Brevet FR2004156A1 — publié le 19691121

i- 2004156 L'invention est relative à des circuits électriques de commande et elle concerne, plus" particulièrement, un circuit de commande conçu spécialement pour être utilisé dans des systèmes de surveillance de combustion qui font appel a des détecteurs de 5 flamme du type à décharge en avalanche. Au cours du fonctionnement des systèmes de surveillance de combustion, il est essentiel qu'une défaillance de la flamme soit détectée rapidement et le fonctionnement correct de l'ensemble du système doit être contrôlé constamment. De nombreux systèmes de 10 surveillance de combustion font appel à des détecteurs du type à décharge en avalanche qui réagissent au rayonnement ultraviolet. Bien que la plupart des sondes de ce type aient une durée utile extrêmement prolongée, certaines d'entre elles peuvent se détériorer progressivement, de sorte qu'elles continuent à se déchar-15 ger après qu'une décharge en avalanche ait été déclenchée par la détection de rayons ultraviolets, alors même que la source de ce rayonnement n'existe plus. Un tube à avalanche continue de ce genre ne sera plus en mesure de détecter une baisse de flamme et de couper rapidement les commandes des brûleurs du système de % 20 combustion sous contrôle. Le défaut d'interruption rapide du système de combustion dans de telles conditions peut aboutir à une situation extrêmement dangereuse. En conséquence, l'invention a pour but de fournir un système amélioré de commande de combustion qui décèle avec plus de sûreté 25 les défaillances de détecteurs de flamme du type à décharge en avalanche, ce qui accroît la garantie que le système soit mis rapidement à l'arrêt lorsqu'un défaut de flamme est détecté. Un autre but de l'invention est de fournir un système nouveau et amélioré de commande de combustion qui fasse appel à un 30 détecteur de flamme du type à décharge en avalanche, réagissant au rayonnement ultraviolet. Selon l'invention, il est prévu un dispositif de commande du brûleur, destiné à être adjoint à une installation de brûleur "à combustible liquide qui comporte une chambre de combustion, une 35 commande de fonctionnement, un régulateur .de combustible pour contrôler l'écoulement du combustible vers la chambre de combustion et une commande d'allumage pour emflammer le combustible dans la chambre de combustion. Le dispositif comprend un détecteur de flamme du type à décharge en avalanche pour déceler la présence 40 de flamme dans la chambre de combustion et actionner un relais de 69 07681 2 2004156 flamme en réponse à un effet d'avalanche qui se produit à la détection de la flamme, ainsi qu'un circuit de commande comprenant un relais de commande qui répond à la commande de fonctionnement et agit à son tour sur le régulateur de combustible et la 5' commande d'allumage en réponse à une demande de fonctionnement du brûleur. Deux sources d'alimentation sont utilisées, une première source étant connectée directement au détecteur de flamme, de telle sorte que celui-ci soit constamment excité, et une seconde source étant montée en série avec la commande de fonctionnement 10 de telle sorte que cette seconde soùrce ne soit activée qu'en réponse à une demande de fonctionnement du brûleur pour exciter le relais de commande en réponse à cette demande de fonctionnement du brûleur et mettre fin à l'excitation du relais de commande lorsque la demande de fonctionnement du brûleur a été satis-15 faite. Selon des modes particuliers de réalisation, les deux sources d'alimentation sont des transformateurs, dont chacun comprend un enroulement primaire et un enroulement secondaire. Le détecteur de flamme est excité sous une tension relativement élevée 20 par un transformateur-élévateur, tandis que le circuit de commande est excité sous une tension relativement basse par un transforma teur -réducteur , le signal à basse tension étant le seul à être interrompu par la commande de fonctionnement. Les formes préférées d'exécution de 1 'invention sont également caractérisées par 25 l'emploi d'un temporisateur pour retarder l'excitation du relais de commande pendant un intervalle prédéterminé après que la commande de fonctionnement a signalé une demande de fonctionnement du brûleur, ce qui fournit un contrôle des caractéristiques de bon fonctionnement du détecteur de flamme et du circuit qui agit 30 sous sa dépendance. En maintenant le détecteur de flamme sous excitation constante, le circuit permet une découverte rapide d'un tube détecteur défectueux.par des techniques appropriées d' auto-contrôle et élimine également la possibilité, pour le tube détecteur, de se rétablir temporairement à partir d'un état "mou" 35 lors d'une désexcitation à la fin d'une demande de fonctionnement du brûleur. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront au fur et à mesure de la description suivante de formes particulières d'exécution de l'invention, en référence 40 aux dessins annexés. 69 07681 2004156 La fig. 1 de ces dessins est un schéma d'un.système de commande de combustion conforme à l'invention ; et la fig. 2 est le schéma d'une autre forme de système de commande de combustion conforme à l'invention. 5 Dans la fig. 1, les bornes 10, 12 sont destinées à être raccordées à une source d'alimentation appropriée. Entre les bornes 10,12 est montée directement l'enroulement primaire 14 d'un transformateur 16 qui comporte un secondaire 18 à 280 V, un secondaire 20 à 0,2 V et un deuxième secondaire 22 à 280 V, ce 10 dernier étant muni d'une prise intermédiaire 24 à 18 V. Entre les bornes 10 et 12 est également connectée une section de commande de fonctionnement qui peùt comprendre des commandes de fonctionnement sous la forme d'interrupteurs limiteurs et d'un thermostat, un dispositif d'alarme 32, un dispositif d'allumage 15 34 et un dispositif 36 de réglage de combustible. Entre les bornes 10 et 12 est monté, en série avec les commandes de fonctionnement 30, l'enroulement primaire 40 d'un second transformateur 42. L'enroulement secondaire 44 du transformateur 42 est un enroulement à 18 V qui comporte une prise intermédiaire 46 à 12 V 20 et des bornes 48 et 50. Aux bornes de l'enroulement secondaire 20 à 0,2 V est connecté un élément chauffant de commande de démarrage 52. A la bor ne haute tension 54 de l'enroulement 18 sont connectés en série un condensateur 56 en parallèle avec une résistance 58 ; une ré-25 sistance 60 ; et un détecteur de flamme à ultraviolets 62, du type à décharge en avalanche. Le tube 62 est raccordé à la borne basse tension 64 de l'enroulement 22 . A la borne basse tension 66 de l'enroulement 18 est connecté un inducteur 68 qui présente deux bornes 70, 72 et deux pri-30 ses intermédiaires 74, 76. La borne 72 et la prise 76 sont l'une et l'autre couplées par l'intermédiaire de diodes 78 à une ligne commune de sortie 80. Un condensateur 82 est monté entre la borne 70 et la prise 74, laquelle est mise à la terre. La ligne commune de sortie 80 est connectée, par 1'intermé-35 diaire d'une résistance 84, à un circuit amplificateur qui comprend des transistors 86 et 88. La bobine 90 d'un relais de flam me est montée dans le circuit collecteur du transistor 88. Ce relais de flamme commande des contacts 90-1 et 90-4 normalement çuverts et des contacts 90-2 et 90-3 normalement fermés. Ce cir-40 cuit amplificateur à transistors est excité par un potentiel de 69 07681 4 2004156 18 V appliqué entre la prise 24 et la borne de référence 92 du secondaire 22 du transformateur, par l'intermédiaire d'une diode 94 . Le circuit de commande principal qui est connecté au trans-5 formateur 42 comprend un relais de commande principal 100 qui agit sur des contacts 100-1 et 100-3 normalement ouverts et sur des contacts 100-2 normalement fermés. La bobine du relais de commande 100 est montée entre les bornes du secondaire 44 du transformateur 42 dans un circuit série qui comprend des contacts 10 52-1 normalement ouverts qui sont commandés par l'élément chauffant 52, l'organe de manoeuvre 102 d'interrupteur de verrouillage, les contacts 90-3 normalement fermés du relais de flamme et les contacts 102-1 normalement fermés de l'interrupteur de verrouillage. 