Brevet FR2597961A1 — publié le 19871030

BRULEUR EQUIPE D'UN DISPOSITIF DE COMMANDE PERFECTIONNE La présente invention concerne un brûleur dans lequel un gaz combustible est débité par une valve directionnelle proportionnelle au moyen d'un ventilateur, et elle concerne en particulier un brûleur perfectionné dans lequel le ventilateur et la valve directionnelle proportionnelle sont commandés simultanément sous l'effet d'une opération de réglage de la chaleur produite. Dans un brûleur tel que celui d'un chauffe-eau 10 ou d'un dispositif de chauffage domestique, un gaz combustible ou du kérosène vaporisé est débité par une valve directionnelle proportionnelle au moyen d'un ventilateur, au moment de l'allumage. A ce moment, la valve directionnelle proportion15 nelle détermine le débit de combustible sous la dépendance d'une opération de réglage de chaleur. D'autre part, un capteur thermique est prévu pour détecter l'état de la flamme de façon à commander le ventilateur en association avec le signal de sortie du capteur thermique. Dans ce cas, la valve directionnelle proportionnelle et le ventilateur sont commandés individuellement, de façon qu'en cas de changement du débit d'air, le ventilateur soit commandé par l'intermédiaire du signal de sortie du capteur thermique, sous l'effet de l'opération de réglage de chaleur. Ceci conduit à une réponse très lente du ventilateur à l'opération de réglage de chaleur. Avec cette réponse lente, le débit d'air fourni devient insuffisant en comparaison avec le gaz combustible, ce qui per- r q 0::R::: 0:; 0 0 ::: 0 t :: :::; S:: : : D::::: : :: f -: : D: :: : 0:;:; 00 0 0 X 10 ::: ::: D:: :: :. f :0 V: ::::::: f: : f:: :: ::::,: -:0: D:: f i 0000 20 :0: 0 g f ::::::: V::: f:0 A: : :.: Ad 0; 25 S: ' ::: ':: A::: f :; f ::: L:::: 0 : 0:: 0- 30 V ::-:: D: 0: : f:::::: i.: ::::: 0: De 0 \ -35 -: D: : : Et-: 0 :: :: ::: X::,::: turbe la combustion normale et produit des gaz de combustion toxiques, tels par exemple que le monoxyde de carbone. L'invention a donc pour but de procurer un brûleur qui soit capable de produire un changement rapide du débit de combustible sous l'effet d'un changement du débit d'air lorsqu'on change le réglage d'un dispositif de réglage de chaleur, à n'importe quel niveau de réglage de chaleur. Conformément à l'invention, un circuit de commande de ventilateur est commandé sous la dépendance du signal de sortie d'un dispositif de réglage de chaleur, de façon à régler rapidement le débit d'air d'un ventilateur. D'autre part, un circuit de commande de valve directionnelle proportionnelle est commandé sous la dépendance du débit d'air du ventilateur, de façon que le degré d'ouverture de la valve directionnelle proportionnelle suive rapidement le changement du débit d'air. Du fait de ce qui précède, un changement du dispositif de réglage de chaleur est suivi rapidement par un changement du débit d'air du ventilateur et du degré d'ouverture de la valve directionnelle proportionnelle. D'autre part, le signal de sortie du capteur thermique compense le degré d'ouverture de la valve directionnelle proportionnelle de façon à maintenir le degré approprié pour un rapport air-combustible normal, même si un signal erroné est appliqué au ventilateur. Un aspect de l'invention porte sur un brûleur caractérisé en ce qu'il comprend: une plaque de brûleur; une valve directionnelle proportionnelle à travers laquelle un gaz combustible circule vers la plaque de brûleur; un ventilateur qui fournit de l'air à la plaque de brûleur; un capteur thermique qui détecte les conditions de combustion de la plaque de brûleur; des moyens de réglage de chaleur qui règlent la génération de chaleur par la plaque de brûleur; un circuit de commande de ventilateur qui commande le ventilateur sous la dépendance du réglage des moyens de réglage de chaleur; et un circuit de commande de valve directionnelle proportionnelle qui commande le degré d'ouverture