Brevet FR2805029A1 — publié le 20010817

L'invention concerne le domaine des dispositifs de commande de bruleur à gaz, notamment pour appareils de cuisson domestique tels que four gaz, table de cuisson gaz ou cuisinière gaz. Le bon fonctionnement d'un brûleur à gaz implique une régulation précise du débit de gaz parvenant au brûleur. Ce débit de gaz est régulé par des moyens de réglage du débit de gaz alimentant le brûleur. Les moyens de réglage peuvent par exemple être une électrovanne modulante. Une consigne extérieure, fixée par l'utilisateur, est transmise aux moyens de réglage par les moyens de traitement d'un dispositif de commande du brûleur à Selon un art antérieur, les moyens de réglage consistent en une électrovanne modulante qui est précise et dérive très peu dans le temps. L'application directe de la consigne extérieure à ces moyens de réglage peut suffire à réguler avec précision le débit de gaz arrivant au bruleur. Un inconvénient de cet art antérieur est le coût généralement prohibitif d'une telle électrovanne. De plus, les variations de pression au niveau de l'alimentation en gaz ne peuvent pas être prises en compte. Un objectif de l'invention est d'autoriser une régulation précise du débit de gaz arrivant au brûleur, tout en pouvant n'utiliser que des moyens de réglage bon marché, par exemple une électrovanne modulante précise dont la stabilité en température et la reproductibilité sont peu satisfaisantes. plus, l'invention permet de s'adapter à des variations de pression au niveau de l'alimentation en gaz. L'invention asservit en permanence les moyens de réglage sur la consigne extérieure par l'intermédiaire de la détection d'un paramètre représentatif de la taille de la flamme. Selon l'invention, il est prévu un dispositif de commande de bruleur à gaz comportant un dispositif de détection de flamme issue du brûleur, des moyens de réglage du débit de gaz alimentant le bruleur, des moyens de traitement commandant les moyens de réglage à partir du signal de sortie du dispositif de détection et à partir d'une consigne extérieure fixée par l'utilisateur, caractérisé en ce que le signal de sortie du dispositif de détection est un paramètre représentatif de la taille de la flamme et en ce que les moyens de traitement commandent les moyens de réglage de manière à asservir en permanence le signal de sortie du dispositif de détection sur la consigne extérieure. L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints, donnés à titre d'exemples, où - la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif de commande selon l'invention ; - la figure 2 représente schématiquement un type courbe montrant la relation existant entre la taille de la flamme et un exemple de paramètre représentatif de cette taille de flamme ; la figure 3 représente schématiquement une vue de coté d'une réalisation préférentielle du dispositif de détection compris dans le dispositif de commande selon l'invention ; la figure 4 représente schématiquement une vue dessus d'une autre réalisation préférentielle du dispositif de détection compris dans le dispositif de commande selon l'invention ; la figure 5 représente schématiquement une realisation préférentielle du circuit électronique du dispositif de détection compris dans le dispositif de commande selon l'invention ; la figure 6 représente schématiquement un exemple schéma électrique équivalent à l'interaction entre la flamme et la partie sensible du dispositif détection compris dans le dispositif de commande selon l'invention. consigne extérieure fixée par l'utilisateur est appliquée par des moyens de traitement à des moyens de réglage du débit de gaz alimentant le brûleur à gaz. Un dispositif de détection mesure un paramètre représentatif de la taille de la flamme qui est issue du brûleur. La taille de la flamme elle-même représentative du débit de gaz. Les moyens de traitement comparent la valeur du paramètre représentatif de la flamme avec la consigne extérieure, en déduisent si le débit réel de gaz est supérieur, égal ou inferieur au débit théorique correspondant à la consigne extérieure, et commandent les moyens de réglage pour amener le débit réel en conformité avec la consigne extérieure. Cet asservissement moyens de réglage par les moyens de traitement pour que le débit réel de gaz alimentant le bruleur soit en conformité avec la consigne extérieure est réalisé en permanence, c'est-à-dire que dès que le débit réel gaz devient sensiblement respectivement inférieur ou supérieur à la consigne extérieure, les moyens traitement commandent aux moyens réglage respectivement d'augmenter ou de diminuer le débit de gaz alimentant le brûleur. Le