Brevet FR2426256A1 — publié le 19791214

La présente invention concerne un "système électronique détecteur de présence de flamme". Il est bien connu que, lorsqu'on intercale une flamme entre deux électrodes d'un circuit, ou une électrode et la masse, il se produit une variation de la résistance entre ces éléments en raison de l'ionisation que cette flamme provoque dans l'atmosphère environnante. Si ces électrodes sont situées à une distance telle que la résistance entre elles empêche le passage du courant, l'ionisation de l'atmosphère qui les entoure produit la réduction de cette résistance qui donne lieu à la fermeture du circuit et, par conséquent, au passage du courant entre les électrodes. Ce pénomène est applicable aux installations ou aux appareils dans lesquels on a besoin, pour leur fonctionnement, d'une combustion sous forme de flamme, comme par exemple dans les fours, qu'ils soient de type industriel ou domestique. Dans ce type d'appareils, du fait que la flamme est cachée, il est difficile d'établir un centrale permanent de la présence de la flamme. C'est ainsi que ces fours sont dépourvus d'un système de centrale adequat à moins que l'on y installe un système compliqué et croûteux. Cependant, dans certains cas, il peut suffire d'un simple courant d'air ou d'une baisse de pression du gaz pour que la flamme s'éteigne, ce qui donne lieu, dans le cas où on ne s'en aperçoit pas a temps, à la perte du produit traité à l'intérieur du four. I1 peut arriver également que, bien que les fours soient généralement pourvus de thermostats qui ferment le passage du gaz lorsqu'il n'y a pas de flamme, du fait que cette obturation n'est pas instantanée, le gaz qui continue à sortir durant un certain temps s'accumule et représente un sérieux danger d'explosion, dans le cas où l'on approcherait une flamme pour allumer de nouveau le four. Pour toutes ces raisons, les fours ou les appareils à gaz doivent comporter un système de détection de flamme, par exemple un indicateur lumineux, un émetteur de son, etc., qui sert à indiquer le bon fonctionnement des brtlleurs. On connais des systèmes de détection qui utilisent un circuit électronique, constitué par une source d'alimentarion de courant continu, un amplificateur et un dispositif de centrale de puissance, pour transmettre un signal électrique à un indicateur visuel, seulement lorsque l'espace qui existe entre deux électrodes de ce circuit est ionisé, en raison de la présence de la flamme d'un brtleur entre ces deux électrodea. Le courant fourni par la source d'alimentation doit être amplifié convenablement, et a cet effet on le fait passer par un transistor et ensuite, par un dispositif de centrale de puissance - constitué normalement par un thyristor - avant de le conduire à l'indicateur lumineux, et il est nécessaire que le circuit soit fermé entre une électrode et la masse de l'appareil en raison de la présence de la flamme entre ces deux éléments. On connaît également des applications plus simples dans lesquelles le circuit est constitué principalement par deux transistors, une diode Zener et un condensateur, de telle façon que que,dans le cas d'absence de flamme, l'indicateur lumineux ne soit pas excité du fait que l'on n'atteint pas la tension d'amorçage entre ses bornes parce que ces transistors sont saturés, tandis que, lorsque la flamme existe > le courant électrique passe à travers celle-ci, ce qui donne lieu au blocage des transistors et à l'obten- tion de la tension d'allumage de cet indicateur lumineux. Bien que ce système de détection soit beaucoup plus simple et économique que celui cité plus haut son application entraine un grand nombre de problèmes parmi lesquels on peut mentionner les suivants : 1. - Le danger de destruction du circuit en cas de débranchement de l'indicateur au néon qui agit comme dispositif de protection des transistors en même temps que l'élément indicateur visuel. Cettè destruction se produit si l'on débranche l'indicateur lumineux pendant que le circuit est alimenté et le four en fonctionnement. 2.- Une certaine incommodité du fait que l'on doit appliquer à l'indicateur au néon des tensions d'amorçage limitées. Cénéralement, celles-ci doivent être inférieures aux tensions normales. D'autres difficultés qui se produisent sont communes aux deux types de circuits utilisés et on peut citer, entre autres a) Nécessité d'utiliser des bougies supplémentaires pour le four et le gril car il n'est pas possible d'utiliser la même bougie d'allumage comme détecteur de présence de flamme. Ceci conduit a des frais supplimen- tares pour l'installateur de cuisinières, en plus de modifications des brûleurs ... etc. b) Nécessité d'utiliser des dispositifs a très haute impédance dont la manipulation est toujours difficile. Cette nécessité est motivée par le fait que l'on met à profit les variations