Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
20~ 37
APPAREIL CHAUFFANT A GAZ, AVEC BRULEUR CATALYTIQUE
ET ORGANE DE REGULATION
La présente invention concerne de manière générale les
appareils chauffants à gaz, et plus particulièrement ceux du type portatif,
5 de puissance calorifique relativement faible, et donc de consommation
en gaz combustible relativement limitée, par exemple au plus égale à
5g/heure.
Selon le document FR-A-2 621 981, on a décrit un appareil
chauffant de genre défini précédemment, et plus précisément un fer à
10 souder portatif, incorporant une réserve de gaz combustible, par exemple
du butane, sous la forme d'une cartouche interchangeable. Un tel appareil
comprend dans le sens de circulation du gaz combustible:
- un organe de contrôle d'un courant gazeux du gaz combus-
tible sous pression, consistant en un moyen d'accouplement étanche et
15 réversible avec une cartouche de gaz combustible sous pression
- un injecteur, éjectant un jet gazeux à partir du courant
gazeux
- un moyen d'entraînement d'air primaire par le jet gazeux
pour former le mélange à brûler, pouvant consister en un élément conver-
:: 20 gent-divergent du type venturi, ou en un simple tube dont l'extrémité amont
est située à distance de l'injecteur, ces différents moyens communiquant
de manière appropriée avec l'atmosphère ex~érieure, pour aspirer l'air
primaire sous l'effet d'entraînement du jet du gaz combustible
- un conduit de transport du mélange à brûler, communiquant
25 ou en relation à son extrémité amont avec le moyen d'entraînement d'air
primaire
- un brûleur catalytique à air induit comportant une structure
catalytique de combustion, à Qvoir un noyau réfractaire en céramique
dit "nid d'abeille", comportant une pluralité de canaux allongés selon la
30 direction de passage des gaz, dont la face interne est revêtue d'un cataly-
seur; cette structure est traversée par le mélange à brûler, de sa face
d'entrée en relation avec l'extrémité aval du conduit de transport, à Q
face de sortie évacuant les fumées de combustion
- une partie active métallique, ou de travail, comportant
35 une panne à souder, en relation d'échange thermique avec le brûleur, et
consommant une partie sinon la totalité de la pUiSQnce calorifique produite
2 2029~ ~37
par la combustion catalytique du gaz combustible.
Comme pour tout appareil chauffant, en fonctionnement,
il apparaît nécessaire de moduler la puissance calorifique produite par
l'appareil précité, notamment en fonction de la puissance thermique effec-
S tivement dissipée, par exemple selon que le fer à souder est en attented'une opération de soudure, ou effectivement employé pour une telle opéra--
tion.
A cette fin, différentes solutions de régulation ou contrôle
peuvent être envisagées. Les plus simples passent par la détection de la
10 température dans une zone de l'appareil en relation d'échange thermique
à la fois avec le brûleur et la partie active, représentant la puissance
thermique dissipée, et par la commande d'un paramètre de contrôle de
cette puissance, au moyen de la température ainsi détectée.
Conformément au document US-C-2 119 694, et pour un
15 appareil chauffant portatif, avec brûleur à flamme nue, du type fer à repas-
ser, le paramètre de contrôle choisi est le débit du gaz combustible d'alimen-
tation. Dans la pratique, et ultérieurement, d'autres appareils chauffants
portatifs avec brûleur catalytique, ont retenu la même solution de régulation,
en prévoyant, d'une part un élément métallique de détection de température,
20 modifiable en position ou conformation selon la température détectée,
et d'autre part une valve de contrôle du débit du gaz combustible, par
exemple avec clapet, dont l'ouverture est commandée mécaniquement
par la modification en position ou conformation de l'élément de détection.
De telles solutions sont aussi celles qui sont immédiatement
25 accessibles à l'homme de métier ou technicien concerné, dans la mesure
où, par analogie avec les appareils électriques portatifs avec thermostat,
il est normal de contrôler la puissance délivrée en agissant directement
sur l'énergie d'alimentation, en l'occurence le gaz combustible.
Ceci étant, pour un appareil à gaz portatif, donc d'encombre-
30 ment ou volume limité, ces solutions de contrôle présentent des inconvé-
nients significatifs.
Elles requièrent tout d'abord l'utilisation d'une valve, c'est-à-
dire d'un organe avec clapet mobile, prévu et construit pour le passage
de débits relativement faibles, par exemple de l'ordre de quelques grammes
35 par heure. Il s'agit donc de pièces de précision, relativement coûteuses
si l'on désire une grande fiabilité ou sécurité.