dispositif de commande réalise donc un asservissement permanent de taille de la flamme issue du brûleur et donc du debit de gaz sur la consigne extérieure fixée par l'utilisateur. La taille de la flamme est représentative du débit de gaz arrivant au niveau du bruleur. Un paramètre représentatif de la taille de la flamme, de préférence l'ionisation de la flamme à une distance donnée du brûleur, est détecté par le dispositif de détection placé à ladite distance bruleur. De préférence, le dispositif de détection fournit sortie une tension représentative de l'ionisation de la flamme à une distance donnée et donc représentative de la taille de la flamme. Cette tension fournie aux moyens de traitement qui la comparent à une tension de consigne, c'est-à- dire à la tension représentant la consigne extérieure fixée par l'utilisateur. Les moyens de traitement asservissent donc en permanence, sur la tension de consigne, la tension représentative de la taille de la flamme et disponible en sortie du dispositif de détection. Les constantes de temps dans un brûleur à gaz sont nettement supérieures à celles des boucles d'asservissement électronique, ce qui permet de réaliser, sans risque de divergence, cet asservissement permanent. Un tel asservissement, d'une part reste précis quelles que soient les variations de pression de l'alimentation en gaz, et d'autre part permet l'utilisation de moyens de réglage bon marché lesquels ont une reproductibilité, une stabilité en température et une dérive dans le temps qui sont souvent peu satisfaisantes. Ainsi, le débit de gaz est régulé de manière à la fois efficace et répétitive. La figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif de commande selon l'invention. Un brûleur 1 comporte plusieurs orifices 10 par lesquels sortent des flammes 5. Le brûleur 1 est fixé par exemple à une plaque d'âtre 9. La direction des hauteurs croissantes est indiquée par l'axe H. La ligne pointillée 50 représente l'extension maximale que peut prendre la flamme 5. A une distance donnée du brûleur 1 est situé un dispositif 3 de détection. Le dispositif 3 de détection comporte ou plusieurs parties 31 sensibles à la flamme 5 ; sur la figure 1, une seule partie sensible 31 est représentée. Cette partie 31 sensible à la flamme 5 de préférence une électrode d'ionisation. Le principe de fonctionnement de l'électrode 31 d'ionisation et son interaction avec la flamme 5 seront decrits ultérieurement. A la sortie du dispositif 3 de détection, est disponible la tension Ud représentative de la taille de la flamme. Le sens des flèches indique le sens de circulation des signaux électriques véhiculant l'information. Cette tension Ud est transmise à l'une des entrées de moyens 4 de traitement. De préférence, les moyens 4 de traitement consistent en un microprocesseur. A une autre entrée des moyens 4 de traitement est fournie tension Uc de consigne qui est représentative de la consigne exterieure fixée par l'utilisateur. Par exemple, les tensions Ud et Uc sont égales lorsque taille de la flamme correspond au débit de gaz voulu par l'utilisateur. La sortie des moyens 4 de traitement est reliée à l'entrée de moyens 2 de reglage du débit de gaz arrivant au niveau du brûleur 1. Les moyens 4 de traitement commandent les moyens 2 de réglage par une tension Ua d'asservissement. La tension Ua d'asservissement est générée la comparaison effectuée par les moyens 4 de traitement entre la tension Ud représentative de la taille de la flamme et la tension Uc de consigne. moyens 2 de réglage, commandés par la tension Ua d'asservissement, reglent le débit de gaz circulant dans la conduite 11 de gaz qui alimente en gaz le brûleur 1. Les moyens 2 de réglage consistent préférentiellement en une électrovanne modulante. L'électrovanne modulante utilisée est de préférence simple et bon marché, l'asservissement du débit de gaz réalisé par le dispositif de commande selon l'invention restant sensiblement aussi précis que l'asservissement réalisé par un dispositif de commande classique utilisant une électrovanne performante mais coûteuse. De préférence, la consigne extérieure et donc la tension Uc de consigne qui la représente sont non nulles. Une tension Uc de consigne nulle consiste, pour la partie 31 sensible à la flamme 5, à détecter la présence ou l'absence de flamme 5 au niveau de la partie sensible 31. Chaque tension Uc de consigne correspond à un débit gaz particulier, et une tension Uc de consigne nulle correspond au débit minimum de gaz détectable pour une position donnée de la partie sensible La tension Ud représentative de la taille de la flamme est asservie sur la tension Uc de consigne, c' -à-dire