Brevet FR2599473A1 — publié le 19871204

I Appareil à brûleur La présente invention concerne un appareil à brûleur dans lequel du carburant est délivré par l'intermé5 diaire d'une vanne directionnelle proportionnelle au moyen d'un compresseur, et concerne particulièrement un brûleur amélioré de façon à commander simultanément le ventilateur ou compresseur et la vanne directionnelle proportionnelle en réponse à une opération de réglage de la chaleur. Dans un appareil à brûleur tel qu'un appareil de chauffage d'eau et de chauffage de locaux, le gaz inflammable et le kérosène vaporisé sont délivrés, par l'intermédiaire d'une vanne directionnelle proportionnelle, au moyen d'un compresseur au moment de l'allumage. A ce moment, la vanne directionnelle proportionnelle détermine la quantité de combustible délivré en réponse à une opération de réglage de la chaleur. D'autre part, un détecteur thermique est présent pour détecter l'état de la flamme afin de commander le compresseur en 20 association avec la sortie du détecteur thermique. Comme cela est mentionné précédemment, la vanne directionnelle proportionnelle et le compresseur sont commandés individuellement, ce qui fait que, lorsque l'on change le débit de délivrance de l'air, le compresseur est 25 commandé d'après la sortie du détecteur thermique en réponse à l'opération de réglage de la chaleur. Cela produit en conséquence une réponse très lente du compresseur à l'opération de réglage de la chaleur. Par conséquent, un objet de la présente invention 30 est de procurer un appareil à brûleur qui soit capable d'assurer un changement rapide de la délivrance du combustible en réponse à celui de la délivrance de l'air, de façon à maintenir un rapport combustible/air prédéterminé, pour tout niveau du réglage de la chaleur. Selon la présente invention, un premier circuit de commande commande soit une vanne directionnelle proportionnelle, soit un compresseur, en réponse à l--état d'un moyen de détermination de la chaleur, de façon à ce que la vanne ou le compresseur, à son tour, change rapidement son degré d'ouverture ou sa vitesse de rotation lorsque l'on règle le moyen de détermination de la chaleur. Un deuxième circuit de commande commande soit le compresseur soit la vanne en réponse au réglage du moyen de détermination de la chaleur, de façon à ce que l'actionnement du moyen de détermination de la chaleur provoque la réponse rapide soit du compresseur soit de la 10 vanne au moyen de détermination de la chaleur. Cela permet de déterminer le débit approprié de la délivrance de combustible et celui de la délivrance d'air presque simultanément, ce qui rend par conséquent possible le changement instantané de la quantité de chaleur générée en réponse à l'actionnement du moyen de détermination de la chaleur, et, par conséquent, la conservation permanente du rapport combustible/air normal. D'autre part, un thermocouple génère une sortie différente de celle qui est déterminée en réponse à l'état 20 soit de la vanne soit du compresseur lorsque le rapport combustible/air s'écarte de sa valeur normale. De plus, un circuit de commande de compensation agit de façon à ce que la sortie du thermocouple corresponde à ce qui avait été déterminé précédemment en réponse à l'état soit de la 25 vanne soit du compresseur, car le deuxième circuit de commande agit sur le premier. Ceci assure une compensation permanente du débit d'air et de combustible afin de rétablir le rapport combustible/air à sa valeur normale. Divers autres objets, caractéristiques et avan30 tages résultant de la présente invention seront plus facilement appréciés et mieux compris à partir de la description détaillée qui suit, considérée en conjonction avec les dessins joints, dans lesquels des numéros de référence identiques désignent des parties correspondantes dans 35 l'ensemble des dessins, et dans lesquels: - la figure 1 est un schéma général d'un circuit de commande selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une représentation schématique d'un chauffe-eau; - la figure 3 est un schéma de raccordement électrique du circuit détecteur de révolutions; - la figure 4 est un graphique montrant la relation entre la vitesse de rotation du compresseur et la 10 sortie du circuit détecteur de révolutions; - la figure 5 est un graphique montrant la relation entre la sortie du circuit détecteur de révolutions et le courant électrique délivré à une vanne directionnelle proportionnelle; - la figure 6 est un graphique montrant la sortie normale d'un thermocouple en fonction de la sortie du circuit détecteur de révolutions; - la