FR3129463A1 - Chaudière à combustible comprenant un dispositif de diminution de pression pour l’allumage de la flamme - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une chaudière (1) à combustible comportant : - un circuit d’alimentation (30) d’un mélange de comburant et de combustible, ledit circuit d’alimentation d’un mélange comprenant un dispositif d’entraînement (20) du mélange au travers du circuit d’alimentation du mélange ; - un brûleur (6) en communication de fluide avec le circuit d’alimentation (30) d’un mélange, le brûleur (6) comprenant un dispositif d’allumage (10) configuré pour allumer le mélange de comburant et de combustible ; - une chambre de combustion (2) recevant le brûleur (6), caractérisée en ce que le circuit d’alimentation (30) d’un mélange comprend un dispositif de diminution de pression (38) en amont du brûleur, ledit dispositif de diminution de pression étant sélectivement activable. Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
La présente invention concerne une chaudière à combustible ainsi qu'un procédé d’allumage d’une telle chaudière.
On connait de l'état de la technique une chaudière à combustible, notamment à gaz, comportant un foyer. Ce foyer contient un brûleur prévu pour brûler un prémélange gazeux.
Le prémélange gazeux est réalisé par un mélangeur alimenté par un conduit d'amenée d'air formant comburant et par un conduit d'amenée de gaz formant combustible. Un conduit d'amenée de prémélange gazeux raccorde fluidiquement le mélangeur au brûleur. Un ventilateur disposé à la jonction des conduits d’amenée d’air, de gaz et de prémélange permet de déplacer le prémélange vers le brûleur.
La chaudière à gaz comporte classiquement une vanne pneumatique agencée pour réguler le débit de gaz circulant dans le conduit d'amenée de gaz. Cette vanne pneumatique est équipée d'un obturateur logé à l'intérieur du conduit d'amenée de gaz et d'un servo-régulateur pneumatique convertissant une pression d'alimentation en un déplacement de l'obturateur.
Le servo-régulateur est alimenté avec une pression d'alimentation de telle sorte que le prémélange gazeux présente en permanence un excès d'air de l'ordre de 30%. Dans ces conditions, la quantité de gaz polluants, tels que des oxydes d'azote ou des oxydes de carbone, produits par la combustion du prémélange gazeux est minimisée.
Un tel excès d'air du prémélange gazeux pose un problème lors de l'allumage du prémélange gazeux. En effet, ce mélange air/gaz peut s’avérer difficile à enflammer dans ces conditions.
L'allumage du prémélange gazeux n'est pas réalisé de façon certaine et se traduit généralement par un phénomène de broutement ou pompage momentané générant un inconfort acoustique pour l'utilisateur et pouvant provoquer une mise en sécurité de la chaudière par absence de flamme à l'issue de la séquence d'allumage. De plus, le mauvais allumage du prémélange peut générer de fortes concentrations transitoires de polluants (NOx, CO, CO2, etc) pouvant être très dangereux.
Le phénomène de « broutement » se caractérise par une instabilité de combustion correspondant à une excitation d’un mode propre de la chaudière entrainant une séquence d’extinction et de rallumage de la flamme (entre 10 et 30Hz).
Le phénomène de « pompage » se caractérise comme suit. Lors de l’allumage, une variation rapide de pression dans le foyer de la chaudière intervient en raison de la variation de surface de flamme et donc d’énergie dégagée par cette flamme. L’onde de pression ainsi générée remonte dans le mélangeur ainsi que dans les conduites d’amenée de gaz et d’air. Cette onde de pression perturbe le fonctionnement normal des différents composants de la chaudière, notamment du ventilateur et de la vanne pneumatique disposée dans la conduite d’amenée de gaz. Le ratio entre la quantité d’air et la quantité de gaz, autrement dit la richesse ou l’excès d’air du mélange, est ainsi perturbé par cette onde de pression ce qui peut engendrer un phénomène d’extinction totale ou partielle de la flamme. Ce phénomène de pompage peut être ponctuel ou répétitif.
Ces phénomènes de « pompage » et de « broutement » sont incompatibles avec les exigences normatives et la qualité attendue de la chaudière.
Il existe donc un besoin pour une chaudière à combustible permettant d’améliorer la phase d’allumage de la flamme, notamment en réduisant les phénomènes de pompage et de broutement à l’allumage.
Pour cela, l’invention propose une chaudière à combustible comportant :
- un circuit d’alimentation d’un mélange de comburant et de combustible, ledit circuit d’alimentation d’un mélange comprenant un dispositif d’entraînement du mélange au travers du circuit d’alimentation du mélange ;
- un brûleur en communication de fluide avec le circuit d’alimentation d’un mélange, le brûleur comprenant un dispositif d’allumage configuré pour allumer le mélange de comburant et de combustible ;
- une chambre de combustion recevant le brûleur,
dans lequel le circuit d’alimentation d’un mélange comprend un dispositif de diminution de pression en amont du brûleur, ledit dispositif de diminution de pression étant sélectivement activable.
