Fonctionnement
Présentation
Faire des économies considérables de chauffage c'est possible et sans pour autant diminuer son confort.
Le système PMC a plusieurs avantages qui ne sont pas négligeables et prouvés, il permet: de diminuer la pollution, d'avoir une meilleure combustion, de diminuer la quantité de combustible consommée pour produire la même quantité de chaleur et même de pouvoir mélanger un certain pourcentage d'eau avec le combustible.
Le système de brûleur à gaz PMC a été conçu de manière à être totalement automatique et sécurisé.
Aucun réglage, tout est fait d'origine, le seul réglage à faire est celui de la carburation (version à carburateur).
Composition générale
Le brûleur à gaz PMC se compose de divers éléments, chacun a son utilité.
Il y a des filtres à air qui assurent une plus grande durée de vie, un compresseur et son moteur, le fameux réacteur PANTONE, le carburateur, et divers autres éléments.
Fonctionnement
Lorsque le thermostat d'ambiance, l'aquastat ou l'utilisateur ferme le circuit, automatiquement le système PMC s'active.
Dès la mise en route du système les résistances d'allumage et de chauffe du réacteur vont se mettre à chauffer, au bout d'un certain temps le compresseur se met en route et l'électrovanne de carburation s'ouvre, le gaz circule grâce au compresseur, celui-ci va l'envoyer dans le brûleur et il s'enflammera instantanément au contact de la résistance d'allumage chauffée au rouge.
Lorsque la température est atteinte le circuit s’ouvre et les 2 résistances chauffantes se coupent, en même temps l’électrovanne de carburation se referme et l’électrovanne de mise à l’air s'ouvre.
A ce moment là le compresseur fonctionne encore et il se met à aspirer de l'air frais pour vider le circuit de tout reste de combustible, après un certain temps le compresseur s'arrête et l électrovanne de mise à l'air se referme.
Le système est donc vidé et prêt à redémarrer à tout moment.
Etude du système
Voici les différents problèmes et solutions à étudier.
Une des premières questions que je me suis posé, c’est concernant l'utilité du « Groupe de gaz d'origine » (le truc qui gère la veilleuse et l'envoi du gaz). En effet, comme j'ai conçu le système de telle manière qu'il se vide tout seul et que le compresseur ne tourne pas en continu il n'y a donc plus de gaz produit pour alimenter la veilleuse et comme le système s'auto vidange il n'y a aucun risque d'explosion donc il devient inutile.
Mais d'un autre côté il peut s'avérer assez utile car si ce système permet d'éviter tout retour de flamme il pourrait nous permettre de ne plus devoir vider tout le circuit à chaque fois et donc cela nous soulagerait de 2 électrovannes et d'une minuterie,
Il y a aussi une autre solution pour laquelle j'aurais besoin de consulter un spécialiste, cette solution concerne l'injecteur à gaz. Dans mon système je reprends l'injecteur à gaz d'origine ainsi que le brûleur et je suppose que dans une chaudière à gaz classique ce qui empêche le retour de flamme c'est déjà que la pression d'injection du gaz est constante et continue et qu’il y a cet injecteur qui souffle le gaz dans un cône et entre ce cône et l'injecteur il y a un vide pour l'aspiration d'air. Je suppose que s'il n'y avait pas cet injecteur et que le gaz était directement envoyé dans le brûleur il y aurait à coup sûr des retours de flamme dans le tuyau. Tout ça est à vérifier.
Un autre problème qui s'est posé était l'allumage du gaz. J'ai d'abord pensé à un système primitif dans le genre un bocal dans lequel de l'essence brûle par exemple mais les inconvénients sont multiples et sautent aux yeux !
Comme nous cherchons normalement à adapter une chaudière au gaz au système PMC logiquement nous avons déjà une arrivée de gaz et le groupe de gestion du gaz alors j'ai pensé utiliser celui-ci uniquement pour la veilleuse qui fonctionnerait en continu et que nous débrancherions de manière à ce qu'il n'envoie plus de gaz vers le brûleur.
J'ai aussi pensé à utiliser de l'électricité, j'ai choisi de placer juste à côté des trous de sortie du gaz une petite résistance électrique chauffée au rouge.
Il y a une autre solution qui consiste à utiliser les électrodes et un transformateur HT du même genre que ceux utilisés dans les chaudières à mazout, cette solution est plus coûteuse mais plus fiable.
Pour diminuer le coût du système il y a plusieurs possibilités qui consistent à utiliser chaque composant (injecteur, groupe de gestion de gaz) au maximum de leurs possibilités.
