FR2950954A1

FR2950954A1 - AIR BURNER AND LIQUID FUEL WITH MODULATION OF COMBUSTION / FUEL RATIO

Info

Publication number: FR2950954A1
Application number: FR0904700A
Authority: FR
Inventors: Philippe Weitz; Olivier Beaugeois
Original assignee: SPM
Current assignee: SPM INNOVATION, FR
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2009-10-02
Publication date: 2011-04-08
Anticipated expiration: 2029-10-02
Also published as: EP2306085A1; ES2709695T3; EP2306085B1; FR2950954B1

Abstract

L'invention concerne un brûleur à air soufflé alimenté par un combustible liquide. Le brûleur comporte une platine de brûleur (1) reliée à un circuit d'alimentation en fioul avec une électrovanne (4) associée à une pompe (5) assurant l'alimentation en fioul sous pression, au moyen d'un moteur modulant (6) et d'une turbine (7) générant un débit en air. La pompe (5) et la turbine (7) ont un entraînement commun réalisé par l'arbre (8) du moteur modulant (6), et sont associés à des moyens de modulation fournissant une information de pression à partir de laquelle la vitesse de rotation du moteur sera adaptée pour maintenir un ratio comburant / carburant optimisé.The invention relates to a forced-air burner fed with a liquid fuel. The burner comprises a burner plate (1) connected to a fuel supply circuit with a solenoid valve (4) associated with a pump (5) supplying fuel oil under pressure, by means of a modulating motor (6). ) and a turbine (7) generating an air flow. The pump (5) and the turbine (7) have a common drive provided by the shaft (8) of the modulating motor (6), and are associated with modulation means providing pressure information from which the speed of Engine rotation will be adapted to maintain an optimized oxidizer / fuel ratio.

Description

BRULEUR A AIR SOUFFLE ET COMBUSTIBLE LIQUIDE AVEC MODULATION DU RATIO COMBURANT / CARBURANT AIR BURNER AND LIQUID FUEL WITH MODULATION OF COMBUSTION / FUEL RATIO

La présente invention concerne un brûleur à air soufflé alimenté par un combustible liquide, notamment du fioul, plus particulièrement destiné à une application en matière de chauffage domestique ou industriel. The present invention relates to a blown-air burner fed with a liquid fuel, in particular fuel oil, more particularly intended for an application in domestic or industrial heating.

Un brûleur est appelé à réaliser le mélange d'un comburant, en 10 l'occurrence de l'air, et d'un carburant, pour obtenir la combustion. A burner is called upon to mix an oxidant, in this case air, and a fuel, to obtain combustion.

De manière classique, les brûleurs fioul comportent une turbine qui aspire de l'air extérieur ou comburant pour l'injecter dans un circuit et d'autre part des moyens pour fournir l'alimentation en combustible liquide ou carburant. 15 Ce combustible est alimenté par une pompe qui peut être réglée pour maintenir une certaine pression d'alimentation pour assurer la pulvérisation du combustible. L'alimentation en fioul est contrôlée par une ou plusieurs électrovannes. 20 Pour obtenir une combustion satisfaisante, il est nécessaire d'ajuster au mieux et de conserver le rapport entre le débit d'air alimenté par la turbine (comburant) et la pression du fioul fourni par la pompe (carburant). Conventionally, the oil burners comprise a turbine that sucks in outside air or oxidizer to inject it into a circuit and secondly means to supply liquid fuel or fuel. This fuel is fed by a pump which can be adjusted to maintain a certain supply pressure to ensure the spraying of the fuel. The fuel supply is controlled by one or more solenoid valves. In order to obtain a satisfactory combustion, it is necessary to adjust as best as possible and to keep the ratio between the air flow supplied by the turbine (oxidizer) and the pressure of the oil supplied by the pump (fuel).