figure 7 est un schéma général du circuit de commande selon un deuxième mode de réalisation de 20 l'invention; - la figure 8 est une vue similaire à la figure 6; - la figure 9 est un schéma général du circuit de commande selon un troisième mode de réalisation de l'in25 vention; - la figure 10 est un schéma général du circuit de commande selon un quatrième mode de réalisation de l'invention; et - la figure 11 est un graphique montrant la sor30 tie normale du thermocouple en fonction de la sortie du circuit de réglage de la chaleur. On se réfère à présent aux dessins et plus particulièrement à la figure 2 de ceux-ci, dans laquelle un appareil de chauffage d'eau 1 est représenté de façon schémati35 que.L'appareil de chauffage d'eau 1 agencé selon la présente invention comporte une partie de brûleur 3 ayant un échangeur thermique 2, un conduit d'amenée du gaz inflammable 4, et un circuit de commande électronique 5. La partie de brûleur 3 possède une chambre 32 dans laquelle est placé un brûleur en céramique 31. Sous la chambre 32 se trouve une partie d'amenée d'air 34 dans laquelle est incorporé un compresseur 33. Au-dessus de la chambre 32 se trouve une ouverture d'extraction 35 par laquelle passe le gaz d'échappement venant du brûleur 31. L'échangeur thermique 2 possède un conduit d'eau 22 portant une série d'ailettes 21, et permettant de délivrer de la chaleur à l'eau s'écoulant depuis l'extrémité supérieure du conduit 22 de façon à fournir de l'eau chaude. Le conduit d'arrivée de gaz 4 possède une buse 15 41 qui éjecte du gaz inflammable par l'intermédiaire d'un tuyau de délivrance de gaz 42. A l'extrémité supérieure du tuyau de délivrance de gaz 42, une vanne 43 est présente, qui doit être excitée et désexcitée pour son ouverture et sa fermeture. A l'extrémité inférieure de la vanne 43, une soupape de régulation 44 est disposée pour régler le débit du gaz. Une vanne directionnelle proportionnelle 45 est disposée à l'extrémité inférieure de la soupape de régulation 44 et change son degré d'ouverture selon le courant électrique délivré. Dans le circuit de commande électronique 5 se trouve une paire d'électrodes espacées 51 disposées sur la plaque du brûleur 31 afin d'établir une étincelle entre celles-ci au moment d'enflammer le gaz. Un thermocouple 52 joue le rôle de détecteur thermique au-dessus de la plaque 30 du brûleur 31 afin de détecter le rapport air/combustible au moyen du circuit de commande électronique 5. Un détecteur de température de l'eau 53 est fixé au tuyau de délivrance de I'eau 22 de l'échangeur thermique 2 de façon à être commandé par le circuit de commande électronique 5. Le circuit 5 commande la température de l'eau arrivant du tuyau d'arrivée 22 de l'échangeur thermique 2 lorsqu'il est actionné au moyen d'une molette 54, de telle façon qu'un compresseur 33, une vanne 43 et une vanne directionnelle proportionnelle fonctionnent de la façon prévue. On s'intéresse à présent à la Fig. 1, qui montre comment la vanne directionnelle proportionnelle 45 est commandée en ce qui concerne son degré d'ouverture, et comment le compresseur 33 est commandé en ce qui concerne la quantité d'air délivrée. D'après la Fig. 1, un circuit de commande du compresseur 61 qui fonctionne en circuit de réglage de 10 la température est présent pour régler la température de l'eau chaude s'écoulant à travers le tuyau d'arrivée 22. Ceci s'accomplit en comparant le signal de sortie du détecteur de température de l'eau 53 avec la tension de référence donnée par l'actionnement de la molette 54 afin de commander 15 le niveau de l'alimentation du compresseur 33. Un circuit détecteur de révolutions 62 est présent pour détecter la quantité d'air sortant du compresseur 33 en détectant la vitesse de rotation du compresseur 33. Un circuit de commande de la vanne directionnelle proportionnelle 63 est présent 20 pour commander la quantité de gaz combustible en ajustant le degré d'ouverture de la vanne directionnelle proportionnelle45 en réponse aux sorties du circuit détecteur de révolutions 62 et du thermocouple 52. Pour ce faire, le circuit de la vanne direction25 nelle proportionnelle 63 comporte un circuit d'ouverture de la vanne 63a qui détermine le degré d'ouverture d'après la sortie du circuit détecteur de révolutions 62. Le circuit de la vanne 63 comporte de plus un circuit de compensation 63b qui tient compte de la sortie du circuit d'ouverture de la vanne 63a, de telle sorte que le thermocouple 52 donne une sortie comme déterminée d'après la sortie du circuit détecteur de révolutions 62. Le circuit détecteur de révolutions 62 est