Brevet FR2614385A1 — publié le 19881028

Perfectionnements aux dispositifs de sécurité pour vannes à qaz. L'invention est relative aux dispositifs de sécurité associés aux vannes d'alimentation en gaz com- bustible des brûleurs équipant les appareils de chauffa- ge tels que chauffe-eau, chauffe-bains, chaudières,... équipés d'une veilleuse. Elle vise plus spécialement, parmi ces disposi- tifs, ceux qui comprennent un clapet-gaz susceptible d'être armé à la main en sa position d'ouverture, ce clapet étant associé à une bobine électromagnétique de façon telle que le maintien en position ouverte ou armée du clapet soit assuré par circulation dans la bobine du courant électrique engendré par le simple chauffage d'un thermocouple par la veilleuse. Dans les modes de réalisation connus, ces dispo- sitifs de sécurité comprennent un interrupteur électri- que monté sur le circuit qui relie le thermocouple à la bobine. Comme la différence de potentiel engendrée par le thermocouple est relativement faible, savoir de l'or- dre de quelques dizaines de mV, il importe que la résis- tance électrique globale du circuit considéré soit elle- même très faible, savoir en général inférieure à 100 milli-ohms (mn). Une telle exigence excluait jusqu'à ce jour dans la pratique l'utilisation de jonctions à semi-conducteur pour l'établissement des interrupteurs électriques considérés, du fait de la résistance interne relative- ment élevée de ces Jonctions. On avait donc recours pour ces interrupteurs à des contacts mécaniques. Ces derniers devaient présenter lors de leurs fermetures des résistances électriques très faibles, de 2624385.; l'ordre de quelques mn seulement, et la valeur très fai- ble de ces résistances de contact devait être conservée dans le temps. Dans la pratique, cette conservation était très difficile à obtenir du fait notamment des oxydations des contacts considérés, de leurs salissures, dues notamment aux poussières, des vibrations auxquelles sont soumis les appareils de chauffage lors de leur fonctionnement, etc. L'invention a pour but, surtout, de supprimer ces derniers inconvénients. A cet effet, les dispositifs de sécurité du gen- re en question selon l'invention sont essentiellement caractérisés en ce que leurs interrupteurs électriques tels que définis ci-dessus sont constitués par des tran- sistors de type MOS présentant une très faible résistan- ce drain-source à l'état conducteur, cette résistance étant de préférence inférieure à 30 mn. L'invention comprend, mise à part cette disposi- tion principale, certaines autres dispositions qui s'u- tilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limita- tive. Les figures 1 et 2, de ce dessin, montrent sché- matiquement un dispositif de sécurité établi selon l'in- vention respectivement en fonctionnement, veilleuse allumée, et au repos, veilleuse éteinte. Le dispositif de sécurité considéré est associé à un brûleur 1 susceptible d'être alimenté en gaz com- bustible à partir d'une canalisation 2 à travers succes- sivement une vanne de sécurité 3 et un clapet-gaz termi- nal 4. Le dispositif en question a pour but d'exercer 26243%5 une sécurité vis-à-vis de certains dangers (pollution de l'atmosphère, encrassement d'un conduit, panne de venti- lation, manque d'eau,...) en fermant automatiquement la vanne 3 dès que des seuils prédéterminés sont franchis par des paramètres appropriés représentatifs de ces dan- gers. Par extension on peut également envisager que la fermeture automatique indiquée de la vanne 3 soit dé- clenchée par des phénomènes qui ne sont pas spécialement dangereux mais qui sont intéressants à considérer dans certaines circonstances, tels qu'une température (tempé- rature ambiante, température de l'eau en circulation dans un circuit de chauffage central...). La vanne de sécurité 3 est composée d'un 'bou- chon magnétique comprenant lui-même un clapet-gaz 5 propre à coopérer avec un siège 6 et solidaire d'une tige 7 comportant à l'une de ses extrémités une palette magnétique 8 propre à refermer les lignes de champ ma- gnétique d'un circuit magnétique 9 en U sur lequel est enroulée une bobiné 10. La bobine 10 de l'électro-aimant ainsi formé est alimentée en courant continu, par l'intermédiaire d'un circuit 11, à partir d'un thermocouple 12 susceptible d'être placé dans la flamme 13 d'une veilleuse. Cette veilleuse 13 est alimentée elle-même par le gaz combustible prélevé, en aval de la vanne 3, dans un tronçon de canalisation 14 reliant cette vanne au clapet-gaz 4. De plus elle est agencée de façon à allumer le brûleur 1 lorsque celui-ci est alimenté en gaz à travers successivement les organes de contrôle 3 et 4 ouverts tous les deux. Le courant électrique i engendré par le thermo- couple 12 quand celui-ci est chauffé par la veilleuse 13 est très faible. Mais si la résistance électrique globale du cir- cuit 11 est elle-même suffisamment faible, savoir par exemple inférieure à 100 mn, la circulation de ce cou- rant j dans la bobine 10 engendre sur la palette magné- tique 8 et donc sur le clapet 5 une force F suffisante pour surpasser la force de rappel R d'un léger ressort sollicitant ledit clapet 5 vers sa position de ferme- ture pour laquelle il est appliqué contre le siège 6. C'est sur le circuit 11 qu'est monté un inter- rupteur électrique 16 de 'sécurité" normalement fermé et propre à être ouvert lorsque se manifeste le "danger" vis-à-vis duquel on désire être protégé. Comme indiqué plus haut, cet interrupteur était constitué par un contact mécanique dans les réalisations antérieurement connues: une telle réalisation semblait inévitable en raison de l'extrême petitesse exigée pour la résistance électrique interne du contact