Brevet FR2603093A1 — publié le 19880226

L'invention concerne un dispositif de contrôle de la presence d'étincelles d'allumage et de flammes, constitué par un détecteur d'étincelles d'allumage, au moins un détecteur de flamme à sécurité intrinsèque et un circuit électrique, et dans lequel le détecteur d'étincelles d'allumage est constitué par un noyau ferromagnétique qui entoure l'organe d'amenée de la haute tension jusqu'à la section d'allumage et sur lequel est enroulée une bobine, et par un redresseur et un condensateur de lissage, les détecteurs de flammes présents étant du type à sécurité intrinsèque et étant raccordés, en parallèle avec le détecteur d'étincelles d'allumage, au circuit électrique.Ce dispositif est utilisé dans des installations de chauffage et doit établir d'une manière intrinsèquement sûre si la partie formant foyer d'une installation de chauffage soit réalise la combustion d'une flamme, soit doit être allumée et si, de ce fait, l'alimentation prédéterminée en combustible peut être maintenue. En aucun cas la présence d'une flamme ou du processus d'allumage ne doit être simulé par une perturbation dans le dispositif. On connaît déjà depuis longtemps aussi bien des dispositifs de contrôle de la présence de flammes -désignés également souvent sous le terme de contrôleurs de flamme- que des dispositifs de contrôle de la présence d'étincelles d'allumage, pour des installations de chauffage qui travaillent avec des combustibles liquides ou gazeux. Pendant l'intervalle de temps, pendant lequel le dispositif de contrôle de la présence de la flamme établit qu'une flamme est présente, l'alimentation en combustible peut être conservée d'une manière prédéterminée. Si la flamme s'éteint pour une raison quelconque, l'alimentation en combustible doit être interrompue afin d'éviter la présence, dans la partie formant foyer de l'installation de chauffage, d'une quantité trop importante de combustible, qui peut conduire, après un réallumage de la flamme, à des états de fonctionnement imprévisibles et éventuellement à des déflagrations ou des explosions. Aussitôt après que le processus d'allumage a été déclenché, le dispositif d'alimentation en combustible peut être ouvert. A la fin du processus d'allumage, la flamme doit brûler. Si le processus d'allumage reste sans effet, on ferme à nouveau le dispositif d'alimentation en combustible et on ne fait démarrer un nouveau processus d'allumage qu'au bout d'un intervalle de temps minimum donné, par le fait qu'on déclenche un nouveau processus d'allumage et qu'on ouvre le dispositif d'alimentation en combustible. A cet effet l'installation de chauffage est contrôlée par un dispositif de contrôle de la présence d'étincelles d'allumage. L'action des deux dispositifs de contrôle est identique. Si des étincelles d'allumage sont présentes ou si la flamme brûle, l'ouverture du dispositif d'alimentation en combustible est déclenchée ou bien ce dispositif reste ouvert. Si aucune étincelle d'allumage n'est présente ou bien si la flamme s'éteint, le dispositif d'alimentation en combustible doit être fermé . Il est souhaitable que le dispositif de contrôle des étincelles d'allumage et de la flamme soit agencé de manière qu'en aucun cas il ne simule la présence d'une flamme ou la réalisation d'un allumage, en l'absence de la flamme ou lorsqu'aucun allumage n'est exécuté. Cela signifie qu'il est "à sécurité intrinsèque", conformément à la terminologie utilisée dans le domaine du chauffage. On connaît un détecteur de la présence d'étincelles d'allumage portant la désignation QRE 1 (imprimé QRE 1 de la société dite LANDIS & GYR, Septembre -1974), qui peut être raccordé aux mêmes bornes du dispositif automatique de commande du chauffage, que des contrôleurs de flamme, par eXem- ple conformément au principe de la mesure de l'ionisation depuis flamme ou selon le principe de cellules à rayonnement ultraviolet. Ces deux types de détecteurs peuvent être également branchés en parallèle l'un sur l'autre.Le détecteur de la présence d'étincelles d'allumage QRE 1 forme la valeur de mesure dans une bobine enroulée sur un noyau annulaire et à l'intérieur de laquelle est introduit l'organe amenant la haute ten sion jusqu'à la section d'allumage, redresse le courant induit formé par la production de l'étincelle d'allumage et commande, au moyen de ce courant, un redresseur commandé SCR, qui charge un circuit RC et forme ainsi un signal pendant la durée de plusieurs allumages successifs très rapprochés les uns des autres. Dans certaines