Brevet FR2486205A1 — publié le 19820108

La présente invention concerne les circuits d'allumage électrique pour brûleurs, notamment à gaz. Un type courant de circuit d'allumage pour brûleur à gaz comprend un système générateur d'une étin- celle d'allumage et un dispositif de contrôle de la produc- tion de l'étincelle et de la présence ultérieure d'une flamme. La présente invention concerne un circuit d'allu- mage électrique destiné à un brûleur et comprenant des caractéristiques de contrôle de la production d'une étin- celle. L'ensemble a aussi avantageusement des caractéris- tiques permettant le contrôle de la présence d'une flamme. Plus précisément, l'invention concerne un circuit d'allumage électrique destiné à un brûleur et comprenant un circuit générateur d'étincelle, un dispositif de contrôle de la production d'une étincelle, comportant un condensateur destiné à se charge dans un sens lors de la commande du circuit générateur d'étincelle, un dispositif de contrôle de la présence d'une flamme et comprenant un dispositif sensible à la flamme afin qu'il donne au condensateur une charge de sens opposé de celui de la charge formée lors du fonctionnement du circuit générateur d'étincelle, et un dis- positif de détection de la présence et de la polarité d'une charge du condensateur. D'autres caractéristiques et avantages.de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un schéma électrique d'une par- tie d'un circuit générateur et de contrôle d'étincelle; - les figures 2, 3 et 4 sont des schémas électri- ques simplifiés illustrant les fonctions de différentes par- ties du circuit de la figure i; - la figure 5 est un schéma électrique d'une autre partie du circuit de la figure 1; - la figure 6 est un schéma électrique d'une variai te du circuit de la figure 5; et - la figure 7 est un diagramme synoptique d'une variante d'appareil selon l'invention. Le circuit représenté sur la figure 1 est dest-lé à former une série d'étincelles 10 afin qu'il enflamme un mélange de gaz et d'air provenant d'un brûleur pilote des- tiné à former une flamme pilote permettant l'allumage d'un brûleur industriel de grande dimension. Les commandes auto- matiques ou manuelles du brûleur doivent empêcher un opéra- teur de mettre en route l'alimentation principale de gaz du brûleur tant que la flamme pilote n'est pas allumée et prête à enflammer le gaz, et l'appareil représenté sur la figure 1, en combinaison avec le circuit de la figure 5, est destiné à transmettre des signaux qui indiquent la présence d'une telle flamme. Le circuit permet aussi le contrôle de son propre fonctionnement lors de la production d'une étincelle si bien que la transmission de gaz au brûleur pilote peut être in- terrompue si aucune étincelle n'est présente pour l'allumer. Le circuit générateur d'étincelles comprend un transformateur 11 dans lequel le secondaire 12 est relié à une électrode 13 de formation d'étincelles. Le primaire 14 du transformateur est relié d'un côté directement au secon- daire 15 d'un transformateur 16 d'alimentation par le réseau dont le primaire reçoit l'énergie par les bornes repérées N et L. L'autre extrémité du primaire 14 du transformateur 11 reçoit par intermittence de l'énergie par l'intermédiaire d'un circuit comprenant des contacts RL1-1 d'un relais et un thyristor triode à blocage inverse SCR1 qui commande la dé- charge par intermittence d'un condensateur C3 dans le pri- maire 14. On considère maintenant plus en détail le fonction- nement du circuit de la figure 1 en référence aux figures 1 à 4. Lorsqu'une étincelle doit être produite au niveau de l'électrode 13, le relais RL1 est commandé afin qu'il ferme les contacts RL1-1. Cette opération est assurée par un signal alternatif transmis par l'intermédiaire d'un bou- ton-poussoir non représenté à un circuit redresseur compre- nant une diode D4, une résistance R5 et un condensateur C4 de -0,8 pF, créant un courant continu dans le relais RL1 si bien que les contacts RL11 sont maintenus fermés pendant une période au cours de laquelle de l'énergie parvient à la diode D4. Avant la commande du relais RL1 et si l'on suppo- se que le transformateur 16 est alimenté par le réseau, les contacts RL1-1 sont ouverts et le circuit fonctionne comme indiqué sur la figure 2, le primaire 14 