- un circuit d’alimentation d’un mélange de comburant et de combustible, ledit circuit d’alimentation d’un mélange comprenant un dispositif d’entraînement du mélange au travers du circuit d’alimentation du mélange ;
- un brûleur en communication de fluide avec le circuit d’alimentation d’un mélange, le brûleur comprenant un dispositif d’allumage configuré pour allumer le mélange de comburant et de combustible ;
- une chambre de combustion recevant le brûleur,
dans lequel le circuit d’alimentation d’un mélange comprend un dispositif de diminution de pression en amont du brûleur, ledit dispositif de diminution de pression étant sélectivement activable.
Le dispositif de diminution de pression permet de générer une diminution de pression en amont du brûleur. En d’autres termes, le dispositif de diminution de pression est configuré de telle sorte que son activation entraine une diminution de pression en comparaison avec une valeur de pression dans un état désactivé du dispositif de diminution de pression. Lorsque ce dispositif de diminution de pression est activé lors de l’allumage de la flamme, cette diminution de pression est de nature à amortir l’effet des ondes de pression générées par l’allumage de la flamme. Ainsi, l’allumage de la flamme est rendu plus stable ce qui permet au mélange de conserver son ratio. Dès lors, la pression en amont du brûleur est supérieure lorsque le dispositif de diminution de pression est désactivé en comparaison avec la pression en amont du brûleur lorsqu’il est activé. Le dispositif de diminution de pression permet ainsi de limiter voire de supprimer le phénomène de « pompage ».
Il a été également observé que le dispositif de diminution de pression permet de limiter voire de supprimer le phénomène de « broutement ». Il est très probable que cela soit dû à la modification du mode propre de la chaudière lorsque le dispositif de diminution de pression est activé, qui n’est ainsi plus excité lors de l’allumage.
Le dispositif de diminution de pression permet donc de limiter, voire supprimer, les phénomènes de « pompage » et de « broutement » à l’état activé, sans entrainer de baisse de pression à l’état désactivé du dispositif de diminution de pression. Ainsi, le fonctionnement de la chaudière n’est pas pénalisé lorsque le dispositif de diminution de pression est désactivé.
L’activation du dispositif de diminution de la pression est de préférence réalisée en amont de l’allumage de la flamme. Pour cela, l’activation est programmée pour intervenir pendant ou avant une phase de mise en route du ventilateur précédant l’allumage de la flamme. L’activation du dispositif de diminution de la pression en amont de l’allumage de la flamme permet également d’anticiper toute instabilité due par exemple à l’activation du dispositif de diminution de pression et de s’assurer de la bonne qualité du mélange pour l’allumage. De manière alternative, l’activation peut être réalisée simultanément à l’allumage de la flamme.
L’activation du dispositif de diminution de la pression est de préférence maintenue pendant un temps prédéterminé après l’allumage de la flamme afin de s’assurer que le processus d’allumage de la flamme est bien stable. De manière encore préférée, la puissance de la chaudière est diminuée après la phase d’allumage de la flamme. Ce temps prédéterminé est notamment déterminé de manière à désactiver le dispositif de diminution de la pression après l’allumage de la flamme au moment où la puissance de la chaudière est inférieure. L’intérêt principal de cette technique est de pouvoir descendre à un taux de charge très faible afin que la désactivation du dispositif soit plus douce et donc plus stable. Ce temps prédéterminé peut être de quelques secondes, par exemple inférieur à 10 secondes. De manière préférée, ce temps prédéterminé est supérieur à 10 secondes, par exemple entre 10 et 50 secondes.
La diminution de pression générée par le dispositif de diminution de pression peut être générée par un organe actif, par exemple un compresseur, ou bien par un organe passif, tel qu’un organe induisant une perte de charge.
On entend par « sélectivement activable » le fait que le dispositif de diminution de pression peut être commandé pour diminuer la pression en amont du brûleur. La commande peut être par exemple réalisée à distance par un contrôleur de la chaudière. L’activation d’un organe actif correspond à la mise en route de l’organe, par exemple du compresseur pour générer la diminution de pression. L’activation d’un organe passif correspond à la mise en position de l’organe passif de sorte à induire la perte de charge, par exemple en disposant un obstacle dans une conduite ou en modifiant l’orientation d’un obstacle dans ladite conduite.
Selon un mode de réalisation de la chaudière à combustible, le dispositif de diminution de pression comprend un organe de perte de charge apte à générer une perte de charge d’un fluide traversant ledit organe de perte de charge lorsque ledit dispositif de diminution de pression est activé.