formé comme montré à titre d'illustration en Fig. 3. Dans le circuit détecteur de révolutions 62, un moteur électrique sans balais est incorporé au compresseur 33, dans lequel un aimant permanent 33b est fixé à un axe de mise en rotation de l'eau 33a. En plus de l'aimant 33b, le circuit détecteur de révolutions 62 possède un dispositif à effet Hall 33c, un générateur de signaux 62a qui comporte des enroulements (El) à (E4), un moyen de commutation analogique 62b, un décodeur 62c, et un transducteur de tension 62d. Le transducteur 62d change sa tension (V) proportionnellement à la vitesse de rotation (N) du compresseur 33 à l'intérieur d'une certaine plage de tensions, comme on le voit en Fig. 4. Le circuit d'ouverture de la vanne 63a détermine le niveau de l'alimentation (A) de la vanne directionnelle proportionnelle 45 en fonction de la tension de sortie (V) du circuit détecteur de révolutions 62, comme montré en Fig. 5. Le circuit de compensation 63b adapte le niveau de l'alimentation de la vanne 45 de façon à ce que le thermocouple 15 52 donne la tension de sortie (mV) telle qu'elle a été précédemment déterminée suivant la sortie (V) du circuit détecteur de révolutions 62, comme montré en Fig. 6. Avec la structure décrite jusqu'à présent, le circuit de commande électronique 5 fonctionne de la façon 20 suivante: l'actionnement de la molette 54 change la tension de référence en réponse à la sortie du détecteur de température de l'eau 53, de telle sorte que le circuit de commande du compresseur 61 change instantanément sa tension de sortie 25 afin de déterminer la vitesse de rotation du compresseur 33. Le changement de la vitesse de rotation du compresseur 33 fait varier la tension de sortie (V) du circuit d'ouverture de la vanne 63a de façon à déterminer le niveau de l'alimentation de la vanne directionnelle proportionnelle 30 45 suivant la Fig. 5. Cela signifie que l'actionnement de la molette 54 change substantiellement et simultanément la vitesse de rotation du compresseur 33 et le degré d'ouverture de la vanne directionnelle proportionnelle 45, de telle sorte que l'eau chaude à la températuredésirée soit rapidement délivrée. Grâce au changement simultané du degré d'ouverture de la vanne 45 et de la vitesse de rotation du compresseur 33, le débit de l'air venant du compresseur 33 et celui du gaz combustible sont maintenus dans des proportions appropriées afin d'obtenir en permanence un rapport air/combustible normal. Dans les cas o le rapport air/combustible peut s'écarter dela valeur normale à cause du changement de composants du gaz combustible, ou d'une résistance à l'écoulement 10 accrue, par exemple à l'orifice d'entrée ou de sortie de l'air, le circuit détecteur de révolutions 62 porte sa tension de sortie (V) à la valeur (A1) lorsque le thermocouple 52 présente une tension de sortie (mV) à la valeur (A2) pour indiquer une condition de mélange riche en gaz. 15 Dans ce cas, la vanne directionnelle proportionnelle 45 fonctionne de façon à diminuer son degré d'ouverture, en adaptant le niveau d'alimentation de la vanne 45 de façon à faire revenir la tension de sortie (mV) du thermocouple 52 à sa valeur normale (A3). D'autre part, lorsque le circuit détecteur de révolutions 62 donne pour tension de sortie (V) la valeur (A1) tandis que le thermocouple 52 indique (A4) comme tension de sortie, cela indique une condition de mélange pauvre en gaz. Cette condition de mélange pauvre en gaz provoque l'accroissement du degré d'ouverture de la vanne directionnelle proportionnelle 45 en adaptant le niveau d'alimentation de la vanne 45 de façon à faire revenir la tension de sortie (mV) du thermocouple 52 à la valeur normale (A3). Ceci permet 30 de toujours maintenir le rapport air/combustible normal en permanence durant le fonctionnement. Avec le détecteur 53 qui contrôle en permanence la température de l'eau chaude, et avec le circuit de commande du compresseur 61 qui commande le circuit de la vanne direc35 tionnelle proportionnelle 63 afin que la température donnée par le détecteur 53 corresponde à la température indiquée par la molette 54, la vanne directionnelle proportionnelle est commandée en ce qui concerne son degré d'ouverture à la même vitesse que celle de la détection de la température de l'eau chaude par le détecteur 53. Cela assure la compensation de la température de l'eau chaude qui est délivrée par le chauffe-eau 1, comme déterminé par la molette 54. On notera qu'un circuit de neutralisation (non représenté) est incorporé au circuit de commande du compresseur 61 afin de neutraliser la sortie du thermocouple -52 