du transformateur 11 étant déconnecté du reste du circuit. Comme il n'y a pas de trajet pour la circulation d'un courant continu dans le con- densateur Cl, la tension au point A est nulle. Cependant, il existe une tension alternative au point A, égale à la tension de sortie du transformateur 16. La figure 3 représente le fonctionnement du cir- cuit lorsqu'il crée une série d'étincelles au niveau de l'électrode 13. Les contacts RL1-1 sont fermés par commande du relais RL1 et les circuits résultants tels que repré- sentés sur la figure 3 provoquent un déclenchement intermit- tent du thyristor SCR1 chaque fois que la tension gachette- cathode déterminée par les résistances R3, R4 et R6 dépasse une valeur de seuil à chaque demi-cycle positif du courant alternatif d'alimentation (les résistances R3, R4 et R6 ont respectivement les valeurs de 100 000 Q, 10 000 Ql, et 1 000 n). Pendant les demi-cycles négatifs, le condensateur C3 (de 4,4 pF) se charge à travers la diode D3 et, pendant les demi-cycles positifs, le condensateur C3 se décharge à travers le thyristor SCR1 lorsque celui-ci est déclenché. La décharge du condensateur C3 à travers le thyristor SCR1 et le primaire 14 du transformateur il provoque l'apparition d'une étincelle à l'électrode 13. Un condensateur Cl (de 0,1 pF) d'un type présentant de faibles fuites, a pour rôle principal de contrôler la présence d'une étincelle (et aussi, comme décrit dans la suite, d'une flamme). Chaque fois que la charge du condensa- teur C3 circule dans le primaire 14 du transformateur 11, un courant unidirectionnel variable circule dans la diode D3 et le condensateur Cl si bien que ce dernier se charge et la tension au point A devient positive par rapport à celle de la masse E. Ainsi, le fonctionnement du circuit lorsqu'il forme une étincelle, établit une tension positive au point A et, dans un circuit réalisé en pratique, cette tension peut être de l'ordre de 180 V. Lorsque le circuit a provoqué la formation d'étin- celles à l'électrode 13, l'opérateur relache le bouton- poussoir commandant le relais RL1 si bien que les contacts RL1-1 s'ouvrent. Le circuit peut alors contrôler la pré- sence d'une flamme au voisinage de l'électrode 13, à l'aide du gaz ionisé produit par la présence d'une flamme autour de l'électrode, ce gaz conduisant l'électricité vers la mas- se de façon unidirectionnelle et jouant ainsi le rôle d'une diode D20. Un circuit est alors établi entre l'extrémité 21 du secondaire 15 et la masse, par l'intermédiaire du primaire 14 et du secondaire 12 du transformateur il et de la diode D20, le circuit du gaz ionisé (représenté dans le rectangle F en traits interrompus de la figure 4) ayant une résistance élevée repérée par la résistance 22. Lorsque la tension au point B devient positive, la flamme conduit un courant et maintient la tension pratiquement au potentiel de la masse si bien que la tension au point A devient négative. Pendant le demi-cycle opposé, lorsque la tension au point B devient négative, il n'y a pas de conduction par la flamme et le condensateur Ci reste chargé, la tension au point A étant négative. Dans un circuit réalisé en pratique, la tension négative à laquelle le condensateur Ci se charge est de l'ordre de 90 V. Les opérations du circuit de la figure 1 lorsqu'il crée une étincelle et contrôle la présence d'lune étincelle et d'une flamme comme décrit précédemment en référence aux figures 3 et 4, a pour effet de faire apparaître au point A une tension positive lorsque le circuit crée7une étincelle et une tension négative lorsqu'il fonctionne en mode de dé- tection de flamme et lorsqu'une flamme est réellement pré- sente. Cette polarité de fonctionnement n'est pas cependant primordiale et le circuit peut être réarrangé afin qu'il donne une tension négative lors de la formation d'une étin- celle et positive lors de la détection d'une flamme. Il faut noter que, en mode générateur d'étincelles, la forme d'onde de tension présente des impulsions de tension élevée super- posées au courant continu. Les impulsions sont supprimées par disposition d'une résistance de shunt VDR variant avec la tension dans un circuit comprenant une résistance Rl de 2 000 2 disposée entre le point A et la borne M de sortie. La figure 5 représente, à gauche du trait