15 Lorsque la puissance est appliquée aux bornes 10, 12, les secondaires 18, 20 et 22 du transformateur 16 sont directement excités. Le détecteur de flamme 62 est immédiatement excité, cet élément étant monté entre la borne 54 du secondaire 18 et la borne 64 du secondaire 22 ; l'amplificateur de relais de flamme 20 est lui aussi excité immédiatement , car il est connecté entre la borne 92 et la prise 24 de l'enroulement secondaire 22. D'autre part, les contacts de démarrage de sûreté 52-1 se ferment après un retard initial (par exemple de l'ordre de 3 à 10 secondes) introduisant un délai entre l'excitation du circuit électro— 25 nique du relais de flamme et du détecteur 62 et la mise en action du xelais de commande principal 100, pour permettre un contrôle du bon état de fonctionnement de ce circuit de détection de flamme. Au cas où le circuit de surveillance de flamme ne fonctionnerait pas correctement, par exemple du fait d'un tube 30 détecteur 62 défectueux (par exemple se déchargeant constamment en avalanche), la bobine 90 du relais de flamme serait excitée et les contacts 90-2 du relais de flamme seraient ouverts, ce qui empêcherait l'excitation du relais de commande 100 en réponse à Une demande en provenance de la commande 30. 35 Le transformateur 42 n'est mis sous tension qu'en réponse à une demande de fonctionnement du brûleur et, lorsque survient une telle demande, pourvu que le circuit de détection de flamme soit en état de fonctionner correctement et que le retard initial introduit par l'élément chauffant 52 soit écoulé, le relais 40 de commande 100 est excité. Lors de l'excitation de la bobine 100, 69 07681 2004156 les contacts 100-1 se ferment, établissant un circuit de maintien pour la bobine de relais 100 à partir de la prise 46 de l'enroulement secondaire 44. Ce circuit de maintien est indépendant de l'organe 102 d'actionnement du dispositif de verrouillage de sé-5 curité. L'élément chauffant 102 reste toutefois excité, car il est connecté à une source de tension entre la borne 48 et la prise 46, dans un circuit qui contient les contacts de démarrage 52-1 maintenant fermés, les contacts 90-2 du relais de flamme et les contacts 100-1 du relais de commande. Ce circuit maintient 10 sous tension l'élément chauffant 102 de l'interrupteur de verrouillage jusqu'à ce que la détection de la flamme provoque l'ouverture des contacts 90-2 du relais de flamme, ou bien le système est hors service à l'état de verrouillage. Du fait de l'excitation du relais de commande 100, les con-15 tacts 100-3 sont également fermés, ce qui provoque 1'excitation de l'élément d'allumage 34 par l'intermédiaire des contacts 90-3 dû relais de flamme. Dès que l'allumage s'est produit et que la flamme dans la chambre de combustion est détectée par la sonde 62, un signal est produit par celle-ci pour exciter la bobine 90 20 du relais de flamme. Les contacts 90-1 et 90-4 se ferment, tandis que les contacts 90-2 et 90-3 s'ouvrent. L'ouverture des contacts 90-3 provoque la désexcitation du dispositif 34 de commande d'allumage, tandis que la fermeture des contacts 90-4 met sous tension l'unité 36 de commande principale du combustible, de sorte 25 que le combustible en provenance de la conduite principale pénètre dans la chambre de combustion pour alimenter la flamme principale , laquelle est surveillée en permanence par la sonde 62. L'ouverture des contacts 90-2 met fin au chauffage de l'organe de manoeuvre 102 de l'interrupteur de verrouillage et le dis-30 positif est maintenant à l'état de fonctionnement, le relais de flamme 90 et le relais de commande 100 étant excités et la commande de fonctionnement 30 continuant à émettre une demande de fonctionnement du brûleur. Dès que la commande de fonctionnement 30 interrompt la demande 35 de fonctionnement du brûleur, son circuit s'ouvre , ce qui provoque la désexcitation de la commande principale de combustible 36 et du transformateur 42, d'où une désactivation du relais de commande principal. L'arrivée du combustible dans la chambre de combustion étant interrompue, la flamme s'éteint et le relais de 40 flamme 90 est désexcité, de sorte que 1rs sections de commande du 69 07681 2004156 dispositif sont mises hors service en attendant le cycle de fonctionnement suivant, mais le détecteur de flamme 62 reste excité. Au cas où le détecteur de flamme 62 indiquerait la pré-5 sence d'une flamme alors que le relais de commande 100 n'a pas été excité, le relais de flamme 90 serait excité et ouvrirait les contacts 90-2, empêchant une excitation de la bobine 100 du relais de commande. En même temps, les contacts 90-1 se fermeraient, provoquant le chauffage de l'organe 102 de manoeu-10 vre de l'interrupteur de verrouillage pour ouvrir les contacts de verrouillage 102-1 et fermer les contacts de verrouillage 102-2, ces derniers déclenchant le dispositif d'alarme 32 (après un temps de retard, de l'ordre de six à neuf secondes par exemple). 