pendant un certain temps, pendant 10 secondes, par exemple, 10 de façon à obtenir une sortie stable, et, par conséquent, à éviter un mauvais fonctionnement du contrôle de l'air et du combustible au moment de l'allumage du gaz combustible. On peut employer à la place du dispositif à effet Hall 33c comme moyen de détection de la vitesse de rotation 15 du compresseur 33 un codeur rotatif, un synchro-décomposeur, un générateur de fréquences, ou similaire. Un détecteur de pression peut être utilisé pour détecter la pression dynamique du compresseur 33 à l'extrémité inférieure de celui-ci au lieu de détecter la vitesse 20 de rotation du compresseur 33 afin de détecter le débit de délivrance d'air du compresseur 33. On peut également détecter pour ce faire le niveau de l'alimentation du compresseur 33. Dans ce dernier cas, on peut employer un circuit 25 de retard sur la borne d'entrée ou de sortie du circuit de commande de la vanne directionnelle proportionnelle 63 afin de changer le degré d'ouverture de la vanne 45 tandis que le compresseur 33 passe d'une vitesse de rotation basse à une vitesse de rotation élevée, et vice-versa. A présent, on s'intéresse à la Fig. 7, dans laquelle est montréeun deuxième mode de réalisation de l'invention. Le circuit de commande électronique 5 de ce deuxième mode de réalisation comporte un circuit de commande de la vanne directionnelle proportionnelle 71 qui commande le niveau de l'alimentation d'une vanne directionnelle proportionnelle 45 d'après les sorties d'un détecteur de température de l'eau 53 et de l'actionnement d'une molette 54. Le circuit 5 comporte de plus un circuit de commande du compresseur 72 qui commande le niveau de l'alimentation d'un compresseur 33 d'après la sortie d'un thermocouple 52 et le niveau de l'alimentation d'une vanne directionnelle proportionnelle 45. Le circuit de commande du compresseur 72 possède un circuit de détermination de la vitesse de rotation 72a qui détermine le niveau de l'alimentation du compresseur 33 d'après la sortie du circuit de commande de la vanne 10 directionnelle proportionnelle 71. Le circuit 72 possède de plus un circuit de compensation de la vitesse de rotation 72b qui tient compte de la tension de sortie du circuit de détermination de la vitesse de rotation 72a afin que le thermo,couple 52 génère une tension de sortie (mV) telle qu'elle est 15 déterminée d'après la sortie (") du circuit de commande de la vanne directionnelle proportionnelle 71 sur la Fig. 8. On note que la vanne directionnelle proportionnelle est commandée en ce qui concerne son degré d'ouverture par la détection du niveau de l'alimentation de la vanne 45, mais on peut, au lieu de détecter l'alimentation, détecter le déplacement angulaire de la vanne 45. On s'intéresse maintenant à la Fig. 9, dans laquelle est montrée un troisième mode de réalisation de-l'invention. Par opposition au deuxième mode de réalisation de 25 l'invention, dans lequel - l'actionnement de la molette 54 permet le changement simultané du niveau de l'alimentation du compresseur 33 et de la vanne directionnelle proportionnelle 45, un circuit de retard 373 est connecté à la borne d'entrée d'une vanne directionnelle proportionnelle 345 afin de retarder, dans ce troisième mode de réalisation, un signal d'entrée. Avec cette structure, la vanne directionnelle proportionnelle 345 change de degré d'ouverture, tandis que le compresseur 333 change de vitesse de rotation. Cela rend possible le fait de suivre avec précision le changement de 35 la vitesse de rotation du compresseur 333 d'après le degré d'ouverture de la vanne 345 lors de l'actionnement de la molette 354, et évite par conséquent de s'écarter du rapport air/combustible normal. Enfin, on attire l'attention sur la Fig. 10, dans laquelle est montrée un quatrième mode de réalisation de l'invention. Un circuit électronique 405 possède un circuit -de détermination de la chaleur 481 qui détermine la quantité de chaleur générée sur la plaque de brûleur 31 en comparant le signal d'entrée d'un détecteur de température 453 avec la valeur de référence obtenue grâce à l'actionnement d'une molette 454 au moment du réglage de la température de l'eau chaude délivrée. %e circuit 405 possède de plus 10 un circuit de commande de la vanne directionnelle proportionnelle 482 qui commande le niveau de l'alimentation d'une vanne directionnelle proportionnelle 445 d'après la sortie du circuit de détermination de la chaleur 481. Un compresseur 433 est commandé par un circuit de commande du compresseur 15 483 qui règle l'alimentation du compresseur 433 d'après les sorties