Brevet FR2142586A1 — publié le 19730202

La présente invention concerne un dispositif d'alimentation et d'allumage d'un ou de plusieurs brûleurs à combustible fluide, du type comportant une électro-vanne sur la conduite d'alimentation du ou des bruleurs et un circuit électrique de commande de l'ouverture et de la fermeture de l'électro-vanne relié à un détecteur de flamme. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif d'alimentation en combustible, d'allumage et de détection de la flamme, automatisé et assurant une grande sécurité de fonctionnement. Dans la plupart des appareils utilisant le gaz comme combustible (chaudières, chauffe-bains, radiateurs), une veilleuse brulant constamment est couplée à un dispositif de sécurité tel qu'un thermo-couple ou autre élément sensible à la chaleur, mis en place dans la flamme de la veilleuse et qui est relié électriquement ou mécaniquement à une vanne à combustible montée dans l'arrivée de gaz, la vanne étant ouverte et pouvant assurer le fonctionnement tant que la flamme de la veilleuse est normale. Lorsque la flamme de la veilleuse disparate, la vanne ferme l'arrivée de gaz au brûleur principal. Bien qu'ayant fait leurs preuves, de tels dispositifs sont encombrants, et en cas d'extinction de la flamme de la veilleuse, ont un temps de réponse très long. Dans d'autres dispositifs, plus récents, on a prévu des moyens d'allumage à haute tension et des moyens pour détecter la présence des étincelles pour commander l'alimentation en combustible du bruleur. Ces dispositifs ont toutefois l'inconvénient de nécessiter la mise en oeuvre de deux électrodes pour l'allumage et la détection de la présence des étincelles. En outre, la fréquence de récurrence des étincelles d'allumage doit etre de l'ordre de grandeur de la fréquence du secteur d'alimentation, et il en résulte un niveau élevé de rayonnement électro-magnétique. Enfin, ces dispositifs sont complexes et coûteux. Le but de la présente invention est de remédier à tous ces inconvénients et d'assurer une sécurité parfaite de fonctionnement du brûleur. Pour ce faire, un dispositif d'alimentation et d'allumage selon l'invention est caractérisé en ce que le ou les brûleurs étant mis à la masse, le dispositif comporte une électrode disposée à proximité de chaque brûleur et reliée à un générateur d'impulsions électriques à haute tension et à faible fréquence de récurrence, ledit générateur étant relié à un circuit temporisateur apte à commander son fonctionnement, ledit circuit recevant un signal de commande dépendant de la conductance de l'espace compris entre une électrode et la sortie du brûleur correspondant. Ainsi, l'invention apporte des moyens pour temporiser l'alimentation en combustible du brûleur, ainsi que son allumage, de façon à ce que si, pour une raison quelconque, l'allumage n'est pas correctement effectué et concrétisé par l'apparition de la flamme, tout le dispositif soit remis à zéro. Par contre, si l'allumage a eu lieu, l'alimentation en combustible est garantie aussi longtemps que celle-ci est désirée et, en fin de temporisation, seul le dispositif d'allumage est annihilé. On comprend que, grâce à l'invention, l'électrode disposée à proximité du brûleur remplisse à la fois la fonction d'électrode d'allumage, c'est-àdire d'électrode productrice d'étincelles, et de détecteur de flamme. En effet, la conductance de ltespace semi-conducteur compris entre cette électrode et la sortie du brûleur a une valeur bien déterminée en présence d'une flamme. I1 n'y a ainsi pas besoin de prévoir plusieurs électrodes, comme cela est le cas dans la technique connue. De préférence, la fréquence de récurrence du générateur à haute-tension n' excède pas 100 impulsions par minute, de sorte à ce que soit évitée la production de signaux radio-électriques parasites gênants et à ce que les normes en vigueur soient respectées. Selon l'invention, il est encore prévu que le générateur d'impulsions électriques à haute tension comporte un transformateur élévateur dont chaque secondaire est relié à une électrode et dont le primaire est connecté à un oscillateur à relaxation et que ledit oscillateur à relaxation est relié à la sortie d'un circuit temporisateur. De préférence, la bobine de l'électro-vanne est branchée en série avec le contact d'un relais dont la bobine