15 De même, au cas où le détecteur de flamme 62 ne détec terait pas de flamme dans la chambre de combustion dans l'intervalle de temps de l'organe de manoeuvre d'interrupteur de verrouillage 102, ce dernier agirait sur les contacts 102-1 et 102-2 pour provoquer une coupure de sécurité du système et dé-20 clencher le dispositif d'alarme 32. Un second circuit a été représenté dans la fig. 2. Dans ce circuit, les composants semblables à ceux de la fig. 1 seront désignés par le même numéro de référence suivi du signe "prime". 25 La puissance d'alimentation est fournie au circuit par les bornes 10', 12'. En série avec la borne 12* est monté un in-terrupteur-limiteur 30a et une commande de fonctionnement 30b telle au'un thermostat. Le système comprend, en outre, un dispositif d'alarme 32' 30 connecté par l'intermédiaire de contacts 102-B d'interrupteur de verrouillage ; un moteur de soufflante 33 connecté par l'intermédiaire de contacts 102-A normalement fermés de l'interrupteur de verrouillage ; un régulateur 35 de combustible de veilleuse, commandé par les contacts 100-B normalement ouverts du relais de 35 commande principal et les contacts 102-A d'interrupteur de verrouillage ; et un circuit 34* d'allumage par étincelle et un régulateur 36' de combustible de brûleur principal, commandés respectivement par les contacts 90-C et 90-D du relais de flamme, en plus des contacts 100r-B du relais de commande principal et des 40 contacts de verrouillage 102-A. 69 07681 7 2004156 Le primaire 14' d'un transformateur principal 16' est monté directement entre les bornes 10', 12 «. Ce transformateur comporte deux enroulements secondaires 18' et 22'. En outre, un deuxième transformateur 42' a son enroulement 5 primaire 40' connecté en série avec un interrupteur à débit d'air 37, les contacts 102-A d'interrupteur de verrouillage et les in-terrupteurs-limiteurs de fonctionnement 30a, 30b, entre les bornes 10', 12'. Le secondaire 44' du transformateur 42' est monté, avec in-10 terposition d'une diode 94', de façon à alimenter à la fois le circuit amplificateur de l'électronique du relais de flamme et le circuit qui excite le relais de commande 100'. Selon ce qui a été indiqué précédemment à propos de la fig.l l'enroulement secondaire 18' du transformateur 16' alimente la 15 sonde 62' par l'intermédiaire du condensateur 56' et de la résistance 58'. La deuxième borne 66' du secondaire 18' est connectée à l'inducteur 68' dont la borne 72' et la prise 76' sont reliées, par l'intermédiaire de diodes 78', à la ligne commune d'entrée du circuit amplificateur électronique (résistance 84'). La borne 20 70' est connectée par l'intermédiaire d'un condensateur 82' à la prise 74' et au conducteur de terre. L'amplificateur comprend les transistors 86' et 88', la bobine 90' d'un relais de flamme étant montée dans le circuit collecteur du transistor 88*. L'une des bornes de la bobine 90' de relais de flamme est connectée à la 25 bobine 100' de relais de commande. A l'alimentation du circuit amplificateur électronique de flamme est connecté un circuit qui contient l'élément chauffant de verrouillage 102', en série avec les contacts 90-B normalement fermés du relais de flamme, les contacts 100-A du relais de 30 commande et la prise 110 de la bobine 100' du relais de commande. Un circuit temporisateur contenant un transistor unijonction 112 est également monté dans ce circuit. Une résistance 114 applique un potentiel de polarisation à l'électrode 116 du transistor unijonction 112, tandis que la seconde électrode 118 est connectée 35 à.la borne de la bobine 100' du relais de commande. L'électrode de commande 120 du transistor 112 est connectée à un circuit R-C de minuterie qui contient des résistances 122, 124 et 126 et un condensateur 128. A l'élément chauffant 102' est également connecté le circuit de contrôle de sécurité qui contient les con-40 tacts 90-E du relais de flamme et les contacts 100-C du relais de 69 07681 2004156 commande. En service, les bornes 10' et 12' sont normalement sous tension. Le détecteur de flamme 62' est excité en permanence par le transformateur 16', de sorte que la défaillance éventuel-5 le d'un tube est décelée rapidement par le fait que son effet d'avalanche ne cesse pas lorsque la demande de chauffage