d'impédance de la flamme entre les états d'allumage et d'extinction pour activer le circuit, et dans certains cas ce problème est accentué lorsqu'il est nécessaire de placer un câble relativement long entre la bougie et L'élément indicateur lumineux, du fait que ce cabre capte des signaux parasites et des signaux à la fréquence du réseau qui sont redressés a l'entrée du transistor à haute impédance et peuvent arriver a actionner le système. Le système de détection selon l'invention élimine les inconvénients mentionnés plus haut, aussi bien ceux qui sont particuliers au système le plus simple que ceux qui sont communs aux deux systèmes, comme il a été indiqué plus haut. Le système est basé sur le fait que l'on considère l'ensemble bougie-brflleur comme une diode thermo-ionique dont la caractéristique de Courant-Tension dans le sens de la conduction est fonction de l'intensité de la flamme ; le condensateur de blocage de cette diode a une valeur relativement réduite, et les fuites de l'ensemble dans le sens inverse sont de l'ordre du dixième du courant dans le sens de la conduction.L'impédance de la diode dans le sens de la conduction, en dehors de sa zone de saturation, varie entre 1 et 10 M, et dépend également de l'intensité de la flamme. Le système de détection comporte un circuit électrique qui est constitué essentiellement par un condensateur dans lequel s'accumule l'énergie destinée à activer l'élément de contrtle ou de déclenchement, pour que, après l'accumulation d'un certain nombre de demi-cycles, cette énergie libérée instantanément soit suffisante pour activer l'élément de contrtle, comme par exemple une lampe à décharge gazeuse ou un indicateur au néon. Le condensateur se charge à travers la résistance électrique constituée par la flamme à détecter, jusqu'à ce que soit atteinte la tension de déclenchement de l'élément de contrtle, à la suite de quoi ce condensateur se décharge à travers l'élément de déclenchement en question. La répétition des cycles de charge et de décharge du condensateur détermine l'excitation et la désexcitation de l'élément de contrtle de façon intermittente, et c'est ce phénomène intermittent qui permet de détecter la présence de la flamme au brûleur. Pour raccourcir le temps nécessaire pour obtenir la tension de déclenchement de l'élément de déclenchement et pour raccourcir également le temps entre les déclenchements, le circuit comporte une diode montée en série avec le condensateur, de façon à éviter la décharge du condensateur pendant les demi-cycles de tension inverse. Une autre caractéristique de l'invention consiste en ce que l'on a prévu dans le circuit le montage d'un second condensateur de façon que la réponse du système soit aussi rapide que possible en présence d'une flamme. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris a la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure I correspond au circuit de base utilisé pour ce système de détection, - la figure 2 correspond au diagramme de charge du condensateur jusqu'a atteindre la tension d'amorçage de la lampe, - la figure 3 représente le circuit qui correspond au système de détection selon l'une des variantes de réalisation qui permettent d'obtenir une capacité de réponse maximale du système, - la figure 4 représente le diagramme correspondant. Le système utilise de préférence comme élément de déclenchement et de contrtle une ampoule å décharge gazeuse, comme par exemple un indicateur au néon I , mais on peut utiliser également un autre moyen, soit visuel, soit acoustique, etc. Le système est basé, comme il a été indiqué plus haut, sur le fait que l'on considere l'ensemble bougie 2 brûleur 3 comme une diode thermo-ionique dont la caractéristique Courant-Tension dans le sens de la conduction est fonction de l'intensité de la flamme. Le circuit qui constitue le système de détection comporte basiquement un condensateur 4. Au cours des demi-cycles positifs la "diode" bougie 2 brûleur 3 permet la charge du condensateur, tandis qu au cours des demi-cycles négatifs, elle bloque cette charge qui s'accumule dans ce condensateur, ce qui fait que la tension, et par conséquent l'énergie, augmente progressivement jusqu'a ce que soit atteinte la tension 5 d'amorçage de la lampe I après quoi le condensateur restitue instantanément une partie de l'énergie accumulée. Le condensateur 4 est alors soumis a la tension 6 de maintien de la lampe 1 a partir de laquelle commencera un autre cycle de charge jusquta atteindre la tension d'amorçage I, et le cycle recommencera. L'excitation et la désexcitation intermittente de l'élément de déclenchement 1 permet de détecter la présence d'une flamme au brûleur 3. Pour éviter la décharge du condensateur 4 au cours des demi-cycles de tension inverse, le circuit comporte une diode 7 qui complète le blocage provoqué par la