est reliée à un circuit temporisé. Ledit circuit temporisé ne fournit le courant d'excitation que pour une période de temps prédéterminée après la mise sous tension initiale du dispositif, et suffisante pour réaliser l'allumage, sauf si un signal de détection de flamme est présent. On conçoit également que les propriétés semi-conductrices de ltespace entre une électrode et le brûleur correspondant sont utilisées pour shunter la temporisation du circuit d'alimentation en combustible et permettre à celle-ci d'être assurée aussi longtemps que l'utilisation de l'installation l'exige. Les circuits selon l'invention permettent de tester les moyens d'alimentation en combustible du ou des brûleurs et le dispositif d'allumage, pendant un temps prédéterminé à l'avance. Le fonctionnement correct du bruleur est contrôlé dès le début de l'alimentation, tandis que le dispositif d'allumage est encore en fonction. De préférence également, un dispositif selon l'invention est encore caractérisé en ce que l'oscillateur à relaxation comporte, branché en parallèle avec le primaire du transformateur, un condensateur et, en série avec ledit primaire, un élément à résistance négative, ledit primaire étant relié à une source de courant continu par l'intermédiaire d'une résistance. Selon une variante particulièrement avantageuse, il est encore prévu que le dispositif comporte des moyens pour connecter le transformateur d'impulsions sur le circuit électrique de commande de ltélectro-vanne, lorsqu'une électrode détecte la présence d'une flamme à la sortie du brûleur. De préférence, l'oscillateur à relaxation est branché en parallèle sur un composant à amorçage apte à shunter ledit générateur d'impulsions et, dans le cas d'un nombre de brûleurs multiple de deux, ledit composant est constitué par un tube ou un élément semi-conducteur à double électrode d'amorçage, ces électrodes étant reliées aux secondaires respectifs du transformateur d'impulsions. Différents modes d'exécution de l'invention sont représentés à titre d'exemples aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est le schéma électrique d'une première forme de circuit réalisé selon l'invention pour la détection de la flamme - la figure 2 est un schéma électrique d'une modification du circuit de la figure 1 - la figure 3 est un schéma électrique d'une variante du circuit de la figure 1 surveillant simultanément plusieurs brûleurs ; et - la figure 4 est un schéma électrique d'une modification du circuit de la figure 3. La figure 1 représente un dispositif d'allumage et d'alimentation en combustible avec dispositif de détection. Il comprend deux bornes 1 et 2 alimentées à partir d'une source de courant alternatif 220 V - 50 Hz par exemple, à travers un transformateur d'isolement 3 en série avec un thermostat d'ambiance 4 de l'installation. Le secondaire du transformateur d'isolement 3 comprend trois sorties 5, 6 et 7. On considèrera dans ce qui suit la borne 7 comme la borne de masse, toutes les tensions du circuit étant mesurées par rapport à elle. Un transformateur d'impulsions 8 comporte un secondaire 9 dont l'une des sorties 10 est reliée à une électrode unique 11 d'allumage et de détection l'autre sortie 12 du secondaire 9 est reliée à une jonction 13 dont la description sera donnée plus loin. L'électrode 11 est placée judicieusement à proximité du brûleur 14 constituant l'électrode de masse. L'alimentation en combustible du brûleur 14 est commandée par une électro-vanne 15 excitée par une bobine 16 alimentée à partir du secteur alternatif en aval du thermostat d'ambiance 4. Le primaire 17 du transformateur d'impulsions 8 est connecté à la borne 5 à travers les résistances 18 et 19 et une diode 20. L'autre borne du primaire 17 est reliée à la masse par un élément à résistance négative 21 de type connu qui peut être, soit un élément à semi-conducteur, soit un tube commandé ou non. Un condensateur 22 est branché en parallèle sur le montage série constitué par le primaire 17 du transformateur d'impulsions 8 et le composant à résistance négative 21. Ce dernier décharge périodiquement le condensateur 22 à une fréquence déterminée par la constante de temps R18 + 19 C22. En parallèle sur cet oscillateur à relaxation est branché le circuit de puissance d'un thyratron à cathode froide 23 dont l'électrode