conditions, le redresseur SCR tend à réaliser des auto-allumages. Dans le brevet allemand N 30 26 787 se trouvc décrit un contrôleur de flamme à sécurité intrinsèque, dans lequel on utilise en tant que "relais de détection de flamme", un relais de travail, qui peut conserver sa position, indiquant la présence d'une flamme, uniquement jusqu'à ce qu'il soit soumis à l'action alternative de deux signaux alternatifs. On décrit en outre des circuits particuliers à sécurité intrinsèque à l'aide desquels les deux signaux alternatifs peuvent être formés à partir des signaux de sortie de détecteurs de flammes à ionisation ou de cellules à rayonnement ultraviolet. On n'indique cependant aucun point de vue général concernant la constitution de tels circuits à sécurité intrinsèque.Des contrôleurs de flammes conformes au brevet allemand N 30 26 787 sont déjà utilisés dans des systèmes automatiques de commande de chauffage en association avec le détecteur de la présence d'étincelles d'allumage, du type QRE 1. L'invention a pour but de résoudre le problème consistant à créer un dispositif de contrôle de la présence d'étincelles d'allumage et d'une flamme, du type mentionné plus haut, qui présente une sécurité intrinsèque au niveau de tous ses éléments constitutifs. Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait que le détecteur d'étincelles d'allumage est raccordé, moyennant le montage intercalé d'un premier condensateur de lissage, directement par l'intermédiaire d'une résistance de travail au circuit électrique et que le circuit électrique satisfait à un ensemble de conditions suffisantes pour que soit garantie la sécurité intrinsèque. Selon une caractéristique de l'invention, le noyau ferromagnétique est un noyau annulaire. Selon une autre caractéristique de l'invention, le détecteur d'étincelles d'allumage comporte une diode de limitation branchée en parallèle avec le premier condensateur de lissage. Selon une autre ccaractéritique de l'invention, dans le circuit électrique, un dispositif travaillant à l'encontre d'une force de rappel signale la présence de la flamme ou le déroulement du processus d'allumage, un signal alternatif produit par le processus de signalisation maintient le dispositif à l'encontre de la force de rappel, une signalisation est provoquée par un ou plusieurs groupes fonctionnels, dans lesquels les sources d'énergie sont des condensateurs de stockage, et les groupes fonctionnels sont montés de telle sorte qu'ils empêchent l'envoi de la signalisation lorsque leurs éléments actifs fait l'objet d'un court-circuit. Le dispositif décrit accroît fortement la sécurité d'installations de chauffage, notamment dans les états de fonctionnement dans lesquels, pendant le fonctionnement de l'installation, la flamme doit être allumée ou doit brûler. Il évite des perturbations comme par exemple la présence de quantités trop importantes de combustible dans la zone du foyer, qui peuvent conduire à une déflagration ou même à une explosion, lors du réallumage de l'installation de chauffage. Un débranchement du détecteur de la présence d'étincelles d'allumage pendant l'intervalle de temps, pendant lequel aucun allumage ne s'effectue, est inutile. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente un dispositif d'allumage comportant un détecteur de la présence d'étincelles d'al lumage cet et - la figure 2 montre le schéma de principe du circuit électrique d'un dispositif de contrôle de la présence d'étincelles d'allumage ou de la présence d'une flamme et d'étin celles d'allumage. Des éléments identiques ou semblables sont désignés par les mêmes chiffres de référence sur toutes les figures. La figure 1 représente un détecteur 1 de la présence d'étincelles d'allumage, à sécurité intrinsèque, qui est raccordé à un dispositif électrique d'allumage 2. Le dispositif d'allumage est constitué par un transformateur d'allumage 21 comportant une bobine primaire 211 et dont la bobine secondaire 212 comporte un très grand nombre de spires et est raccordée à une extrémité, à la terre, et à son autre extrémité à un câble d'allumage 22. Le câble d'allumage 22 se termine au niveau d'une section d'allumage 23 qui est constituée par une électrode 24 reliée au câble d'allumage 22 et qui est installée en un emplacement approprié pour l'allumage de la flamme, à une certaine distance d'un tube 25 d'un brûleur, qui est raccordé à la terre. Le détecteur 1 de la présence d'étincelles d'allumage est constitué par un noyau 11 fermé sur lui-même, réalisé en un matériau ferromagnétique non