en question. Or la demanderesse a constaté qu'il existait maintenant sur le marché certains interrupteurs électro- niques présentant une résistance interne extrêmement faible sous certaines conditions et qu'il était donc possible de les utiliser dans le cadre exposé ci- dessus: c'est le cas des transistors de type MOS pré- sentant une résistance drain-source extrêmement faible à l'état conducteur, c'est-à-dire dès que leur base est alimentée sous une tension minimum très faible, par exemple de l'ordre de 2,5 V. On utilise donc selon l'invention un tel tran- sistor MOS pour constituer le contact électrique 16 du circuit 11. Comme on le sait, le transistor MOS est un tran- sistor à effet de champ dont la grille ou base est iso- lée par une couche très isolante d'oxyde de silicium. Un exemple d'un tel transistor ayant donné toute satisfaction, et donné à titre purement illustratif, est celui diffusé sous la référence SN P 60 NO 5 en bottier 26243b5 TO 220 AB par la Société SILICONIX: la résistance in- terne drain-source de ce transistor est de 20 mn seule- ment lorsqu'une faible tension est appliquée sur sa base. - On a schématisé sur le dessin par le rectangle 17 un dispositif propre à détecter le paramètre (degré de pollution, température,...) dont la progression au- delà d'un seuil prédéterminé doit déclencher automati- quement la fermeture de la vanne 3. Ce dispositif est agencé de façon à élaborer une tension continue de faible amplitude qui est appliquée sur la base du transistor 16 tant que le seuil en ques- tion n'est pas franchi, ladite tension s'annulant auto- matiquement dès franchissement dudit seuil. Le fonctionnement du dispositif de sécurité qui vient d'être décrit est le suivant. Tant que le seuil ci-dessus n'est pas franchi par le paramètre considéré, le transistor 16 est conduc- teur, sa résistance interne est très faible et sa pré- sence dans le circuit 11 n'affecte pratiquement pas l'intensité du courant j lorsque ce courant est engendré par le thermocouple 12. Dès l'armement du bouchon magnétique, obtenu par appui manuel (flèche A) sur un bouton 18 prévu à l'ex- trémité, de la tige 7, opposée à la palette 8, le gaz traverse la vanne 3 et parvient à la veilleuse 13, la- quelle s'allume, notamment du fait de la production d'étincelles à partir d'un allumeur piézoélectrique ou autre. Le courant j est alors engendré dans le circuit 11 et la force F qui en résulte l'emporte légèrement sur la force de rappel R du ressort 15, de sorte que la vanne 3 est maintenue en sa position armée d'ouverture, même lorsque la pression d'armement sur le bouton 18 cesse; de même la veilleuse 13 reste alors allumée. Le brûleur 1 s'allume alors automatiquement dès que le clapet-gaz 4 est ouvert, cette ouverture étant commandée par exemple par un puisage d'eau chaude sani- taire dans le cas d'un chauffe-eau ou chauffe-bains. Le brûleur 1 s'éteint ensuite dès la fermeture dudit clapet-gaz 4. Si la veilleuse 13 s'éteint, par exemple & la suite d'un coup de vent ou d'un refoulement d'air, le thermocouple 12 n'est plus chauffé, le courant i engen- dré par chauffage de ce thermocouple s'annule et il en est de même de la force F: la force de rappel R du ressort 15 ferme alors la vanne 3 en appliquant le cla- pet 5 contre son siège 6. C'est un effet analogue qui est produit dès que le seuil ci-dessus défini est franchi par le paramètre auquel est asservie la sécurité. En effet ce franchissement, détecté en 17, se traduit par l'annulation de la tension appliquée sur la base du transistor 16, ce qui donne immédiatement à la résistance interne de ce transistor une valeur beaucoup plus élevée que celle de la bobine 10: le courant j n'est --plus alors suffisant pour engendrer la force F et l'équilibre préalablement établi entre cette force F et la force de rappel R est rompu en faveur de la seconde, ce qui entraîne la fermeture de la vanne 3. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on obtient finalement un dispositif de sécurité pour vanne & gaz dont la constitution et le fonctionnement résultent suffisamment de ce qui précède. Ce dispositif présente un certain nombre d'avan- tages par rapport à ceux antérieurement connus, en par- ticulier en ce qui concerne la fiabilité et la longévité du contact de sécurité 16 du fait que celui-ci est réalisé par des éléments semiconducteurs statiques beaucoup moins vulnérables que les contacts mécaniques à éléments mobiles. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ail- leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement & ceux de ses modes d'application et de réali- sation qui ont été plus spécialement envisagés elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de sécurité associé à la vanne d'alimentation (3) en gaz combustible du brûleur (1) d'un appareil de chauffage équipé d'une veilleuse (13), ladite vanne comprenant un clapet (5) susceptible d'être armé à la main en sa position d'ouverture, ce clapet étant associé à une bobine électromagnétique (10) de fa- çon telle que le maintien en position ouverte armée du clapet soit assuré par circulation dans la bobine du courant électrique engendré par le simple chauffage d'un thermocouple (12) par la veilleuse, la sécurité recher- chée étant obtenue par ouverture d'un interrupteur élec- trique (16) monté sur le circuit qui relie le thermo- couple à la bobine, caractérisé en ce que l'interrupteur électrique (16) est constitué par un transistor de type MOS présentant une très faible résistance drain-source à l'état conducteur. 2. Dispositif de sécurité selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance drain-source à l'état conducteur du transistor (16) est inférieure à 30 mn.