Selon un mode de réalisation de la chaudière à combustible, le dispositif de diminution de pression définit une première zone de circulation de fluide et une deuxième zone de circulation de fluide, ledit organe de perte de charge étant disposé dans la deuxième zone de circulation de sorte que le brûleur est alimenté :
- par un fluide à une première valeur de pression lorsque ledit dispositif de diminution de pression est désactivé,
- par un fluide à une deuxième valeur de pression inférieure à la première valeur de pression lorsque ledit dispositif de diminution de pression est activé.
- par un fluide à une première valeur de pression lorsque ledit dispositif de diminution de pression est désactivé,
- par un fluide à une deuxième valeur de pression inférieure à la première valeur de pression lorsque ledit dispositif de diminution de pression est activé.
Selon un mode de réalisation de la chaudière à combustible, ledit dispositif de diminution de pression comprend un organe directionnel configuré pour diriger le fluide alimentant le dispositif de diminution de pression vers la deuxième zone de circulation pour alimenter le brûleur avec un fluide à la deuxième pression lorsque ledit dispositif de diminution de pression est activé.
Selon un mode de réalisation de la chaudière à combustible, le dispositif de diminution de pression comprend une première conduite de circulation formant ladite première zone de circulation et une deuxième conduite de circulation formant ladite deuxième zone de circulation, les première et deuxième conduites de circulation étant distinctes l’une de l’autre.
Selon un mode de réalisation de la chaudière à combustible, le dispositif de diminution de pression comprend une conduite de circulation formant les première et deuxième zones de circulation.
Selon un mode de réalisation de la chaudière à combustible, l’organe directionnel comprend une paroi d’obturation d’une section de passage de la conduite de circulation, ladite paroi d’obturation étant déplaçable entre :
- une position d’ouverture permettant au fluide de circuler au travers de la section de passage, ladite section de passage formant la première zone de circulation, et
- une position de fermeture dans laquelle la section de passage est au moins partiellement fermée permettant au fluide de circuler au travers d’un orifice formant la deuxième zone de circulation.
- une position d’ouverture permettant au fluide de circuler au travers de la section de passage, ladite section de passage formant la première zone de circulation, et
- une position de fermeture dans laquelle la section de passage est au moins partiellement fermée permettant au fluide de circuler au travers d’un orifice formant la deuxième zone de circulation.
Selon un mode de réalisation de la chaudière à combustible, ledit orifice formant la deuxième zone de circulation est au travers de la paroi d’obturation.
Selon un mode de réalisation de la chaudière à combustible, l’organe de perte de charge comprend un organe de maintien activable pour maintenir la paroi d’obturation dans la position de fermeture, la paroi d’obturation étant configurée pour se maintenir dans la position d’ouverture sous l’action du fluide circulant au travers de la section de passage.
Selon un mode de réalisation de la chaudière à combustible, l’organe directionnel est l’un parmi une électrovanne, un registre, un clapet pivotant, une vanne motorisée, un clapet coulissant et un obturateur.
Selon un mode de réalisation de la chaudière à combustible, le circuit d’alimentation d’un mélange comprend un circuit d’amenée de comburant, un circuit d’amenée de combustible et un circuit de mélange du comburant et du combustible en communication de fluide, à une première extrémité, avec les circuits d’amenée de comburant et de combustible, et, à une deuxième extrémité, avec le brûleur.
Selon un mode de réalisation de la chaudière à combustible, le dispositif de diminution de pression est disposé dans le circuit d’amenée de comburant.
De manière alternative, le dispositif de diminution de pression peut être disposé au niveau du circuit de mélange du comburant et du combustible, par exemple en aval du ventilateur. De manière encore alternative, le dispositif de diminution de pression peut être disposé dans le circuit d’amenée du combustible.
L’invention propose également un procédé d’allumage d’une chaudière à combustible, comprenant les étapes suivantes :
- générer une circulation d’un mélange de combustible et de comburant à l’intérieur du circuit d’alimentation de mélange à l’aide du dispositif d’entrainement,
-activer le dispositif de diminution de pression de manière à générer une diminution de la pression du mélange en amont du brûleur ,
- allumer le mélange de comburant et de combustible à l’aide du dispositif d’allumage.
- générer une circulation d’un mélange de combustible et de comburant à l’intérieur du circuit d’alimentation de mélange à l’aide du dispositif d’entrainement,
-activer le dispositif de diminution de pression de manière à générer une diminution de la pression du mélange en amont du brûleur ,
- allumer le mélange de comburant et de combustible à l’aide du dispositif d’allumage.
Selon un mode de réalisation du procédé d’allumage, dans lequel le dispositif de diminution de pression est activé avant ou pendant l’allumage du mélange de comburant et de combustible.
