse dans la mesure où elle nécessite l'utilisation de deux vannes à trois voies et de deux circuits de mesure, un pour chaque capteur
On connaît par ailleurs (Patent Abstracts of Japan, volume 008080, date de publication 12-04-84, et demande de brevet japonais JP58224226, publiée le 26-12-83 au nom de MATSUSHITA DENKI SANGYO) un dispositif de régulation du rapport air/gaz d'un brûleur, qui utilise un unique capteur de pression qui a un unique orifice d'entrée et qui est combiné à une vanne à trois voies de telle façon que le capteur mesure alternativement la pression d'air en amont du diaphragme d'air et la pression de gaz en amont du diaphragme de gaz Dans cette dernière publication, le capteur de pression n'est pas utilisé comme un capteur de pression différentielle et aucun moyen n'est prévu pour effectuer un étalonnage automatique du zéro du capteur
La présente invention a pour but de fournir un dispositif pour la régulation active du rapport air/gaz d'un brûleur utilisant au moins un dispositif de mesure de pression différentielle selon l'invention
Le dispositif de mesure de pression différentielle, mis en œuvre dans le dispositif de régulation selon l'invention, utilise un capteur de pression différentielle, susceptible de présenter des dérives thermiques et à long terme, et comporte un circuit de mesure permettant d'effectuer un étalonnage automatique du zéro du capteur, ledit dispositif de mesure de pression différentielle étant moins coûteux que le dispositif connu de mesure décrit plus haut
Ce dispositif de mesure de pression différentielle comprend un capteur de pression différentielle ayant des premier et second orifices d'entrée raccordés respectivement à des première et seconde prises de pression, et une sortie qui, en service, délivre un signal de sortie représentatif d'une différence 6
de pression entre les premier et second orifices d'entrée, et une vanne qui est reliée aux premier et second orifices d'entrée du capteur et qui, dans un premier état, isole l'un de l'autre les deux orifices d'entrée et, dans un second état, les met en communication l'un avec l'autre des moyens de mémorisation reliés à la sortie du capteur pour mémoriser au moins deux valeurs du signal de sortie du capteur II comprend également une unité de commande reliée à la vanne et aux moyens de mémorisation pour commuter la vanne et commander la mémorisation d'une première valeur du signal de sortie du capteur dans les moyens de mémorisation quand la vanne est dans son premier état, et la mémorisation d'une seconde valeur du signal de sortie du capteur dans les moyens de mémorisation quand la vanne est dans son second état II comprend enfin des moyens de mesure pour effectuer un calibrage automatique du zéro du capteur
Dans une variante de réalisation préférée, les moyens de mesures sont constitués par des circuits mémoires formant les moyens de mémorisation et par un moyen de soustraction pour calculer la différence entre les première et seconde valeurs du signal de sortie du capteur Le circuit de mesure délivre en sortie un signal de mesure représentant la valeur exacte de la différence des pressions respectivement appliquées aux premier et second orifices d'entrée du capteur
Le dispositif de mesure de pression comporte en outre un orifice d'étranglement calibré, qui est inséré dans l'une des première et seconde prises de pression La vanne est une vanne à deux voies, dont une première voie est reliée à celle des première et seconde prises de pressions dans laquelle est inséré l'orifice d'étranglement calibré, entre cet orifice calibré et l'orifice d'entrée correspondant du capteur Une seconde voie est reliée à l'autre des première et seconde prises de pression L'orifice calibré a une section de passage nettement plus petite que celle de ladite vanne à deux voies
Avec un tel agencement, pour effectuer l'étalonnage du zéro du capteur de pression différentielle on utilise un orifice calibré d'étranglement et une simple vanne à deux voies qui sont plus faciles à réaliser et moins coûteux que 7
la vanne à trois voies utilisée dans le dispositif de mesure de pression différentielle antérieurement connu
L'invention a donc pour but principal un dispositif pour la régulation active du rapport air/gaz d'un brûleur, comprenant un mélangeur air/gaz situé en amont du brûleur, une conduite d'air, contenant un diaphragme calibré d'air et connectée à une première entrée dudit mélangeur air/gaz, une conduite d'alimentation en gaz, contenant un diaphragme calibré de gaz et connectée à une seconde entrée dudit mélangeur air/gaz, disposés en amont desdits diaphragmes calibrés d'air et de gaz, des moyens de réglage des débits d'air et de gaz envoyés audit mélangeur air/gaz, et au moins un dispositif de mesure de pression différentielle branché de manière à délivrer un signal de mesure représentatif d'au moins un des paramètres que sont le débit d'air dans la conduite d'air, la différence des pressions d'air et de gaz dans les conduites d'air et de gaz, et le débit de gaz dans la conduite de gaz de manière à ce que la quantité de gaz envoyée au mélangeur air/gaz soit telle que le rapport air/gaz ait une valeur prédéfinie, caractérisé en ce que chacun des dispositifs de mesure de pression différentielle comprend un capteur de pression différentielle ayant des premier et second orifices d'entrée, raccordés respectivement à des première et seconde prises de pression, dont l'une comprend un orifice calibré d'étranglement, et une sortie qui, en service, délivre un signal représentatif d'une différence de pression entre les premier et second orifices d'entrée dudit capteur , une vanne à deux voies, dont une première voie est reliée à celle des première et seconde prises de pression dans laquelle est inséré ledit orifice calibré d'étranglement, entre cet orifice calibré et l'orifice d'entrée correspondant du capteur, et dont une seconde voie est reliée à l'autre des première et seconde prises de pression, ledit orifice calibré ayant une section de passage nettement plus petite que celle de ladite vanne à deux voies , ladite vanne à deux voies isolant l'un de l'autre les deux orifices d'entrée, lorsqu'elle est dans un premier état, et les met en communication l'un avec l'autre, lorsqu'elle est dans un second état , 8
des moyens de mémorisation relies a la sortie de chaque capteur pour mémoriser au moins deux valeurs du signal de sortie de chaque capteur , une unité de commande reliée à ladite vanne à deux voies et aux moyens de mémorisation pour commuter ladite vanne à deux voies et commander la mémorisation d'une première valeur du signal de sortie du capteur dans lesdits moyens de mémorisation quand la vanne à deux voies est dans son premier état, et la mémorisation d'une seconde valeur du signal de sortie du capteur dans lesdits moyens de mémorisation quand la vanne à deux voies est dans son second état , et - des moyens pour calculer la différence entre lesdites première et seconde valeurs du signal de sortie du capteur , lesdits moyens de mémorisation et ledit moyen de calcul de la différence formant un circuit de mesure qui délivre en sortie un signal de mesure représentant la valeur exacte de la différence des pressions respectivement appliquées aux premier et second orifices d'entrée de chaque capteur
Dans un premier mode de réalisation du dispositif de régulation du rapport air/gaz, pour mesurer le débit d'air dans la conduite d'air et pour mesurer la différence des pressions d'air et de gaz respectivement dans la conduite d'air et dans la conduite de gaz, il est possible d'utiliser deux dispositifs de mesure de pression différentielle selon l'invention, qui comportent chacun un capteur de pression différentielle, un orifice calibré d'étranglement, une vanne à deux voies et un circuit de mesure Dans ce cas, on utilise deux vannes à deux voies qui sont plus simples et moins coûteuses que deux vannes à trois voies qu'il faudrait utiliser avec des dispositifs de mesure de pression différentielle antérieurement connus
Dans un autre mode de réalisation du dispositif de régulation du rapport air/gaz selon l'invention, pour mesurer le débit d'air et pour mesurer la différence des pressions d'air et de gaz il est possible d'utiliser deux dispositifs de mesure de pression différentielle selon l'invention qui ont en commun un unique orifice calibré d'étranglement et une unique vanne à deux voies pour effectuer l'étalonnage du zéro de chacun des deux capteurs de pression différentielle 9