20Z9~
Elles requièrent ensuite une liaison mécanique appropriée,
par exemple avec levier ou renvoi d'angle, entre l'élément détecteur et
la valve, et plus précisément son clapet. Cette liaison est en général
obtenue par la combinaison de différentes pièces de micro-mécanique,
5 dont l'assemblage requiert également une grande précision, ainsi qu'une
grande propreté.
Au total, dans la pratique, ces organes de régulation s'avèrent
d'une grande complexité, difficiles à fabriquer et assembler en grande
série, et d'une fiabilité limitée.
La présente invention a pour objet un nouveau concept de
régulation, applicable et spécifique à un appareil chauffant portatif avec
brûleur catalytique à air induit, particulièrement simple à mettre en oeuvre,
et par conséquent obviant les inconvénients précédents.
Ce nouveau concept résulte des deux constatations suivantes,
15 et de leur rapprochement, pour un appareil du type précité, donc de puis-
sance thermique limitée ou relativement faible:
- d'une part, la structure catalytique présente en général
une inertie thermique relativement importante, ce qui lui permet de rester
dans la zone des températures du fonctionnement catalytique, après interrup-
20 tion de son alimentation, pendant un certain laps de temps; toute nou-
velle alimentation du brûleur, dans un délai relativement bref après son
interruption, est à même de remettre en fonctionnement le processus de
combustion catalytique
- et d'autre part, les débits de gaz combustible passant
25 dans l'appareil demeurant relativement faibles, il peut être envisagé sans
- inconvénient majeur, ou de dériver une partie du débit d'alimentation à
l'extérieur de l'appareil, ou de stocker temporairement une partie du débit
d'alimentation dans l'appareil et en son sein. S'agissant de la dérivation
du gaz combustible ou du mélange à brûler, à l'extérieur de l'appareil,
30 ceci est sans inconvénient pcur une utilisation à l'extérieur; mais ceci
peut être aussi admissible pour une utilisation dans un local d'habitation,
les débits d'alimentation mis en oeuvre ne permettant pas en général d'at-
teindre les zones connues d'inflammabilité d'un mélange air-butane par
exemple.
Dans ces conditions, la présente invention envisage de contrôler
la puissance thermique d'un appareil chauffant avec brûleur catalytique
20~
à air induit, en ne modifiant pas le débit du gaz combustible éjecté par
l'injecteur, mais en contrôlant le débit du mélange à brûler alimentant
la structure catalytique, obtenu à partir du débit du gaz combustible, demeu-
rant relativement constant, toutes choses égales par ailleurs. Et selon
ce mode de régulation, le débit du mélange à brûler ou du gaz combustible,
en excès ou complémentaire par rapport au débit contrôlé du mélange
à brûler, est, ou évacué vers l'extérieur de l'appareil, directement dans
l'atmosphère ambiante, ou stocké temporairement au sein de l'appareil.
Plus précisément, selon la présente invention, on prévoit
un organe de régulation du débit du mélange à brûler circulant dans le
conduit de transport, disposé en aval du moyen d'entraînement d'air primaire,
et en amont de la stucture catalytique de combustion. Cet organe comporte,
outre l'élément sensible à la température développée par le brûleur, un
volet d'obturation mobile entre deux positions, sous l'effet de la température
détectée par l'élément sensible, à savoir:
- une première position dite d'obstruction pour une valeur
relativement haute de la température détectée
- et une deuxième position dite d'ouverture, assurant le
passage d'un débit maximum du mélange à brûler vers la structure cataly-
tique, pour une valeur relativement basse de la température détectée.
Comme toute régulation, le mode de contrôle selon l'invention
peut être en "tout ou rien", ou "tout ou peu"; ou proportionnel.
Préférentiellement, et de manière particulièrement simple,
l'élément sensible à la température et le volet d'obturation se confondent
selon un seul et même volet métallique, en relation d'échange thermique
avec le brûleur, et susceptible de prendre deux positions ou conformations,
selon sa température d'équilibre, I'une d'obstruction vers la structure cataly-
tique, et l'autre d'ouverture vers la structure catalytique.
Deux modes d'exécution principaux caractérisent l'invention.
Selon le premier, le volet d'obturation est en relation avec
un orifice amont de refoulement vers l'extérieur du mélange à brûler,
et dans la première position d'obstruction du volet, un courant de fuite
du mélange à brûler ou du gaz combustible est évacué par l'orifice de
refoulement. C'est ce premier mode qui sera plus particulièrement décrit
ci-après.
Selon un second, le volet d'obturation est en relation avec
2029~
un organe anti-retour du mélange à brûler ou du gaz combustible, par
un clapet anti-retour obturant un orifice de fuite prévu dans le conduit
de transport du mélange à brûler, et donc en amont du volet d'obturation.