du circuit de détermination de la chaleur 481 et du thermocouple 452. Le circuit de commande du compresseur 483 comporte de plus un circuit de détermination de la vitesse de rotation 20 483a qui détermine le niveau de l'alimentation du compresseur 433 d'après la sortie du circuit de détermination de la chaleur 481. Le circuit 483 possède un circuit de compensasation de la vitesse de rotation 483b qui tient compte de la sortie du circuit de détermination de la vitesse de rota25 tion 483a, de telle sorte qu'un thermocouple 452 génère une tension de sortie (mV) telle qu'elle est déterminée d'après la sortie (g) du circuit de détermination de la chaleur 481 comme montré en Fig. 11. On note que lors de la compensation du rapport air/combustible, on peut activer le circuit de commande de la vanne directionnelle proportionnelle 482 à la place du circuit de commande du compresseur 483. De plus, un circuit de retard peut étre employé, connecté à la borne d'entrée ou de sortie du circuit de 35 commande de la vanne directionnelle proportionnelle 482, de telle sorte que la vanne directionnelle proportionnelle 11Il 2599473 445 change de degré d'ouverture pendant que le compresseur 433 passe d'une vitesse de rotation basse à une vitesse de rotation élevée, et vice-versa. L'appareil de l'invention peut être incorporé à un appareil de chauffage de l'air au lieu de l'appareil de chauffage de l'eau des réalisations cidessus. On appréciera également le fait que d'autres types de combustibles, comme par exemple du pétrole, peuvent être employés à la place du kérosène. L'invention a été décrite sous diverses formes 10 dont le but est d'être explicatives et qui ne doivent pas être prises dans un sens limitatif, car des changements divers dans les pièces, la construction et la disposition peuvent être effectués sans s'écarter du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil à brûleur comportant: une plaque de brûleur (31); une vanne directionnelle proportionnelle (45), par l'intermédiaire de laquelle un gaz combustible arrive dans ladite plaque de brûleur (31); un compresseur (33) qui délivre de l'air à ladite plaque de brûleur (31); un détecteur thermique (52) qui détecte les 10 conditions de combustion de ladite plaque de brûleur (31); un moyen (54) de détermination de la chaleur qui détermine la génération de chaleur de ladite plaque de brûleur (31); un premier circuit de commande qui commande soit ladite vanne directionnelle proportionnnelle (45), soit ledit compresseur (33), en réponse à l'état dudit moyen de détermination de la chaleur (54); un deuxième circuit de commande qui commande l'un ou l'autre de ladite vanne directionnelle proportionnelle (45) et dudit compresseur (33) en réponse soit audit moyen (54) de détermination de la chaleur, soit à l'autre de ladite vanne directionnelle proportionnelle (45) et dudit compresseur (33), tous deux commandés par ledit 25 premier-circuit de commande; un circuit de commande de compensation qui commande l'un ou l'autre de ladite vanne directionnelle proportionnelle (45) et dudit compresseur (33) pour sa compensation, de telle sorte que ledit détecteur thermique 30 (52) génère une sortie prédéterminée en réponse à l'état soit dudit moyen (54) de détermination de la chaleur, soit de l'autre de ladite vanne directionnelle proportionnelle (45) et dudit compresseur (33), tous deux commandés par ledit premier circuit de commande. 2. Appareil à brûleur selon la revendication 1, dans lequel ledit détecteur thermique (52) est un thermocouple, de façon à détecter la température de combustion sur ladite plaque de brûleur (31) afin de confirmer le rapport combustible/air. 3. Appareil à brûleur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit premier circuit de commande (61) est un circuit de commande du compresseur qui règle le niveau de l'alimentation dudit compresseur (33). 4. Appareil à brûleur selon la revendication 3, dans lequel ledit compresseur (33) est contrôlé en ce qui concerne son débit par la détection de la vitesse de 10 rotation de celuici. 5. Appareil à brûleur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit premier circuit de commande est un circuit de commande de la vanne directionnelle proportionnelle (63) qui commande le niveau de l'alimentation de 15 ladite vanne directionnelle proportionnelle (45). 6. Appareil à brûleur selon la revendication 5, dans lequel le débit du combustible est détecté par le niveau de l'alimentation de ladite vanne directionnelle proportionnelle (45) au moyen dudit circuit de commande de 20 la vanne directionnelle proportionnelle (63).