Dans un mode de réalisation préféré du dispositif de régulation du rapport air/gaz selon l'invention, pour mesurer le débit d'air et pour mesurer la différence des pressions d'air et de gaz ou le débit de gaz, il est possible d'utiliser un unique dispositif de mesure de pression différentielle selon l'invention, moyennant l'utilisation d'une vanne additionnelle à deux voies et d'un moyen de commutation pour envoyer le signal de sortie du circuit de mesure du dispositif de mesure de pression différentielle sélectivement à l'unité de régulation de débit d'air et à l'unité de régulation d'alimentation en gaz, cette dernière unité de régulation pouvant être conçue soit sous la forme d'une unité de régulation de pression air/gaz si, le capteur de pression différentielle du dispositif de mesure de pression différentielle est prévu pour mesurer la différence des pressions d'air et de gaz, soit sous la forme d'une unité de régulation de débit de gaz si ledit capteur de pression différentielle est prévu pour mesurer le débit du gaz D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux à la lecture de la description suivante du dispositif de mesure de pression différentielle et de divers modes de réalisation du dispositif de régulation du rapport air/gaz, qui sont donnés à titre d'exemple en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement un dispositif de mesure de pression différentielle antérieurement connu , la figure 2 représente schématiquement le dispositif de mesure de pression différentielle mis en oeuvre dans le dispositif de régulation du rapport air/gaz selon l'invention , - la figure 3 représente schématiquement un premier mode de réalisation d'un dispositif de régulation du rapport air/gaz d'un brûleur selon l'invention, utilisant deux dispositifs de mesure de pression différentielle conformes à la figure 2 , la figure 4 représente schématiquement un second mode de réalisation du dispositif de régulation du rapport air/gaz d'un brûleur, avec deux dispositifs de mesure de pression différentielle utilisant en commun un orifice calibré d'étranglement et une vanne à deux voies , 10
la figure 5 représente schématiquement une variante du dispositif de régulation de la figure 4 , la figure 6 représente schématiquement un troisième mode de réalisation, ou mode de réalisation préféré, du dispositif de régulation du rapport air/gaz d'un brûleur selon l'invention, utilisant un unique dispositif de mesure de pression différentielle selon l'invention pour mesurer le débit d'air et la différence des pressions d'air et de gaz , la figure 7 représente schématiquement un exemple de réalisation d'un échantillonneur bloqueur utilisable dans le dispositif de régulation de la figure 6 , et la figure 8 représente schématiquement un quatrième mode de réalisation d'un dispositif de régulation du rapport air/gaz d'un brûleur selon l'invention, utilisant également un unique dispositif de mesure de pression différentielle selon l'invention pour mesurer le débit d'air et le débit de gaz
Le dispositif de mesure de pression différentielle selon l'invention qui est montré sur la figure 2 est en grande partie semblable au dispositif de mesure connu qui a déjà été décrit plus haut en référence à la figure 1 En conséquence, les éléments du dispositif de mesure de pression différentielle selon l'invention qui sont identiques à ceux du dispositif connu de la figure 1 sont désignés par les mêmes numéros de référence et ne seront pas décrits à nouveau en détail Le dispositif de mesure de pression différentielle utilisé dans le dispositif de régulation du rapport air/gaz selon l'invention diffère du dispositif connu essentiellement par le fait que, au lieu de la vanne 6 à trois voies, il est prévu un orifice calibré d'étranglement 27 et une vanne 28 à deux voies L'orifice calibré 27 est situé dans l'une des deux prises de pression 4 et 9, par exemple dans la prise de pression 9 comme montré sur la figure 2, et il est réalisé de manière à avoir une section de passage nettement plus petite que celle de la vanne 28 lorsque celle-ci est ouverte La vanne 28 est insérée dans le conduit 11 de telle façon que l'une des voies de la vanne 28 est reliée à la prise de pression 4 raccordée à l'orifice d'entrée 2 du capteur 1 , et que l'autre voie de la vanne 28 est reliée à la prise de pression 9 raccordée à l'orifice d'entrée 3 du 11
capteur 1 , le conduit 11 étant branché entre cet orifice d'entrée 3 et l'orifice calibré 27
En service, la vanne 28 est normalement fermée et le moyen de commutation 13 relie la sortie 12 du capteur 1 à l'entrée de la mémoire 15 Dans ces conditions, si l'on désigne par P3 la pression à l'orifice d'entrée 3 du capteur 1 , ce dernier mesure la pression différentielle P1 - P3, avec P3 = P2, car à ce moment il n'y a pas de débit de fluide à travers de l'orifice calibré 27 En conséquence, la mémoire 15 emmagasine la valeur de la différence de pression P1 - P2, éventuellement entachée d'une erreur de mesure si le capteur 1 présente une dérive thermique et/ou une dérive à long terme
Pour effectuer l'étalonnage du zéro du capteur 1 , à intervalles réguliers, par exemple toutes les minutes, l'unité de commande 23 émet sur la ligne 24 un signal de commande qui ouvre pendant un bref instant la vanne 28, et, simultanément, l'unité de commande 23 émet sur la ligne 25 un signal de commande qui commute le moyen de commutation 13 de telle façon que celui-ci relie pendant un bref instant la sortie du capteur 1 à l'entrée de la mémoire 17 Etant donné que, lorsque la vanne 28 est ouverte, elle a une section de passage beaucoup plus grande que celle de l'orifice calibré 27, elle est capable de débiter considération plus que l'orifice calibré 27 En conséquence, la perte de charge P1 - P3 de la vanne 28 est négligeable devant la perte de charge P2 - P3 de l'orifice calibré 27 Donc, lorsqu'on ouvre la vanne 28, la pression P3 est pratiquement égale à la pression P1 En conséquence, pendant le bref instant où la vanne 28 est ouverte, les deux orifices d'entrée 2 et 3 du capteur 1 sont court-circuités du point de vue pneumatique ou hydraulique et le capteur 1 mesure une différence de pression nulle A ce moment, si le signal de sortie du capteur 1 , qui devrait être nul, présente une dérive thermique ou une dérive à long terme, qui constitue une erreur de mesure, cette erreur de mesure est emmagasinée dans la mémoire 17 pour être ensuite soustraite, dans le moyen de soustraction 21 , à la valeur du signal de sortie du capteur emmagasinée dans la mémoire 15 On obtient ainsi sur la sortie 22 du moyen de soustraction 21 un signai de mesure corrigé, qui représente la valeur exacte de la différence de pression P1 - P2 12
Bien que décrits dans un mode de réalisation précis, il doit cependant être clair que les circuits de mesure 26 sont susceptibles de prendre des configurations diverses matérielles et/ou logicielles En particulier, on pourrait utiliser les ressources offertes par un microprocesseur (non représenté), soit dédié à cette tâche, soit déjà présent dans le dispositif de régulation Un microprocesseur est généralement associé à des moyens de mémorisation internes et/ou externes (registres, mémoire vive, etc ) L'opération de soustraction peut être effectuée par l'unité arithmétique et logique dont est pourvu le microprocesseur L'ensemble des opérations peut être sous la commande d'un programme spécifique De même l'unité de commande 23 peut être confondue avec ce même microprocesseur II est seulement nécessaire de prévoir des circuits électroniques spécifiques d'interface en entrée et sortie, recevant les signaux de sortie du capteur et transmettant des signaux de commande à la vanne 28 Ces circuits (non représentés) assurent notamment des conversions de type analogique-numérique ou l'inverse, et les adaptations de niveaux nécessaires
La figure 3 montre un exemple de dispositif permettant de réguler le rapport air/gaz d'un brûleur 29, selon un premier mode de réalisation de l'invention, par exemple le brûleur d'une chaudière 30 Sur la figure 3, le numéro de référence 31 désigne un ventilateur, qui est actionné par un moteur électrique 32 à vitesse variable et qui est relié par une conduite d'air 33 contenant un diaphragme calibré d'air 34 à une première entrée 35 d'un mélangeur air/gaz 36 situé en amont du brûleur 29 Bien que le mélangeur air/gaz 36 soit ICI représenté comme un élément distinct du brûleur 29, il peut aussi être intégré à ce dernier comme cela est bien connu A une seconde entrée 37 du mélangeur 36 est raccordée une conduite d'alimentation en gaz 38 qui contient un diaphragme calibré de gaz 39 et, en amont de ce diaphragme, une vanne proportionnelle 41 dont le côté entrée est raccordé à une source de gaz combustible sous pression (non montrée), par exemple à un réseau de distribution de gaz combustible sous pression La vanne proportionnelle 41 permet de régler la pression Pg du gaz dans la conduite 38 13
en amont de l'orifice calibré 39 et par suite, la quantité de gaz envoyée au mélangeur 36
Sur la figure 3, Pa désigne la pression d'air dans la conduite d'air 33 en amont du diaphragme d'air 34 et Pm désigne la pression du mélange air/gaz dans le mélangeur 36 La pression qui règne dans la conduite d'air 33 en aval du diaphragme d'air 34 et la pression qui règne dans la conduite de gaz 38 en aval du diaphragme de gaz 39 sont égales a la pression Pm lorsqu'il y a un débit d'air dans la conduite 33 et un débit de gaz dans la conduite 38
