Brevet FR2414686A1 — publié le 19790810

L'invention concerne généralement un procédé et un dispositif de détection automatique d'une flamme, et a plus particulièrement pour objet un procédé et un dispositif de détection d'une flame dtnbrûleur par exemple, en vue de déclencher ou non des systèmes de sécurité en fnnction des caractéristiques détectées de la flamme. A l'heure actuelle, tous les appareils à flamme utilisés notamment dans l'électro-ménager doivent répondre à des normes de sécurité imposées et plus ou moins contreignantes. Pour satisfaire ces normes de sécurité, de nombreux dispositifs sont apparus avec des caractéristiques plus ou moins performantes, et notamment au niveau des seuils de détection qui sont plus ou moins sensibles. Selon l'invention, on cherche à obtenir un maximum de sécurité en utilisant un dispositif détecteur de flamme associé directement à celle-ci sans passer par un élément intermédiaire. Un tel procédé permet en plus d'avoir des seuls de détection très bas. Il est important de noter également, que le dispositif de contrôle permet d'enclencher des sécurités non seulement à la disparition de la flamme,mais également lorsque certains des éléments du dispositif sont eux-memes défaillants. L'invention propose donc un procédé de contrôle automatique d'une flamme d'un appareil électro-ménager par exemple, caractérisé en ce qu'il consiste - à mettre une électrode de détection dans la flamme pour créer artificiellement, par un effet d'ionisation, la diode d'un circuit redresseur, - à détecter le courant redressé, et - à déclencher au moins une vanne de sécurité suivant la valeur de ce courant redressé et détecté. Selon une autre oeractéristique de l'invention, le procédé, lorsque la flamme s'est éteinte et que le courant détecté est quasiment nul, autorise une fois et une fois seulement une tentative de réallumage de la flamme. L'invention propose également un dispositif de contrôle automatique d'une flamme pour la mise en oeuvre du procédé, du type comprenant un étage de puissance, un étage de validation de allumage de la flamme,et un étage de détection de présence ou d'absence de flamme, caractérisé en ce que ledit étage de détection comprend un élément redresseur tel qu' une diode constituée par la flamme elle-meme. Selon une autre caractéristique du dispositif conforme à l'invention, le courant redressé détecté par l'étage redresseur précité attaque au moins un élément programmable tel qu'un transistor unijonction associé à au mans un relais de déclenchement d'une sécurité. Selon une autre caractéristique du dispositif conforme à l'invention, l'étage de validation précité de l'allumage de la flamme comprend au moins un élément programmable tel qu'un transistor unijonction associé à au moins un relais qui autorise ou non l'allumage de la flamme. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'étage de validation précité et l'étage de détection sont alimentés à partir du secondaire d'un transformateur dont le primaire alimente l'étage de puissance précité. D'autres caractéristiques avantages et détails apparaitront plus clairement à l'aide de la descrXtion explicative qui va suivre faite en réfèrence au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple et qui représente de façon schématique le schéma électrique dTun dispositif de contrôle de flamme conforme à l'invention. En se réfèrant au dessin annexé, le dispositif électronique 1 de contrôle de flamme comprend - un étage de puissance 2, - un étage de validation 3 de l'allumage d'une flamme 4,et - un étage de détection 5 de présence ou d'absence de la flamme 4. Dans l'exemple représenté, il s'agit de contrôler une flamme 4 obtenue par l'intermédiaire d'un dispositif allumeur 6 avec son électrode d'allumage 7,et alimentée, au niveau d'un brûleur 8, par une source de gaz (non représentée) par l'intermédiaire d1au moins une électro-vanne 9. Etage-de puissance L'étage de puissance 2 est constitué par une souce d'alimentation (par exemple 220 volts, 50 Hz) qui alimente le bobinage primaire 10 d'un transformateur 11 avec interposition d'un bouton-pôussoir 12 et d'un fusible 13. En parallèle sur le primaire 10 du