J'en ai déjà parlé mais s'il s'avère que le simple fait de mettre un injecteur à gaz empêche tout risque de retour de flamme cela permettrait alors de garder une seule électrovanne qui servirait à faire une coupure nette et instantanée dans l'alimentation en gaz, cela permettrait de faire des économies. Le problème qui pourrait se poser alors est que le compresseur ne s'arrête pas de tourner instantanément et pendant ce temps où il tourne encore, l’électrovanne de rupture (électrovanne avant l'injecteur) est fermée, donc le compresseur en tournant ne pouvant évacuer l'air qu'il aspire va faire inévitablement augmenter la pression dans le circuit et l’électrovanne pourrait ne pas supporter mais le pire est que le gaz risquerait d'exploser suite à une augmentation de sa température!
Si nous décidons d'utiliser pour l'allumage des gaz une veilleuse qui serait fournie par l'ancien groupe de gestion de gaz encore raccordé à l'arrivée de gaz alors nous n'avons plus besoin de la résistance d'allumage. Cette résistance pour chauffer avait besoin d'un certain temps avant de pouvoir être opérationnelle et donc il a fallu mettre un relais temporisé pour retarder la mise en route du compresseur et donc la production de gaz.
Comme cette résistance n’existe plus dans cette configuration du système nous pouvons supprimer ce relais étant donné que la résistance de chauffe du réacteur peut très bien être mise sous tension en même temps que le compresseur ce qui aura pour effet de faire que les gaz ne seront pas parfaitement produits tant qu'elle ne sera pas totalement chaude.
Si l'injecteur évite tout retour de flamme nous pouvons donc choisir de ne plus vidanger à chaque fois le circuit de tout reste de gaz, cela nous permettra de supprimer la minuterie qui retarde l'arrêt du compresseur.
Une solution idéale pour l'allumage consiste à utiliser un transformateur lO.OOOV et des électrodes qui seront placées à proximité du brûleur.
L'allumage se ferait plus facilement et au contraire d'un allumage par résistance électrique il n’y aurait aucun risque de rupture de la résistance et donc aucun risque de ne pas avoir d'allumage.
Le transformateur serait mis sous tension en même temps que le compresseur et pourrait être à l'aide d'une minuterie mis hors tension quelques minutes après sa mise sous tension ce qui économiserait de l'énergie et éviterait la surchauffe du transformateur.
Le problème du compresseur (pompe).
Idéalement selon M. David il faudrait un compresseur à palettes car il a l'avantage de pomper de façon plus régulière et donc d'éviter une flamme pulsée ce qui peut avoir des inconvénients comme plus de bruit, risque de non ré allumage. Mais le problème fondamental d’un compresseur à palettes est d'abord que ce n'est pas facile à trouver, problème d'étanchéité et surtout problème de bruit, cela dit ces problèmes ne sont pas très graves.
Il existe des compresseurs à vis, à piston, mais le meilleur serait un compresseur centrifuge.
La meilleure solution donc car il assure une beaucoup plus grande régularité dans l'aspiration.
En fait ce genre de compresseur consiste en une hélice qui tourne très vite et qui crée une dépression et donc aspire. Ce système est sûrement plus silencieux. Mais comme toujours coûteux et n'existe pas en petite taille.
La solution la plus simple, la plus accessible mais aussi la plus encombrante consiste à prendre 2 petits compresseurs à piston et de les accoupler avec le même rapport et d'alterner les cycles de façon à ce que l'aspiration se fasse plus ou moins de façon régulière et que la flamme ne soit pas pulsée. Le plus simple est de récupérer 2 petits compresseurs pour gonfler les pneus, il sont de faible cylindrée et à 2 peuvent atteindre +1- 25, 50cm3. Il faudrait adapter l'admission voire carrément recréer une culasse de façon à pouvoir raccorder des tuyaux dessus et aussi adapter l'arbre pour les accoupler au même moteur mais cette solution demande d'avoir l'outillage approprié.
Aussi en ce qui concerne les compresseurs à palettes à ce qu'il parait il est possible d'en trouver dans certaines voitures, ces compresseurs sont sûrement de faible cylindrée mais on pourrait en accoupler un grand nombre en les plaçant l'un à la suite de l'autre et passer un axe de transmission qui traverse tout mais c'est peut être un peu exagéré.
Il y a une autre solution, la pompe centrifuge, conçue à l'origine pour de l'eau en adaptant la vitesse de rotation on pourrait arriver à créer une aspiration suffisante pour carburer et aussi pour que le gaz soit envoyé en quantité suffisante vers l'injecteur. L'avantage est que si l'on veut en mettre plusieurs actionnées par plusieurs moteurs de vitesse différente il n 'y aura pas de problème mais on peut aussi utiliser une transmission par courroie et placer plusieurs compresseurs sur la même courroie mais ça demande des outils comme toujours !