Et, dans la première position d'obturation du volet, un volume temporaire
5 du mélange à brûler ou du gaz combustible, est stocké dans l'appareil,
à la manière d'une capacité, entre le volet d'obturation et l'organe anti-
retour.
La présente invention est maintenant décrite par référence
aux dessins annexés, dans lesquels:
10- la figure I représente une vue avec arrachement partiel
d'un appareil chauffant conforme à la présente invention, consistant en
un fer à friser
- la figure 2 représente une vue à échelle agrandie, en coupe
axiale du brûleur catalytique et de l'organe de régulation appartenant à
15I'appareil représenté à la figure I
- la figure 3 représente une vue selon la même échelle que
celle de la figure 2, du brûleur catalytique et de son organe de régulation,
selon un deuxième mode d'exécution d'un appareil chauffant selon la présente
invention.
20- la figure 4 représente une vue du deuxième mode d'exécution,
selon un plan de coupe perpendiculaire à celui de la figure 2.
Par référence aux figures I et 2, un appareil chauffant selon
l'invention, à savoir un fer à friser, comprend successivement, dans le sens
de circulation du gaz combustible:
25- un carénage (l) extérieur, de forme cylindrique, en matière
plastique, sur lequel est vissé de manière amovible un pot (2), destiné à
recevoir et monter une cartouche interchangeable de gaz combustible (non
représentée)
- un corps métallique (3 ) comportant un canal interne ~ a)
30 de circulation du gaz combustible sous pression, auquel sont associés, éven-
tuellement un détendeur (non représenté), permettant de contrôler la pression
du gaz combustible quelle que soit la température ambiante en particulier,
et un organe de contrôle du courant de gaz combustible sous pression, égale-
ment non représenté, permettant de manière générale d'ouvrir ou fermer
35 I'arrivée du gaz combustible; cet organe de contrôle peut d'ailleurs être
confondu avec le détendeur, lequel comporte alors à cet effet, un organe
,
20~9~ ~37
de commande manuelle, tel que le bouton (4) représenté à la figure 1
- un injecteur (5), au débouché du canal ~3a), éjectant un
jet gazeux à partir du courant de gaz combustible sous pression
- un tube métallique (6), fixé à une extrémité (6a) sur le
5 corps métallique (3 ), et formant à sa partie terminale (6b) la zone active
ou de travail de l'appareil, et plus précisément une zone lisse d'enroulenient
et chauffage des mèches de cheveux; comme décrit ci-après, ce tube (6)
sert également de conduit de circulation des gaz dans l'appareil, notamment
du mélange à brûler
- un moyen (7) d'entraînement d'air primaire par le jet gazeux
issu de l'injecteur (5), pour former le mélange à brûler; à cette fin, le
moyen (7) comprend une rondelle (8), ainsi que des ouies (6e) d'introduction
d'air primaire; la rondelle (8) est emmanchée dans le tube (6), du côté
de son extrémité (6a), en face de l'injecteur (5), et elle comporte un perçage
15 axial (8a), aligné avec l'axe d'éjection de l'injecteur (5), ayant la forme
d'un venturi, c'est-à-dire comportant successivement dans le sens de circula-
tion du gaz, une partie convergente, une partie droite, et une partie diver-
gente; les ouies (6e) sont ménagées dans la paroi du tube (6), entre la ron-
delle (8) et l'injecteur (5)
- une chambre de distribution (9) du mélange à brûler, ayant
la forme d'une capacité tubulaire montée à l'intérieur du tube (6), disposée
en amont du brûleur catalytique dont il sera question ci-après, communiquant
par un passage (9a) avec la partie (6c) du tube (6), formant conduit de trans-
port du mélange à brûler entre la sortie du moyen (7) d'entraînement d'air
25 primaire et l'entrée du brûleur catalytique ci-après
- un brûleur catalytique (10), comportant un noyau métallique
(I l), ménageant de l'entrée vers la sortie du brûleur, un alésage (I la) avec
épaulement (I lb) pour l'introduction et le maintien d'une bobine (12) ou
autre élément de répartition du mélange à brûler, un évidement (I Ic) de
30 plus faible diamètre, pour le maintien avec une rondelle (21) d'un noyau
réfractaire en céramique (13 ), traversé de sa face d'entrée à sa face de
sortie, par une pluralité de canaux (13 a), dont l'intérieur est revêtu avec
un catalyseur de combustion; la structure catalytique (13) est donc traversée
par le mélange à brûler, de sa face d'entrée (13b) en relation avec l'extrémité
35 aval du conduit de transport (6c), à sa face de sortie (13c) pour l'évacuation
des fumées de combustion; des électrodes d'allumage (1 4), permettant
20Z9~7
de générer une étincelle électrique, sont associées au brûleur (10), du côté
de sa face de sortie (13c).
