Brevet FR2657684A1 — publié le 19910802

DISPOSITIF DE SECURITE POUR LE FONCTIONNEMENT D'UN BRULEUR La présente invention concerne les moyens techniques mis en oeuvre pour commander l'alimentation en combustile gazeux d'un brûleur au sens général, de caractère domestique ou industriel et susceptible d'équiper tous Les appareils ou les installations pour lesquels ils constituent une source de production de chaleur. L'invention concerne, plus précisément, les dispositifs adaptés pour assumer une fonction de sécurité lors de l'allumage du brûleur, d'une part, et lors de l'extinction du brûleur, d'autre part. L'art antérieur a proposé, et notamment par le brevet FR 76-36 750, de nombreux dispositifs d'allumage de sécurité pour un brûleur De façon classique, il doit être considéré qu'un brûleur est équipé d'une électrovanne interposée sur la canalisation d'alimentation du brûleur en combustible gazeux. L'électrovanne est pilotée, par l'intermédiaire d'un dispositif de commande temporisée, tel qu'un contacteur asservi à un thermostat ou une horloge de commande Ce dispositif de commande temporisée permet l'alimentation en combustible du brûleur pendant un temps d'allumage déterminé, de l'ordre d'une quinzaine de secondes. Au-delà de ce temps d'allumage, l'alimentation du brûleur en combustible est conditionnée à la présence effective de la flamme de combustion, détectée par exemple, par l'intermédiaire d'un thermocouple En effet, pendant le temps d'allumage, la température du thermocouple s'élève en présence d'une flamme, de manière que le thermocouple produise un courant d'excitation d'une bobine adaptée pour maintenir l'électrovanne en position d'ouverture Si aucune flamme n'apparaît, l'électrovanne d'alimentation est fermée au terme du temps d'allumage, dans la mesure o le thermocouple ne produit aucun courant de maintien de la bobine. Il apparait que les dispositifs actuellement connus, de commande temporisée de l'électrovanne, ne sont pas en mesure d'assurer une fonction de sécurité effective du fonctionnement du brûleur En effet, si un défaut intervient sur l'un des composants constitutif d'un tel dispositif, l'éLectrovanne peut être maintenue en position d'ouverture avec des conséquences graves, si le combustible n'est pas enflammé, ou être détruite, en raison de la circulation prolongée du courant dans la bobine de maintien de l'électrovanne. Par ailleurs, il doit être remarqué que le thermocouple, malgré l'absence de flamme, peut continuer à assurer l'ouverture de l'électrovanne, pendant le temps nécessaire à son refroidissement. Un tel inconvénient du fonctionnement de l'organe de sécurité apparait, notamment, lors d'un démarrage à chaud du brûleur au-delà de la temporisation d'allumage et à chaque arrêt de fonctionnement du brûleur. La présente invention vise donc à remédier aux inconvénients énoncés cidessus en proposant un dispositif adapté pour assurer, en toute sécurité, l'ouverture de l'électrovanne pendant un temps d'allumage déterminé. L'invention vise, également, à offrir un dispositif de sécurité apte à assurer, en toute sécurité, le fonctionnement de l'électrovanne à chaque démarrage, tout en permettant de bloquer l'action du thermocouple dès qu'un arrêt de fonctionnement du brûleur intervient. L'invention vise, aussi, à offrir un dispositif de sécurité de mise en oeuvre simple et présentant un coût de fabrication réduit. Pour atteindre les buts énoncés ci-dessus, le dispositif de sécurité pour le fonctionnement d'un brûleur à combustible gazeux est du type comportant un système de commande temporisée adapté pour contrôler, à la suite d'un signal de commande du fonctionnement du brûleur et pendant une durée d'allumage déterminée, l'ouverture d'une électrovanne assurant l'alimentation en combustible du brûleur Le dispositif de sécurité selon l'invention comporte: un circuit de production d'une alimentation basse tension continue, un condensateur destiné à être alimenté, lors de l'apparition de l'ordre de commande, par le circuit de production basse tension qui assure ainsi la charge du condensateur, et un circuit de décharge commandée à tension de seuil assurant, lorsque la tension de charge du condensateur atteint la tension du seuil de déclenchement, la décharge du condensateur jusqu'à une valeur donnée, de manière que le temps de décharge corresponde au moins à la durée d'allumage, la décharge du condensateur permettant de piloter des moyens de commutation assurant l'ouverture de l'électrovanne. Selon une caractéristique avantageuse, le condensateur est relié, par ses armatures, à des contacts commandés permettant de le relier, d'une part, au circuit de production d'une alimentation lorsqu'apparaît un signal de commande du fonctionnement du brûleur et, d'autre part, lorsqu'un arrêt de fonctionnement du brûleur intervient, aux bornes d'un thermocouple détectant la température du brûleur, de manière à injecter, dans le thermocouple, un courant suffisant pour annuler celui en circulation, en vue d'assurer la fermeture immédiate de l'électrovanne. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig 1 illustre un exemple d'application du dispositif de sécurité selon l'invention. La fig 2 illustre une variante de réalisation d'un dispositif de sécurité conforme à l'invention assurant une temporisation de l'allumage. La fig 3 est une courbe de tension en fonction du temps, permettant d'expliciter le fonctionnement du dispositif selon l'invention. La fig 4 illustre une variante de réalisation du dispositif de sécurité assumant une fonction supplémentaire de blocage de l'action du thermocouple. La fig 5 montre une variante de réalisation d'un détail caractéristique de l'invention. La fig 1 illustre, à titre d'exemple, une installation comportant un système 1 de sécurité pour le fonctionnement d'un brûleur 2, constituant, dans l'exemple illustré, un brûleur d'un four Le brûleur 2 est susceptible d'être alimenté en combustible gazeux par l'intermédiaire d'une conduite 3 sur laquelle est montée une électrovanne 4 qui est pilotée par le système 1 L'électrovanne 4, représentée de façon schématique, comporte, de façon classique, un obturateur 5 destiné à être déplacé de son siège 6, par l'intermédiaire d'une tige 7 associée à une bobine d'excitation 8, permettant d'assurer l'alimentation du brûleur en combustible. L'obturateur 5 est associé à une bobine d'excitation 9, adaptée pour maintenir l'obturateur 5 en position d'ouverture Cette bobine 9 est commandée, par l'intermédiaire d'un moyen 11 de détection de présence d'une flamme, formé, avantageusement, par un thermocouple engendrant un courant d'excitation de la bobine lorsque la température du thermocouple s'est élevée à une température donnée. Le brûleur 2 est pourvu, de façon classique, d'une électrode d'allumage 12 permettant d'enflammer le combustible à l'aide d'étincelles à haute tension générées et commandées par un moyen adapté qui se trouve intégré, dans l'exemple illustré, dans le système de sécurité 1. Tel que cela ressort plus précisément de la fig 2, le système de sécurité 1, qui comporte un circuit la adapté pour le contrôle de l'électrovanne 4 et de l'électrode d'allumage 12, comprend, conformément à l'invention, un système de commande temporisée lb adapté pour permettre, à la suite d'un signal de commande du fonctionnement du brûleur, l'ouverture de l'électrovanne pendant une durée d'allumage Ta déterminée, par exemple de l'ordre d'une quinzaine de secondes. Le système de commande temporisée lb selon l'invention comporte un circuit 14 de production d'une alimentation basse tension continue, à partir d'un réseau d'alimentation Dans l'exemple illustré, le réseau d'alimentation est du type monophasé et délivre une tension alternative de l'ordre de 220 volts, à travers une ligne de phase L 1 et une ligne neutre L 2. La ligne de phase L 1 est munie d'un contact 16 d'un thermostat qui permet de donner l'ordre assurant la commande de fonctionnement du brûleur La ligne L 1 comporte aussi, entre le contact 16 et le circuit 14, un ensemble formé par un condensateur 17 monté en série avec une résistance 18. Le circuit 14, qui constitue un redresseur, est formé par une première diode 19 dont l'anode est reliée au condensateur 17 et à la cathode d'une seconde diode 21 La cathode de la diode 19 est reliée, par l'intermédiaire d'un condensateur 22, au neutre, auquel est reliée, également, l'anode de la diode 21 Le circuit 14 délivre donc, dans l'exemple illustré, une tension correspondant aux alternances positives de la tension d'alimentation produite par le réseau. Le circuit 14 est destiné à alimenter ou charger, à travers une résistance 24 reliée à la cathode de la diode 19, un condensateur 25 qui est connecté au neutre à l'aide d'une diode 26 montée selon son sens direct Le condensateur 25 est associé à un circuit 27 assurant, lorsque la tension de charge du condensateur atteint une tension de seuil fixée par le circuit 27, la décharge du condensateur 25 jusqu'à une valeur donnée, de manière que le temps de décharge du condensateur corresponde à la durée d'allumage Ta Un tel circuit de décharge commandée à tension de seuil 27 comporte une bascule 28 montée en parallèle sur le condensateur 25 et un moyen à tension de seuil 29 assurant le déclenchement de la bascule lorsque la tension de charge du condensateur 25 atteint la tension de seuil fixée par le