de la valve directionnelle proportionnelle sous la dépendance du signal de sortie du cap5 teur thermique et du débit d'air du ventilateur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La suite de la description se réfère aux dessins annexés sur lesquels les 10 éléments correspondants sont toujours désignés par les mêmes références et sur lesquels: La figure 1 est un schéma synoptique d'un circuit de commande conforme à un premier mode de réalisation de l'invention; La figure 2 est un schéma d'un chauffe-eau; La figure 3 est un schéma électrique d'un circuit de détection de vitesse de rotation; La figure 4 est un graphique montrant la relation entre la vitesse de rotation d'un ventilateur et le signal 20 de sortie du circuit de détection de vitesse de rotation; La figure 5 est un graphique montrant la relation entre le signal de sortie du circuit de détection de vitesse de rotation et le courant électrique qui est appliqué à une valve directionnelle proportionnelle; et La figure 6 est un schéma synoptique d'un circuit de commande correspondant à un second mode de réalisation de l'invention. On va maintenant considérer les dessins et en particulier la figure 2, qui représente schématiquement un chauffe-eau 1. Le chauffe-eau 1 dans lequel l'invention est incorporée comprend une section de brûleur 3 comportant un échangeur thermique 2, un conduit d'alimentation en gaz combustible 4, et un circuit électronique de commande 5. La section de brûleur 3 comporte une chambre 32 dans laquelle est placé un brûleur en céramique 31. Sous la chambre 32 se trouve une section d'alimentation en air 34 dans laquelle est placé un ventilateur 33. Au-dessus de la chambre 32 se trouve une ouverture d'évacuation 35 par laquelle passe le gaz évacué provenant du brûleur 31. L'échangeur thermique 2 comporte un conduit d'eau 22 portant une série d'ailettes 21 et permettant de communiquer de la chaleur à l'eau qui circule à partir de la partie supérieure du conduit 22, de façon à fournir de l'eau chaude. Le conduit d'alimentation en gaz 4 comporte une buse 41 qui éjecte un gaz combustible qui passe par un tuyau d'alimentation en gaz 42. A la partie supérieure du tuyau d'alimentation en gaz 42 se trouve une valve 43 qu'on peut exciter et désexciter pour l'ouvrir et la fer15 mer. Au-dessous de la valve 43, une valve régulatrice 44 est placée pour régler le débit de gaz. Une valve directionnelle proportionnelle 45 est placée au-dessous de la valve régulatrice 44, et le degré d'ouverture de la valve 45 change en fonction d'un courant électrique qui lui est 20 appliqué. Dans le circuit électronique de commande 5, se trouvent une paire d'électrodes espacées 51, disposées sur la plaque de brûleur 31 pour faire éclater une étincelle entre elles au moment de l'inflammation du gaz. Un thermo25 couple 52, faisant fonction de capteur thermique, est placé au-dessus de la plaque de brûleur 31 pour détecter le rapport aircombustible au moyen du circuit électronique de commande 5. Un capteur de température d'eau 53 est monté sur le tuyau d'alimentation en eau 22 de l'échangeur ther30 mique 2 de façon à permettre la commande par le circuit électronique de commande 5. Le circuit 5 commande la température de l'eau qui provient du tuyau d'alimentation 22 de l'échangeur thermique 2, lorsqu'il est actionné au moyen d'un bouton 54, de façon que le ventilateur 33, la valve 43 35 et la valve directionnelle proportionnelle 45 fonctionnent de la manière prévue. On va maintenant considérer la figure 1 qui montre comment s'effectue la commande du degré d'ouverture de la valve directionnelle proportionnelle 45 et comment s'effectue la commande du débit d'air du ventilateur 33. Comme le montre la figure 1, il existe un circuit de commande de ventilateur 61 qui fait fonction de circuit de réglage de température, destiné à régler la température de l'eau chaude qui traverse le tuyau d'alimentation 22. On réalise