25 Dans les brûleurs de type connu, la turbine qui fournit le comburant est actionnée par un moteur à vitesse de rotation constante de 2800 tours/minute et le débit d'air est réglé par un volet qui crée une perte de charge dans le circuit aéraulique. La pompe qui assure l'alimentation en fioul est également entraînée par un moteur qui tourne à une vitesse 30 constante de 2800 tours/minute, qui peut être le même que le précédent. Des moyens de régulation mécaniques, tels que des vannes et régulateur de pression, permettent d'ajuster le débit. In burners of known type, the turbine which supplies the oxidant is actuated by a motor with a constant rotation speed of 2800 revolutions / minute and the air flow is regulated by a shutter which creates a pressure drop in the aeraulic circuit. . The pump which supplies the oil is also driven by a motor which rotates at a constant speed of 2800 rpm, which may be the same as the previous one. Mechanical control means, such as valves and pressure regulator, make it possible to adjust the flow rate.

Jusqu'à présent, le ratio entre la pression de fioul et le débit d'air était 35 ajusté au moment de l'installation du brûleur, pour fixer la puissance de l'installation de chauffage. Until now, the ratio between the oil pressure and the air flow was adjusted at the time of burner installation, to set the power of the heating system.

A l'usage, des problèmes de combustion pouvaient survenir, par exemple à la suite de pertes de charge résultant d'une variation de régime de la turbine, d'une chute de la pression délivrée par la pompe, d'un encrassement de la chaudière ou de la variation des conditions atmosphériques. In use, combustion problems could arise, for example as a result of pressure losses resulting from a variation in the speed of the turbine, a drop in the pressure delivered by the pump, a fouling of the boiler or the variation of atmospheric conditions.

Le dérèglement du rapport air/fioul en cours de fonctionnement a pour conséquence une instabilité de la combustion, et des effets secondaires non négligeables en matière de bruit, de consommation, de rendement et 10 d'encrassement. The disruption of the air / fuel ratio during operation results in instability of combustion, and significant side effects in terms of noise, consumption, efficiency and fouling.

Pour maintenir constant le rapport entre le débit d'air et la pression en combustible tout en faisant varier la puissance du brûleur, diverses solutions ont été proposées. Certaines solutions sont purement 15 mécaniques. Il existe ainsi des dispositifs qui permettent d'augmenter ou de réduire la section des circuits d'alimentation en comburant et en carburant. au moyen de bagues ou de vannes, comme par exemple dans le document FR 2 722 705. To maintain constant the ratio between the air flow rate and the fuel pressure while varying the power of the burner, various solutions have been proposed. Some solutions are purely mechanical. There are thus devices that can increase or reduce the section of fuel supply circuits and oxidizer. by means of rings or valves, as for example in the document FR 2 722 705.

20 Ces dispositifs ne sont pas pleinement satisfaisants car ils ne permettent. pas une modulation immédiate des paramètres en fonction des besoins et ils sont relativement encombrants et onéreux. These devices are not fully satisfactory because they do not allow. not an immediate modulation of the parameters according to the needs and they are relatively bulky and expensive.

II existe également des dispositifs dans lesquels la modulation est obtenue 25 au moyen de capteurs qui permettent d'ajuster une valve qui agira sur la pression, la mesure d'une variation dans la pression du fioul induisant alors un ajustement du débit d'air fourni. Un exemple de ce type est décrit dans le document JP 419 86 14. Cette modalité n'est pas pleinement satisfaisante, dans la mesure où elle consiste en fait à ajuster l'air apportée 30 par la turbine en cas de variation de la pression de fioul mesurée par le capteur présent dans le système, ce qui suppose donc que soient prédéfinies et préréglées des valeurs de pression qui sont considérées comme optimales en vue de la combustion recherchée. Le carburant et le comburant ne sont pas asservi, il n'est donc pas possible de moduler l'air et 35 le fioul indépendamment l'un de l'autre. There are also devices in which the modulation is obtained by means of sensors which make it possible to adjust a valve which will act on the pressure, the measurement of a variation in the pressure of the fuel then inducing an adjustment of the supplied air flow. . An example of this type is described in document JP 419 86 14. This modality is not entirely satisfactory, insofar as it consists in fact in adjusting the air supplied by the turbine in case of variation of the pressure of oil measured by the sensor present in the system, which thus presupposes that predefined and preset values of pressure are considered optimal for the desired combustion. The fuel and the oxidant are not controlled, so it is not possible to modulate the air and the fuel oil independently of one another.