flamme, de façon que le temps qui sépare les périodes d'excitation de l'élément de contrtle soit aussi réduit que possible Selon une caractéristique de l'invention, il est prévu d'incorporer au circuit un second condensateur 8 pour que la capacité de réponse du système en présence d'une flamme soit aussi rapide que possible. La capacité du condensateur 8 doit conserver un rapport déterminé avec celle du condensateur 4 de façon qu'au moment de l'installation de l'appareil auquel est appliqué le circuit, par exemple une cuisinière à gaz, la tension continue soit distribuée entre les condensateurs 4 et 8 de telle façon que la chute de tension en 4 soit légèrement inférieure à la tension d'amorçage de l'indicateur lumineux 1 pour que ce dernier reste éteint. Il n'existe pas non plus de courant de fuite ou de terre à travers les condensateurs, du fait que la diode 7 est soumise à des tensions continues. Au cours de chaque demi-cycle la cathode de la diode 7 est soumise à la tension maximale du réseau, qui est insuffisant pour exciter l'indicateur lumineux 1 du fait que la tension au point 9 présente une valeur convenablement élevée pour que la différence de tension ne puisse être égale à la tension d'allumage. Dès que le brûleur 3 présente une flamme, le condensateur 8 commence à se décharger continuellement å travers cette flamme, ce qui donne lieu à une réduction de la tension en 9 et, par conséquent, à une augmentation de la tension aux bornes du condensateur 4, jusqu'à ce que se produise le déclenchement, et à ce moment on revient à la situation initiale et le cycle se répète. Du fait que, en position de repos, la tension aux bornes du condensateur 4 est très proche de la tension d'amorçage de l'indicateur lumineux 1, la réponse du système en présence d'une flamme au brûleur 3 est très rapide. Le circuit comporte une résistance 10 de valeur-élevée, en série avec la bougie 2 pour éviter les secousses désagréables qui se produiraient en touchant la bougie 2 lorsque, par exemple, il est nécessaire de nettoyer l'endroit où ce circuit est instillé, par exemple un four à gaz. Le système de détection préconisé permet d'obtenir un contrtle immédiat de la flamme du brûleur 3 en plus de permettre d'utiliser de préférence un indicateur au néon de type quelconque. Ce système permet d'obtenir, par rapport aux systèmes connus auparavant, d'autres avantages supplémentsires, tels que 1) Utilisation de la même bougie pour l'allumage et la détection de la présence de flamme. 2) Insensibilité du câble de bougie-circuit aux parasites et au réseau,-quelle que soit sa longueur. 3) Dans le cas d'application du système de détection à des cuisinières à gaz avec four et gril, la détection du four ou du gril peut être réalisée avec un seul indicateur lumineux ou un seul élément de déclenchement. 4) Le circuit ne peut être détruit si l'on débranche l'indicateur lumineux lorsque celui-ci est en fonctionnement. II est prévu d'utiliser avec ce système n'importe quel type d'élément de contrtle, qu'il soit visuel, acoustique, etc., mais on utilise de préférence un élément de centrale constitué par une lampe a décharge gazeuse, par exemple un indicateur au néon. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre dtexemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système électronique détecteur de présence de flamme, du type qui comporte > intégré dans un circuit électrique, un elé- ment de contrôle intégré qui est excité en fonction de la présence ou non de la flamme à détecter entre deux électrodes du circuit, caractérisé en ce que le circuit électrique comporte un condensateur qui se charge à travers la résistance électrique constituée par la flamme à détecter, jusqu'à ce que soit atteinte la tension de déclenchement de l'élément de contrle, de préférence une lampe à décharge gazeuse, ce condensateur se déchargeant à travers l'élément de centrale, le tout de façon que la répétition des cycles de charge et de décharge du condensateur provoque l'exci- tation intermittente de l'élément de contrtle et, par conséquent, la détection de la flamme. 2. Systène selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit comporte en outre une diode branchée en série avec le condensateur, de façon que le condensateur ne se décharge pas au cours des demi-cycles de tension inverse. 3. Système selon revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, outre le condensateur dont la charge et la décharge provoquent l'excitation intermittente de l'élément de contrôle, le circuit comporte un second condensateur, de telle façon que, lorsque le circuit est au repos, la tension aux bornes du premier condensateur soit très proche de la tension d'excitation de l'élément de centrale, pour que, au moment où se produit la flamme, on obtient rapidement la tension d'excitation de l'élé- ment de contrtle.