permanent, de préférence un noyau annulaire, sur lequel est enroulée une bobine 12. Le câble d'allumage 22 s'étend à travers le noyau. Un premier conducteur électrique 101 relie la bobine 12 à une borne de travail 103 par l'intermédiaire d'une première diode redresseuse 13 -cette diode peut être remplacée, en vue d'accroître le rendement, par un redresseur double alternance ou par un redresseur en pont- et par une première résistance de travail 14. Entre la première diode redresseuse 13 et la première résistance de travail 14 se trouve branché un premier condensateur de lissage et une diode de limitation 16, dont les autres bornes sont reliées au second conducteur 102. Si l'on doit réaliser un processus d'allumage, on produit un courant intense dans la bobine primaire 211 du transformateur d'allumage 21 de sorte qu'une haute tension apparaît dans la bobine secondaire 212, en raison du rapport des nombres de spires. Ceci conduit à des décharges produisant des étincelles dans la section d'allumage 23 et provoque l'allumage du mélange combustible envoyé par le tube 5 du brûleur dans le cas où aucune perturbation ne se produit. Sous l'effet des décharges produisant les étincelles, il apparaît, dans le conducteur 22, des impulsions de courant possédant des flancs raides, qui induisentdsnsla bobine 12 un signal de tension alternative à haute fréquence. Cette tension est redressée par la première diode redresseuse 13, est lissée par le premier condensateur de lissage 15 et est transmise par l'intermédiaire de la première résistance de travail 14 en tant que signal à courant continu à la borne de travail 103. Le premier condensateur de lissage 15, qui agit en tant qu'accumulateur d'énergie, prolonge ce signal pendant un certain intervalle de temps par rapport à la durée des impulsions du courant d'allumage, de sorte que ce signal est maintenu jusqu'à la détection sûre de la flamme apparaissant par suite de la présence des étincelles d'allumage. Le détecteur 1 de la présence des étincelles d'allumage est du type à sécurité intrinsèque étant donné qu'il ne produit un signal sur la borne 103 que lorsqu'un courant provoquant un allumage a circulé dans le câble d'allumage 22. La figure 2 représente un circuit 3, auquel le détecteur 1 de la Présence d'étincelles d'allumage (figure 1) et un détecteur de flamme non représenté peuvent être raccordés au niveau de la borne de travail 103 et de la borne-de référence 104, et ce en étant branchés en parallèle l'un avec l'autre, et qui ferme la ligne de sortie 306, qui applique une tension au moyen d'un contacteurd'unrelais de travail 305, à l'encontre d'une force de rappel lorsque le détecteur de flamme signale la présence d'une flamme ou bien lorsque le détecteur 1 de la présence d'étincelles d'allumage signale un pro ces sus d'allumage. Le circuit 3 est constitué par un transformateur d'alimentation réseau 30 comportant un enroulement primaire et un enroulement secondaire 32, qui est raccordé d'une part à un conducteur de référence 310 et d'autre part à un conducteur 311 appliquant la tension par rapport au conducteur precédent. C'est dans ce conducteur que se trouve installé un dispositif redresseur comportant une seconde diode de redressement 33 et un second condensateur de lissage 34. Une extrémité d'un enroulement 38 du relais de travail est raccordée à ce dispositif redresseur par l'intermédiaire d'une seconde résistance de travail 35 et d'une première diode de redressement 36.En outre entre la sortie du dispositif de redressement 33,34 et le conducteur de référence 310 se trouve raccordé, par une première borne 371 et par une seconde borne 372, le circuit d'alimentation d'un dispositif de commutation à semiconducteurs 37, qui possède un premier interrupteur 373, un second interrupteur 374 et une borne d'entrée 375 Le dispositif de commutation à semiconducteurs 37 peut être réalisé sous la forme de composants discrets ou bien sous une forme intégrée. Le commutateur 373 est relié par l'intermédiaire d'une seconde diode de redressement de courant 42 à l'autre extrémité de l'enroulement 38 du relais de travail. Un premier condensateur de stockage 39 est branché entre une prise de l'enroulement 38 du relais de travail et le conducteur de référence 310. Une liaison est établie depuis la borne de travail 103 jusqu'au conducteur de référence 310 par l'intermédiaire d'un second condensateur de stockage 40. Entre la borne de travail 103 et le second condensateur de stockage 40 se trouvent insérés le second interrupteur 374 du dispositif