Brevet FR2829566A1 — publié le 20030314

APPAREIL A GAZ AVEC BRÛLEUR EN PARTIE BASSE, EQUIPE DE MOYENS DE SECURITE, ET CHAUFFE-EAU EN FAISANT APPLICATION La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux appareils à gaz, et notamment aux chauffe-eau à gaz, comportant un brûleur à gaz disposé en partie basse dudit appareil et au voisinage d'une surface sous-jacente à cet appareil. Dans certains pays (notamment Amérique du Nord : USA et Canada), des chauffe-eau/chauffe-bain à gaz de ce type équipent non seulement des habitations individuelles, mais aussi des locaux industriels tels que des garages ou ateliers de réparation automobiles. Dans ce dernier type d'installation, il a été constaté de très nombreux accidents par inflammation des vapeurs d'essence involontairement projetée au voisinage immédiat de la base des appareils, là où se trouve le brûleur à gaz. Pour éviter de tels accidents, les appareils ont été modifiés et munis de grillages anti-déflagrants devant les entrées d'air primaire nécessaire au fonctionnement du brûleur. Toutefois cette solution n'est pas satisfaisante : compte tenu de l'environnement sale et poussiéreux dans les lieux d'implantation des appareils, les grillages, qui doivent être à mailles assez fines, s'encrassent relativement rapidement et freinent l'arrivée d'air primaire : il en résulte alors un fort accroissement du taux de CO et un risque sérieux d'asphyxie. Dans d'autres cas, les appareils ont été aménagés avec des chambres de combustion étanches alimentées en air primaire par des tuyaux verticaux dont les orifices d'entrée sont surélevés par rapport à la surface (en général le sol) sur laquelle repose l'appareil et sur laquelle l'essence liquide risque d'être déversée avec formation, au-dessus, de vapeurs d'essence stagnante. Là encore, cette solution n'est pas satisfaisante car elle impose une modification de la structure de base des appareils. L'invention a pour but de proposer une solution perfectionnée particulièrement efficace sur le plan de la sécurité, qui s'accommode d'un environnement sale, qui ne nécessite aucune modification de la structure de base des appareils et qui, de ce fait, peut s'appliquer non seulement aux appareils neufs, mais aussi aux appareils déjà existants par une modification simple, et qui finalement n'entraîne pas un surcoût trop élevé. A ces fins, un appareil à gaz tel que mentionné au préambule, se caractérise, étant agencé conformément à l'invention, en ce qu'il comporte en outre : - une veilleuse de contrôle d'atmosphère raccordée à l'alimentation en gaz du brûleur et comportant un orifice d'entrée d'air primaire auquel est raccordé un tube dont l'orifice libre est situé en dessous du niveau du brûleur à gaz, et - des moyens de détection de la température de la flamme de ladite veilleuse qui sont fonctionnellement couplés à des moyens de coupure de l'alimentation en gaz du brûleur principal. Grâce à un tel agencement, l'alimentation en gaz du brûleur principal est interrompue lorsque les moyens de détection de température détectent un refroidissement de la flamme de la veilleuse qui est causé par un enrichissement en gaz du mélange (présence de vapeurs dans l'air primaire ou obstruction de l'arrivée d'air par une phase liquide, notamment essence liquide). De façon préférée, l'orifice libre dudit tube est situé à proximité immédiate de la surface de support de l'appareil, c'est-à-dire qu'il est situé aussi près que possible de cette surface afin d'être assuré que le dispositif de sécurité agira dès que les vapeurs et/ou un liquide (essence) apparaîtront sur la surface sous-jacente, tout en laissant toutefois un passage suffisant pour que l'aspiration d'air primaire puisse se faire en quantité suffisante et que la veilleuse puisse fonctionner normalement en l'absence d'essence. En particulier, dans un mode d'installation habituel, l'appareil repose sur le sol et l'extrémité libre du tube est alors située à proximité immédiate du sol. Dans un exemple de réalisation simple, les moyens de détection de la température de la flamme comprennent au moins un thermocouple qui est disposé dans l'axe et en aval de la veilleuse et dont la tension de sortie pilote les moyens de coupure de l'alimentation en gaz du brûleur principal. Dans un mode de réalisation efficace permettant de s'affranchir de l'influence de la température ambiante, les moyens de détection de la température de la flamme comprennent deux thermocouples, le second des thermocouples étant décalé latéralement par rapport à l'axe de la veilleuse, et sont propres à engendrer une tension de sortie non nulle en présence d'une flamme résultant d'un fonctionnement correct de la veilleuse et une tension de sortie sensiblement nulle en l'absence de flamme ou en présence d'une flamme anormale due à un enrichissement en gaz du mélange, et en ce que les moyens de coupure de l'alimentation en gaz sont du type à ouverture en présence d'une tension électrique de commande non nulle et à fermeture en présence d'une tension électrique de commande nulle. Comme cela ressort clairement des explications qui précèdent, les dispositions de l'invention trouvent une application particulièrement intéressante, bien que non exclusive, dans des chauffe-eau à gaz. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation préféré de l'invention donné uniquement à titre d'exemple non limitatif. Dans cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un appareil à gaz aménagé conformément à l'invention ; - les figures 2A à 2C sont des schémas illustrant les moyens de sécurité incorporés selon l'invention dans l'appareil de la figure 1 et montrés dans respectivement trois configurations fonctionnelles différentes ; - les figures 3A à 3C sont des schémas illustrant un autre mode de réalisation avantageux des moyens de sécurité incorporés dans l'appareil de la figure 1 et montrés dans, respectivement, trois configurations fonctionnelles différentes ; et - la figure 4 est un schéma illustrant une variante de réalisation très simple et très économique constituant une alternative au montage de la figure 3A. En se référant tout d'abord à la figure 1, un appareil à gaz du type visé par l'invention est représenté sous la forme d'un chauffe-eau à gaz 1, puisqu'il s'agit là d'une application préférée, bien que non exclusive, des dispositions de l'invention. Le chauffe-eau 1 comprend, très succinctement, une enveloppe externe ou caisse 2 formant habillage et renfermant une cuve à eau 3 à la base de laquelle est situé au moins un brûleur à gaz 4. Au-dessus du brûleur 4 s'étend une cheminée 5 d'évacuation des gaz de combustion, qui traverse verticalement la cuve à eau 3 et s'ouvre à l'atmosphère en haut de la caisse 2. La caisse 2 est montée ou supportée de façon telle que son fond se trouve au voisinage d'une surface sousjacente 6. Par exemple, en pratique, la caisse 2 repose sur une surface de support tel que le sol 6 à l'aide d'un piétement 7 de relativement faible hauteur de sorte que le brûleur à gaz 4 se trouve relativement proche de cette surface de support. Le fond 8 de la caisse 2 est ouvert, ou présente des ouvertures pour le libre passage de l'air ambiant en direction du brûleur 4 (air primaire). On comprend dès lors que, si un liquide facilement évaporable et facilement inflammable tel que l'essence est projeté sur le sol 6 au voisinage immédiat de l'appareil 1 ou sous celui-ci, toutes les conditions sont réunies pour que des vapeurs d'essence, voire des gouttes d'essence liquide soient entraînées avec l'air primaire jusqu'au brûleur et modifient dangereusement les conditions de fonctionnement de celui-ci. Conformément à l'invention, on prévoit, sans modifier la structure de base qui vient d'être décrite, d'adjoindre dans l'appareil 1 un dispositif de sécurité comprenant une veilleuse de contrôle d'atmosphère 9, raccordée à l'alimentation en gaz du brûleur 4, qui comporte un orifice d'entrée d'air primaire auquel est raccordé un tube 10 de prise d'air dont l'extrémité libre 11 est située en dessous du niveau du brûleur à gaz 4. En outre, on adjoint à la veilleuse 9 des moyens 12 de détection de la température de la flamme 15 de la veilleuse 9, ces moyens 12 étant fonctionnellement couplés 13 à des moyens de coupure 14 (robinet motorisé par exemple) de l'alimentation en gaz du brûleur principal 4. De façon simple et efficace, les moyens 12 de détection de la température de flamme de la veilleuse 12 sont constitués par un thermocouple dont le seuil est réglé en relation avec la température de la flamme 13 de la veilleuse en fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsque la veilleuse est alimentée en air primaire pur. Pour que le fonctionnement du dispositif de sécurité soit efficace, il est souhaitable qu'il interrompe le fonctionnement du brûleur 4 dès l'apparition des premières vapeurs d'essence ou des premières traces d'essence liquide. Pour cela, il est préférable que l'orifice 11 du tube de prise d'air 10 soit situé aussi près que possible de la surface de support 6, en veillant toutefois à ce qu'il subsiste un passage libre suffisant pour que, en fonctionnement normal, l'air puisse facilement pénétrer dans le tube en quantité