transformateur Il est prévu un voyant lumineux 14 qui contrôle l'état du bouton-poussoir 12 (marche-arrêt). En parallèle sur le primaire 10 du transformateur Il est montée l'électro-vanne 9 avec un voyant de contrôle 16 en parallèle sur celle-ci. Cette électro-vanne 9 est en fait commandée par l'intermédiaire - d'un premier contact 17 (position de travail b) d'un relais A, - d'un premier contact 18 (position de travail b) d'un relais D, - d'un premier contact 19 d'un relais B et d'un premier contact 20 d'un relais C et ce,lorsque les deux contacts 19 et 20 sont en position de repos (a) ou en position de travail (b)o Egalement en parallèle sur le primaire 10 du transformateur 11, se trouve le dispositif allumeur 6 contrôlé par un voyant lumineux 21.Cet allumeur 6 ne peut être alimenté que si les contacts 19 et 20 respectivement des relais B et C sont en position de repos (a). Le premier contact 17 du relais A, lorsqu'il est dans la position de repos (a), assure 1 1allumage d'un voyant 22 contrôlant un système de purge (non représenté) de l'appareil dont on veut contrôler la flamme, le dispositif allumeur n'étant pas sous tension. Etage de validation 3 de 1 'allumage de la flamme 4 Le secondaire du transformateur est constitué par un bobinage 30 divisé en deux enroulement sensiblement égaux 30a, 30b. Sur le bobinage 30a, et plus précisément entre le point milieu P1 des deux enroulements 30a, 30b et l'autre extrémité P2 du bobinage 30a, est monté, par l'intermédiaire d'un fusible 31, un circuit redresseur constitué par une diode 32 et un condensateur 33 (par exemple de IQO )-), Aux bornes du condensateur 33 sont montées en série deux résistances 34 (par exemple de 39K) et 35 (par exemple de 100K). Le point de liaison entre ces deux résistances 34 et 35 est relié à la première base d'un transistor uni donc tion programmable D1 dont la deuxième base ou sortie est reliée au point P2 du bobinage 30a par l'intermédiaire d'une résistance 36 (par exemple de 1K) et de la bobine du relais A. La gate du transistor D1 est reliée au point P2 du bobinage secondaire 30a par l'intermédiaire d'un condensateur 37, et au point de jonction entre la diode 32 et le condensateur 33 par une résistance 38, par un second contact 39 du relais D (en position de repos a)etprle second contact 40 du relais B (en position de repos a). En position de repos des contacts 39 et 40, le point de liaison entre la sortie ou seconde base du transistor T1 et la résistance 36 est en l'air, alors qu'en position de travail de ces contacts, ce point est relié au point de liaison entre la diode 32 et le condensateur 33 du circuit redresseur. En parallèle sur le relais A est monté, en série, le relais D et un second contact 41 du relais A. Ce relais D est excité par le relais A, et ce contact 41 (en position de travail b) permet de relier ce relais D au point de liaison de la diode 32 et du condensateur 33 pour assurer l'alimentation du relais. Circuit de détection 5 Aux bornes du condensateur 33 sont également montées deux résistances en série 42, 43 dont le point milieu est relié à la première base d'un transistor unijonction T2, alors que la seconde base de ce transistor est renée d'une part au point P2 du bobinage 30a par l'intermédiaire d'une résistance 44,et d'autre part à la gachette d'un thyristor 45. L'anode du thyristor 45 est reliée par le relais B au point de liaison entre le fusible 31 et la diode 32 de étage de validation 3, alors que la cathode du thyristor est reliée au point P2 du bobinage 30a. En parallèle sur le relais B est monté le relais C, un condensateur 46 et une diode 47. La gate du second transistor unijonction T2 est reliée au brûleur 8 par l'intermédiaire de deux résistances 48 (par exemple de 150K) et 49 (par exemple de 1,M Q ), avec un premier condensateur 50 monté entre cette gate et le point P2 du bobinage 30jayet un second condensateur 51 monté entre le point de liaison des résistances 48 et 49 et le point P2 du bobinage 30a. L'extrémité libre du bobinage 30b est quant à elle reliée à une électrode de détection 52 dont l'extrémité libre est destinée à être en contact avec la flamme 4o Le fonctionnement du dispositif de contrôle