moyen 29 qui est constitué, dans l'exemple illustré, par une diode Zener. Dans un premier exemple de réalisation, la bascule 28 est constituée par un premier 31 et un second 32 transistors à couplage direct L'émetteur du premier transistor 31 est relié, par L'intermédiaire d'une résistance 33, au point commun entre la résistance 24 et Le condensateur 25 Le col Lecteur du transistor 31 attaque la base du second transistor 32 qui comporte, entre sa base et son émetteur, un ensemble formé d'une capacité 35 montée en parallèle avec une résistance 36 L'émetteur du transistor 32, qui os est relié au neutre, est connecté à l'anode de La diode Zener 29, tandis que le collecteur du transistor 32 attaque la base du transistor 31 et se trouve relié, d'une part, à la cathode de la diode Zener 29 et, d'autre part, par l'intermédiaire d'une résistance 37, au point commun entre le condensateur 22, la diode 19 et la résistance 24. Le circuit de décharge 27 décrit ci-dessus assure la décharge du condensateur 25 permettant de piloter des moyens de commutation qui assurent l'ouverture de l'électrovanne. Avantageusement, les moyens de commutation sont constitués par un relais 41 monté en série avec une diode 42 interdisant l'excitation du relais pendant la charge du condensateur 25 et autorisant l'excitation du relais pendant la décharge du condensateur A cet effet, dans l'exemple illustré, la cathode de la diode 42 est reliée au point commun, entre le condensateur 25 et l'anode de la diode 26, tandis que le relais 41 est connecté à la cathode de la diode 26 qui est reliée au neutre Le contact 41 a, associé au relais 41, est monté entre le contact 16 et le circuit la de contrôle de l'électrovanne 4. Le fonctionnement du dispositif de sécurité selon l'invention découle directement de la description qui précède. Lorsque le thermostat donne un ordre de commande du fonctionnement du brûleur, le contact 16 se ferme, permettant d'alimenter le circuit 14 de production d'une alimentation de basse tension et d'activer une électrovanne 45 montée sur la canalisation du combustible en amont de l'électrovanne 4 et dont la fonction apparaîtra plus clairement dans la suite de la description Le courant de charge, fourni par l'alimentation positive basse tension, circule à travers la résistance 24, le condensateur 25 et la diode 26 Le condensateur 25 se charge donc, comme illustré par la partie C de la courbe de La fig 3 Aucun courant ne circule dans Le circuit de décharge 27, tant que la tension préLevée par La résistance 37 reste inférieure à La tension de seui L de La diode Zener, par exemp Le, de L'ordre de 40 vo Lts Lorsque La tension de charge du condensateur 25, prise entre L'armature positive et Le neutre, atteint une tension d'avalanche Va égale à La somme de La tension de seui L de la diode Zener et de La tension base-émetteur du transistor 31, un courant apparaît sur La base du transistor 31 Ce courant de base produit, dans Le collecteur du transistor 31, un courant qui attaque la base du transistor 32 Un tel courant de base permet d'engendrer, dans Le collecteur du transistor 32, un courant qui attaque la base du transistor 31, de sorte qu'apparaît un effet d'avalanche permettant de maintenir les transistors en état de saturation Par suite, l'armature positive du condensateur 25 est ramenée au potentiel du neutre, par l'intermédiaire de la résistance 33 Une tension négative apparaît donc sur l'armature négative du condensateur 25, de sorte que la diode 42 se trouve polarisée dans le sens passant, permettant d'assurer la circulation d'un courant de décharge à travers une maille constituée par la résistance 33, Les transistors 32, 31, la bobine 41, La diode 42 et le condensateur 25 L'excitation de la bobine 41, par un tel courant de décharge, provoque Le passage du contact associé 41 a, de sa position de repos à celle de travail pour laquelle la bobine 8 de L'éLectrovanne 4 est excitée de manière à assurer l'ouverture de l'électrovanne. La circulation du courant dans la maille ainsi formée décroit, de façon exponentielle, avec une constante de temps déterminée, de sorte que la tension de décharge correspond à l'allure de la portion D de la courbe de la fig 3 Lorsque La tension aux bornes du relais 41 atteint La tension Vr de désexcitaton du relais, ce dernier passe en position de repos, de sorte que La bobine 8 ne se trouve plus alimentée. Avantageusement, le temps d'excitation du relais 41, qui est facilement réglable et déterminée, en relation de la constante de temps de la décharge du condensateur, est choisi pour correspondre au temps d'allumage Ta du brûleur Ainsi, si pendant Le temps d'allumage la température du thermocouple