Selon un mode de réalisation du procédé d’allumage, celui-ci comprend en outre la désactivation du dispositif de diminution de pression après l’allumage du mélange de comburant et de combustible.
Selon un mode de réalisation du procédé d’allumage, l’étape d’activation du dispositif de diminution de pression comprend le déplacement de la paroi d’obturation dans la position de fermeture de manière à diriger le fluide circulant au travers du dispositif de diminution de pression au travers de l’orifice formant la deuxième zone de circulation.
Les dessins annexés illustrent l’invention :
Description de mode(s) de réalisation
Le concept de l'invention est décrit plus complètement ci-après avec référence aux dessins joints, sur lesquels des modes de réalisation du concept de l'invention sont montrés. Sur les dessins, la taille et les tailles relatives des éléments peuvent être exagérées à des fins de clarté. Des numéros similaires font référence à des éléments similaires sur tous les dessins. Cependant, ce concept de l'invention peut être mis en œuvre sous de nombreuses formes différentes et ne devrait pas être interprété comme étant limité aux modes de réalisation exposés ici. Au lieu de cela, ces modes de réalisation sont proposés de sorte que cette description soit complète, et communiquent l'étendue du concept de l'invention aux hommes du métier.
Une référence dans toute la spécification à « un mode de réalisation » signifie qu'une fonctionnalité, une structure, ou une caractéristique particulière décrite en relation avec un mode de réalisation est incluse dans au moins un mode de réalisation de la présente invention. Ainsi, l'apparition de l'expression « dans un mode de réalisation » à divers emplacements dans toute la spécification ne fait pas nécessairement référence au même mode de réalisation. En outre, les fonctionnalités, les structures, ou les caractéristiques particulières peuvent être combinées de n'importe quelle manière appropriée dans un ou plusieurs modes de réalisation. De plus, le terme « comprenant » n’exclut pas d’autres éléments ou étapes.
La présente invention est illustrée à l’aide des figures qui montrent un exemple de chaudière à combustible, ici du gaz. De manière plus générale, la chaudière peut concerner tout type de combustible comme par exemple du fioul, du gaz naturel, de l’hydrogène (H2) ou bien du propane (GPL).
La représente une chaudière 1 à combustible comportant un foyer 2, ou une chambre de combustion. Le foyer 2 contient un échangeur thermique 4 raccordé à un réseau de chauffage (non représenté).
Le foyer 2 contient un brûleur 6. Ce brûleur 6 est équipé d'une rampe 8 adaptée pour diffuser un prémélange gazeux à l'intérieur du foyer 2. Le brûleur 6 est équipé d'une électrode d'allumage 10, ou dispositif d’allumage, adapté pour allumer le prémélange gazeux. Le brûleur 6 est enfin équipé d'une électrode d'ionisation 12 adaptée pour détecter une flamme produite par la combustion du prémélange gazeux. De manière alternative, le brûleur 6 peut être équipé de tout moyen permettant de détecter une flamme produite par la combustion du prémélange gazeux. Ce moyen est par exemple un capteur optique, une sonde d’oxygène ou encore un capteur de température.
La chaudière 1 comprend en outre un circuit d’alimentation 30 d’un mélange de comburant et de combustible. Le comburant est de préférence de l’air, soit prélevé dans l’air ambiant autour de la chaudière 1 ou bien provenant d’une conduite d’alimentation en air spécifique. Le combustible peut être l’un parmi du gaz naturel, du propane (GPL), de l’hydrogène (H2) ou bien du fioul.
Le circuit d’alimentation 30 comprend un circuit d’amenée de comburant 32, un circuit d’amenée de combustible 34 et un circuit de mélange 36 du comburant et du combustible. Le circuit de mélange 36 est en communication de fluide, à une première extrémité, avec les circuits d’amenée de comburant 32 et de combustible 34, et, à une deuxième extrémité, avec le brûleur 6.
Le circuit de mélange 36 comporte un mélangeur 16 et un conduit 14 d'amenée de prémélange gazeux raccordant fluidiquement le brûleur 6 au mélangeur 16. Ce mélangeur 16 est alimenté par une conduite d'amenée d'air 18 du circuit d’amenée de comburant 32 et par une conduite d'amenée de gaz 21 du circuit d’amenée de combustible 34. La conduite d’amenée de gaz 21 peut être fluidiquement raccordée à un réseau de distribution de gaz ou à une bombonne (non représentés).
Le circuit d’alimentation 30 comprend un dispositif d’entraînement du mélange au travers du circuit d’alimentation 30, ici le ventilateur 20. Le ventilateur 20 est disposé dans le circuit de mélange 36 dans l’exemple illustré. De manière générale, le ventilateur 20 peut être disposé indifféremment dans le circuit d’amenée de comburant 32 ou le circuit de mélange 36. Le ventilateur 20 permet d'une part d'aspirer de l'air et du combustible dans le conduit 14 et d'autre part d'entrainer le prémélange gazeux du mélangeur 16 vers le brûleur 6. Le ventilateur 20 permet également de générer une dépression suffisante au niveau du mélangeur 16 pour entraîner le combustible et générer le mélange gazeux.