sensiblement figée sur cette tension Uc de consigne qui est avantageusement fixe. En figeant sensiblement la taille de la flamme, le dispositif de commande selon l'invention fige également le débit sensiblement à la valeur souhaitée par l'utilisateur. . De préférence, le dispositif de détection comporte au moins deux parties 31 sensibles à la flamme 5, dont les distances respectives au brûleur 1 sont différentes de maniere à détecter différentes tailles de flamme 5. Concernant le dispositif 3 de détection, la détection de la taille de la flamme consiste en une détection à proprement parler de la présence de la flamme couplée à une évaluation de la taille de la flamme détectée. Ainsi, la partie sensible 31 la plus proche du bruleur 1 détecte la taille de la flamme 5 lorsque la flamme 5 est de petite taille comme sur la figure 1, tandis que la partie sensible la plus éloignée du bruleur détecte la taille de la flamme 5 lorsque la flamme 5 est de plus grande taille comme par exemple la taille d'extension maximale représentée avec le numéro 50 sur la figure 1. La plage d'excursion de la taille de flamme 5 détectable par un tel dispositif 3 de détection est ainsi agrandie. La plage d'excursion de la valeur du débit de gaz alimentant le brûleur 1 l'est également. Pour des appareils électroménagers de type standard, deux parties 31 sensibles à la flamme 5 suffisent pour couvrir de manière complète la plage d'excursion de la valeur du débit de gaz. Avantageusement, la partie 31 sensible la plus éloignée du brûleur 1 commence à détecter la flamme 5 lorsque la partie sensible 31 plus proche du brûleur 1 a déjà commencé a saturer. La figure 2 représente schématiquement un type de courbe montrant indirectement la relation existant entre la taille de la flamme 5 et un exemple de paramètre représentatif cette taille de flamme 5, dans le cas où le dispositif 3 de détection comporte une seule partie 31 sensible à la flamme 5. En abscisse, est représentee la distance D de la flamme 5 à la partie sensible 31, c'est-à-dire la distance D entre l'extrémité de la flamme 5 et la partie sensible 31. La distance est représentative de la taille de la flamme En ordonnée, est représentée la tension Ud disponible à la sortie du dispositif 3 de détection, la partie sensible 31 étant de preférence une électrode d'ionisation dont le principe de fonctionnement sera expliqué ultérieurement. La tension Ud est représentative de la taille de la flamme 5 sur une plage d'excursion bornée comme l'indique la courbe Entre une distance minimum Dmin et une distance maximum Dmax, la tension de sortie varie respectivement entre 0 et une valeur minimale négative -Umin. Lorsque la distance D devient inférieure à Dmin, la flamme 5 est trop éloignée de la partie sensible 31 pour être détectée par cette dernière et la tension de sortie reste nulle. Lorsque la distance D devient supérieure à Dmax, la flamme 5 recouvre complètement la partie sensible et la sature de sorte que la tension Ud de sortie est saturée à la valeur -Umin. Sur la plage d'excursion Pem ainsi définie des distances mesurables, chaque consigne extérieure correspond à une taille de flamme de consigne unique correspondant elle-même à une distance de consigne Dcons unique laquelle est détectée et traduite par une valeur unique de tension de sortie Ucons. Lorsque le dispositif 3 de détection comporte plusieurs parties sensibles 31 situées respectivement à différentes distances du brûleur 1, la plage d'excursion mesurable Pem est augmentée. Dans le cas avantageux où les parties sensibles 31 sont disposées de manière à ce que la partie 31 sensible la plus éloignée du brûleur 1 commence à détecter flamme 5 lorsque la partie sensible 31 plus proche du brûleur 1 a déjà commencé à saturer, la plage d'excursion totale est ainsi doublée et vaut deux plages d'excursion élémentaires, car la partie sensible 31 plus éloignée brûleur 1 prend le relais, c'est-à-dire commence à couvrir sa plage d'excursion élémentaire, lorsque la partie sensible 31 plus proche du brûleur commence à saturer c'est-à-dire achève de couvrir sa plage d'excursion élémentaire. La tension sortie du dispositif 3 de détection peut alors être par exemple la somme des tensions issues de chaque partie sensible 31, laquelle somme est représentative de la taille totale de la flamme 5. Avec un nombre de parties sensibles 31 strictement supérieure à deux, la plage d'excursion est encore améliorée, ce qui rend la régulation du débit de gaz plus précise et peut autoriser l'utilisation d'un brûleur plus gros émettant des flammes de plus grande taille, mais le coût augmentant avec le nombre de parties sensibles 31, l'optimum