Les numéros de référence 42a et 42b désignent deux dispositifs de mesure de pression différentielle qui sont destinés à mesurer respectivement la différence de pression Pa - Pm et la différence de pression Pa - Pg Chacun des deux dispositifs de mesure de pression différentielle 42a et 42b est réalisé et fonctionne de la même manière que le dispositif de mesure de pression différentielle décrit en référence à la figure 2 C'est pourquoi leurs éléments sont désignés par les mêmes numéros de référence que ceux des éléments correspondants du dispositif de mesure de pression différentielle de la figure 2, ces numéros de référence étant affectés de la lettre "a" pour les éléments du dispositif de mesure de pression différentielle 42a et de la lettre "b" pour les éléments du dispositif de mesure de pression différentielle 42b Les deux dispositifs de mesure de pression différentielle 42a et 42b ne seront donc pas décrits à nouveau en détail On indiquera simplement que les orifices d'entrée 2a et 2b des capteurs la et 1 b sont raccordés à une seule et même prise de pression 4 branchée sur la conduite d'air 33 en amont du diaphragme d'air 34 Ainsi, en donnant le même diamètre intérieur et la même longueur aux conduits qui raccordent respectivement les deux orifices d'entrée 2a et 2b à la prise commune de pression 4, on est ainsi assuré que la même valeur de pression Pa est appliquée aux deux orifices d'entrée 2a et 2b Toutefois, si on le désire, les orifices d'entrée 2a et 2b des capteurs 1 a et 1 b pourraient être raccordes à des prises distinctes de pression branchées sur la conduite d'air 33 en amont du diaphragme d'air 34 L'autre orifice d'entré 3a du capteur 1a est raccordé à la prise de pression 9a qui contient l'orifice calibré d'étranglement 27a et qui est branchée sur la conduite d'air 33 en aval du diaphragme d'air 34 L'autre orifice 14
d'entrée 3b du capteur 1 b est raccordé à la prise de pression 9b qui contient l'orifice calibré d'étranglement 27b et qui est banchée sur la conduite de gaz 38 en amont du diaphragme de gaz 39
Comme montré sur la figure 3, une seule et même unité de commande 23 peut être prévue pour commander, par des lignes 24a et 25a, la vanne 28a et le circuit de mesure 26a du dispositif de mesure de pression différentielle 42a et, par des lignes 24b et 25b, la vanne 28b et le circuit de mesure 26b du dispositif de mesure de pression différentielle 42b Sous la commande de l'unité de commande 23, l'étalonnage du zéro des capteurs 1 a et 1 b des dispositifs de mesure de pression différentielle 42a et 42b est effectué à intervalles réguliers, par exemple toutes les minutes, exactement de la même manière que celle décrite en référence à la figure 2 De préférence, l'étalonnage du zéro des deux capteurs 1 a et 1 b est effectué simultanément, mais il pourrait être effectué à des instants différents si on le désire Le circuit de mesure 26a du dispositif de mesure de pression différentielle 42a délivre donc sur sa sortie 22a un signal corrigé de mesure qui représente la valeur exacte de la différence de pression Pa - Pm De même, le circuit de mesure 26b du dispositif de mesure de pression différentielle 42b délivre sur sa sortie 22b un signal corrigé de mesure qui représente la valeur exacte de la différence pression Pa - Pg Comme cela est bien connu, le débit d'air Qa dans la conduite d'air 33 est lié à la différence des pressions régnant de part et autre du diaphragme d'air 34, c'est-à-dire la différence de pression Pa - Pm, par la formule suivante
Pa - Pm = Ka Q a (2)
dans laquelle Ka est un coefficient dont la valeur dépend du diamètre de l'orifice calibré du diaphragme d'air 34 En conséquence, pour un diaphragme d'air 34 ayant un diamètre donné, le signal de mesure présent à la sortie 22a du circuit de mesure 26a donne également une indication de la valeur du débit d'air Qa dans la conduite 33
Le dispositif de régulation du rapport air/gaz montré sur la figure 3 comprend en outre, de façon connue en soi, une unité de régulation de 15
température 43 qui reçoit sur son entrée 44 un signal de consigne de température Lors de la mise en marche de la chaudière 30 ou si le brûleur 29 est éteint et doit être rallumé, l'unité de régulation de température 43 envoie par une ligne 45 une requête d'allumage du brûleur à l'unité de commande 23 qui, par une ligne 46, commande alors un dispositif d'allumage 47 afin de provoquer l'allumage du brûleur 29 Sur sa sortιe-48, l'unité de régulation de température 43 délivre un signal de consigne de débit d'air, dont la valeur est fonction de la valeur de signal de consigne de température appliqué à l'entrée 44 Le signal de consigne de débit d'air délivré par l'unité de régulation de température 43 est envoyé à une entrée d'une unité classique de régulation de débit d'air 49 qui reçoit également sur une autre entrée le signal corrigé de mesure qui est présent sur la sortie 22a du circuit de mesure 26a et qui est indicatif de la valeur du débit d'air Qa dans la conduite 33 Sur la base du signal de consigne de débit d'air et du signal de mesure qui sont appliqués aux entrées de l'unité de régulation de débit d'air 49, cette dernière produit sur sa sortie 51 un signal de commande qui est envoyé au moteur 32 du ventilateur 31 afin d'en régler la vitesse de rotation La vitesse de rotation du moteur 32 est alors réglée de telle sorte que le débit d'air Qa produit par le ventilateur 31 dans la conduite 33 devienne égal à la consigne de débit d'air envoyée à l'unité de régulation de débit d'air 49 par l'unité de régulation de température 43
D'un autre côté, le dispositif de régulation du rapport air/gaz de la figure 3 comprend en outre une unité classique de régulation de pression air/gaz 52 recevant sur une entrée le signal corrigé de mesure qui est présent sur la sortie 22b du circuit de mesure 26b et qui représente la différence de pression Pa - Pg Sur la base de ce signal corrigé de mesure, l'unité de régulation de pression air/gaz 52 produit, de façon connue, sur sa sortie 53 un signal de commande qui est envoyé à la vanne proportionnelle 41 afin de régler la pression de gaz Pg dans la conduite de gaz 38 La pression de gaz Pg est réglée par l'unité de régulation de pression air/gaz 52 de telle façon que la différence de pression Pa - Pg ait une valeur prédéfinie, par exemple une valeur nulle Dans ce cas l'unité de régulation de pression air/gaz 52 agit sur la vanne proportionnelle 41 jusqu'à ce que la pression de gaz Pg devienne égale à la pression d'air Pa, donc jusqu'à 16
ce que la valeur du signal corrigé de mesure présent sur la sortie 22b du circuit de mesure 26b devienne égale à zéro Avec une telle régulation de pression, qui règle la pression de gaz Pg de telle façon qu'elle reste en permanence égale à la pression d'air Pa, qui est elle-même réglée par l'unité de régulation de température 43 et par l'unité de régulation de débit d'air 49 en fonction de la valeur de la consigne de température appliquée à l'entrée 44, on obtient alors un rapport air/gaz qui est donné par la formule suivante
Rapport air/gaz = Qa/Qg = (d)1/2 (Sa/Sg) (3)
dans laquelle Qa et Qg sont respectivement le débit d'air dans la conduite d'air 33 et le débit de gaz dans la conduite de gaz 38, d est la densité du gaz, Sa et Sb sont respectivement l'aire de la section de l'orifice calibré du diaphragme d'air 34 et l'aire de la section de l'orifice calibré du diaphragme de gaz 39 D'après la formule (3), on voit que le rapport air/gaz est indépendant de la pression d'air Pa et de la pression de gaz Pg et que sa valeur est constante pour un gaz donné et pour des diaphragmes d'air et de gaz dont les orifices calibrés ont des sections données Ainsi, en choisissant de manière appropriée les diamètres respectifs des orifices calibrés du diaphragme d'air 34 et du diaphragme de gaz 39, il est possible d'obtenir un rapport air/gaz qui a une valeur prédéfinie choisie en fonction de la nature du gaz utilisé et du type de brûleur utilisé, afin d'obtenir une bonne combustion, et ce rapport air/gaz est maintenu constant quelle que soit la valeur instantanée de la pression d'air Pa et de la pression de gaz Pg qui sont maintenues égales l'une à l'autre, donc quelle que soit la puissance instantanée demandée au brûleur
Ainsi que cela est également connu, l'unité de régulation de pression air/gaz 52 peut être conçue pour que la pression gaz Pg soit asservie à la pression d'air Pa, non pas pour que ces deux pressions restent en permanence égales l'une à l'autre, mais pour que la pression Pg soit liée à la pression Pa par une relation prédéterminée qui peut varier en fonction de la puissance instantanée demandée au brûleur Par exemple, un brûleur donné peut avoir besoin, d'un rapport air/gaz variant d'une façon prédéterminée entre la 17