La présente invention se propose de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus, en proposant un brûleur dans lequel la pompe d'alimentation en fioul et la turbine comportent un entraînement commun, couplé à des moyens de modulation de l'alimentation en air et en fioul. The present invention proposes to remedy the drawbacks mentioned above by proposing a burner in which the fuel supply pump and the turbine comprise a common drive, coupled to means for modulating the supply of air and fuel oil. .

Plus particulièrement, l'invention est caractérisée en ce que la pompe et la turbine sont montées sur le même arbre moteur, la pression fioul délivrée étant mesurée en temps réel et au besoin ajustée. Une commande électronique associée permet ensuite de moduler la vitesse de rotation du 10 ventilateur de la turbine et d'adapter le ratio carburant / comburant en fonction de l'information de pression mesurée. More particularly, the invention is characterized in that the pump and the turbine are mounted on the same motor shaft, the oil pressure delivered being measured in real time and adjusted if necessary. An associated electronic control then makes it possible to modulate the speed of rotation of the fan of the turbine and to adapt the fuel / oxidant ratio as a function of the measured pressure information.

L'invention sera mieux comprise au travers de la description donnée ci-après d'un mode de mise en oeuvre, exposé à titre d'exemple non limitatif, 15 et en référence aux figures annexées dans lesquelles : The invention will be better understood through the description given below of an embodiment, given by way of non-limiting example, and with reference to the appended figures in which:

- la figure 1 est un schéma d'ensemble d'un brûleur selon l'invention, et FIG. 1 is an overall diagram of a burner according to the invention, and

- la figure 2 est un schéma de principe du brûleur selon la présente 20 invention. FIG. 2 is a schematic diagram of the burner according to the present invention.

La figure 1 représente le brûleur selon l'invention, sans que ne soit représenté son environnement d'implantation, qui peut varier. FIG. 1 represents the burner according to the invention, without showing its implantation environment, which can vary.

25 Le brûleur se compose d'une platine de brûleur (1) qui est reliée à un circuit d'alimentation en carburant par l'intermédiaire d'un conduit (2) muni d'une électrovanne (4) reliée à une pompe (5) qui assure l'alimentation en fioul sous pression. La pompe (5) est actionnée par un moteur (6), lequel contrôle également les moyens d'alimentation en air. Ces moyens sont 30 constitués par une turbine (7) qui est disposée à l'opposé de la pompe (5) et qui est placée à l'intérieur d'une volute (3). The burner consists of a burner plate (1) which is connected to a fuel supply circuit via a conduit (2) provided with a solenoid valve (4) connected to a pump (5). ) which supplies the fuel oil under pressure. The pump (5) is actuated by a motor (6), which also controls the air supply means. These means are constituted by a turbine (7) which is arranged opposite the pump (5) and which is placed inside a volute (3).

Selon l'invention, la pompe (5) et la turbine (7) ont un entraînement commun. La liaison mécanique qui résulte d'un entraînement commun, 35 permet, d'assurer un rapport constant entre la pression et le débit d'air, et sans qu'il soit nécessaire ultérieurement de mettre en oeuvre des moyens de correction mécaniques. According to the invention, the pump (5) and the turbine (7) have a common drive. The mechanical connection which results from a common drive, makes it possible to ensure a constant ratio between the pressure and the air flow, and without it being necessary later to use mechanical correction means.