Décidément il n'est pas facile de trouver un bon compresseur qui est adapté à notre système.
Au niveau de la carburation un simple petit carburateur de 5Occ suffira mais cela dépend aussi du compresseur que l'on choisit sinon on peut prendre un ancien carburateur de tondeuse où la cylindrée s'élève en général au environ de 140cc et surtout où le prix est moins élevé.
On peut aussi produire le mélange par bullage, il y a plusieurs solutions soit mettre le compresseur de façon à ce qu'il envoie de l'air directement dans le liquide et en même temps forcément pousse le gaz dans le circuit. On peut aussi choisir de mettre le compresseur après et d'aspirer le gaz et par aspiration créer le bullage. Le choix du type de bullage dépend du compresseur que l'on a. Dans le deuxième cas tout comme dans le premier d'ailleurs il sera facile de mettre plusieurs compresseurs.
Au sujet du niveau constant il y a 2 solutions, la solution électrique et la solution
« physique ». Dans la solution électrique un petit système de niveau constant commanderait une électrovanne qui serait raccordée au réservoir à combustible. Dans la solution
« physique » un flotteur de toilettes légèrement modifié serait placé et directement raccordé au réservoir, comme la pression exercée par le combustible dans le réservoir n'est pas spécialement élevée on peut raccourcir le « bras » du flotteur et cela permettrait de pouvoir utiliser un réservoir de bullage plus petit.
Pour faciliter la montée en température du gaz Pantone dans le réacteur on pourrait songer à augmenter la température initiale du mélange de base. Pour cela il suffirait de placer un tuyau à proximité d'une source de dégagement de chaleur de la chaudière et de raccorder ce tuyau à l'admission d'air du carburateur ou du système de bullage.
Retour sur le problème du retour de flamme et tout ça. Je me suis renseigné et la réponse est que dans une chaudière classique il n'y a pas d'air dans le circuit de gaz jusqu'à l'injecteur et sans air un combustible ne brûle pas. Donc dans une chaudière classique le gaz est mélangé à l'air après l'injecteur uniquement et comme celui-ci est envoyé sous pression il ne sait pas s'enflammer, dans le pire des cas il y aurait un retour de flamme dans le brûleur mais jamais dans le circuit avant l'injecteur car il n'y a pas d'air.
On m’a dit aussi que comme le gaz est sous pression il ne sait pas s'enflammer et ne pourrait s'enflammer qu'une fois détendu.
Dans notre cas le problème est bien plus ennuyeux car dans le cas d'une carburation comme d'un bullage une quantité non négligeable d'air est mélangée avec le combustible et nous avons donc directement un mélange prêt à exploser mais celui-ci est heureusement maintenant sous pression en circulation constante ce qui rend son inflammation plus difficile. Dans une chaudière classique l'injecteur permet d'injecter le gaz sous pression à travers un cône, ce cône a pour but d'aspirer par dépression une certaine quantité d'air nécessaire à la combustion du gaz, ce principe a, je pense, été mis au point par Mr Bunsen afin de faire en sorte que le mélange air/gaz se fasse avant d'arriver là où il va être enflammé ce qui permet d'améliorer considérablement la combustion.
Dans notre cas, étant donné que le combustible est mélangé dès le départ à de l'air le rapport air/combustible est déjà obtenu dès le début grâce au carburateur qui a justement pour fonction d'assurer une bonne proportionnalité entre le carburant et le comburant. Donc le cône n'est plus nécessaire car le mélange air/combustible est déjà obtenu.
Le fait de laisser le cône peut avoir pour effet de sur alimenter le mélange en air et donc de donner une combustion moins bonne. Il ne faut pas croire que parce que le mélange est déjà « préparé » qu'il est saturé, au contraire obligatoirement par dépression une fois le gaz injecté dans le cône, de l'air va être aspiré et mélangé au mélange et donc troubler inévitablement le rapport air/combustible, nous allons donc nous retrouver avec une quantité plus importante d'air pour la même quantité de combustible ce qui aura pour effet d'affaiblir la flamme.
Comme tout le monde le sait le secret d'une bonne combustion réside dans le bon dosage du carburant et comburant.
Il faut aussi savoir que la dimension du cône joue un rôle très important elle joue justement sur le rapport combustible/air et pour chaque chaudière en fonction de l'injecteur, du combustible, de la pression, du débit on ajuste la taille du cône et sa position.