puissance minimale et la puissance maximale du brûleur pour obtenir une bonne combustion quelle que soit la puissance instantanée demandée au brûleur Pour faciliter l'allumage du brûleur en le démarrant à une puissance donnée, il peut être également nécessaire d'avoir un rapport air/gaz spécial pendant l'allumage Par exemple, il peut être nécessaire d'augmenter la richesse du mélangeur air/gaz pendant les quelques secondes que dure le démarrage du brûleur A cet effet, l'unité de régulation de pression air/gaz peut être par exemple conçue pour régler la pression de gaz Pg de façon à obtenir le rapport air/gaz désiré en fonction de la puissance instantanée demandée au brûleur et/ou pendant quelques secondes lors de l'allumage du brûleur
La figure 4 montre un second mode de réalisation du dispositif de régulation du rapport air/gaz d'un brûleur, dans lequel il est prévu un unique orifice calibré d'étranglement et une unique vanne à deux voies pour effectuer l'étalonnage des deux capteurs de pression différentielle Sur la figure 4, les éléments du dispositif de régulation du rapport air/gaz qui sont identiques ou qui jouent le même rôle que ceux du dispositif de régulation du rapport air/gaz de la figure 3 sont désignés par les mêmes numéros de référence et ne seront pas décrits à nouveau en détail Le dispositif de régulation du rapport air/gaz de la figure 4 diffère de celui de la figure 3 essentiellement en ce qu'il comporte un unique orifice calibré d'étranglement 27, qui est situé dans la prise commune de pression 4, et une unique vanne 28 à deux voies L'une des deux voies de la vanne 28 est raccordée directement aux orifices d'entrée 2a et 2b des capteurs la et 1 b et, à travers l'orifice calibré d'étranglement 27, à la prise de pression 4 L'autre voie de la vanne 28 est reliée à une prise de pression 54 branchée sur la conduite d'air 33 en aval du diaphragme d'air 34, où il règne une pression égale à la pression Pm Au lieu d'être reliée à la prise de pression 54, la vanne 28 pourrait tout aussi bien être reliée soit à la prise de pression 9a, soit à la prise de pression 54' branchée sur le mélangeur 36, soit encore à la prise de pression 54" branchée sur la conduite de gaz 38 en aval du diaphragme 39, étant donné que, à tous ces endroits il règne, en service, une pression égale à la pression Pm 18
Avec l'arrangement décrit ci-dessus, lorsqu'on ouvre la vanne 28, la pression Pm est appliquée, à travers la prise de pression 54 et la vanne 28, aux orifices 2a et 2b des capteurs de pression 1 a et 1 b A ce moment, la pression Pm est également appliquée à travers la prise de pression 9a à l'orifice d'entrée 3a du capteur la Si, à ce moment, la vanne proportionnelle 41 est au moins partiellement ouverte, la pression Pg est appliquée à travers la prise de pression 9b à l'orifice d'entrée 3b du capteur 1 b Par contre, si, au même moment, la vanne proportionnelle 41 est fermée, il n'y a pas de débit de gaz à travers le diaphragme de gaz 39 et, par suite la pression Pg est égale à la pression Pm et cette pression est appliquée travers la prise de pression 9b à l'orifice d'entrée 3b du capteur 1 b On voit donc que, pour effectuer un étalonnage du zéro des deux capteurs 1 a et 1 b, l'unité de commande 23 doit provoquer l'ouverture de la vanne 28 pendant un bref instant par une commande appropriée sur la ligne 24 et, simultanément, elle doit provoquer la fermeture de la vanne proportionnelle 41 en lui envoyant une commande appropriée par la ligne 55 Bien entendu, l'unité de commande 23 doit aussi envoyer dans le même temps, par les lignes 25a et 25b, des signaux de commande aux circuits de mesure 26a et 26b afin qu'ils mémorisent dans leurs mémoires respectives (qui correspondent à la mémoire 17 de la figure 2) l'éventuelle erreur de mesure des capteurs 1 a et 1 b D'un autre côté, si on désire seulement effectuer l'étalonnage du zéro du capteur 1 a, il suffit que l'unité de commande 23 commande un bref instant l'ouverture de la vanne 28, sans fermer la vanne 41 , et en même temps, commande le circuit de mesure 26a pour qu'il mémorise dans sa mémoire l'erreur de mesure du capteur la Toutefois, dans ce dernier cas, l'unité de commande 23 ne doit envoyer aucune commande par la ligne 25b au circuit de mesure 26b, sinon celui-ci enregistrerait indûment dans sa mémoire (17) à titre de signal d'erreur de mesure un signal correspondant à la différence de pression Pm - Pg
Par ailleurs, lorsque la vanne proportionnelle 41 est ouverte et que la vanne 28 est fermée, le capteur la mesure la différence de pression Pa Pm et le capteur 1 b mesure la différence de pression Pa - Pg Dans ces conditions, le 19
dispositif de la figure 4 fonctionne de la même manière que celui de la figure 3 pour réguler le rapport air/gaz du brûleur 29
La figure 5 montre une variante de réalisation du dispositif de régulation du rapport air/gaz de la figure 4 Sur la figure 5, les éléments du dispositif qui sont identiques ou qui jouent le même rôle que ceux du dispositif de la figure 4 sont désignés par les mêmes numéros de référence et ne seront pas décrits à nouveau en détail Le dispositif de la figure 5 diffère essentiellement de celui de la figure 4 en ce que l'une des deux voies de la vanne 28 qui dans le mode de réalisation de la figure 4"étaιt raccordée à la prise de pression 54, est ICI raccordée à l'orifice d'entrée 3b du capteur 1 b et à la prise de pression 9b Dans ces conditions, la pression de gaz Pg est appliquée à travers la prise de pression 9b directement à l'orifice d'entrée 3b du capteur 1 b et, lorsque la vanne 28 est ouverte, à travers cette dernière, et le conduit 11 b à l'orifice d'entrée 2b du capteur 1 b et à l'orifice d'entrée 2a du capteur 1 a Si on ferme la vanne proportionnelle 41 en même temps que la vanne 28 est ouverte, il n'y a pas de débit de gaz dans la conduite de gaz 38 et la pression de gaz Pg est égale à la pression Pm Dans ces conditions, la pression Pm est appliquée aux deux orifices d'entrée 2a et 3a du capteur la et aux deux orifices d'entrée 2b et 3b du capteur 1 b II est donc possible d'effectuer l'étalonnage du zéro de pression des deux capteurs 1 a et 1 b en réalisant l'unité de commande 23 de telle sorte qu'elle envoie à intervalles réguliers un signal de commande sur la ligne 24 pour ouvrir momentanément la vanne 28 et un signal de commande sur la ligne 55 pour fermer en même temps la vanne proportionnelle 41 , et de telle sorte qu'elle envoie également des signaux de commande sur les lignes 25a et 25b afin que les circuits de mesure 26a et 26b emmagasinent dans leurs mémoires respectives (correspondant à la mémoire 17 de la figure 2) l'éventuelle erreur de mesure produite par les capteurs 1 a et 1 b D'un autre côté, si l'on souhaite seulement réaliser l'étalonnage du zéro de pression du capteur Ib, il suffit que l'unité de commande 23 commande par la ligne 24 l'ouverture de la vanne 28 et par la ligne 25b la mise en mémoire de l'erreur de mesure du capteur 1 b Dans ce cas, l'unité de commande 23 ne doit envoyer aucun signal de commande par la ligne 25a au circuit de mesure 26a, sinon la différence des pressions Pg et 20
Pm, qui sont respectivement appliquées aux orifices d'entrée 2a et 3a du capteur la lorsque la vanne 28 est ouverte serait enregistrée à titre d'erreur de mesure dans la mémoire (1 7) du circuit de mesure 26a
Par ailleurs, lorsque la vanne proportionnelle 41 est ouverte et que la vanne 28 est fermée, le capteur 1 a mesure la différence de pression Pa-Pm et le capteur 1 b mesure la différence de pression Pa-Pg Dans ces conditions, le dispositif de la figure 5 fonctionne de la même manière que ceux des figures 3 et 4 pour réguler le rapport air/gaz du brûleur 29
La figure 6 montre un mode de réalisation de réalisation préféré du dispositif de régulation du rapport air/gaz du brûleur d'une chaudière Selon ce mode de réalisation, il est prévu un unique dispositif de mesure de pression différentielle 42 pour mesurer, d'une part, la différence de pression Pa-Pm et, d'autre part, la différence de pression Pa-Pg Sur la figure 6, les éléments qui sont identiques ou qui jouent le même rôle que ceux des modes de réalisation précédents sont désignés par les mêmes numéros de référence et ne seront pas décrits à nouveau en détail Sur la figure 6, l'orifice d'entrée 2 du capteur 1 est raccordé à la prise de pression 4 branchée sur la conduite d'air 33 en amont du diaphragme d'air 34 L'orifice d'entrée 3 du capteur 1 est raccordé à la prise de pression 9 branchée sur la conduite de gaz 38 en amont du diaphragme de gaz 39 et l'orifice calibré d'étranglement 27 est situé dans la prise de pression 9 comme dans le mode de réalisation de la figure 3 L'une des voies de la vanne 28 à deux voies est reliée à la prise de pression 4 et à l'orifice d'entrée 2 du capteur 1 , L'autre voie de la vanne 28 est reliée à l'orifice d'entrée 3 du capteur 1 par le conduit 1 1 et à l'une des deux voies d'une autre vanne 56 à deux voies, dont l'autre voie est reliée à une prise de pression 57 où règne une pression égale à la pression Pm Dans l'exemple de réalisation représenté, la prise de pression 57 est branchée sur le mélangeur 36, mais elle pourrait être branchée sur la conduite d'air 33 en aval du diaphragme d'air 34 ou sur la conduite de gaz 38 en aval du diaphragme de gaz 39 La vanne 56 est commandée par l'unité de commande 23 à travers une ligne 58