s'est éLevée en présence d'une flamme, le thermocouple engendre un courant d'excitation de la bobine 9 permettant de maintenir ouverte l'électrovanne 4 Si tel n'est pas le cas, l'électrovanne 4 est fermée au terme du temps d'allumage Ta Lorsque le thermostat donne un ordre d'extinction du brûLeur, le contact 16 ouvre le circuit, de sorte que l'électrovanne amont 45 arrête immédiatement l'alimentation en combustible du brûLeur. Le dispositif de sécurité selon l'invention permet donc l'ouverture de l'électrovanne 4 pendant un temps d'allumage déterminé et en toute sécurité, à chaque allumage du brûLeur, dans la mesure o si un composant du dispositif est défectueux, la charge du condensateur 25 ne peut, en aucun cas, intervenir et autoriser l'ouverture de l'électrovanne. Avantageusement, le dispositif de sécurité selon l'invention est apte à assurer une fonction supplémentaire qui est celle de bloquer l'action du thermocouple, dès qu'un arrêt de fonctionnement du brûLeur intervient, de manière à autoriser la suppression de l'électrovanne amont 45 La fig 4 illustre un exemple de réalisation du dispositif de sécurité assumant cette fonction supplémentaire A cet effet, le dispositif de sécurité comporte, outre les moyens techniques tels que décrits ci-dessus, un relais 48 monté entre l'anode de la diode 21 et le point commun entre le neutre et le condensateur 22 Le relais 48, qui est connecté en parallèle avec un condensateur 49, comporte des contacts associés 48 a, 48 b montés de part et d'autre du condensateur 25 permettant de relier le condensateur 25, soit au circuit 14 de production d'une alimentation basse tension, soit aux bornes du thermocouple 11. Ainsi, lorsqu'un ordre de fonctionnement du brûleur apparaît, un courant traverse la diode 21, le relais 48 et le condensateur 49, pendant les alternances négatives de l'alimentation, de sorte qu'une tension continue positive est présente aux bornes du relais 48 dont les contacts passent de la position de liaison avec le thermocouple à celle de connexion avec le ciruit 14 Apres la charge du condensateur 25 selon le principe décrit ci-dessus, ce dernier se décharge jusqu'à une valeur donnée VD égale ou inférieure à la tension de désexcitation du relais 41, de manière à autoriser, au terme d'un délai correspondant au temps d'allumage, l'arrêt de la commande de la bobine 8 de l'électrovanne Cette valeur finale de décharge correspond à un état d'équilibre qui est atteinte lorsque la tension aux bornes du condensateur 25 devient égale à la tension déterminée par le pont diviseur formé par les résistances 24 et 33 sur la tension d'alimentation basse tension Cette tension est maintenue, aux fuites près, jusqu'à l'apparition d'un ordre d'extinction du brûleur Cet ordre d'extinction, qui se manifeste par l'ouverture du contact 16, provoque une désexcitation rapide du relais 48, de sorte que les contacts 48 a, 48 b commutent pour relier les armatures du condensateur 25 aux bornes du thermocouple 11, comme illustré à la fig 4 Le condensateur 25 se décharge dans le thermocouple 11 et dans une résistance 51 montée en série dans le circuit thermocouple, pour contrôler le courant de décharge dans le circuit thermocouple Une telle décharge produit une circulation d'un courant opposé à celui engendré par l'élévation de température, permettant d'assurer l'annulation du courant circulant dans le thermocouple 11 et, par suite, dans la bobine 9, en vue d'obtenir sa désexcitation et la fermeture de l'électrovanne 4. Il apparaît donc que le dispositif de sécurité selon l'invention permet de bloquer l'action du thermocouple dès qu'un arrêt de fonctionnement du brûleur intervient, tout en assurant le fonctionnement de l'électrovanne à chaque démarrage du brûleur Le blocage direct du thermocouple autorise la suppression de l'électrovanne amont nécessaire pour fermer l'alimentation en combustible dès qu'un ordre arrêt du brûleur intervient. Il doit être constaté que le dispositif de sécurité selon l'invention permet d'assurer deux fonctions essentielles de sécurité en mettant en oeuvre des moyens techniques d'un coût réduit Bien entendu, les variantes de réalisation décrites sont données à titre d'exemp Le Ainsi, Le fonctionnement donné ci-dessus reste identique dans Le cas o La tension d'alimentation basse tension est négative Dans cet exemp Le, il convient d'inverser Le montage des composants polarisés. Dans Le même sens, La fig 5 i L Lustre une autre forme de réalisation de La bascu Le 28 Dans cet exemp Le, La résistance 33, qui se trouve re Liée à La cathode de La diode Zener 29, attaque L'anode d'un thyristor 52 dont La cathode est re Liée au point commun entre La résistance 31, Le