qui vient d'être décrit est le suivant. Dans la position représentée sur le dessin, le dispositif de contrôle 1 a ses relais A, B, C, D non excités avec leurs contacts en position de repos (position a). Pour mettre en fonctionnement le dispositif, il suffit d'enclencher le bouton-poussoir marche-arrêt 12, avec allumage du voyant de contrôle 14 et du-voyant de la purge 18 qui est alimenté par le contact 17 du relais A. Simultanément, le condensateur 37 de l'étage de validation 3 se charge par l'intermédiaire de la résistance 38 qui est reliée à la sortie du circuit de détection par l'intermédiaire du contact 39 du relais D et du contact 40 du relais B. Ce condensateur se charge et de ce fait,fait varier la tension de la gate du transistor uni jonction T1 dont une base a sa tension programmée à une certaine valeur par l'intermédiaire du pont constitué par les résistances 34 et 35. Dès que la tension de la gate du transistor T1 dépasse la tension programmée déterminée par les résistances 34 et 35, le transistor est rendu passant et le condensateur 37 se décharge par le transistor T1, la résistance 36 et le relais A qui se trouve alors excité L'excitation du relais A provoque le basculement de son premier contact 17 (côté étage de puissance 2) associé au voyant 22 du dispositif de purge, signifiant par conséquent que cette purge est terminée. Le second contact 41 durelais A passe également en position de travail (position b) ce qui a pour effet d'exciter le relais D et d'assurer son auto-alimentation. Le relais D étant excité, son premier contact 18 (côté étage de puissance) passe exposition de travail (base qui a pour effet de valider d'une part la vanne à gaz 9 dans le sens passant, et d'autre part le dispositif allumeur 6 et ce, sous le contrôle respectif des voyants 16 et 21. Le dispositif allumeur 6 sous tension provoque un arc électrique d'environ 15000 volts entre l'électrode d'allumage 7 et la masse du brûleur 8 avec, en principe, apparition d'une flamme 40 Aussitôt la flamme présente, l'étage de détection 5 va détecter sa présence. En effet, la présence de cette flamme 4 créée artificiellement, par l'effet d'ionisation, une diode dont l'anode est reliée à l'électrode de détection 52 et dont la cathode est reliée à la résistance 49. Cette flamme 4 permet donc le passage d'un courant qui va être détecté par le second transistor unijonction T2. Ce courant issu du bobinage secondaire 30 du transformateur Il est redressé par la flamme 4 et vient attaquer la gate du second transistor T2 par l'intermédiaire d'un filtre en at formé par la résistance 49, le condensateur 51, la résistance 48 et le condensateur 50. La circulation de ce courant redressé provoque notamment le chargement du condensateur 50 en faisant augmenter la tension appliquée à la gate du second transistor T2, dont la première base a une tension programmée par l'intermédiaire du pont diviseur constitué par les résistances 42 et 43. Lorsque la tension de la gate du transistor T2 dépasse la tension programmée définie par les résistances 42 et 43, le transistor T2 devient passant et permet la décharge du condensateur 50 par l'intermédiaire de la résistance 44. Etant donné que la seconde base du transistor T2 est reliée à la gachette du thyristor 45, celui-ci va être amené à conduction. La conduction du thyristor 45 entraine automatiquement l'excitation du relais B monté dans son circuit d'anode, ainsi que l'excitation du relais C monté en parallèle sur le relais B. L'excitation du relais B entraine automatiquement le basculement de son premier contact 19 en position de travail (position b) et le basculement de son second contact 40 en position de travail (position b). L'excitation du relais C provoque le basculement de son contact 20 en position de travail (position b)o Dans ces conditions, le premier contact 19 du relais B et le contact 20 du relais C (côté étage de puissance 2) permettent de continuer à assurer l'alimentation en gaz du braleur 8, mais court-circuBtt le dispositif allumeur 6 qui n'a plus aucun rôle à jouer7 étant donné que la flamme 4 est présente. Le second contact 40 du relais B, quant à lui, permet d'assurer l'auto-alimentation