La sortie 22 du circuit de mesure 26 est reliée à l'entrée d'un moyen de commutation 59 dont une première sortie est reliée par une ligne 61 à l'unité de 21
régulation de débit d'air 49 et dont une seconde sortie est reliée par une ligne 62 à l'unité de régulation de pression air/gaz 52 L'unité de commandé 23 est reliée à une entrée de commande du moyen de commutation 59 par une ligne 63 Selon l'état du signal de commande présent sur la ligne 63, le signal de mesure présent sur la sortie 22 du circuit de mesure 26 est envoyé par le moyen de commutation 59 soit à l'unité de régulation de débit d'air 49 par la ligne 61 soit à l'unité de régulation de pression air/gaz 52 par la ligne 62
De préférence, la sortie 51 de l'unité de régulation de débit d'air 49 est reliée au moteur 32 par l'intermédiaire d'un échantillonneur bloqueur 64, qui est commandé par l'unité de commande 23 à travers une ligne 65 De même, la sortie 53 de l'unité de régulation de pression air/gaz 52 est reliée à la vanne proportionnelle 41 par l'intermédiaire d'un échantillonneur bloqueur 66, qui est commandé par l'unité de commande 23 à travers une ligne 67
Dans le cas où l'unité de régulation de débit d'air 49 et l'unité de régulation de pression air/gaz 52 délivrent respectivement sur leurs sorties 51 et 53 des tensions variables pour commander respectivement le moteur 32 et la vanne proportionnelle 41 , chacun des deux échantillonneurs 64 et 66 peut être réalisé comme montré sur la figure 7 Chaque échantillonneur bloqueur 64 ou 66 comporte une entrée 68 reliée par un interrupteur électronique 69 à l'une des armatures d'un condensateur C, dont l'autre armature est connectée à la masse, et à l'entrée d'un amplificateur 71 à haute impédance d'entrée, dont la sortie 72 forme la sortie de l'échantillonneur bloqueur et est reliée au moteur 32 ou à la vanne proportionnelle 41 L'interrupteur électronique 69 est commandé par l'unité de commande 23 par la ligne 65 ou 67 Lorsque l'interrupteur 69 est fermé, le signal de commande délivré par l'unité de régulation de débit d'air 49 ou par l'unité de régulation de pression air/gaz 52 à l'entrée 68, par exemple une tension de commande, est mémorisé dans le condensateur C et transmis par l'amplificateur 71 à la sortie 72 et, de là, au moteur 32 ou à la vanne proportionnelle 41 Lorsque l'interrupteur 69 est ouvert, le signal de commandé qui a été mémorisé dans le condensateur C est conservé par celui-ci, du fait de la haute impédance d'entrée de l'amplificateur 71 , et le signal de commande 22
continue donc à être présent sur la sortie 72 de l'échantillonneur bloqueur quel que soit l'état de son entrée 68
En se référant à nouveau à la figure 6, on peut voir que, lorsque la vanne 56 est fermée et que l'on ouvre pendant un bref instant la vanne 28, la pression Pa est appliquée à travers la prise de pression 4 à l'orifice d'entrée 2 du capteur 1 et à travers la vanne 28 et le conduit 1 1 à l'orifice d'entrée 31 dudit capteur Dans ces conditions, il est alors possible d'effectuer l'étalonnage du zéro de pression du capteur 1 en mémorisant l'éventuelle erreur de mesure présente à ce moment sur la sortie 12 du capteur 1 dans la mémoire (17) du circuit de mesure 26 grâce à une commande appropriée envoyée par l'unité de commande 23 sur la ligne 25 Lorsque la vanne 28 est fermée et que l'on ouvre pendant un bref instant la vanne 56, la pression Pa est appliquée à travers la prise de pression 4 à l'orifice d'entrée 2 du capteur 1 , tandis que la pression Pm est appliquée à l'orifice d'entrée 3 du capteur 1 à travers la prise de pression 57, la vanne 56 et le conduit 11 Dans ces conditions, le capteur 1 mesure la différence de pression Pa-Pm et le circuit de mesure 26 fournit sur sa sortie 22 un signal corrigé de mesure qui représente la valeur du débit d'air dans la conduite d'air 33 A ce moment, sous l'action d'une commande appropriée émise par l'unité de commande 23 sur la ligne 63, la sortie 22 du circuit de mesure 26 est reliée par le moyen de commutation 59 à l'unité de régulation de débit d'air 49. En même temps, l'unité de commande 23 envoie par la ligne 65 une commande à l'échantillonneur bloqueur 64 pour fermer l'interrupteur 69 de celui- ci. Si la valeur du débit d'air mesuré n'est pas conforme à la valeur de consigne délivrée à ce moment par l'unité de régulation de température 43 à l'unité de régulation de débit d'air 49, cette dernière émet sur sa sortie 51 un nouveau signal de commande, par exemple une tension de commande ayant une nouvelle valeur, qui est mise en mémoire dans le condensateur C de l'échantillonneur bloqueur 64 et transmise au moteur 32 pour modifier sa vitesse, afin que le débit d'air produit par le ventilateur 31 devienne égal à la consigne de débit d'air. Lorsque la valeur mesurée du débit d'air a atteint la valeur de consigne de débit d'air, l'unité de commande peut commander l'ouverture de l'interrupteur 69 de l'échantillonneur bloqueur 64 23
Lorsque les deux vannes 28 et 56 sont fermées, la pression Pa est appliquée à travers la prise de pression 4 à l'orifice d'entrée 2 du capteur 1 et la pression Pg est appliquée à travers la prise de pression 9 et l'orifice calibré d'étranglement 27 à l'orifice d'entrée 3 du capteur 1 Dans ces conditions, le capteur 1 mesure la différence de pression Pa-Pg et le circuit de mesure 26 délivre sur sa sortie 22 un signal de mesure corrigé qui représente cette différence de pression A ce moment, sous l'action d'une commande appropriée émise par l'unité de commande 23 sur la ligne 63, la sortie 22 du circuit de mesure 26 est reliée par le moyen de commutation 59 à l'unité de régulation de pression air/gaz 52 En même temps, l'unité de commande 23 commande la fermeture de l'interrupteur 69 de l'échantillonneur bloqueur 66 Si à ce moment la pression Pg n'a pas la valeur désirée, par exemple si elle n'est pas égale à la pression Pa, l'unité de régulation de pression air/gaz 52 émet sur sa sortie 53 un nouveau signal de commande, par exemple une tension de commande ayant une nouvelle valeur, qui est emmagasiné dans le condensateur C de l'échantillonneur bloqueur 66 et transmis à la vanne proportionnelle 41 pour régler la pression Pg dans un sens tel que celle-ci ait la valeur désirée Quand la pression Pg a atteint la valeur désirée, l'unité de commande 23 peut commander l'ouverture de l'interrupteur 69 de l'échantillonneur bloqueur 66 On va maintenant décrire une séquence typique des commandes produites par l'unité de commande 23 du dispositif de la figure 6 Lorsque l'unité de régulation de température 43 envoie une requête d'allumage du brûleur à l'unité de commande 23, cette dernière ferme la vanne 56, ouvre la vanne 28 et envoie un signal de commande au circuit de mesure 26 pour qu'il effectue l'étalonnage du zéro de pression du capteur 1 en mémorisant dans sa mémoire (17) l'erreur de mesure éventuellement présente sur la sortie 12 du capteur 1
Ensuite, l'unité de commande 23 ferme la vanne 28 et ouvre la vanne 56 pour que le capteur 1 mesure le débit d'air dans la conduite d'air 33 En même temps, l'unité de commande 23 agit sur le moyen de commutation 59 pour qu'il envoie le signal de mesure présent sur la sortie du circuit de mesure 26 à l'unité de régulation de débit d'air 49, et elle ferme l'interrupteur 69 de l'échantillonneur bloqueur 64, afin que l'unité de régulation 49 règle le débit d'air 24
dans la conduite 33 conformément à la consigne fournie par l'unité de régulation de température 43. Lorsque le débit d'air a atteint la valeur de consigne, l'unité de commande 23 bloque le signal de commande envoyé au moteur 32 en ouvrant l'interrupteur 69 de l'échantillonneur bloqueur 64, et elle ferme la vanne 56 (à ce moment la vanne 28 est déjà fermée) afin que le capteur 1 mesure la différence de pression Pa-Pg. En même temps, l'unité de commande 23 agit sur le moyen de commutation 59 afin qu'il envoie le signal de mesure présent sur la sortie 22 du circuit de mesure 26 à l'unité de régulation de pression air/gaz 52, et elle ferme l'interrupteur 69 de l'échantillonneur bloqueur 66, afin que le signal de commande présent à la sortie 53 de l'unité de régulation de pression air/gaz 52 agisse sur la vanne proportionnelle 41 de manière à régler la pression de gaz Pg, par exemple de telle façon qu'elle devienne égale à la pression d'air Pa.