interrom- pue X-X, la sortie du circuit de contrôle d'étincelle et de flamme de la figure 1 et sa connexion par les bornes M et E à un circuit de détection (représenté à droite du trait interrompu X-X). Ce circuit de détection comporte un ampli- f-icateur opérationnel inverseur 30 de forte impédance qui est alimenté à travers une résistance 31 de 1 MO et qui est commandé par la tension continue apparaissant au point A, si bien qu'il forme une tension positive Vo de -4,7 V lorsque la tension continue au point A est de +180 V (pré- sence d'une étincelle) et une tension positive de +4,7 V lorsque la tension continue au point A est égale à -90 V (présence d'une flamme). Des diodes de Zener 32, 33 montées en parallèle ave, une résistance 34 d'environ 200 000 Q, sont montées dans un circuit de réaction afin qu'elles limitent l'oscillation de la tension de sortie à 4,7 V dans un sens ou dans l'autre et qu'elles assurent la suppression supplémentaire des tensions transistoires indésirables éventuelles. Des diodes Dl et D2 fonctionnant à grande vitesse sont aussi montées à l'entrée de l'amplificateur opérationnel afin qu'elles limitent la tension différentielle à l'entrée et qu'elles donnent ainsi une protection supplémentaire contre les tensions transistoir La tension Vo de sortie est destinée à commander un dispositif d'affichage visuel ou un- dispositif acoustique, facilitant l'utilisation manuelle d'un circuit d'allumage de brûleur, ou elle peut commander des dispositifs assurant un fonctionnement automatique des soupapes d'alimentation en gaz et en air du brûleur. L'appareil de commande de ces 248620- dispositifs est classique et on ne le décrit pas. Lors du fonctionnement du circuit décrit précé- demment au cours de la détection de la présence d'une flamme, la charge négative du condensateur Cl s'accumule sous l'ac- tion des impulsions de courant transmises à travers la flam- me. L'utilisation d'un condensateur ayant de faibles fuites et d'une impédance d'entrée élevée pour le circuit de dé- tectioâ maintient la constante de temps de décharge du condensateur Ci à une valeur élevée, cette caractéristique ayant l'avantage de maintenir l'indication de présence d'une flamme lors des fluctuations courtes provoquées par le papil, lottement ou l'affaiblissement de l'ionisation dans la flam- me le cas échéant. Un fonctionnement trop rapide du circuit provoquant la fermeture de la soupape de gaz du brUleur pilote est ainsi évité et l'appareil est sensible et répond convenablement aux flammes relativement peu intenses. La figure 6 représente une variante du circuit de détection qui diffère de celui de la figure 5. Le circuit de la figure 6 présente l'avantage de ne pas être sensible aux signaux erronés dus à un court-circuit entre l'électrode de formation d'étincelleset la masse ou à une autre panne du circuit d'allumage. A cet effet, le circuit de la figure 6 diffère de celui de la figure 5 en ce qu'il comprend un cir- cuit de filtrage passe-bas comprenant des résistances 41 et 42 (de 1 MQ et 470 000 S2 respectivement) et un condensateur 43 (de 0,47 pF). En cas de-court-circuit, par exemple à la suite de la détérioration mécanique de l'électrode de for- mation d'étincelle ou de la présence d'humidité ou d'une autre impuretédans la région des électrodes, un signal al- ternatif apparaît au point A et peut parfois commander le circuit de détection. Le circuit de filtrage passe-bas atté- nue ce signal alternatif à une tension presque nulle afin qu'il évite la commande du circuit de détection. qui pourrait provoquer l'ouverture d'une soupape principale d'alimenta- tion en gaz alors qu'en fait aucune flamme pilote n'est pré- sente. Une autre différence entre les circuits des figures - 2486205 et 6 est que celui de la figure 6 limite la valeur que peut prendre la tension de sortie par le niveau de la ten- sion d'alimentation plutôt que par les diodes de Zener 32, 33 du circuit de la figure 5. Une résistance 44 de réaction assure le réglage nécessaire du gain. - L'invention décrite précédemment présente l'avan- tage de n'utiliser qu'un seul circuit électronique avec une seule électrode de détection et de formation d'étincelles, formant un dispositif générateur d'une étincelle, de contrôle de cette création et de contrôle de la