Donc nous devrions pouvoir ajuster facilement la taille du cône mais de toute façon dans le cas de l'utilisation d'un carburateur celui s'avère totalement inutile et même gênant. Par contre dans le cas d'un bullage le cône s'avère être très utile car il se peut que lors du bullage la quantité de combustible volatilisée soit plus importante que la quantité d'air aspirée pour créer le bullage ou l'inverse et justement pour ajuster le mélange on pourrait utiliser un cône mais sans doute de beaucoup plus petite taille.
Donc étant donné que dans le cas d'une carburation le mélange air/combustible est obtenu dès le départ le cône est inutile donc nous pourrions le supprimer et raccorder l'injecteur directement au brûleur mais il faut y arriver en s'assurant qu'il n'y ait aucune prise d'air. Maintenant la question qui se pose est de savoir si l'injecteur devient vraiment utile, peut être que oui, peut être que non. Si nous le supprimons ça veut dire que le gaz se détendra uniquement en entrant dans la chambre du brûleur, dans la rampe. Si nous gardons l'injecteur cela risque d'ajouter des problèmes pour adapter le brûleur en supprimant le cône tout en gardant l'injecteur. ..Donc si nous le gardons ça va détendre le gaz dans le tuyau mais ça va permettre de faire varier le débit étant donné que c'est l'injecteur qui détermine le débit d'écoulement du gaz. Alors que si nous le supprimons le débit devient le même que celui des tuyaux et donc sans doute trop élevé pour le brûleur mais ce problème peut être facilement réglé en installant une vanne, cette vanne devrait d'ailleurs être aussi présente dans le cas où nous gardons l'injecteur car celle ci permettrait donc de faire varier le débit pour jouer sur la « force » de la flamme.
Idéalement il faudrait réussir à créer des vapeurs de combustible sans air, uniquement des vapeurs d'essence par exemple mais alors il devient impossible d'utiliser un carburateur, la seule solution est alors par bullage mais nous ne pouvons créer un bullage par circulation d'air dans le combustible, par bullage en gros, pas de gargouillement. La seule solution est alors de créer un bullage par chaleur, donc il faudrait placer une résistance chauffante dans le liquide qui en échauffant le combustible l'évaporerait. On peut aussi créer un bullage en pompant des vapeurs dans le réservoir de bullage et en les réinjectant dans le combustible pour créer un bullage par circulation non plus d'air mais d'un gaz.
Le problème fondamental qui se pose est que l'on doit produire assez de vapeur pour que la pression soit naturellement assez élevée pour éjecter les vapeurs à travers l'injecteur et les envoyer dans le brûleur, il faut aussi que le débit de vapeur produite soit suffisant et ce n'est pas gagné d'avance.
Un autre problème plus que fondamental se pose, il se situe au niveau du réacteur. Normalement le réacteur a pour effet, par une réaction assez spéciale, de créer un gaz combustible homogène et de très bonne qualité en partant de vapeur de combustible mélangée à de l'air .Or si nous utilisons un bullage sans mélange d'air le mélange à la sortie du réacteur ne sera plus complet vu qu'il manque l'air et le vrai mélange air/combustible ne se fera que dans le cône et donc on ne gagne rien au niveau qualité de la combustion et autre.
Pourquoi chercher à créer un bullage sans air ? pour la simple raison que un combustible pur ne saura jamais brûler s'il n'est pas mélangé à de l'air et donc cela permettrait en fait de ne plus devoir vidanger le circuit à chaque arrêt mais de mettre simplement une électrovanne juste avant l'injecteur pour fermer l'accès au circuit.
Mais cette solution d'abord n'apporte aucun avantage au niveau qualité de la combustion et le système PMC devient quasi inutile vu qu'il ne joue plus totalement son rôle et cette solution apporte trop de complications juste pour pouvoir supprimer une seule électrovanne.
En réfléchissant bien, dans le cas d'un système avec carburation, le carbu va naturellement - à moins d'être volontairement déréglé (gicleur plus gros) - ajuster le rapport carburant/comburant mais il faut prendre en compte que le combustible qui sort du carburateur va passer par le réacteur et là seul Dieu sait ce qu'il se passe dedans mais quoi qu'il en soit, avec beaucoup de chance, à la sortie du réacteur on se retrouve avec un gaz totalement différent; totalement nouveau, le gaz PMC, on ne sait pas du tout de quoi il se compose, on sait juste dire ce qui rentre dans le réacteur et que ce qui sort brûle.
On se retrouve donc avec un nouveau gaz, en partant du principe que ce gaz qui sort du réacteur est un gaz pur il faut donc mélanger ce nouveau gaz à l'air afin d'obtenir à nouveau un carburant et un comburant.