du relais A.Autrement dit, jusqu'à cet instant, le relais A était maintenu par l'intermédiaire de la décharge du condensateur 37 à travers le premier transistor unijonction T1 et la résistance 36. il est important de noter le rôle joué par le condensateur 46 aux bornes des relais B et Co Ce condensateur a essentiellement pour objet de maintenir ces relais excités cxlcciOéB lors des extinctions périodiques du thyristor 45. La diode 47 aux bornes du condensateur 46 sert essentiellement à absorber les surtensions provoquées au moment de la coupure du thyristor 45. Autrement dit, une fois le condensateur 50 déchargé, le thyristor 45 pxt cogr s s pour cela redéclencher les relais B et C. Le dispositif de contrôle 1 est par conséquent dans sa condition normale de fonctionnement. Si pour une raison ou une autre, la flamme 4 vient à disparattre, le courant précédemment redressé par l'effet d'ionisation n'existe plus, si bien que le second transistor T2 n'est plus excité et retombe De ce fait, le thyristor 45 n'est plus excité et, dans ces conditions, les relais B et C vont être amenés à se déclencher. En se déclenchant, le contact 19 du relais B et le contact 20 du relais C (côté étage de puissance 2) vont revenir à l'état de repos (position a). Autrement dit, la vanne 9 est toujours alimentée, mais le dispositif allumeur 6 est remis sous tension (réallumage du voyant 21). Le second contact 40 du relais B revient également en position de repos (position a). De ce fait, le relais A n'est plus alimenté et par conséquent va se redéclencher. Le relais A se redéclenchant, son premier contact 17 (côté étage de puissance 2) rebascule en position de repos (position a) et actionne le voyant 22 du dispositif de purge. Autrement dit, l'électro-vanne 9 et le dispositif allumeur ne sont plus sous tension. Le second contact 41 du relais A rebascule pour passer en position de repos (position a), ce qui entrasse le basculement du relais D avec retour en position de repos de son premier contact 18 (côté étage de puissance 2), et de son second contact 39. Dans cet état du dispositif, avec apparition d'une anomalie, le dispositif est en sécurité, cette anomalie pouvant provenir d'une panne d'électricité ou d'un élément défaillant du circuit. Si par exemple cette anomalie n'est que passagère, comme par exemple dans le cas d'une coupure d'électricité très brève, le dispositif de contrôle 1 est en fait prêt à refonctionner en commandant à nouveau la charge du condensateur 37. La charge du condensateur 37 va finir par provoquer le déclenchement du transistor unijonction T1 avec, comme précédemment décrit au début du fonctionnement, tentative d'allumage de la flamme 4. Si cette tentative échoue il n'y en a plus d'autre. En effet, après la charge du condensateur 37, le transistor T1 est rendu passant et permet de déclencher le relais Ao Le transistor T1 reste passant et de ce fait empêche le condensateur 37 de se charger à une valeur suffisante autorisant une décharge qui soit suffisante pour entretenir le relais A et ce, notamment du fait de la présence de la résistance 36.Autrement dit, le transistor T1, le condensateur 37 sont dans un état d'équilibre qui fait que le relais A ne peut plus être excité,par conséquent le dispositif de contrôle 1 se met en sécurité. Pour remettre en état de marche le dispositif de contrôle, il faut normalement repartir au point de départ avec réarmement au niveau du bouton-poussoir 12 après avoir, selon les cas, pallier le défaut qui n'autorisait pas le déclenchement de la flamme 4.. Dans l'exemple illustré, on a considéré un boutonpoussoir 12, mais bien évidemment ce bouton-poussoir peut être remplacé, par exemple, par un thermostat. il est également important de noter qu'aux bornes de l'enroulement secondaire 30 du transformateur 11 se trouve présente une tension d'environ 48 volts; En effet, l'électrode de détection 52 est amenée à s'oxyder du fait de la présence de la flamme. Aussi, au début de l'échauffement de cette électrode 52, la pellicule superficielle d'oxydation se comporte en résistance inverse, c'est-à-dire qu'elle s'oppose au passage du courant pendant un certain temps et fait