satisfaisante, pour que le brûleur 4 soit normalement alimenté en air primaire et fonctionne correctement. Le dispositif de sécurité mis en oeuvre selon l'invention fonctionne de la façon suivante. En fonctionnement normal (figure 2A), l'air pur est aspiré par l'orifice 11 du tube 10 et la veilleuse 9 délivre une flamme 15 dirigée axialement et ayant une température prédéterminée qui est détectée par le thermocouple 12. Celui-ci, compte tenu de son réglage de seuil, délivre un signal qui, par la ligne 13, commande le maintien à l'ouverture des moyens de coupure 14 d'alimentation en gaz du brûleur principal 4. En cas d'apparition de vapeurs d'essence 16 (figure 2B, sur laquelle les vapeurs d'essence sont schématisées par des points), ces vapeurs 16 sont entraînées avec l'air par l'orifice 11 du tube 10. La présence des vapeurs d'essence dans la veilleuse 9 entraîne une modification des rapports d'air et de gaz avec un affaiblissement notable du volume d'air. Il en résulte un refroidissement important de la température de la flamme 15'de la veilleuse. Ce refroidissement de la flamme est immédiatement détecté par le thermocouple 12 qui émet alors un signal commandant alors la fermeture des moyens de coupure 14 d'alimentation en gaz du brûleur principal 4. En présence d'essence liquide 17 (fig. 2C, sur laquelle l'essence liquide est schématisée par des tirets), ce liquide obstrue l'orifice 11 du tube 10 et l'air ne parvient plus à la veilleuse 9. Privée d'oxygène, la flamme 15''de la veilleuse se déforme et ne chauffe plus le thermocouple 12. Immédiatement, celui-ci émet un signal commandant la fermeture des moyens de coupure 14 d'alimentation en gaz du brûleur principal 4. De façon intéressante, les moyens de coupure 14 d'alimentation en gaz peuvent être constitués sous forme d'un robinet ou vanne multifonctionnelle à commande électromagnétique qui est sensible à la force électromotrice générée par le thermocouple 12. Le mode de réalisation à un seul thermocouple 12 illustré aux figures 2A à 2C présente une très grande sensibilité aux variations de température ambiante. Un tel agencement, qui présente l'avantage de la simplicité, peut donner entière satisfaction dans une ambiance à température stable. Par contre, dans une ambiance à température variable, il est préférable d'avoir recours à l'agencement illustré aux figures 3A et 3C qui s'avère alors plus avantageux car, fonctionnant de façon différentielle, il s'affranchit des dérives thermiques. Dans cet agencement perfectionné, on conserve le thermocouple 12A qui est disposé dans l'axe de la veilleuse et dont la sortie électrique est raccordée en 13 à l'entrée positive (ou entrée non inverseuse) d'un dispositif comparateur électronique 18. On adjoint un second thermocouple 12B (qui peut avantageusement être muni d'un manchon protecteur en céramique 19 pour amortir les convections de chaleur rendues possibles par exemple par un mouvement de la flamme 15 de la veilleuse sous l'effet d'un courant d'air) qui est disposé de façon plus éloignée et décalée par rapport à l'axe de la veilleuse. La sortie électrique du thermocouple 12B est raccordée en 20 à l'entrée négative (ou entrée inverseuse) du dispositif comparateur 18. Enfin, la sortie du dispositif comparateur 18 est raccordée en 21 à la commande des moyens de coupure d'alimentation en gaz 14, avantageusement constitués sous forme d'un robinet à commande électromagnétique, qui sont insérés dans le conduit 22 d'alimentation en gaz du brûleur à gaz 4. De façon préférée, par mesure de sécurité le robinet 14 est à commande d'ouverture positive, c'est-à-dire qu'il est en position d'ouverture lorsqu'une tension non nulle est appliquée sur son entrée de commande et qu'il est rappelé automatiquement en position de fermeture dans les autres cas (tension de commande nulle ; absence de tension de commande). Le fonctionnement de ce mode de réalisation est le suivant. En fonctionnement normal (figure 3A), l'air primaire est correctement aspiré vers la veilleuse 9 à travers le tube 10 et la flamme 15, ayant une température normale, baigne la partie sensible du thermocouple 12A ; celui-ci délivre alors une tension positive VA (par exemple typiquement 9 mV) appliquée à l'entrée positive du dispositif comparateur 18. De son côté, le thermocouple 12B n'est pas touché par la flamme et il délivre une tension VB qui est sensiblement nulle à destination de l'entrée inverseuse du dispositif comparateur 18. Dans ces conditions, le dispositif comparateur 18 délivre une tension de sortie Vs qui est sensiblement égale à la tension d'entrée VA présente