Le mélangeur 16 peut être un mélangeur à effet venturi. Le mélangeur 16 peut comprendre un corps 22 équipé d'un orifice calibré 24. Une portion d'extrémité 21a du conduit 21 débouche dans le corps 22 en aval de l'orifice calibré 24. La portion d'extrémité 21a est équipée d'un orifice calibré 26.
La chaudière 1 peut également comporter une vanne pneumatique 28 agencée pour réguler le débit de gaz circulant dans la conduite d’amenée de gaz 21. La vanne 28 pneumatique est équipée d'un obturateur 31 logé à l'intérieur du conduit 21. L’obturateur 31 est déplaçable dans une pluralité de positions de manière à moduler la section de passage de la conduite d’amenée de gaz 21. La vanne pneumatique 28 comprend également un servo-régulateur 33 pneumatique adapté pour convertir une pression d'alimentation en un déplacement de l'obturateur 31.
L'obturateur 31 et le servo-régulateur 33 sont configurés de telle sorte que la pression d'alimentation du servo-régulateur 33 permet d’asservir la section de passage du combustible (conduit 21) de manière à assurer un fonctionnement à richesse constante.
Le circuit d’alimentation 30 comprend en outre un dispositif de diminution de pression 38 en amont du brûleur 6. Ainsi, le dispositif de diminution de pression 38 est configuré pour induire une diminution de pression dans le circuit d’alimentation 30, i.e. entre le brûleur 6 et des entrées des circuits d’amenée de comburant 32 et de combustible 34. En particulier, le dispositif de diminution de pression 38 est configuré pour induire une diminution de pression 38 apte à amortir l’effet des ondes de pression générées par l’allumage de la flamme. Ainsi, le dispositif de diminution de pression 38 est configuré pour induire en amont du brûleur 6 une diminution prédéterminée de pression. Cette diminution de pression est appliquée depuis le dispositif de diminution de pression 38 jusqu’au ventilateur 20.
Le dispositif de diminution de pression 38 est de préférence disposé dans le circuit d’amenée de comburant 32. De manière alternative, le dispositif de diminution de pression 38 peut être disposé dans le circuit d’amenée de combustible 34 ou le circuit de mélange 36.
Le dispositif de diminution de pression 38 est sélectivement activable. En d’autres termes, le dispositif de diminution de pression 38 présente un état activé dans lequel le dispositif de diminution de pression 38 induit une diminution prédéterminée de pression et un état désactivé dans lequel le dispositif de diminution de pression 38 n’induit pas une telle diminution prédéterminée de pression.
L’activation du dispositif de diminution de pression 38 est de préférence programmable de manière à pouvoir déterminer un moment auquel activer le dispositif de diminution de pression 38. Il est par exemple très avantageux de pouvoir activer le dispositif de diminution de pression avant ou pendant l’allumage de la flamme pour stabiliser cette phase d’allumage.
On peut voir sur la une représentation graphique d’un mode de réalisation d’une phase d’allumage de la flamme et de l’activation du dispositif de diminution de pression 38.
Le graphique de la comprend trois courbes évoluant en fonction du temps : une première courbe 100 de la puissance de la chaudière, une deuxième courbe 102 de la vitesse du ventilateur et une troisième courbe 104 du débit de combustible, ici du gaz. L’axe des ordonnées correspond à un pourcentage allant de 0 à 100% de la capacité maximale de la puissance de la chaudière, de la vitesse du ventilateur ou du débit de combustible, respectivement.
Dans le mode de réalisation représenté sur la , le processus de démarrage de la chaudière comprend cinq phases : une phase d’arrêt 110, une phase de pré-ventilation 120, une phase d’allumage 130 de la flamme, une phase de stabilisation 140 et une phase de modulation 150 ou de fonctionnement. La phase de stabilisation 140 est optionnelle.
Lors de la phase d’arrêt 110, les première 100, deuxième 102 et troisième 104 courbes sont à 0%. La chaudière est ainsi à l’arrêt ou en stand-by.
La vitesse du ventilateur est augmentée lors de la phase de pré-ventilation 120 jusqu’à une valeur prédéterminée de pré-ventilation. Le débit de combustible reste à 0%.