à semiconducteurs 37 (dont l'autre extrémité est reliée au conducteur de référence 310) et en outre la borne d'entrée 375 du dispositif 37. Afin de dimensionner correctement le circuit 3, on peut y adjoindre d'autres composants, notamment des ré sistances. Le circuit 3 fonctionne de la manière indiquée ci-après. Lorsqu'on raccorde le circuit au réseau, le premier condensateur de stockage 39 est chargé par l'intermédiaire du transformateur 30 et du dispositif redresseur 33, 34, de la résistance de travail 35, de la diode de redressement 36 et de la première partie de l'enroulement 38 du relais de travail. La tension d'alimentation est appliquée au dispositif de commutation à semiconducteurs 37 par l'intermédiaire de la première borne 371 et de la seconde borne 372. Le premier interrupteur 373 et le second interrupteur 374 sont ouverts. Après la charge du condensateur de stockage 93, aucun courant ne traverse l'enroulement 38 du relais de travail et l'interrupteur 305 du relais de travail est par conséquent ouvert. Si le détecteur 1 de la présence d'étincelles d'allumage (figure 1) signale un processus d'allumage ou bien que le détecteur de flamme signale une flamme, un courant continu traverse la borne de travail 103 et charge le second condensateur de stockage 40. Si la tension aux bornes du condensateur de stockage 40 atteint une valeur réglée, ceci est signalé par l'intermédiaire de la borne d'entrée 375 au dispositif à semiconducteurs 37 et ce dispositif réalise, au moyen de sa fermeture, la mise à l'état conducteur du premier interrupteur 373 et du second interrupteur 374. Le second condensateur de stockage 40 se décharge par fermeture du second interrupteur 374. De ce fait la tension présente sur la borne d'entrée 375 diminue et le premier interrupteur 373 et le second interrupteur 374 se bloquent à nouveau, à la suite de quoi le second condensateur de stockage 40 se charge à nouveau.Ceci se poursuit tant qu'un courant continu arrive par l'intermédiaire de la borne de travail 103, c'est-à-dire tant que le processus d'allumage se déroule ou qu'une flamme est signalée. Lors de chaque fermeture, le premier interrupteur 373 décharge le condensateur de stockage 39 et sa charge circule dans l'en roulement 38 du relais de travail, dans la seconde diode de redressement de courant 42 et dans l'interrupteur 373 pour aboutir au conducteur de référence 310. L'enroulement 38 du relais de travail ferme alors le contacteur 305 du relais de travail. Si le premier interrupteur 373 se ferme à nouveau, un courant circule comme avant dans le premier enroulement 38 de relais de travail, et ce à partir du dispositif redresseur 33,34 en passant par la seconde résistance de travail 35 et la première diode de redressement de courant 36 pour aboutir au premier condensateur de stockage 39 et maintient le contacteur 305 du relais de travail à l'état fermé jusqu a ce que, sous l'effet de la charge du premier condensateur de stockage 39, ce courant devienne suffisamment faible pour que le commutateur 305 du relais de travail ne puisse plus être maintenu fermé.C'est pourquoi le circuit 3 doit être agencé de manière à ce que, dans le cas de la présence d'une flamme ou lors du processus d'allumage, la tension aux bornes du second condensateur de stockage 40 augmente à nouveau déjà, pendant cet intervalle de temps, au point que le dispositif de commutation à semiconducteurs 37 ait fermé le premier interrupteur 373 et le second interrupteur 374, avant que le courant circulant dans l'enroulement 38 du relais de travail soit devenu suffisamment faible pour que le contacteur 305 du relais de travail ne puisse plus être maintenu fermé. Si la flamme s'éteint ou si le processus d'allumage se termine sans avoir abouti, aucun courant continu ne passe plus par la borne de travail 103 du circuit 3.Le second condensateur de stockage 40 ne se charge plus.e dispositif de commutation à semiconducteurs 37 ne ferme relus le premier interrupteur 373 ni le second interrupteur 374 de sorte que le condensateur de stockage 39 se charge alors au point que le courant dans l'enroulement 38 du relais de travail diminue afin de maintenir encore fermé le contacteur 305 du relais de travail. Le circuit 3 indique par conséquent'lu'aucun allumage n'est en cours d'exécution, ni qu'aucune flammenebru- le. Après débranchement de l'installation par rapport au ré seau, la tension d'alimentation présente entre la première borne 371 et la seconde borne 372 est coupée, de sorte que le dispositif de commutation à semiconducteurs 