a pris fin. Par contre, le circuit de commande principal et l'électronique du relais de flamme ne sont pas excités, car ils sont alimentés par 1'intermédiaire du transformateur 42' dont le primaire 10 est sous la dépendance des commandes de fonctionnement 30b sur la ligne à haute tension. En réponse à une demande de chauffage, signalée par la commande 30b, la soufflante 33 est mise sous tension par l'intermédiaire des contacts 102-A normalement fermés de l'interrupteur de verrouillage. Dès qu'un courant d'air est pro-15 duit par la soufflante 33, l'interrupteur 37 se ferme et provoque la mise sous tension du primaire 40' du transformateur 42'. L'électronique du dispositif explorateur est alimentée à partir du secondaire 44' du transformateur et si les conditions convenables (absence de flamme) existent et que le circuit fonctionne correcte-20 ment, le relais de flamme 90' reste désexcité. Dans ce cas, un circuit est fermé à partir du secondaire 44' du transformateur, à travers 1'élément chauffant de verrouillage 102', les contacts 90—B du relais de flamme, pour appliquer un signal de courant continu au circuit R-C , à la borne connectée à l'émetteur du 25 transistor 112 et, en même temps, à l'électrode de polarisation 116. Cette polarisation produit une chute de tension entre les électrodes 116 et 118 et établit un potentiel de polarisation sur l'émetteur 120. Le circuit de minuterie des résistances 122, 124, 126 et du condensateur 128 est excité et le condensateur 128 com-30 mence à se charger. Lorsque le potentiel au condensateur 128 dépasse le potentiel de polarisation, le transistor 112 devient conducteur, provoquant la décharge du condensateur 128 par l'électrode 118 et la bobine de relais 100' en dix millisecondes environ. Du fait de l'excitation de la bobine de relais 100', son 35 contact de maintien 100-A est fermé, établissant un circuit de maintien par la prise 110. Ce circuit de maintien établit également un circuit à basse impédance pour l'élément chauffant de verrouillage 102', de sorte que celui-ci entame un cycle de chauffage. Les contacts 100-B se ferment également, provoquant l'ex-40 citation du circuit 34' d'allumage par étincelle et du régulateur 69 07631 9 2004156 35 de combustible de veilleuse. Le courant de combustible qui en résulte est allumé et lorsque le dispositif explorateur 62' détecte la flamme pilote, la bobine de relais 90' est excitée en réponse au signal provenant du dispositif explorateur appliqué 5 par l'inducteur 68', et ses contacts 90-A se ferment (ce qui décharge le condensateur 128 en une opération de remise en l'état initial); ses contacts 90-B s'ouvrent (mettant fin au chauffage de l'élément chauffant de verrouillage 102') ; ses contacts 90-C s'ouvrent, mettant fin à l'allumage; et ses contacts 90-D se fer-10 ment (permettant le passage du combustible vers le brûleur principal ). Au cas où la flamme ne serait pas établie au bout d'un intervalle de temps prédéterminé, fixé par les caractéristiques de l'élément chauffant de verrouillage 102', cet élément chauffant 15 ouvrirait les contacts 102-A, désexcitant les éléments 33, 34', 35, 36* de commande de combustion principale et le transformateur de commande 42' (mettant le système en position hors service de sécurité); et fermerait les contacts 102-B (mettant sous tension le dispositif d'alarme 32'). 20 Si la flamme est établie et lorsque la demande de chauffage a été satisfaite, la commande de fonctionnement 30b agit de façon semblable pour désexciter les éléments 33, 34', 35 et 36' de la commande de combustion principale et désexciter le transformateur de commande 42', mais le dispositif d'alarme 32' n'est pas mis 25 sous tension. Il est à noter que dans l'un et l'autre cas, le détecteur de flamme à ultraviolet du type à décharge en avalanche reste excité, n'étant pas sujet à un fonctionnement cyclique en réponse à chaque demande de chauffage. Le circuit de minuterie ne déclenche le cycle d'excitation du relais de commande principal 30 qu'après l'établissement du courant d'air et il retarde cette excitation pendant une période précise déterminée par le circuit électronique, ce circuit de minuterie étant mis hors service et replacé à l'état initial dès le début de la détection d'une flamme dans la chambre de combustion. De plus, le circuit est combiné 35 avec un circuit de verrouillage pour assurer une mise hors service de sécurité du système de combustion au cas où la flamme ne serait pas détectée dans une période de temps prédéterminée après l'excitation du relais de commande principal. Il est du reste bien entendu que le mode de réalisation de 40 l'invention qui a été décrit ci-dessus, en référence aux dessins 69 07681 2004156 annexés, a été donné à titre purement indicatif et nullement limitatif et que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans que l'on s'écarte pour cela du cadre de la présente invention. 