chuter considérablement l'intensité de détection,ce qui peut provoquer une mise en sécurité intempestive du dispositif. C'est pour cette raison que l'on choisit une tension d'une valeur relativement importante aux bornes de l'enroulement secondaire. Ainsi, on élimine le phénomène résistif transi toire issu de l'oxydation de l'électrode 52 en présence de la flamme. il est également important de noter, que dans le cas d'un court-circuit ou mise à liasse de l'électrode de détection 52, le dispositif 1 se met automatiquement en sécurité. En effet, la diode de redressement constituée par la flamme 4 n'existant plus, un courant à deux alternances tend à être envoyé vers la gate du second transistor T2. Mais, ce courant n'aura aucune influence sur ce transistor du fait de la présence du filtre enlt constitué par la résistance 49, le condensateur 51, la résistance 48 et le condensateur 50. Ainsi, un tel dispositif de détection est parfaitement sur et se déclenche automatiquement aussi bien en l'absence d'une flamme qu'en la présence d'une défaillance dans les relais par exemple. Un tel dispositif permet de se déclencher si le courant provoqué par la présence de la flamme est inférieur à ce qui est seuil relativement bas. En outre, l'expérience a montré, que lorsque ce courant dépasse une valeur de 20 ex, le dispositif se met également en sécurité. il semble que cela provienne du fait que le dispositif qui est alors dans un certain d'équilibre, bascule provoquant ainsi la mise en sécurité. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle automatique d'une flamme d'un appareil électro-ménager par exemple, caractérisé en ce qu'il consiste - à mettre une électrode de détection dans la flamme pour créer artificiellement, par un effet d'ionisation, la diode d'un circuit redresseur; - à détecter le courant redressé, et - à déclencher au moins un élément de sécurité tel qu'une vanne suivant la valeur de ce courant redressé et détecté. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, lorsque la flamme s'est éteinte et que le courant détecté est quasiment nul, à autoriser au moins une fois une tentative de réallumage de la flamme. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste, lorsque la flamme stest éteinte et que le courant détecté est quasiment nul, à autoriser une fois et une seule fois seulement une tentative de réallumage de la flamme. 4. Dispositif de contrôle automatique d'une flamme pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini selon l'une des revendications 1 à 3, du type comprenant un étage de puissance, un étage de validation de 1 'allumage de la flamme, et un étage de détection de présence ou d'absence de flamme, caractérisé en ce que ledit étage de détection comprend un élément redresseur tel qu'une diode qui est constituée par la flamme elle-même. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le courant redressé détecté par l'étage redresseur précité attaque au moins un élément programmable tel qu'un transistor unijonction associé à au moins un élément bistable tel qu'un relais assurant le déclenchement d'une sécurité. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une base du transistor unijonction précité a sa tension programmée par l'intermédiaire d'un pont diviseur de tension. 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'étage de validation précité de l'allumage de la flamme comprend au moins un élément programmable tel qu'un transistor unijonction associé à au moins un élément bistable tel qu'un relais assurant ou non l'allumage de la flamme. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le transistor unijonction précité a une base dont la tension est programmée à une valeur déterminée par un pont diviseur. 9. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que l'étage de validation précité et l'étage de détection précité sont alimentés à partir du secondaire d'un transformateur dont le primaire alimente l'étage de puissance précité. 10. Dispositif selon la revendication~9, caractérisé en ce qu'une borne du bobinage secondaire du transformateur précité est relié à une électrode de détection dont l'extrémi- té libre est placée dans la flamme.