Dans l'exemple de mise en oeuvre représenté, la pompe (5) et la turbine (7) sont montées toutes les deux sur l'arbre moteur (8) du moteur (6). L'arbre (8) entraîne donc à la fois la pompe (5) qui alimente le brûleur en carburant et la turbine (7) qui fournit le débit d'air nécessaire à la combustion. In the embodiment shown, the pump (5) and the turbine (7) are both mounted on the motor shaft (8) of the motor (6). The shaft (8) therefore drives both the pump (5) which feeds the fuel burner and the turbine (7) which provides the air flow required for combustion.

La vitesse de rotation d'un moteur de turbine est, dans le cas d'un brûleur classique tel que décrit, de l'ordre de 2800 tours/minutes. Une perte de vitesse du moteur provoque une diminution de la pression fioul au niveau de la pompe. Cette variation de la pression n'est ni constante, ni 10 proportionnelle à la perte de vitesse du moteur, et influence négativement le ratio air/fioul, avec pour conséquence une mauvaise combustion. The rotational speed of a turbine engine is, in the case of a conventional burner as described, of the order of 2800 revolutions / minute. A loss of engine speed causes a decrease in the oil pressure at the pump. This variation in pressure is neither constant nor proportional to the engine speed loss, and negatively influences the air / fuel ratio, resulting in poor combustion.

Pour remédier à ce problème, le principe proposé par l'invention consiste à faire varier la pression fioul, c'est-à-dire le débit en carburant, 15 indépendamment de la vitesse de rotation de la turbine, c'est-à-dire le débit en comburant, en utilisant un entraînement mécanique commun, ce qui permet donc de modifier le débit d'air sans modifier la pression fioul. To remedy this problem, the principle proposed by the invention is to vary the fuel pressure, that is to say the fuel flow, regardless of the speed of rotation of the turbine, that is to say the the oxidizer flow rate, using a common mechanical drive, which allows to change the air flow without changing the oil pressure.

Le brûleur selon l'invention associe à l'entraînement commun à la pompe 20 fioul et au moteur de ventilation, des moyens de modulation de la pression, prévus pour maintenir le régime de la pompe à partir d'un certain seuil de vitesse de rotation du moteur. Ce seuil de déclenchement permet d'assurer l'alimentation en fioul de manière stable. The burner according to the invention associates with the drive common to the fuel pump 20 and the ventilation motor, means for modulating the pressure, designed to maintain the speed of the pump from a certain speed threshold of rotation. of the motor. This triggering threshold makes it possible to ensure the supply of fuel in a stable manner.

25 L'asservissement du comburant s'effectue en fonction de l'information de la pression fioul et/ou de la valeur d'oxygène obtenue par l'intermédiaire des moyens de modulation à travers une électronique associée (10). The servocontrol of the oxidant is effected as a function of the information of the oil pressure and / or of the oxygen value obtained via the modulation means through an associated electronics (10).

Selon une première variante de mise en oeuvre, les moyens de modulation 30 sont constitués d'au moins un capteur de pression (9) placé à proximité de la pompe. According to a first variant of implementation, the modulation means 30 consist of at least one pressure sensor (9) placed near the pump.

En fonction de l'information délivrée par le capteur (9), la pression fioul sera réajustée si nécessaire, ce qui induira le cas échéant une variation 35 correspondante de la vitesse de rotation, donc du débit d'air, afin d'optimiser la combustion. Depending on the information delivered by the sensor (9), the oil pressure will be readjusted if necessary, which will, if necessary, induce a corresponding variation in the speed of rotation, and thus in the air flow, in order to optimize the combustion.

Selon une deuxième variante de mise en oeuvre de l'invention, la pressi on fioul et le débit d'air seront pilotés au moyen d'au moins une sonde à oxygène (11), en fonction de la teneur en 02 mesurée dans la chambre de combustion ou la cheminée. According to a second alternative embodiment of the invention, the oil press and the air flow will be controlled by means of at least one oxygen sensor (11), depending on the content of O 2 measured in the chamber. of combustion or the chimney.

Selon une troisième forme de réalisation, les moyens de modulation combineront au moins un capteur de pression (9) et au moins une sonde à oxygène (11). According to a third embodiment, the modulation means will combine at least one pressure sensor (9) and at least one oxygen sensor (11).