37 ne travaille plus. Si le premier interrupteur 374 devait faire par erreur l'objet d'un court-circuit, après la décharge du premier condensateur de stockage 39, l'enroulement 38 du relais de travail passe à l'état sans courant et ouvre le contacteur 305 du relais de travail. Le circuit 3 est par conséquent du type à sécurité intrinsèque. En se référant à l'exemple du circuit 3, on peut établir des conditions qui représentent globalement une condition suffisante pour l'obtention de la sécurité intrinsèque (conformément à la signification usuelle dans la technique du chauffage) pour des dispositifs de contrôle de la présence d'étincelles d'allumage et de flammes. Ceci fournit un ensemble de conditions suffisantes, dont l'observation permet d'obtenir des circuits présentant obligatoirement une sécurité intrinsèque. - Le processus de signalisation de la présence d'une flamme ou de l'exécution d'un processus d'allumage doit s'effectuer à l'encontre d'une force de rappel La signalisation requiert par conséquent un état non auto-m.aintenu. - Pour la signalisation, il faut que le dispositif de signali sation soit maintenu à l'encontre de la force de rappel, par un signal alternatif produit par le processus de signalisa tion. La signalisation est par conséquent arrêtée au bout d'une période du signal alternatif, lorsque les conditions pour une signalisation n'existent plus. - La signalisation doit être provoquée par un ou plusieurs grou pes fonctionnels, dans lesquels les sources d'énergie sont des condensateurs de stockage. Des condensateurs ne peuvent recevoir qu'une quantité de charge limitée,et sans recharge, ils ne peuvent par conséquent pas maintenir pendant un inter vaille de temps illimité une fonction liée à une consommation de courant. ies groupes fonctionnels peuvent être constitués de manière qu'ils empêchent la signalisation de la présence d'une flam me ou d'un processus d'allumage lorsque leurs éléments ac tifs ont fait l'objet d'un court-circuit. Si c'est le cas, aucun allumage ou aucune flamme ne peut être signalée lorsqu'elle n'apparaît pas. Un circuit, qui satisfait à ces conditions, est du type à sécurité intrinsèque. Eventuellement on peut cependant également rassembler d'autres conditions pour former un ensemble de conditions suffisantes pour l'obtention de la sécurité intrinsèque d'un circuit. Un circuit électrique, qui satisfait à un tel ensemble de conditions, est du type à sécurité intrinsèque. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle de la présence d'étincelles d'allumage et de flammes, constitué par un détecteur d'étincelles d'allumage (1), au moins un détecteur de flamme à sécurité intrinsèque et un circuit électrique (3), et dans lequel le détecteur d'étincelles d'allumage (1) est constitué par un noyau ferromagnétique (1) qui entoure l'organe d'amenée de la haute tension jusqu'à la section d'allumage et sur lequel est enroulée une bobine (12), et par un redresseur (13) et un condensateur de lissage (15), les détecteurs de flamme présents étant du type à sécurité intrinsèque et étant raccordés, en parallèle avec le détecteur (1) d'étincelles d'allumage, au circuit électrique (3), caractérisé en ce que le détecteur (1) d'étincelles d'allumage est raccordé, moyennant le montage intercalé d'un premier condensateur de lissage (15), directement par l'intermédiaire d'une résistance de travail (14) au circuit électrique (3) et que le circuit électrique (3) satisfait à un ensemble de conditions satisfaisantes pour que soit garantie la sécurité intrinsèque. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau ferromagnétique (11) est un noyau annulaire. 3. Dispositif selon la revendication 1, carac térisé en ce que le detecteur (1) d'étincelles d'allumage comporte une diode de limitation (16) branchée en parallèle avec le premier condensateur de lissage (15). 4. Dispositif selon la revendication 1, carac térisé en ce que dans le circuit électrique (3), un dispositif travaillant à l'encontre d'une force de rappel signale la présence de la flamme ou le déroulement du processus d'allumage, qu'un signal alternatif produit par le processus de signalisation maintient le dispositif à l'encontre de la force de rappel, que la signalisation est provoquée par un ou plusieurs groupes fonctionnels, dans lesquels les sources d'énergie sont des condensateurs de stockage (39,40), et que les groupes fonctionnels sont montés de telle sorte qu'ils empêchent l'envoi de la signalisation lorsque leurs éléments actifs font l'objet d'un court-circuit.