A intervalles réguliers, par exemple toutes les dix secondes, l'unité de commande 23 ouvre l'interrupteur 69 de l'échantillonneur bloqueur 66, ferme la vanne 28, ouvre la vanne 56, agit sur le moyen de commutation 59 pour qu'il envoie le signal de sortie du circuit de mesure 26 à l'unité de régulation de débit d'air 49. et ferme, par exemple pendant une seconde, l'interrupteur 69 de l'échantillonneur bloqueur 64. Dans ces conditions, l'unité de régulation 49 règle, si nécessaire, la vitesse du moteur 32 afin que le débit d'air dans la conduite d'air 33 soit égal à la valeur de consigne de débit d'air produite par l'unité de régulation de température 43.
Ensuite, l'unité de commande 23 remet le dispositif de régulation du rapport air/gaz dans l'état correspondant à la régulation de pression air/gaz, en ouvrant l'interrupteur 69 de l'échantillonneur bloqueur 64, en fermant les deux vannes 28 et 56, en agissant sur le moyen de commutation 59 pour qu'il envoie le signal de sortie du circuit de mesure 26 à l'unité de régulation de pression air/gaz 52 et en fermant l'interrupteur 69 de l'échantillonneur bloqueur 66. Dans ces conditions, l'unité de régulation 52 agit sur la vanne proportionnelle 41 pour maintenir la pression de gaz Pg dans une relation prédéfinie avec la pression d'air Pa, par exemple Pg=Pa. A intervalles réguliers, par exemple toutes les minutes, l'unité de commande 23 commande un étalonnage du zéro de pression du capteur 1 , en ouvrant si nécessaire l'interrupteur 69 de chacun des deux 25
échantillonneurs Moqueurs 64 et 66, en fermant la vanne 56, en ouvrant la vanne 28 pendant un bref instant, par exemple pendant une seconde, et en agissant sur le circuit de mesure 26 pour qu'il mémorise dans sa mémoire (17) l'éventuelle erreur de mesure présente sur la sortie 12 du capteur 1 La figure 8 montre encore un autre mode de réalisation du dispositif de régulation du rapport air/gaz d'un brûleur, variante du mode de réalisation préféré Selon cette variante, il est également prévu un seul dispositif de mesure de pression différentielle
Sur la figure 8, les éléments du dispositif qui sont identiques ou qui jouent le même rôle que ceux du dispositif de la figure 6 sont désignés par les mêmes numéros de référence et ne seront pas décrits à nouveau en détail Le dispositif de la figure 8 diffère de celui de la figure 6 en ce que l'orifice d'entrée 2 de l'unique capteur de pression différentielle 1 est relié, d'une part, à la prise de pression 4 à travers l'orifice calibré d'étranglement 27 et, d'autre part, à la prise de pression 57 sur la conduite de gaz par l'intermédiaire de la vanne 56, tandis que l'orifice d'entrée 3 dudit capteur 1 est relié directement à la prise de pression 9 sur le mélangeur 36 où règne une pression égale à la pression Pm En outre, la sortie du moyen de commutation 59 qui est reliée par la ligne 61 à l'unité de régulation de débit d'air 49 et également reliée par une ligne 73 à un autre échantillonneur bloqueur 74 qui peut être réalisé de la même manière que les échantillonneurs Moqueurs 64 et 66 (voir la figure 7) et qui est commandé par l'unité de commande 23 à travers la ligne 75
Avec l'arrangement représenté sur la figure 8, lorsque la vanne 56 est fermée et que l'unité de commande 23 ouvre pendant un bref instant la vanne 28, les deux orifices d'entrée 2 et 3 du capteur 1 sont soumis à la même pression Pm Dans ces conditions, l'étalonnage du zéro de pression du capteur 1 peut être effectué d'une manière semblable à celle décrite plus haut à propos des modes de réalisation précédents
Lorsque les deux vannes 28 et 56 sont fermées, les orifices d'entrée 2 et 3 du capteur 1 sont respectivement soumis à la pression Pa et à la pression Pm, de sorte que le capteur 1 mesure la différence de pression Pa - Pm et donne, par conséquent, une indication du débit d'air dans la conduite d'air 33 26
Dans ces conditions, si le moyen de commutation 59 envoie à ce moment le signal de mesure présent sur la sortie 22 du circuit de mesure 26 à l'unité de régulation de débit d'air 49 cette dernière peut régler, si nécessaire, la vitesse du moteur 32 pour que le débit d'air dans la conduite d'air 33 soit égal à la consigne de débit d'air fournie par l'unité de régulation de température 43 à l'unité de régulation de débit d'air 49, d'une manière semblable à celle décrite plus haut à propos du mode de réalisation de la figure 6 Toutefois, dans le mode de réalisation de la figure 8, le signal de mesure qui est présent sur la sortie 22 du circuit de mesure 26 et qui est indicatif du débit d'air, est aussi envoyé par le moyen de commutation 59 et par la ligne 73 à l'échantillonneur bloqueur 74 pour y être mis en mémoire et transmis par la ligne 76 à une autre entrée de l'unité de régulation 52
Lorsque la vanne 28 est fermée et que l'on ouvre pendant un bref instant la vanne 56, les orifices d'entrée 2 et 3 du capteur 1 sont respectivement soumis à la pression Pg et à la pression Pm Le capteur 1 mesure donc la différence de pression Pg - Pm qui, pour un diaphragme de gaz 39 déterminé, donne une indication du débit de gaz Qg dans la conduite de gaz 38, conformément à la formule suivante
Pg - Pm = Kg Q^g (4)
dans laquelle Kg est un coefficient qui dépend notamment de la densité du gaz utilisé et du diamètre de l'orifice calibré du diaphragme de gaz 39 Dans ces conditions, le signal de mesure présent sur la sortie 22 du circuit de mesure 26 donne une indication du débit du gaz dans la conduite de gaz 38 Si à ce moment l'unité de commande 23 agit sur le moyen de commutation 59 pour qu'il envoie ce signal de mesure par la ligne 62 à l'unité de régulation 52, cette dernière reçoit sur ses entrées respectivement par les lignes 76 et 62, un signal dont la valeur est indicative du débit d'air dans la conduite 33 et un signal dont la valeur est indicative du débit de gaz dans la conduite 38 Dans ce cas, l'unité de régulation 52 est conçue comme une unité de régulation de débit de gaz, c'est-à-dire qu'elle agit sur la vanne proportionnelle 41 de manière à régler le 27
débit de gaz Qg pour que le rapport Qa/Qg, c'est-à-dire le rapport air/gaz, ait une valeur prédéfinie
Lorsque l'unité de régulation de température 43 envoie une requête d'allumage du brûleur à l'unité de commande 23 la séquence des opérations commandées par l'unité 23 peut être la suivante
Tout d'abord, l'unité de commande 23 réalise l'étalonnage du zéro de pression du capteur 1 en fermant la vanne 56 si elle était ouverte, en ouvrant pendant un bref instant la vanne 28, en envoyant par la ligne 25 un signal de commande au circuit de mesure 26 pour qu'il mémorise dans sa mémoire (17) l'éventuelle erreur de mesure présente à ce moment sur la sortie 12 du capteur 1
Ensuite, l'unité de commande 23 ferme la vanne 28, agit sur le moyen de commutation 59 pour qu'il relie la sortie 22 du circuit de mesure 26 à l'unité de régulation de débit d'air 49 et à l'échantillonneur bloqueur 74, ferme l'interrupteur 69 de cet échantillonneur bloqueur 74 et ferme également l'interrupteur 69 de l'échantillonneur bloqueur 64, afin que l'unité de régulation 49 règle le débit d'air dans la conduite d'air 33 pour le rendre égal à la valeur de consigne de débit d'air délivrée par l'unité de régulation de température 43
Lorsque le débit d'air dans la conduite 33 a atteint la valeur de consigne, l'unité de commande 23 ouvre l'interrupteur 69 de l'échantillonneur bloqueur 64, ouvre l'interrupteur de l'échantillonneur bloqueur 74 afin de conserver dans celui-ci la valeur de pression différentielle Pa - Pm représentant le débit d'air, ouvre la vanne 56 (à ce moment la vanne 28 est déjà fermée), agit sur le moyen de commutation 59 pour qu'il relie la sortie 22 du circuit de mesure 26 à l'unité de régulation du débit de gaz 52 par la ligne 62 et ferme l'interrupteur 69 de l'échantillonneur bloqueur 66 afin que l'unité de régulation 52 règle la vanne proportionnelle 41 de façon à obtenir une pression de gaz Pg telle que la différence de pression Pg - Pm mesurée par le capteur 1 soit égale à la valeur de la pression différentielle qui a été mise en mémoire dans l'échantillonneur bloqueur 74 Ce dispositif fonctionne dans la mesure où les sections Sa et Sg des orifices calibrés du diaphragme d'air 34 et du diaphragme 28
de gaz 39 ont été choisies pour obtenir le rapport air/gaz souhaité, conformément à la formule (3) indiquée plus haut
Ensuite, à intervalles réguliers, par exemple toutes les dix secondes, l'unité de commande 23 ouvre l'interrupteur 69 de l'échantillonneur bloqueur 66, ferme les Vannes 28 et 56 si elles étaient ouvertes, agit sur le moyen de commutation 59 pour qu'il dirige le signal de sortie du circuit de mesure 26 vers l'unité de régulation de débit d'air 49, ferme l'interrupteur 69 de l'échantillonneur bloqueur 64 afin de régler, si nécessaire, le débit d'air dans la conduite d'air 33, ferme l'interrupteur 69 de l'échantillonneur bloqueur 74 afin de mettre au besoin à jour la valeur de la pression différentielle représentant le débit d'air mémorisé dans l'échantillonneur bloqueur 74, ouvre l'interrupteur 69 de l'échantillonneur bloqueur 64, ouvre la vanne 56, agit sur le circuit de commutation 59 pourqu'il dirige le signal de sortie du circuit de mesure 26 vers l'unité de régulation 52 par la ligne 62 et ferme l'interrupteur 69 de l'échantillonneur bloqueur 66 afin de régler au besoin le débit de gaz dans la conduite de gaz 38, puis ouvre l'interrupteur 69 de l'échantillonneur bloqueur 66 et ferme la vanne 56