ce réglage en comparant le signal de sortie du capteur de température d'eau 53 avec une tension de référence résultant de la manoeuvre du bouton 54, pour commander le niveau d'alimentation du ventilateur 33. Un circuit de détection de vitesse de rotation 62 est prévu pour détecter 15 le débit d'air provenant du ventilateur 33, en détectant la vitesse de rotation de ce dernier. Un circuit de commande de valve directionnelle proportionnelle 63 est prévu pour commander le débit de gaz combustible en réglant le degré d'ouverture de la valve directionnelle proportionnelle 45 20 sous la dépendance du signal de sortie du circuit de détection de vitesse de rotation 62 et du signal de sortie du thermocouple 52. Le circuit de détection de vitesse de rotation 62 est constitué de la manière représentée à titre d'exem25 ple sur la figure 3. Dans le circuit de détection de vitesse de rotation 62, un moteur électrique sans collecteur (non représenté) est incorporé dans le ventilateur 33, dans lequel un aimant permanent 33b est fixé sur un arbre tournant 33a du ventilateur. En plus de l'aimant 33b, 30 le circuit de détection de vitesse de rotation 62 comporte un dispositif à effet Hall 33c, un générateur de signal 62a qui comprend des bobines C01-C04, des moyens de commutation analogiques 62b, un décodeur 62c et un transducteur de tension 62d. Le transducteur 62d change sa tension (V) propor35 tionnellement à la vitesse de rotation (N) du ventilateur 15 20 25 30 35 2r97961 33, dans une certaine plage de tension, comme le montre la figure 4. Le circuit de commande de valve directionnelle proportionnelle 63 détermine le niveau d'excitation (A) qui est appliqué à la valve directionnelle proportionnelle 45 conformément à la tension de sortie (V) du circuit de détection de vitesse de rotation 62, comme le montre la figure 5. En outre, le circuit de commande de valve 63 compense le niveau d'excitation de la valve 45 de façon à maintenir à la valeur appropriée le rapport entre le débit d'air et le débit de combustible gazeux. Le circuit électronique de commande 5 ayant la structure qu'on vient de décrire fonctionne de la manière suivante. La manoeuvre du bouton 54 change la tension de référence sous la dépendance du signal de sortie du capteur de température d'eau 53, ce qui fait que le circuit de commande de ventilateur 61 change instantanément sa tension de sortie de façon à fixer la vitesse de rotation du ventilateur 33. La variation de la vitesse de rotation du ventilateur 33 fait varier la tension de sortie V du circuit de détection de vitesse de rotation 62, de façon à fixer le niveau d'excitation de la valve directionnelle proportionnelle 45, conformément à la figure 5. Ainsi, la manoeuvre du bouton 54 change de façon pratiquement instantanée à la fois la vitesse de rotation du ventilateur 33 et le degré d'ouverture de la valve directionnelle proportionnelle 45, ce qui fait qu'on obtient rapidement de l'eau chaude ayant la température désirée. Du fait de la variation instantanée à la fois du degré d'ouverture de la valve 45 et de la vitesse de rotation du ventilateur 33, la quantité d'air provenant du ventilateur 33 et la quantité de gaz combustible sont maintenues dans une proportion appropriée pour maintenir toujours un rapport air-combustible normal. Dans des cas dans lesquels le rapport aircombustible est susceptible de s'écarter de la valeur nor- 597- 961 male du fait du changement d'une composante du gaz combustible, ou d'une résistance à l'écoulement accrue par exemple au niveau de l'entrée et de la sortie d'air, le circuit de commande de valve 63 compense le degré d'ouverture de la valve 45. Autrement dit, dans ce cas, le degré d'ouverture de la valve directionnelle proportionnelle 45 diminue, du fait de la compensation du niveau d'excitation qui est appliqué à la valve 45, afin de ramener à la valeur normale la tension de sortie mV du thermocouple 52. On va