pour des appareils électroménagers type standard reste deux parties sensibles 31. préférence, pour au moins deux parties sensibles voisines 32 et 33 du dispositif 3 de détection, la partie sensible 33 plus proche brûleur 1 est située plus haut par rapport au brûleur 1 que la partie sensible 32 plus éloignée brûleur 1. La figure 3 représente schématiquement vue de côté d'une telle réalisation préférentielle du dispositif 3 de détection compris dans le dispositif de commande selon l'invention. Les seules parties du dispositif 3 détection qui sont représentées sont les parties sensibles 32 et 33. La flamme 5 est représentée avec une taille relativement petite, son extension maximale 50 étant représentée en traits pointillés. préférence, au moins deux parties sensibles voisines et 35 sont angulairement décalés par rapport au brûleur 1, la partie sensible 34 plus proche brûleur 1 étant située plus près de l'axe a de la flamme 5 que la partie sensible 35 plus éloignée du brûleur 1. La figure 4 represente schématiquement la vue de dessus d'une telle réalisation préférentielle du dispositif 3 détection compris dans le dispositif de commande selon l'invention. seules parties du dispositif 3 de détection sont représentées sont les parties sensibles 34 et 35. La flamme 5 est représentée avec une taille relativement petite, son extension maximale 50 étant représentee en traits pointillés. En plus de la ou des parties sensibles 31 qui sont de préférence des électrodes d'ionisation, le dispositif 3 de détection comporte un circuit électronique de détection transformant le courant produit par les ions de la flamme en une tension de sortie représentative de la taille de la flamme. Le circuit électronique de détection consiste de préférence en un circuit appelé circuit doubleur dont un exemple est schématiquement représenté sur la figure 5. Le circuit comporte un nceud N à partir duquel partent trois branches. L'une des branches comporte une alimentation capacitive 70 constituée d'une part d'une source 71 de tension délivrant une tension alternative pouvant être celle du secteur et d'autre part d'une capacité 72, la source 71 de tension et la capacité 72 étant branchés en série, l'une des armatures de la capacité 72 étant raccordée au noeud N. Une autre branche comporte successivement, entre le nceud N et la masse, une résistance 61 branchée série avec une électrode d'ionisation 62 ou avec un ensemble de plusieurs électrodes d'ionisation, par exemple les deux électrodes 62 et 63, avantageusement branchées en parallèle, les électrodes d'ionisation étant ou en contact avec une flamme, en fonction de leur position et de la taille de la flamme. Une autre branche comporte un filtre 80 de composante continue comportant successivement, entre noeud N et la masse, résistance 81 en série avec une capacité 82, noeud N' étant situé entre résistance 81 et la capacité 82. La sortie sur laquelle est disponible tension Ud de sortie qui est représentative la taille de la flamme reliée au noeud N'. Le filtre 80 de composante continue est un filtre passe amenant au niveau de la sortie la composante continue de la tension disponible au niveau du noeud N. Un exemple numérique préférentiel selon l'invention donne sensiblement les valeurs numériques suivantes : la source 71 tension génère une tension de 230V efficace à une fréquence de 50Hz, la capacité 72 vaut 10nF, la résistance 61 vaut 1 , la résistance 81 vaut 4,7M, la capacité 82 vaut 100nF. La source 71 de tension génère une tension alternative qui alimente le noeud N. L'électrode 62 d'ionisation en contact avec la flamme redresse le courant injecté par la source 71 de tension via la résistance 61 fournissant ainsi au niveau du nceud N une tension continue se combinant avec la tension alternative issue de la source 71 de tension. Le filtre passe- bas 80 isole cette composante de tension continue qui se retrouve à la sortie du filtre 80 : c'est la tension Ud de sortie. En cas d'absence de flamme en contact avec l'électrode 62 d'ionisation, la tension Ud est nulle, sinon elle prend une valeur négative fonction de la taille de la flamme. La figure 6 représente schématiquement un exemple de schéma électrique équivalent de l'interaction entre la flamme et la partie sensible du dispositif de détection compris dans le dispositif de commande selon l'invention, dans le cas préférentiel où la partie sensible est une électrode d'ionisation. Du dispositif 3 de détection, seule la branche comportant l'électrode d'ionisation est représentée. L'électrode 62 d'ionisation en contact avec la flamme peut être représentée par un circuit électrique comportant trois éléments en