A intervalles réguliers, par exemple toutes les minutes, l'unité de commande réalise l'échantillonnage du zéro de pression du capteur 1 en effectuant les opérations déjà décrites plus haut II va de soi que les modes de réalisation de l'invention qui ont été décrits ci-dessus ont été donnés à titre indicatif et nullement limitatif et que de nombreuses modifications peuvent être facilement apportées par l'homme de l'art sans pour autant sortir du cadre de l'invention Par exemple, au moins une partie des fonctions réalisées par les différents circuits qui ont été décrits ci- dessus, par exemple le ou les circuits de mesure 26, l'unité de commande 23, le moyen de commutation 59, les unités de régulation 43, 49 et 52, les échantillonneurs bloqueurs 64, 66 et 74, peuvent être réalisées soit par des circuits électroniques discrets comme ceux qui ont été décrits plus haut, soit par un microprocesseur convenablement programmé De même, sur les figures 3, 4, 5, 6 et 8, le ventilateur 31 est représenté en amont de l'orifice 34 de mesure du débit d'air mais il neuf très hipn se ςιtue»r 29
entre le mélangeur 36 et le brûleur 29 ou même au-delà du brûleur, après l'échangeur de température de la chaudière par exemple
Dans le cas ou le ventilateur se trouve en amont de l'orifice 34, représenté par les figures 3 à 8, le débit d'air se trouve "poussé" par le ventilateur Si, en revanche, le ventilateur se trouve entre le mélangeur et le brûleur ou lorsqu'il se trouve au-delà du brûleur, dans ce cas, le ventilateur aspire le débit de mélange
A la lecture de ce qui précède, on constate aisément que l'invention atteint bien les buts qu'elle s'est fixés II doit être clair cependant que l'invention n'est pas limitée aux seuls exemples de réalisations explicitement décrits, notamment en relation avec les figures 2 à 8
Notamment, comme il a été indiqué, les circuits de mesure sont susceptibles de prendre différentes configurations II doit être clair aussi que, bien que particulièrement adaptée à régulation d'un brûleur de chaudière destinée à la production d'eau chaude sanitaire et/ou d'eau chaude pour un circuit de chauffage, on ne saurait cantonner l'invention à ce seul type d'applications Elle s'applique de façon plus générale toutes les fois que l'on désire réaliser la régulation active du rapport air/gaz d'un mélange d'air et de gaz combustible admis à un brûleur, en utilisant au moins un dispositif de mesure de pression différentielle

Claims

30REVENDICATIONS
1. Dispositif pour la régulation active du rapport air/gaz d'un brûleur (29), comprenant un mélangeur air/gaz (36) situé en amont du brûleur (29), une conduite d'air (33), contenant un diaphragme calibré d'air (34) et connectée à une première entrée (35) dudit mélangeur air/gaz (36), une conduite d'alimentation en gaz (38), contenant un diaphragme calibré de gaz (39) et connectée à une seconde entrée (37) dudit mélangeur air/gaz, disposés en amont desdits diaphragmes calibrés d'air (34) et de gaz (39), des moyens de réglage des débits d'air (49, 32, 31 ) et de gaz (52, 41 ) envoyés audit mélangeur air/gaz (36), et au moins un dispositif de mesure de pression différentielle (42a, 42b) branché de manière à délivrer un signal de mesure représentatif d'au moins un des paramètres que sont le débit d'air dans la conduite d'air (33), la différence des pressions d'air et de gaz dans les conduites d'air (33) et de gaz (38), et le débit de gaz dans la conduite de gaz (38), de manière à ce que la quantité de gaz envoyée au mélangeur air/gaz (36) soit telle que le rapport air/gaz ait une valeur prédéfinie, caractérisé en ce que chacun des dispositifs de mesure de pression différentielle (42a-42b) comprend un capteur de pression différentielle (1a-1b) ayant des premier et second orifices d'entrée (2a-2b, 3a-3b), raccordés respectivement à des première et seconde prises de pression (4, 9a-9b), dont l'une comprend un orifice calibré d'étranglement (27a-27b), et une sortie (12a-12b) qui, en service, délivre un signal représentatif d'une différence de pression entre les premier et second orifices d'entrée (2a-2b, 3a-3b) dudit capteur (1 a-1 b)
- une vanne à deux voies (28a-28b), dont une première voie est reliée à celle des première et seconde prises de pression (4, 9a-9b) dans laquelle est inséré ledit orifice calibré d'étranglement (27a-27b), entre cet orifice calibré et l'orifice d'entrée (3a-3b) correspondant du capteur (1 a-1 b), et dont une seconde voie est reliée à l'autre des première et seconde 31
prises de pression (4, 9a-9b), ledit orifice calibré (27a-27b) ayant une section de passage nettement plus petite que celle de ladite vanne à deux voies (28a-28b) , ladite vanne à deux voies (28a-28b) isolant l'un de l'autre les deux orifices d'entrée (2a-2b, 3a-3b), lorsqu'elle est dans un premier état, et les met en communication l'un avec l'autre, lorsqu'elle est dans un second état, des moyens de mémorisation (13-17) relies à la sortie de chaque capteur (1 a-1 b) pour mémoriser au moins deux valeurs du signal de sortie de chaque capteur (1 a-1 b), - une unité de commande (23) reliée à ladite vanne à deux voies (28a-
28b) et aux moyens de mémorisation (13-17) pour commuter ladite vanne à deux voies (28a-28b) et commander la mémorisation d une première valeur du signal de sortie du capteur (1 a-1 b) dans lesdits moyens de mémorisation (13-17) quand la vanne à deux voies (28a-28b) est dans son premier état, et la mémorisation d'une seconde valeur du signal de sortie du capteur (1 a-1 b) dans lesdits moyens de mémorisation (13-17) quand la vanne à deux voies (28a-28b) est dans son second état, et des moyens (21 ) pour calculer la différence entre lesdites première et seconde valeurs du signal de sortie du capteur (1 a-1 b) , lesdits moyens de mémorisation (13-17) et ledit moyen de calcul de la différence (21 ) formant un circuit de mesure (26) qui délivre en sortie (22) un signal de mesure représentant la valeur exacte de la différence des pressions respectivement appliquées aux premier et second orifices d'entrée (2a-2b et 3a-3b) de chaque capteur (1 a-1 b)
Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits moyens de réglage du débit d'air et de gaz, envoyés audit mélangeur air/gaz (36) comprennent un ventilateur (31 ), actionné par un moteur électrique (32) à vitesse variable, une unité de régulation de température (43) délivrant en sortie (48) un signal de consigne de débit d'air dont la valeur est fonction d'une valeur désirée de température, une unité de régulation de débit d'air
(49) qui reçoit sur une première entrée un premier signal de mesure représentatif du débit d'air dans la conduite d'air (33) et sur une seconde 32
entrée ledit signal de consigne de débit d'air, et qui produit en sortie (51 ) un signal de commande pour ledit moteur électrique (32) du ventilateur (31 ), de telle sorte que le débit d air produit par ce ventilateur (32) soit égal à ladite consigne de débit d'air, une unité de régulation d'alimentation en gaz (52) qui reçoit en entrée au moins un second signal de mesure représentatif d'un desdits paramètres que sont la différence des pressions d'air et de gaz respectivement dans les conduites d'air et de gaz (33 et 38) et le débit de gaz dans la conduite de gaz (38), et qui produit en sortie (53) un signal de commande d'une vanne proportionnelle (41 ) réglant la quantité de gaz envoyée au mélangeur air/gaz, de manière à ce que l'on obtienne ledit rapport air/gaz à une valeur prédéfinie
3. Dispositif selon les revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit circuit de mesure (26) comprend un commutateur (13) à deux voies de sortie (14, 16), recevant en entrée ledit signal de sortie (12) d'un capteur de pression différentielle (1 ), deux circuits de mémoire (15, 17), chacun étant relié à l'une des voies de sortie (14, 16) dudit commutateur (13), et un circuit soustracteur à deux entrées (21 ), chacune des entrées recevant des signaux de sortie d'un desdits circuits de mémoire (15, 17), qui délivre sur sa sortie (22) ledit signal de mesure représentant la valeur exacte de la différence des pressions respectivement appliquées aux premier (2) et second (3) orifices d'entrée dudit capteur (1 ) , la commutation d'une des voies de sortie (14) à l'autre (16) étant commandé par ladite unité de commande (23)
4. Dispositif pour la régulation active du rapport air/gaz d'un selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un premier dispositif de mesure de pression différentielle (42a) comportant un capteur de pression différentielle (1 a) dont les deux orifices d'entrée (2a, 3a) sont raccordés respectivement à des première et seconde prises de pression (4, 9a) situées sur la conduite d'air (33) respectivement en amont et en aval du diaphragme d'air (34), et un premier circuit de mesure (26a) qui est relié à la sortie (12a) du premier capteur (1a) et qui délivre en sortie 33