Lorsque la vitesse du ventilateur atteint la valeur prédéterminée de pré-ventilation, la phase d’allumage de la flamme peut être initiée. Pour cela, le dispositif d’allumage est activé et le débit de gaz est augmenté. Ainsi, l’apport d’énergie provenant de l’activation du dispositif d’allumage en présence du mélange gazeux génère une flamme. Lorsque la flamme apparaît, la puissance de la chaudière augmente. La phase d’allumage 130 se termine lorsque la flamme est détectée, par exemple par l’électrode d’ionisation 12. Cet apport d’énergie provenant du dispositif d’allumage est par exemple un arc électrique.
Une fois la flamme détectée, une phase de stabilisation 140 peut être réalisée dans laquelle la vitesse du ventilateur est diminuée pour réduire la puissance de la chaudière jusqu’à une valeur prédéterminée de stabilisation. Cette stabilisation permet de stabiliser la flamme avant la phase de modulation 150 de la chaudière ou la puissance de la chaudière est modulée en fonction des paramètres de consigne ou du besoin de chauffage de l’utilisateur. Cette phase de stabilisation 140 est optionnelle de sorte que la phase de modulation 150 peut être mise en œuvre dès la détection de la flamme.
Le dispositif de diminution de pression 38 est activé au moment du lancement de la phase d’allumage 130 ou avant. En particulier, le dispositif de diminution de pression 38 peut être activé pendant ou avant la phase de pré-ventilation 120. Ceci permet de garantir la bonne mise en position du dispositif de diminution de pression 38 avant l’allumage de la flamme. Le bénéfice du dispositif de diminution de pression est ainsi amélioré. Pour garantir davantage la bonne mise en position du dispositif de diminution de pression 38, ce dernier peut être activé également en amont de la phase de pré-ventilation 120.
Le dispositif de diminution de pression 38 est désactivé au moment de la détection de la flamme ou après cette détection pour permettre une stabilisation de la flamme avant désactivation. Cette stabilité est d’autant plus accrue que la puissance de la chaudière est faible. Dès lors, il est avantageux de désactiver le dispositif de diminution de pression 38 pendant ou à l’issue de la phase de stabilisation 140 lorsque la puissance chaudière est réduite.
Le dispositif de diminution de pression 38 comprend de préférence un organe de perte de charge apte à générer une perte de charge dans la conduite le recevant, ici la conduite d’amenée d’air 18. L’organe de perte de charge est configuré pour induire une perte de charge lorsque ledit dispositif de diminution de pression 38 est activé. Cet organe de perte de charge peut être de la forme d’un orifice calibré, d’un obstacle ou bien d’une géométrie induisant une perte de charge (e.g. un coude).
L’organe de perte de charge peut également comprendre un dispositif de réglage de la perte de charge. Il est ainsi possible de faire varier la valeur de la diminution de pression en amont du brûleur 6. Ce réglage peut par exemple être réalisé en prévoyant une variation de la géométrie de l’organe de perte de charge, comme une variation d’angle pour un coude ou bien une variation de la section d’un orifice.
Le principe de fonctionnement de l’organe de perte de charge est décrit en référence aux figures 3 et 4. Des exemples de réalisation d’un tel organe de perte de charge utilisant le même principe de fonctionnement sont ensuite décrits en référence aux figures 5 et 6.
La représente le dispositif de diminution de pression 38 dans son état activé et la représente ce même dispositif de diminution de pression 38 dans son état désactivé.
Le dispositif de diminution de pression 38 définit une première zone de circulation 40 de fluide et une deuxième zone de circulation 42 de fluide. L’organe de perte de charge 44 est disposé dans la deuxième zone de circulation 42. L’organe de perte de charge 44 est ici représenté sous la forme d’un orifice calibré.
Le dispositif de diminution de pression 38 comprend également un organe directionnel 46 configuré pour diriger le fluide alimentant le dispositif de diminution de pression 38 vers la deuxième zone de circulation 42. L’organe directionnel 46 peut être l’un parmi une électrovanne, un registre, un clapet pivotant, une vanne motorisée, un clapet coulissant et un obturateur. En particulier, l’organe directionnel 46 est configuré pour diriger le fluide vers la deuxième zone de circulation 42 lorsque ledit dispositif de diminution de pression 38 est activé. Cette redirection peut par exemple être réalisée en obstruant la première zone de circulation 40. Ainsi, le fluide est contraint de circuler au travers de l’organe de perte de charge 44 disposé dans la deuxième zone de circulation 42 de manière subir une perte de charge. Lorsque le dispositif de diminution de pression 38 est désactivé, l’organe directionnel 46 autorise le fluide à circuler au travers de la première zone de circulation 40 sans subir de perte de charge induite par l’organe de perte de charge 44. En parallèle, une faible portion du fluide peut être amenée à circuler au travers de l’organe de perte de charge 44.
Le brûleur 6 est ainsi alimenté par un fluide à une première valeur de pression lorsque ledit dispositif de diminution de pression 38 est désactivé et par un fluide à une deuxième valeur de pression inférieure à la première valeur de pression lorsque ledit dispositif de diminution de pression est activé. La pression du fluide sortant du dispositif de diminution de pression 38 est ainsi diminuée dans son état activé en comparaison à son état désactivé.