de commande 24 est reliée au point milieu d'un diviseur de tension 25-26 à travers une résistance 27. Aux bornes du circuit électrode de commande-cathode est monté un condensateur 28. La borne 6 du transformateur d'isolement 3 délivre par rapport à la masse une basse tension destinée à alimenter la bobine 29 d'un relais à courant continu à travers une diode 30, une résistance 31 et un condensateur 32. Ces trois composants constituent une source classique de tension continue positive par rapport à la masse. En parallèle sur la bobine 29 de ce relais commandant la fermeture des contacts 33 du circuit d'excitation 16 de l'électro-vanne 15 est branché un transistor 34 dont la base 35 est reliée à la jonction 36 d'un diviseur de tension 37 - 38 qui n'assure cette fonction que si le tube 39 est conducteur. L'électrode de commande 40 du tube 39 est reliée à la jonction 13 à travers une résistance 41.Cette même jonction 13 est branchée au point milieu du diviseur de tension précité 25 - 26 par une résistance 42 et reliée à la masse à travers le condensateur 43. Un condensateur 44 ayant pour but de fournir en permanence une polarité correcte aux circuits de puissance des tubes 23 et 39 relie le point 45 à la masse. Le circuit représenté à la figure 1 fonctionne de la manière suivante Après que le thermostat d'ambiance 4 ait fermé le circuit d'alimentation du primaire du transformateur d'isolement 3, dès la première alternance du secondaire pour laquelle la borne 5 est positive par rapport à la masse, le condensateur 22 commence à se charger à la polarité indiquée pour atteindre progressivement une valeur proche de la crête de la tension d'alimentation, son courant de charge passant à travers les résistances 18 et 19 et la diode 20. Simultanément, le condensateur 44 se charge à la polarité indiquée. La borne 6 du secondaire du transformateur d'isolement 3 est positive par rapport à la masse en meme temps que la borne 5. Par conséquent, le condensateur 32 s'est également chargé avec la polarité indiquée, alimentant la bobine 29, fermant les contacts 33 et ouvrant ainsi l'alimentation en combustible du brûleur 14. Lorsque le condensateur 22 a atteint la tension d'amorçage de l'élément à résistance négative 21, celui-ci décharge le condensateur 22 à travers le primaire 17 du transformateur d'impulsions 8, induisant au secondaire 9 une impulsion haute tension. Une étincelle jaillit entre l'électrode 11 et la masse constituée par le brûleur 14, le phénomène se produisant périodiquement. Lorsque le combustible arrive au brûleur 14, il est allumé par les étin celles passant entre l'électrode 11 et le brûleur 14. Dès que le thermostat d'ambiance 4 a fermé le circuit d'alimentation du primaire du transformateur d'isolement 3, les condensateurs 28 et 43 ont commencé à se charger avec leurs constantes de temps respectives, la charge du condensateur 43 étant légèrement plus rapide que celle du condensateur 28. Au bout du temps prédéterminé, le tube 23 est amorcé, shuntant ainsi le générateur d'impulsions précité qui ne délivre plus d'étincelles. Si l'allumage du brûleur 14 n'est pas réalisé, le tube 39 s'amorce à son tour polarisant convenablement la base du transistor 34 qui shunte l'enroulement d'excitation 29 du relais à courant continu ouvrant le circuit d'alimentation du solénoïde 16 de l'électrovanne 15. A cet instant, l'allumeur est donc annihilé et le combustible ne peut pas s'écouler jusqu'au brûleur. Si par contre, durant la temporisation déjà décrite, l'allumage du brûleur 14 est correct, une flamme est apparue, immergeant l'électrode 11. Le condensateur 43 est alors shunté par le redresseur ionique qu'est la flamme, la tension aux bornes de ce condensateur 43 n'est pas suffisante pour amorcer le tube 39, le transistor 34 est donc bloqué. La bobine d'excitation 29 du relais reste alimentée et les contacts 33 ferment le circuit d'alimentation du solé notre 16. Le combustible s'écoule jusqu'au brûleur aussi longtemps que le thermostat d'ambiance 4 ferme le circuit primaire du transformateur d'isolement 3. Si, pour une raison quelconque, les étincelles ne sont pas présentes entre l'électrode 11 et le brûleur 14 ou que le réseau de distribution du combustible est perturbé, l'absence de flamme permettra au condensateur 43 de se charger et de provoquer