série qui sont situés entre la résistance 61 et la masse et sont respectivement une résistance variable 623, une diode Zener variable 622, et une diode simple 621. La cathode de la diode simple est reliée à la masse, tandis que l'anode de la diode simple 621 est reliée à l'anode de la diode Zener 622. La combustion de la flamme dégage des ions positifs captés l'electrode 62 d'ionisation, ces ions créant un courant électrique qui influe la tension au niveau du noeud N et donc sur la tension Ud de sortie. nombre d'ions captés est plus ou moins grand selon que la flamme est plus ou moins proche de l'électrode 62 d'ionisation, c'est-à-dire selon que la taille de la flamme est plus ou moins grande. La position relative de la flamme de l'électrode 62 d'ionisation, et par conséquent la taille de la flamme, influe sur les valeurs de la résistance variable 623 et de la diode Zener variable 622, modifiant par-là le courant qui les traverse et qui traverse également la résistance 61, modifiant donc aussi la tension au niveau du noeud N ainsi que la tension Ud de sortie. La tension Ud de sortie qui est détectée par le dispositif 3 de détection est bien représentative de la taille de la flamme issue du brûleur. REVENDICATIONS Dispositif de commande de brûleur (1) à gaz comportant un dispositif de détection de flamme (5) issue du brûleur (1), des moyens (2) de réglage du débit de gaz alimentant le brûleur (1), des moyens (4) de traitement commandant les moyens (2) de réglage à partir signal (Ud) de sortie du dispositif (3) de détection et à partir d'une consigne extérieure (Uc) fixée par l'utilisateur, caractérisé en ce que le signal (Ud) de sortie du dispositif (3) de détection est un paramètre représentatif la taille de la flamme (5) et en ce que les moyens (4) de traitement commandent les moyens (2) de réglage de manière à asservir en permanence le signal (Ud) de sortie du dispositif (3) de détection sur la consigne extérieure (Uc). Dispositif de commande de brûleur (1) à gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que la consigne extérieure (Uc) est non nulle. Dispositif de commande de brûleur (1) à selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé ce que le dispositif (3) de détection comporte au moins deux parties (31, 32, 33, 34, 35) sensibles à la flamme, les parties (31, 32, 33, 34, 35) sensibles ayant différentes distances respectives au brûleur (1) de manière à détecter différentes tailles de flamme (5). 4. Dispositif de commande de brûleur (1) à gaz selon la revendication 3, caractérisé en ce que les distances respectives au brûleur (1) sont déterminées de manière à ce que, pour au moins deux parties (31, 32, 33, 34, 35) sensibles voisines, la partie sensible plus éloignée (32, 35) du brûleur (1) commence à détecter la flamme (5) lorsque la partie sensible plus proche (33, 34) du brûleur (1) a déjà commencé à saturer. 5. Dispositif de commande de brûleur (1) à gaz selon l'une quelconque des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que, pour au moins deux parties (32, 33) sensibles voisines, la partie sensible plus proche (33) brûleur (1) est située plus haut par rapport au brûleur que la partie sensible plus éloignée (32) du brûleur (1). 6. Dispositif de commande de brûleur (1) à selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'au moins deux parties (34, 35) sensibles voisines sont angulairement décalés par rapport au bruleur (1), la partie sensible plus proche (34) du brûleur (1) étant située plus près de l'axe (a) de la flamme (5) que la partie sensible plus eloignée (35) du brûleur (1). 7. Dispositif de commande de brûleur (1) à selon l'une quelconque des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que partie (31, 32, 33, 34, 35) sensible est une électrode d'ionisation. 8. Dispositif de commande de brûleur (1) à selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (3) de détection comporte trois branches reliées par un noeud (N), une première branche comportant une alimentation (70) capacitive, une deuxième branche comportant successivement à partir du nceud (N) une resistance (61) et au moins une partie (62) sensible, une troisième branche reliant le nceud (N) à la sortie du dispositif (3) de détection et comportant un filtre (80) de composante continue. 9. Dispositif de commande de brûleur (1) à gaz selon la revendication 8, caractérisé en ce que la deuxième branche comporte en serie avec la résistance (61) un ensemble d'au moins deux parties (62, 63) sensibles disposées en parallèle. 10. Dispositif de commande de brûleur (1) à gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (2) de réglage comportent une électrovanne modulante.