Selon la présente invention, I'appareil représenté aux figures
1 et 2 comporte un organe de régulation du débit du mélange à brûler circu-
5 lant dans le conduit (6c) de transport, disposé de manière générale en avaldu moyen (7) d'entraînement d'air primaire, et en amont de la structure
(13) catalytique de combustion. Cet organe comporte un volet métallique
(15), formant à la fois élément sensible à la température développée par
le brûleur (10), et volet d'obturation en relation avec les ouies (6e), ayant
10 également la fonction d'orifices amont de refoulement vers l'extérieur
du mélange à brûler ou du gaz combustible en excès.
Conformément au premier mode d'exécution de l'invention
selon les figures I et 2, le clapet (15) consiste en un disque métallique
présentant une certaine raideur intrinsèque, et susceptible de se retourner
15 brusquement, à une température relativement haute, d'une position écartée
représentée à la figure 2, à une position plaquée contre la chambre de distri-
bution (9), représentée en traits mixtes selon la figure 2, et ceci dans le
sens de la flêche selon cette même figure 2. Ce volet métallique est fixé
à une extrémité (15a) sur un pion d'accrochage (9b) de la chambre de distribu-
20 tion (9).
Par conséquent, selon les figures I et 2, le volet métallique(15) est associé et coopère, en ouverture ou fermeture, avec le passageintermédiaire (9a) vers la chambre de distribution (9).
Plus précisément, le volet (15) est mobile sous l'effet de
25 la température détectée, entre deux positions, à savoir:
- une première position de d'obstruction, représentée à la
figure 2 en traits mixtes, obturant le passage intermédiaire (9a), et entraî-
nant l'évacuation par les ouies (6e), formant également orifices de refoule-
ment, d'un courant de fuite du mélange à brûler ou du gaz combustible,
30 et ceci pour une valeur relativement haute de la température détectée
- et une deuxième position d'ouverture, représentée en traits
pleins à la figure 2, libérant le passage intermédiaire (9a), et assurant le
passage d'un débit maximum du mélange à brûler vers la structure cataly-
tique (13 ), et ceci pour une valeur relativement basse de la température
35 détectée.
Conformément à la figure 2, le volet métallique (15) comporte
2C~9~
lui-même une perforation (I 5b) de section minimum, en relation avec le
passage intermédiaire (9a), assurant le passage d'un débit minimum du mélan-
ge à brûler, dans la position de dérivation du volet d'obturation, montrée
en traits mixtes à la figure 2.
Conformément au mode d'exécution selon les figures I et
2, il est possible d'obtenir une régulation de la température à 10~C près.
Le mode d'exécution selon la figure 3 diffère de celui repré-
senté aux figures I et 2, par les caratéristiques techniques suivantes:
- de manière générale, le volet métallique (15), thermo-sensible,
10 consiste en un bilame droit, fixé à une extrémité (I 5a) sur un téton (9b)
de la chambre de réception (9), parallèlement à la paroi du tube (6); ce
bilame (15) porte un bossage d'obturation (I 5b), à son extrémité opposée
à son extrémité fixe (15a)
- I'orifice amont de refoulement du mélange à brûler ou du
15 gaz combustible, consiste en une ouverture de fuite (6g) ménagée dans
la paroi du conduit (6) de transport, entre la chambre de réception (9) et
le moyen (7) d'entraînement d'air primaire
- dans ces conditions, le clapet d'obturation (15) est mobile
entre deux positions, à savoir une première position d'obstruction, écartée
20 de la paroi du tube (6), ouvrant l'ouverture de fuite (6g), pour une tempéra-ture relativement haute détectée, et une deuxième position d'ouverture
vers le brûleur (10), plaquée le long de la paroi du tube (6), dans laquelle
le bossage (I 5b) obture l'ouverture de fuite (6g), pour une température rela-
tivement basse détectée.
Conformément au mode d'exécution selon les figures 3 et
4, il est possible d'obtenir une régulation fine de la température, du type
proportionnel.
Grâce à l'invention, pour un brûleur catalytique présentant
une charge thermique de l'ordre de 100 Watts par cm2, il est possible de
30 réguler la température à une valeur moyenne de 140~ C par exemple, à
partir d'un démarrage à température ambiante ayant une durée de l'ordre
de 15 secondes.
La présente invention peut être appliquée à toutes sortes
d'appareils portatifs chauffants, au rang desquels on peut citer:
- certains appareils ménagers comme une chaufferette
- des appareils destinés à la salle de bains, tel qu'un fer
,
~0~
à friser
- et divers appareils de bricolage, tel qu'un fer à souder.