l'amorçage du tube 39 coupant ainsi l'alimentation en combustible du brûleur. La figure 2 illustre une variante de l'invention dans laquelle le transformateur d'impulsions, une fois le brûleur allumé, devient le transformateur d'alimentation de la commande de l'électro-vanne. Les éléments communs avec le schéma précédent sont affectés du même indice puisque remplissant les memes fonctions. Le transformateur d'alimentation 3 comporte un secondaire comprenant quatre bornes 46, 47, 48 et 49. La tension délivrée entre les bornes 46 et 49 est d'environ 500 V. La borne 46 est reliée à la masse de l'appareil d'utilisation à travers une résistance 50 dont le but est d'éviter que l'enroulement secondaire du transformateur d'alimentation 3 n'amortisse les impulsions de tension du système d'allumage. Le primaire 17 du transformateur d'impulsions 8 est connecté à la borne 47 à travers le condensateur 22, la résistance 51 et le thyristor 52 dont le circuit de commande temporisé 53 d'un type connu n'est pas représenté. L'autre borne du primaire est d'une part reliée à la borne 49 du secondaire du trans formateur d'alimentation 3, d'autre part, montée en parallèle sur le condensateur 22 à travers un élément à résistance négative 21 qui peut être commandé (thyristor, thyratron,...) ou non (diode Shockley, tube à décharge,...) Le secondaire 9 du transformateur d'impulsions 8 est relié comme précédemment par sa borne 10 à l'électrode 11. L'autre borne 12 du même secondaire est connectée à la borne 49 du secondaire du transformateur d'alimentation 3. Un condensateur C relie la borne 49 à la masse. Son rûle sera expliqué plus loin. Le point commun 54 du primaire 17 du transformateur d'impulsions 8 et du condensateur 22 relie la base du transistor 34 à travers la diode 55 dont la cathode est connecté au point milieu 56 d'un diviseur de tension constitué par les résistances 57 et 58. Ce même point milieu 56 relie la borne 49 du secondaire du transformateur d'alimentation 3 à travers le condensateur intégrateur 59. Lorsque le circuit de la figure 2 est mis sous tension, le circuit de commande temporisé 53 du thyristor 52 envoie des impulsions positives par rapport à la cathode sur la gâchette du thyristor. A la première alternance positive pour laquelle la borne 47 est positive par rapport à la borne 49, le thyristor 52 devient conducteur, le condensateur 22 se charge à la polarité indiquée à une valeur proche de la crête de la tension d'alimentation existant entre les bornes 47 et 49. I1 en est de même pour le condensateur 59 qui polarise correctement la base 35 du transistor 34. Celui-ci devient conducteur. La bobine d'excitation 29 du relais est alimentée et les contacts 33 ferment le circuit d'alimentation du solénoSde 16. Le combustible s'écoule jusqu'au brûleur.Dès que le condensateur 22 a atteint la tension d'amorçage de l'élément à résistance négative 21, il se décharge dans le primaire 17 du transformateur d'impulsions 8, induisant au secondaire 9 une impulsion haute tension. Une étincelle jaillit entre l'électrode 11 et la masse constituée par le brûleur 14 le phénomène se produit avec une fréquence de récurrence déterminée par la constante de temps R51 C22. Le condensateur C est un court-circuit à la masse de la sortie 12 du transformateur 8 pour ces impulsions. Le combustible est alors allumé. Le circuit de commande temporisé 53 du thyristor 52 est annihilé au bout d'un temps prédéterminé à l'avance bloquant ainsi le thyristor. Les condensateurs 22 et 59 ne peuvent plus se charger comme précédemment et le générateur d'impulsions précité ne délivre plus d'étincelles. Cependant, le redresseur ionique constitué par la flamme fait apparaître aux bornes 10 et 12 du secondaire 9 du transformateur d'impulsions 8 une tension pulsée, dont la crête est égale à celle existant entre les bornes 46 et 49 du secondaire du transformateur d'alimentation 3, induisant au primaire 17 du même transformateur 8 une tension redressée par la diode 55 et intégrée par le condensateur 59.Celui-ci, à nou veau, polarise correctement la base 35 du transistor 34 qui reste conducteur permettant ainsi l'alimentation en combustible du brûleur. I1 est à noter que le conducteur C présente alors une impédance élevée. Si, pour une raison quelconque, le brûleur 14 nta pas été allumé tandis que