69 07681 2004156 REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande d'un brûleur, utilisable avec une installation de brûleur à combustible liquidé comportant une chambre de combustion, une commande de fonctionnement, un régu- 5 lateur de combustible pour contrôler l'arrivée du combustible dans la chambre de combustion et une commande d'allumage pour enflammer le combustible dans la chambre de combustion, ce dispositif comprenant : un détecteur de flamme pour déceler la présence d'une flamme dans la chambre de combustion ; un circuit de 10 commande comprenant un relais de commande muni d'un interrupteur de commande normalement ouvert ; et une première source d'électricité pour mettre en action ce circuit de commande, cette première source étant connectée, en série avec la commande de fonctionnement, au circuit de commande en vue de la mise en action 15 de ce dernier en réponse à une demande de fonctionnement du brûleur signalée par la commande de fonctionnement et de sa mise hors d'action lorsque cette demande de fonctionnement du brûleur prend fin, ce dispositif étant caractérisé par le fait qu'il comporte une seconde source d'électricité pour mettre en action le 20 détecteur de flamme, cette seconde source étant connectée directement au détecteur de flamme, de telle sorte que celui-ci soit en action en permanence . 2. Dispositif selon la revend,cation 1, caractérisé par le fait que chacune des sources d'électricité est un transformateur qui 25 présente un primaire et un secondaire, le primaire de la seconde source étant connecté directement à un jeu de bornes d'alimentation et le primaire de la première source étant connecté à ce jeu de bornes d'alimentation en série avec la commande de fonctionnement, de sorte que le détecteur de flamme soit en ac-30 tion en permanence tant que la puissance électrique est appliquée aux bornes d'alimentation, tandis que le circuit de commande n' est mis en action qu'en réponse à une demande de fonctionnement du brûleur . 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait 35 que. le circuit de commande comprend en outre un circuit de temporisation pour retarder l'excitation du relais de commande d'un temps prédéterminé après que la commande de fonctionnement a signalé une demande de fonctionnement du brûleur . 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait 40 que le circuit de temporisation comprend un transistor unijonc— 69 07681 « 2004156 tion connecté au relais de commande, un circuit de polarisation et un circuit de minuterie destiné à vaincre la polarisation déterminée par le circuit de polarisation et à permettre au transistor unijonction d'être conducteur et d'exciter le relais de 5 commande après ledit intervalle de temps prédéterminé. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que le secondaire de la seconde source est un enroulement élévateur de tension qui est connecté directement au détecteur de flamme et qui applique une tension relativement éle- 10 vée à ce détecteur, tandis que le secondaire de la première source est un enroulement réducteur de tension qui applique une tension relativement basse au circuit de commande. 6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que la seconde source comprend deux enroulements 15 secondaires de transformateur élévateurs connectés en série, et que le détecteur de flamme est connecté directement à la jonction en série des deux secondaires de transformateur . 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comprend un relais de flamme, un circuit amplificateur pour 20 exciter ce relais de flamme et un inductevir connecté aux deux secondaires de transformateur pour appliquer un signal en provenance du détecteur de flamme au circuit amplificateur en vue d' exciter le relais de flamme.