(22a) ledit premier signal de mesure qui est représentatif du débit d'air dans la conduite d'air (33), et un second dispositif de mesure de pression différentielle (42b) comportant un capteur de pression différentielle (1 b) dont les deux orifices d'entrée (2b, 3b) sont raccordés respectivement à une troisième prise de pression (4) située sur la conduite d'air (33) en amont du diaphragme d'air (34) et à une quatrième prise de pression (9b) située sur la conduite de gaz (38) en amont du diaphragme de gaz (39), et un second circuit de mesure (26b) qui est relié à la sortie (12b) du second capteur (1 b) et qui délivre en sortie (22b) ledit second signal de mesure qui est représentatif de la différence des pression d'air et de gaz
5. Dispositif pour la régulation active du rapport air/gaz d'un brûleur selon la revendication 4, caractérise en ce que les première et troisième prise de pression sont constituées par une seule et même prise de pression (4), qui forme une prise de pression commune pour les premier et second dispositifs de mesure de pression différentielle (42a, 42b)
6. Dispositif pour la régulation active du rapport air/gaz d'un brûleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que chacun des premier et second dispositifs de mesure de pression différentielle (42a, 42b) comporte sa propre vanne à deux voies (28a, 28b) et son propre orifice calibré d'étranglement (27a, 27b), l'orifice calibré d'étranglement (27a) du premier dispositif de mesure de pression différentielle (42a) étant situé dans ladite seconde prise de pression (9a) et l'orifice calibré d'étranglement (27b) du second dispositif de mesure de pression différentielle (42b) étant dans la quatrième prise de pression (9b)
7. Dispositif pour la régulation active du rapport air/gaz d'un brûleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les premier et second dispositifs de mesure de pression différentielle (42a, 42b) ont un orifice calibré d'étranglement commun (27), qui est situé dans ladite prise de pression commune (4), et une vanne commune (28) à deux voies dont l'une des deux voies est raccordée à la prise de pression commune (4) entre l'orifice 34
d'étranglement (27) et les orifices d'entrée (2a, 2b) des premier et second capteurs (1 a, 1 b) qui sont reliés à la prise de pression commune (4), et dont l'autre des deux voies est raccordée a la seconde prise de pression ou à une prise de pression (54) où règne une pression égale à celle régnant à la seconde prise de pression (9a)
8. Dispositif pour la régulation active du rapport air/gaz d'un brûleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les premier et second dispositifs de mesure de pression différentielle (42a, 42b) ont un orifice calibré d'étranglement commun (27), qui est situé dans ladite prise de pression commune (4), et une vanne commune (28) à deux voies, dont l'une des deux voies est raccordées à la prise de pression commune (4) entre l'orifice d'étranglement commun (27) et les orifices d'entrée (2a, 2b) des premier et second capteurs (1a, 1 b) qui sont reliés à la prise de pression commune (4), et dont l'autre des deux voies est raccordée à la quatrième prise de pression (9b)
9. Dispositif pour la régulation active du rapport air/gaz d'un brûleur la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un unique dispositif de mesure de pression différentielle (42) dont la première prise de pression (4) est située sur la conduite d'air (33) en amont du diaphragme d'air (34) et dont la seconde prise de pression (9) est située sur la conduite de gaz
(38) en amont du diaphragme de gaz (39), et en ce qu'il comprend en outre une autre vanne (56) à deux voies, qui est commandée par l'unité de commande (23) du dispositif de mesure de pression différentielle (42) et dont l'une des deux voies est reliée a celle des première et seconde prises de pression (4, 9) dans laquelle est inséré ledit orifice calibré d'étranglement (27), entre cet orifice calibré et l'orifice d'entrée correspondant du capteur (1 ), et dont l'autre des deux voies est reliée à une troisième prise de pression (57) où règne une pression égale à la pression régnant dans le mélangeur air/gaz (36), et un moyen de commutation (59) ayant une entrée reliée à la sortie (22) du circuit de mesure (26) du dispositif de mesure de pression différentielle (42) et deux 35
sorties (61 , 62) reliées respectivement à la première entrée de ladite unité de régulation de débit d'air (49) et à l'entrée de ladite unité de régulation d'alimentation en gaz (52), ledit moyen de commutation (59) étant commandé par ladite unité de commande (23) de façon à relier la sortie (22) dudit circuit de mesure (26) sélectivement à la première entrée de ladite unité de régulation de débit d'air (49) quand ladite unité de commande (23) provoque la fermeture de la vanne (28) à deux voies du dispositif de mesure de pression différentielle (42) et l'ouverture de ladite autre vanne (56) à deux voies, et à l'entrée de ladite unité de régulation d'alimentation en gaz (52) quand ladite unité de commande (23) provoque la fermeture des deux vannes (28, 56) à deux voies
10. Dispositif pour la régulation active du rapport air/gaz d'un brûleur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un unique dispositif de mesure de pression différentielle (42) dont la première prise de pression (4) est située sur la conduite d'air (33) en amont du diaphragme d'air (34) et contient ledit orifice calibré d'étranglement (27), et dont la seconde prise de pression (9) est branchée en un point où règne une pression égale à la pression régnant dans le mélangeur air/gaz (36), et en ce qu'il comprend en outre une autre vanne (56) à deux voies, qui est commandée par l'unité de commande (23) du dispositif de mesure de pression différentielle (42) et dont l'une des deux voies est raccordée au premier orifice d'entrée (2) du capteur de pression différentielle (1 ) du dispositif de mesure de pression différentielle (42) et dont l'autre des deux voies est reliée à une troisième prise de pression (57) située sur la conduite de gaz (38) en amont du diaphragme de gaz (39), et un moyen de commutation (59) ayant une entrée reliée à la sortie (22) du circuit de mesure (26) du dispositif de mesure de pression différentielle (42) et deux sorties (61 , 62), dont l'une est reliée à la première entrée de ladite unité de régulation de débit d'air (49) et, par l'intermédiaire d'un échantillonneur bloqueur (74), à une première entrée de ladite unité de régulation d'alimentation en gaz (52), et dont l'autre sortie (62) est reliée à une seconde entrée de ladite unité de 36
régulation d'alimentation en gaz (52), ledit moyen de commutation (59) et ledit échantillonneur bloqueur (74) étant commandés par ladite unité de commande (23) de telle façon que la sortιe(22) dudit circuit de mesure (26) soit reliée à la première entrée de ladite unité de régulation de débit d'air (49) et audit échantillonneur bloqueur (74) quand ladite unité de commande (23) provoque la fermeture de la vanne (28) à deux voies du dispositif de mesure de pression différentielle (42) et la fermeture de ladite autre vanne (56) à deux voies, et de telle façon que la sortie (22) dudit circuit de mesure (26) soit reliée à la seconde entrée de ladite unité de régulation d'alimentation en gaz (52) quand ladite unité de commande (23) provoque la fermeture de la vanne (28) à deux voies du dispositif de mesure de pression différentielle (42) et l'ouverture de ladite autre vanne (56) à deux voies
11. Dispositif pour la régulation active du rapport air/gaz d'un brûleur selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que la sortie (51 ) de ladite unité de régulation de débit d'air (49) est reliée au moteur (32) du ventilateur (31 ) par l'intermédiaire d'un échantillonneur bloqueur (64) qui est commandé par ladite unité de commande(23) de telle façon que le signal de commande produit par ladite unité de régulation de débit d'air (49) est mis à jour et emmagasiné dans ledit échantillonneur bloqueur (64) chaque fois que la sortie (22) dudit circuit de mesure (26) est reliée par le moyen de commutation (59) à la première entrée de l'unité de régulation de débit d'air (49), et en ce que ladite unité de régulation d'alimentation en gaz (52) est reliée à la vanne proportionnelle (41 ) par l'intermédiaire d'un autre échantillonneur bloqueur (66) qui est commandé par ladite unité de commande (23) de telle façon que le signal de commande produit par ladite unité de régulation d'alimentation en gaz (52) est mis à jour et emmagasiné dans ledit autre échantillonneur bloqueur (66) chaque fois que la sortie (22) dudit circuit de mesure (26) est reliée par le moyen de commutation (59) à la seconde entrée de l'unité de régulation d'alimentation en gaz (52)
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