condensateur 35 et Le neutre La gri L Le du thyristor 52 est connectée au point commun entre Le condensateur 35, La résistance 31 et L'anode de La diode Zener 29. Le thyristor 52 est déclenché Lorsque La tension de charge du condensateur 25 atteint La tension de seui L de La diode Zener 29. L'invention n'est pas Limitée aux exemp Les décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 Dispositif de sécurité pour le fonctionnement d'un brûleur ( 2) à combustible gazeux, du type comportant un sytème (lb) de commande temporisée adapté pour contrôler, à la suite d'un ordre de commande du fonctionnement du brûleur et pendant une durée d'allumage déterminée (Ta), l'ouverture d'une électrovanne ( 4) assurant l'alimentation en combustible du brûleur, caractérisé en ce que le système de commande temporisée (lb) comporte: un circuit ( 14) de production d'une alimentation basse tension continue, un condensateur ( 25) destiné à être alimenté, lors de l'apparition de l'ordre de commande, par le circuit de production basse tension qui assure ainsi la charge du condensateur, et un circuit ( 27) de décharge commandée à tension de seuil assurant, lorsque la tension de charge du condensateur ( 25) atteint la tension (VA) du seuil de déclenchement, la décharge du condensateur jusqu'à une valeur donnée, de manière que le temps de décharge corresponde au moins à la durée d'allumage, la décharge du condensateur permettant de piloter des moyens de commutation ( 41, 41 a) assurant l'ouverture de l'électrovanne. 2 Dispositif de sécurité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de décharge ( 27) comporte une bascule ( 28) montée en parallèle sur le condensateur ( 25) et un moyen ( 29) à tension de seuil assurant, lorsque la tension de charge du condensateur atteint la tension de seuil, le déclenchement de la bascule qui permet la décharge du condensateur à travers les moyens de commutation. 3 Dispositif de sécurité selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de commutation comportent un relais ( 41) dont le contact ( 41 a) associé, assure l'ouverture de L'électrovanne ( 4), le relais ( 41) étant monté en série avec le condensateur ( 25) par l'intermédiaire d'une diode ( 42) montée pour interdire l'excitation du relais pendant la charge du condensateur et pour autoriser l'excitation du relais lors de la décharge du condensateur. 4 Dispositif de sécurité selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le condensateur ( 25) comporte en série une diode ( 26) placée en parallèle sur la diode ( 42) et le relais ( 41) et permettant la charge du condensateur par le circuit de production d'une basse tension. Dispositif de sécurité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le condensateur ( 25) est relié, par ses armatures, à des contacts commandés ( 48 a, 48 b) permettant de le relier, d'une part, au circuit ( 14) de production d'une alimentation lorsqu'apparaît un signal de commande du fonctionnement du brûleur et, d'autre part, lorsqu'un arrêt de fonctionnement du brûleur intervient, aux bornes d'un thermocouple détectant la température du brûleur, de manière à injecter, dans le thermocouple, un courant suffisant pour annuler celui en circulation, en vue d'assurer la fermeture immédiate de l'électrovanne. 6 Dispositif de sécurité selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen ( 29) de déclenchement à tension de seuil est constitué par une diode Zener. 7 Dispositif de sécurité selon les revendications 1 et , caractérisé en ce que le circuit de décharge ( 27) est adapté pour assurer la décharge du condensateur jusqu'à une valeur donnée (VD) égale ou inférieure à la tension de désexcitation (Vr) du relais ( 41) des moyens de commutation. 8 Dispositif de sécurité selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bascule ( 28) est constituée par un premier ( 31) et un second ( 32) transistors complémentaires à couplage direct, le pemier transistor ( 31) étant relié, d'une part, par son émetteur et par l'intermédiaire d'une résistance ( 33), à l'une des armatures du condensateur ( 25) et, d'autre part, par son P 6 llecteur, à La base du second transistor ( 31) et à un ensemble formé d'une capacité ( 35) montée en parallèle sur une résistance ( 32), tandis que le second transistor ( 31) est relié, d'une part, par son collecteur, à la base du premier transistor et à la cathode de la diode Zener ( 29) et, d'autre part, par son émetteur à l'anode de la diode Zener ( 29) et à l'ensemble résistance ( 32) - capacité ( 35). 9 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bascule ( 28) est constituée par un thyristor ( 52) dont la grille est commandée par le moyen ( 29) à tension de seuil.