production ultérieure d'une flamme. La complexité et le coût du circuit sont ré- duits par disposition des différents composants électroniques afin qu'ils remplissent, dans de nombreux cas, deux ou trois fonctions, et la fiabilité est accrue grâce à l'utilisation d'un plus petit nombre de composants. La figure 7 représente une variante d'un appareil selon l'invention qui convient particulièrement bien dans les installations ayant des brûleurs importants et dans lesquel- les l'allumage en un point est destiné à provoquer l'étale- ment d'une flamme, par exemple le long d'unie ligne de brû- leurs, après déclenchement par une commande 70 de marche- arrêt. Etant donné les obstructions d'un ou plusieurs brû- leurs, des régions de l'installation peuvent ne pas s'allu- mer et l'appareil de la figure 7, destiné à empêcher les conséquences nuisibles possibles sur les caractéristiques du brûleur et les dangers d'explosion présentés par une telle situation, comportent une électrode 71 qui détecte la pré- sence d'une flamme à distance de l'électrode 72 d'allumage de la flamme pilote, par exemple à l'extrémité opposée par rapport à la flamme pilote dans une ligne de brûleurs de gaz. L'électrode 71 est reliée à un circuit 73 de dé- tection de flamme à distance analogue au circuit générateur d'étincelles et détecteur de flamme locale 74 tel que repré- senté sur les figures 1 et 5, comprenant un condensateur non représenté destiné à se charger négativement lorsqu'une flam- me s'établit au voisinage de l'électrode 71. Le fonctionne- ment du circuit 73 provoque la transmission d'un signal posit: de sortie qui parvient à un circuit logique 75 avec le si- gnal de sortie du circuit détecteur associé à l'électrode 72 de détection locale de flamme, si bien qu'une soupape principale 76 d'alimentation en gaz peut être fermée lors- qu'aucun signal de flamme n'apparaît à la fois à l'électro- de 72 de détection locale et à.l'électrode 71 de détection à distance dans les trois secondes qui suivent l'allumage de la flamme pilote. e REVENDICATIONS 1. Circuit d'allumage électrique pour brûleur, du type qui comprend un circuit générateur d'étincelle, le- dit circuit d'allumage étant caractérisé en ce qu'il com- porte un dispositif de contrôle de la formation d'une étin- celle, comprenant un condensateur (Cl) destiné à se charger dans unr sens lors du fonctionnement du circuit générateur d'étincelle, un dispositif de contrôle de la présence d'une flamme, comprenant un dispositif (13, 20) sensible à la flam- me et destiné à donner au condensateur (Ci) une charge de sens opposé à celui de la charge produite lors du fonction- nement du circuit de formation d'étincelle, et un dispositif (30) de détection de la présence et de la polarité d'une, charge du condensateur. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de détection de la présence et de la polarité d'une charge sur le condensateur (Cl) comporte un amplificateur (30) destiné à transmettre des signaux de sortie ayant des polarités différentes suivant la polarité de la charge du condensateur. 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'amplificateur comporte un filtre passe-bas (41, 42, 43) destiné à empêcher l'amplificateur (50) d'être commandé par des signaux alternatifs erronés dus à un court-circuit ou à une défaillance du circuit générateur d'étincelles. 4. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le condensateur (Cl) est desti- né à se charger dans le sens positif lors du fonctionnement du circuit générateur d'étincelles et dans le sens négatif lors du contrôle de la présence d'une flamme. 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une électrode unique (13) est utilisée pour la production d'une étincelle et la détection d'une flamme. 6. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une électrode (71) destinée à détecter la présence d'une flamme à distance de la position initiale d'allumage (72). 7. Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément (71) de détection de flamme à distance est relié à un circuit (75) destiné à empêcher la transmis- sion d'un combustible au brûleur lorsqu'aucune flamme n'est détectée par l'électrode (71) de détection de flamme à dis- tance pendant un temps prédéterminé suivant l'allumage d'une flamme pilote.