le thyristor 52 était conducteur, lorsque celui-ci se bloque, le condensateur 59 ne peut plus être chargé et, par conséquent, la bobine d'excitation 29 du relais n'est plus alimentée et le combustible ne peut s'écouler jusqu'au brûleur. La figure 3 montre le schéma électrique d'une variante du circuit de la figure 1 mais surveillant simultanément deux ou plusieurs brûleurs ; le cas de deux brûleurs est seul décrit. Le fonctionnement reste rigoureusement le meme que celui de la figure 1. Le transformateur d'impulsions possède deux enroulements secondaires 9 et 9' dont les sorties 11 et 11' constituent les deux électrodes d'allumage respectivement des deux brûleurs 14 et 14' alimentés par la même vanne 15. Les sorties 12 et 12' sont respectivement reliées aux jonctions 13 et 13' de deux circuits d'amorçage distincts constitués d'une part par la résistance 42, le condensateur 43, la résistance 41 et la diode 100, d'autre part, par les résistances 42' et 41', le condensateur 43' et la diode 101. Ces deux diodes 100 et 101, de faible courant inverse, évitent que le courant d'amorçage délivré par l'un ou l'autre des condensateurs 43 et 43' ne s'écoule dans l'autre circuit. Sur le plan fonctionnel, il faut que les deux brûleurs soient correctement allumés pour que le tube ne s'amorce pas et que l'alimentation en combustible soit assurée. Enfin, la figure 4 est une variante du schéma électrique précédent où l'on utilise un tube à double électrode de commande. Le fonctionnement reste rigoureusement le meme que celui qui vient d'etre décrit. Là encore, il est indispensable que les deux brûleurs soient correctement allumés pour une alimentation en combustible de ces memes brûleurs. REVENDICATIONS 1- Dispositif d'alimentation et d'allumage d'un ou de plusieurs brûleurs à combustible fluide, du type comportant une électro-vanne sur la conduite d'alimentation du ou des brûleurs et un circuit électrique de commande de l'ouverture et de la fermeture de l'électro-vanne relié à un détecteur de flamme, caractérisé en ce que le ou les brûleurs étant mis à la masse, le dispositif comporte une électrode disposée à proximité de chaque brûleur et reliée à un générateur d'impulsions électriques à haute tension et à faible fréquence de récurrence, ledit générateur étant relié à un circuit temporisateur apte à commander son fonctionnement, ledit circuit recevant un signal de commande dépendant de la conductance de l'espace compris entre une électrode et la sortie du brûleur correspondant. 2- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le générateur d'impulsions électriques à haute tension comporte un transformateur élévateur dont chaque secondaire est relié à une électrode et dont le primaire est connecté à un oscillateur à relaxation. 3- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit oscillateur à relaxation est relié à la sortie d'un circuit temporisateur. 4- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bobine de l'électro-vanne est branchée en série avec le contact d'un relais dont la bobine est reliée à un circuit temporisé. 5- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que 1'oscillateur à relaxation comporte, branché en parallèle avec le primaire du transformateur, un condensateur et, en série avec ledit primaire, un élément à résistance négative, ledit primaire étant relié à une source de courant continu par l'intermédiaire d'une résistance. 6- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour connecter le transformateur d'impulsions sur le circuit électrique de commande de ltélectro-vanne, lorsqu'une électrode détecte la présence d'une flamme à la sortie du brûleur. 7- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'oscillateur à relaxation est branché en parallèle sur un composant à amorçage apte à shunter ledit générateur d'impulsions. 8- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que, dans le cas d'un nombre de brûleurs multiple de deux, ledit composant est constitué par un tube ou un élément semi-conducteur à double électrode d'amorçage, ces électrodes étant reliées aux secondaires respectifs du transformateur d'impulsions. 9- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électro- de disposée à proximité de chaque brûleur sert à la fois pour l'allumage du combustible et pour la détection de la flamme.