10 Les avantages du brûleur selon l'invention sont multiples. The advantages of the burner according to the invention are numerous.

En premier lieu, la modularité des paramètres air / fioul indépendamment l'un de l'autre permet d'optimiser le rendement de la chaudière et l'hygiène de combustion. L'asservissement air / fioul et l'utilisation de capteurs de 15 pression fioul et/ou de sondes à oxygène, permettent de modifier soit la pression fioul, soit la vitesse de la turbine ou les deux afin de compenser les variations du débit d'air, par exemple en cas de changement des conditions climatiques, ou les variations du débit fioul, par exemple en cas gicleur encrassé. Le fait qu'un arbre unique entraîne à la fois la turbine et 20 la pompe améliore la performance acoustique par une diminution du volume sonore lors des phases de mise en marche du brûleur et de fonctionnement ainsi qu'une diminution de la consommation électrique des auxiliaires, puisqu'on utilise qu'un seul moteur électrique. First of all, the modularity of the air / fuel parameters independently of one another makes it possible to optimize boiler efficiency and combustion hygiene. Air / oil control and the use of oil pressure sensors and / or oxygen probes make it possible to modify either the oil pressure, the speed of the turbine or both, in order to compensate for the variations in the flow rate. air, for example in case of change of climatic conditions, or variations of the oil flow, for example in case of fouled nozzle. The fact that a single shaft drives both the turbine and the pump improves the acoustic performance by reducing the sound volume during the burner start-up and operating phases as well as reducing the electrical consumption of the auxiliaries. since only one electric motor is used.

25 Par ailleurs, la modulation permet de réaliser des cycles de fonctionnement plus long (phase stabilisée) et ainsi d'éviter de nombreuses phases de démarrage (phase transitoire), ce qui à l'avantage de supprimer les pertes de rendement lors des phases de pré-ventilation, et d'éviter les perturbations électromagnétiques lors des phases d'arcquage du brûleur. 30 Cette diminution des phases de démarrage permet aussi de diminuer l'usure des pièces mécaniques et ainsi d'augmenter la durée de vie des composants, de diminuer les imbrûlés et donc d'assurer une combustion plus propre et plus respectueuse de l'environnement. Furthermore, the modulation makes it possible to carry out longer operating cycles (stabilized phase) and thus to avoid many start-up phases (transient phase), which has the advantage of eliminating the losses of output during the phases of operation. pre-ventilation, and to avoid electromagnetic disturbances during burner arcming phases. This reduction of the starting phases also makes it possible to reduce the wear of the mechanical parts and thus to increase the service life of the components, to reduce the unburnt and thus to ensure a cleaner and more environmentally friendly combustion.

35 Enfin, cette innovation peut être installée sur des chaudières déjà existantes là où l'encombrement le permet. Finally, this innovation can be installed on existing boilers where congestion permits.

Claims

REVENDICATIONS1. Blown-air burner supplied with a liquid fuel, of the type comprising a burner plate (1) connected to a fuel supply circuit via a conduit (2) provided with a solenoid valve (4) connected to a pump (5) supplying fuel oil under pressure, by means of a modulating motor (6) and a turbine (7) providing the air flow, characterized in that the pump (5) and the turbine (7) have a common drive, and are associated with means for modulating the oil pressure acting on the rotational speed of the engine.

2. Burner according to claim 1, characterized in that the common drive of the pump (5) and the turbine (7) is formed by the shaft (8) of the modulating motor (6).

3. Burner according to claim 1 or claim 2, characterized in that the pressure modulation means consist of at least one pressure sensor (9) disposed near the pump (5).

4. Burner according to claim 1 or claim 2, characterized in that the modulation means consist of at least one oxygen sensor (11) disposed in the combustion chamber. 25

5. Burner according to claim 1 or claim 2, characterized in that the modulation means consist of at least one pressure sensor (9) and at least one oxygen sensor (11). 30 6 20. 35