L'intérêt du brûleur à cône variable se situe là, il va permettre de réajuster, de récréer un mélange carburant comburant, et il permettra étant donné qu'on ne sait pas du tout ce qui sort du réacteur d'ajuster avec précision le mélange, éventuellement après des tests on pourra déterminer à peu près le rapport carburant/comburant du gaz PMC.
En définitif pour conclure le problème du cône la solution consiste à créer un tuyau parfaitement cylindrique ouvert à une extrémité qui sera soudé au brûleur, de l'autre côté nous aurons un emplacement prévu pour l'injecteur à gaz et enfin, sur le contour de ce tuyau il y aura des trous qui seront +/- obstrués par un tuyau qui jouera le rôle d'obturateur et qui permettra d'ajuster la section de passage pour l'air et donc d'ajuster l'apport en air au combustible.
Je pense qu'il n'y a pas à ma connaissance des solutions alternatives pour simplifier le système et alléger la note. Nous nous retrouvons en obligation de vidanger le circuit à chaque arrêt d'où la nécessité de concevoir le système de telle manière qu'il y ait le moins possible de tuyau mais justement au fond afin d'éviter de devoir réellement vidanger tout le circuit il y a une solution qui consiste à tout simplement placer l’électrovanne de carburation et de mise à l'air le plus proche possible de l'injecteur. L'idéal serait de placer celle-ci juste avant l'injecteur mais il y a le problème du compresseur qui ne peut être placé avant ces 2 électrovannes alors forcément il faut le placer après et donc pour diminuer au maximum la quantité de combustible jeté il faudrait placer le compresseur très près de l'injecteur ce qui est possible. Mais placer le compresseur après le réacteur signifie que dans tout type de réchauffage du réacteur il y aura des gaz fort chauds qui circuleront dans le compresseur donc il faudra en choisir un en conséquence.
En final nous utiliserons plutôt une pompe rotative à palette que je réaliserai à mon école, cette pompe sera faite avec des matériaux de mauvaise qualité, peu importe. Les électrovannes ne nécessitent pas une résistance à de hautes pressions.
Le carburateur sera sans doute un carburateur de 50Cc ou d'une tondeuse (environ 140Cc), et comme si je ne me trompe pas, plus le carburateur est grand plus il y aura d'essence envoyée (avec une certaine limite, celle qu’il faut que la dépression soit suffisante) et donc meilleur sera le fonctionnement du brûleur
Finalement nous ne garderons pas le Groupe de sécurité car il devient totalement inutile. Par contre il pourrait être intéressant d'utiliser le thermocouple qui commanderait un interrupteur de sécurité qui permettrait de dire si oui ou non il y a une flamme.
J’opte comme prévu pour un allumage par résistance électrique et un réchauffage du réacteur électrique, éventuellement si le réchauffage n’est pas suffisant on pourrait envisager un réchauffage par les gaz de combustion.
- mise a jour
Je vais utiliser une pompe à palette ou un turbo compresseur ou un compresseur volumétrique de voiture, mais faudrait il encore que j’en trouve, pour une pompe à palette j’ai déjà ma petite idée.
Finalement à la place des électrovannes pour diminuer le coût du système je vais prendre une vanne à 2 voies (3 en tout) électro-commandée, de ma conception, pour l’instant le problème est l’étanchéité et aussi la mise au point de tout ce qui touche à la commande et à l’électricité du système.
Je cherche à mettre au point une minuterie fonctionnant avec un petit moteur lent et une came ainsi que des fins de courses, elle permettra –si j’arrive à la mettre au point- de faire en sorte que la pompe fonctionne encore pendant un certain temps après l’arrêt du système.
Et si j’arrive à mettre ce système au point je verrais pour en crée 2 dont l’autre sera pour faire un retard à l’allumage de façon à laisser à la résistance d’allumage le temps de chauffer.
Mais j’ajouterai qu’il y a des chances que ce retard à l’allumage ne soit pas nécessaire vu le très court temps nécessaire à la résistance d'allumage pour être chaude.
Finalement je placerai le réacteur sous la flamme, comme ça la température sera très élevée et comme je pense que pour obtenir un réel craquage de l’eau ou un vrai phénomène de plasma il faut que la température soit très importante, ça favorisera tout ça. On verra bien si ça tient le coup.
En tout cas M. David lui, faisait chauffer son réacteur avec la flamme et ça marchait très bien, et puis quand on voit les tests quand il faisait chauffer une barre d’acier avec la flamme, on imagine à quelle température le réacteur devait être J
Je tiens au courant mais à mon avis c’est pas encore demain la veille que je passerai à l’application de tout ça.