maintenant considérer la figure 6 qui montre un second mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, un circuit de commande de ventilateur 161 compense la vitesse de rotation d'un ventilateur 133 sous la dépendance du signal de sor15 tie d'un thermocouple 152, contrairement au premier mode de réalisation dans lequel le degré d'ouverture de la valve directionnelle proportionnelle 45 est commandé sous la dépendance du signal de sortie du thermocouple 52. Dans ce cas, le circuit de commande de valve directionnelle pro20 portionnelle 163 compense le degré d'ouverture de la valve directionnelle proportionnelle 145 conformément au signal de sortie du thermocouple 152. En effet, une variation de la vitesse de rotation du ventilateur 133 affecte le degré d'ouverture de la valve 145 au moment de la compensation 25 de la vitesse de rotation. On notera qu'un circuit d'annulation (non représenté) est incorporé dans le circuit de commande de ventilateur 61 pour annuler le signal de sortie du thermocouple 52 pendant une certaine durée, par exemple 10 secondes, de 30 façon à obtenir un signal de sortie stable et donc à éviter un mauvais fonctionnement de la commande air-combustible au moment de l'allumage du gaz combustible. Au lieu du dispositif de Hall 33c en tant que moyen de détection de la vitesse de rotation du ventila35 teur 33, on peut employer un codeur angulaire, un synchro- résolveur, un générateur de fréquence ou un dispositif similaire. On peut utiliser un capteur de pression pour détecter la pression d'air du ventilateur 33 à la partie inférieure de celui-ci, au lieu de détecter la vitesse de rotation du ventilateur 33, lorsqu'on détecte le débit d'air de ce ventilateur. On peut également détecter dans ce cas le niveau d'alimentation électrique du ventilateur 33. Dans ce dernier cas, on peut employer un circuit de retard connecté à la borne d'entrée ou de sortie du circuit de commande de valve directionnelle proportionnelle, 63, pour changer le degré d'ouverture de la valve 45 lorsque la vitesse de rotation du ventilateur 33 varie -15 d'une vitesse faible à une vitesse élevée, et inversement. On peut incorporer l'invention dans un appareil de chauffage d'air au lieu d'un chauffe-eau comme dans les modes de réalisation ci-dessus. On notera qu'on peut utiliser d'autres sortes de combustible, comme par exemple du 20 pétrole, au lieu de kérosène. Il va de soi que de nombreuses autres modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Brûleur, caractérisé en ce qu'il comprend: une plaque de brûleur (31); une valve directionnelle proportionnelle (45) à travers laquelle un gaz combustible 5 circule vers la plaque de brûleur (31); un ventilateur (33) qui fournit de l'air à la plaque de brûleur (31); un capteur thermique (52) qui détecte les conditions de combustion de la plaque de brûleur (31) ; des moyens de réglage de chaleur (54) qui règlent la génération de cha10 leur par la plaque de brûleur (31); un circuit de commande de ventilateur (61) qui commande le ventilateur (33) sous la dépendance du réglage des moyens de réglage de chaleur (54); et un circuit de commande de valve directionnelle proportionnelle (63) qui commande le degré d'ouverture de 15 la valve directionnelle proportionnelle (45) sous la dépendance du signal de sortie du capteur thermique (52) et du débit d'air du ventilateur (33). 2. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur thermique (52) commande à la fois le 20 circuit de commande de valve directionnelle proportionnelle (63) et le circuit de commande de ventilateur (61). 3. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur thermique est un thermocouple (52) destiné à détecter la température 25 de la flamme sur la plaque de brûleur (31) pour vérifier le rapport air-combustible. 4. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le débit du ventilateur (33) est commandé par la détection de sa vitesse de rota30 tion.