Dans un premier mode de réalisation selon les figures 3 et 4, le dispositif de diminution de pression 38 comprend une première conduite de circulation formant la première zone de circulation 40. Le dispositif de diminution de pression 38 comprend également une deuxième conduite de circulation formant la deuxième zone de circulation 42. Les première et deuxième conduites de circulation sont ici distinctes l’une de l’autre. En d’autres termes, l’une parmi les première et deuxième conduites de circulation n’inclut par l’autre. On entend par « conduite » une portion de tube dont la longueur est égale ou supérieure à une dimension transversale maximale de la section de passage de fluide du tube, par exemple au diamètre lorsque le tube est de section circulaire.
Selon un deuxième mode de réalisation utilisant le même principe de fonctionnement que le premier mode de réalisation, le dispositif de diminution de pression 38 peut comprendre une seule conduite de circulation formant les première 40 et deuxième 42 zones de circulation. Des exemples d’un tel mode de réalisation utilisant une seule conduite de circulation sont par exemple illustrés aux figures 5 et 6.
Dans ce deuxième mode de réalisation, l’organe directionnel 46 comprend une paroi d’obturation 48 d’une section de passage 50 de la conduite de circulation 52. La section de passage 50 forme la première zone de circulation 40. La paroi d’obturation 48 est déplaçable entre une position d’ouverture permettant au fluide de circuler au travers de la section de passage 50 et une position de fermeture dans laquelle la section de passage 50 est au moins partiellement fermée. Dans cette position de fermeture le fluide peut circuler au travers d’un orifice 54 formant la deuxième zone de circulation 42.
La paroi d’obturation 48 s’étend de préférence transversalement à l’axe d’extension de la conduite de circulation 52 lorsqu’elle est en position de fermeture.
Cet orifice 54 forme également l’organe de perte de charge 44. Cet orifice 54 peut être formé sur la paroi d’obturation 48, comme dans l’exemple de la , ou bien sur une autre paroi à l’intérieur de la conduite de circulation 52, comme dans l’exemple de la . Cette paroi formant l’orifice 54 peut être une paroi transversale à l’axe d’extension de la conduite de circulation 52.
L’orifice 54 peut être un orifice calibré, une découpe dans une paroi ou bien un espace formé entre la paroi d’obturation 48 et une paroi interne de la conduite de circulation 52. L’orifice 54 est de préférence de section circulaire. De manière alternative, l’orifice 54 est de toute forme permettant d’induire la perte de charge prédéterminée.
Le dispositif de diminution de pression 38 comprend de préférence un organe de maintien 56 activable pour maintenir la paroi d’obturation 48 dans la position de fermeture et/ou la position d’ouverture. Cet organe de maintien 56 comprend par exemple au moins un électroaimant 58 coopérant avec un élément ferromagnétique 60. La paroi d’obturation 48 peut être configurée pour se maintenir dans la position d’ouverture sous l’action du fluide circulant au travers de la section de passage. Dans ce dernier cas, l’organe de maintien 56 peut uniquement maintenir la position de fermeture.
Pour obtenir un fonctionnement plus stable de la paroi d’obturation 48, l’organe de maintien 56 est de préférence configuré pour maintenir chacune des positions de fermeture et d’ouverture. Pour cela, l’organe de maintien 56 peut comprendre au moins deux électro-aimants. Il est possible de placer un électroaimant 58 au niveau de la paroi transversale à l’axe d’extension de la conduite de circulation 52 et un électroaimant 48 sur une paroi interne de cette conduite de circulation 52 faisant face à la paroi d’obturation 48 lorsqu’elle est dans la position d’ouverture. La paroi d’obturation 48 porte de préférence l’élément ferromagnétique 60 destiné à coopérer avec le ou les électroaimants 58.
Claims (16)
- Chaudière (1) à combustible comportant :
- un circuit d’alimentation (30) d’un mélange de comburant et de combustible, ledit circuit d’alimentation d’un mélange comprenant un dispositif d’entraînement (20) du mélange au travers du circuit d’alimentation du mélange ;
- un brûleur (6) en communication de fluide avec le circuit d’alimentation (30) d’un mélange, le brûleur (6) comprenant un dispositif d’allumage (10) configuré pour allumer le mélange de comburant et de combustible ;
- une chambre de combustion (2) recevant le brûleur (6),
caractérisée en ce que le circuit d’alimentation (30) d’un mélange comprend un dispositif de diminution de pression (38) en amont du brûleur, ledit dispositif de diminution de pression étant sélectivement activable. - Chaudière (1) à combustible selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif de diminution de pression (38) comprend un organe de perte de charge (44, 54) apte à générer une perte de charge d’un fluide traversant ledit organe de perte de charge (44, 54) lorsque ledit dispositif de diminution de pression (38) est activé.
- Chaudière (1) à combustible selon la revendication 2, dans laquelle le dispositif de diminution de pression (38) définit une première zone de circulation (40) de fluide et une deuxième zone de circulation (42) de fluide, ledit organe de perte de charge (44, 54) étant disposé dans la deuxième zone de circulation (42) de sorte que le brûleur (6) est alimenté :
- par un fluide à une première valeur de pression lorsque ledit dispositif de diminution de pression (38) est désactivé,
- par un fluide à une deuxième valeur de pression inférieure à la première valeur de pression lorsque ledit dispositif de diminution de pression (38) est activé. - Chaudière (1) à combustible selon la revendication 3, dans laquelle ledit dispositif de diminution de pression (38) comprend un organe directionnel (46) configuré pour diriger le fluide alimentant le dispositif de diminution de pression (38) vers la deuxième zone de circulation (42) pour alimenter le brûleur (6) avec un fluide à la deuxième pression lorsque ledit dispositif de diminution de pression (38) est activé.
- Chaudière (1) à combustible selon la revendication 4, dans laquelle le dispositif de diminution de pression (38) comprend une première conduite de circulation formant ladite première zone de circulation (40) et une deuxième conduite de circulation formant ladite deuxième zone de circulation (42), les première et deuxième conduites de circulation étant distinctes l’une de l’autre.
- Chaudière (1) à combustible selon la revendication 4, dans laquelle le dispositif de diminution de pression (38) comprend une conduite de circulation (52) formant les première et deuxième zones de circulation.
- Chaudière (1) à combustible selon la revendication 6, dans laquelle l’organe directionnel (46) comprend une paroi d’obturation (48) d’une section de passage (50) de la conduite de circulation (52), ladite paroi d’obturation (48) étant déplaçable entre :
- une position d’ouverture permettant au fluide de circuler au travers de la section de passage (50), ladite section de passage (50) formant la première zone de circulation (40), et
- une position de fermeture dans laquelle la section de passage (50) est au moins partiellement fermée permettant au fluide de circuler au travers d’un orifice (54) formant la deuxième zone de circulation (42). - Chaudière (1) à combustible selon la revendication 7, dans laquelle ledit orifice (54) formant la deuxième zone de circulation (42) est au travers de la paroi d’obturation (48).
- Chaudière (1) à combustible selon la revendication 7 ou 8, dans laquelle l’organe de perte de charge (44, 54) comprend un organe de maintien (56) activable pour maintenir la paroi d’obturation (48) dans la position de fermeture et/ou la position d’ouverture.
- Chaudière (1) à combustible selon l’une quelconque des revendications 4 à 9, dans laquelle l’organe directionnel (46) est l’un parmi une électrovanne, un registre, un clapet pivotant, une vanne motorisée, un clapet coulissant et un obturateur.
- Chaudière (1) à combustible selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le circuit d’alimentation (30) d’un mélange comprend un circuit d’amenée de comburant (32), un circuit d’amenée de combustible (34) et un circuit de mélange (36) du comburant et du combustible en communication de fluide, à une première extrémité, avec les circuits d’amenée de comburant (32) et de combustible (34), et, à une deuxième extrémité, avec le brûleur (6).
- Chaudière (1) à combustible selon la revendication 11, dans laquelle le dispositif de diminution de pression (38) est disposé dans le circuit d’amenée de comburant (32).
- Procédé d’allumage d’une chaudière (1) à combustible selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes :
- générer une circulation d’un mélange de combustible et de comburant à l’intérieur du circuit d’alimentation (30) de mélange à l’aide du dispositif d’entrainement,
-activer le dispositif de diminution de pression (38) de manière à générer une diminution de la pression du mélange en amont du brûleur (6),
- allumer le mélange de comburant et de combustible à l’aide du dispositif d’allumage (10). - Procédé d’allumage selon la revendication 13, dans lequel le dispositif de diminution de pression (38) est activé avant et/ou pendant l’allumage du mélange de comburant et de combustible.
- Procédé d’allumage selon la revendication 13 ou 14, comprenant en outre la désactivation du dispositif de diminution de pression (38) après l’allumage du mélange de comburant et de combustible.
- Procédé d’allumage selon l’une des revendications 13 à 15 en combinaison avec une chaudière selon la revendication 7, dans lequel l’étape d’activation du dispositif de diminution de pression (38) comprend le déplacement de la paroi d’obturation (48) dans la position de fermeture de manière à diriger le fluide circulant au travers du dispositif de diminution de pression (38) au travers de l’orifice (54) formant la deuxième zone de circulation (42).
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