sur sa borne positive, tension de sortie qui est appliquée à la borne d'entrée de commande du robinet 14 et qui maintient celui-ci en position d'ouverture. Le gaz circule donc (flèche 23) en direction du brûleur 4. Si des vapeurs d'essence 16 sont présentes à l'orifice 16 du tube 10 et sont aspirées dans celui-ci (figure 3B), il en résulte un refroidissement de la flamme qui s'allonge et se ramollit : désormais, non seulement la flamme 15'baigne le thermocouple 12A, mais elle baigne aussi le thermocouple 12B. Dans ces conditions, les deux thermocouples délivrent des tensions VA et VB respectives sensiblement identiques (par exemple typiquement de 0,9 mV) qui sont appliquées aux entrées respectivement non inverseuse et inverseuse du dispositif comparateur 18. Il en résulte que la tension de sortie Vs du dispositif comparateur 18 est sensiblement nulle. La commande du robinet 14 n'étant plus excitée, le robinet se ferme et interrompt l'alimentation en gaz du brûleur 4. Dans le cas de la présence d'un liquide (notamment d'essence liquide) obstruant le tube 10 (figure 3C), la flamme privée d'air se raccourcit et est déviée (15"), de sorte qu'elle ne baigne alors aucun des deux thermocouples 12A, 12B. Ceux-ci délivrent des tensions de sortie VA et VB qui sont nulles ; le dispositif comparateur 18 délivre donc lui-aussi une tension de sortie qui est nulle. La commande du robinet 14 n'étant pas excitée, le robinet se ferme et interrompt l'alimentation en gaz du brûleur 4. En présence d'une variation de la température ambiante entraînant une dérive (supposée sensiblement identique) des tensions de sortie des deux thermocouples 12A, 12B, la fonction différentielle introduite par le dispositif comparateur élimine les termes de dérive et le signal de sortie Vs est insensible à cette influence thermique. On peut constituer une commande identique à ce qui vient d'être décrit en regard des figures 3A à 3D en mettant en oeuvre des moyens agencés de façon beaucoup plus simple comme illustré à la figure 4. Ce montage simple fait appel aux mêmes thermocouples 12A et 12B que précédemment, mais ceux-ci sont connectés l'un à l'autre en série et en opposition de façon que leurs signaux respectifs se soustraient. Ainsi les deux bornes négatives respectives des deux thermocouples sont réunies l'une à l'autre (ligne 22), tandis que les bornes positives du thermocouple principal 12A et du thermocouple 12B, respectivement, sont raccordées (24,25) à la commande électromagnétique du robinet 14. Les combinaisons des signaux des thermocouples 12A, 12B, et donc les conditions d'ouverture/fermeture du robinet 14 sont les mêmes que celles indiquées plus haut en regard des figures 3A à 3C. REVENDICATIONS 1. Appareil à gaz (1), comportant un brûleur à gaz (4) disposé en partie basse dudit appareil et au voisinage d'une surface (6) sous-jacente à cet appareil, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - une veilleuse de contrôle d'atmosphère (12) raccordée à l'alimentation en gaz du brûleur et comportant un orifice d'entrée d'air primaire auquel est raccordé un tube (10) dont l'orifice libre (11) est situé en dessous du niveau du brûleur à gaz (4), et - des moyens (12) de détection de la température de la flamme (15) de ladite veilleuse qui sont fonctionnellement couplés à des moyens (14) de coupure de l'alimentation en gaz du brûleur principal (4), ce grâce à quoi l'alimentation en gaz du brûleur principal est interrompue lorsque les moyens de détection de température détectent un refroidissement de la flamme de la veilleuse qui est causé par un enrichissement en gaz du mélange (présence de vapeurs dans l'air primaire ou obstruction de l'arrivée d'air par une phase liquide). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice libre (11) dudit tube d'aspiration d'air (10) est situé à proximité immédiate de la surface (6) sousjacente à l'appareil. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il repose sur le sol (6) et en ce que l'orifice libre (11) du tube d'aspiration d'air (10) est situé à proximité immédiate du sol (6). 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de détection de la température de la flamme comprennent au moins un thermocouple (12) qui est disposé dans l'axe et en aval de la veilleuse et dont la tension de sortie pilote les moyens de coupure de l'alimentation en gaz du brûleur principal (4). 5. Appareil à gaz selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de détection de la température de la flamme comprennent deux thermocouples (12A, 12B), le second des thermocouples (12B) étant décalé latéralement par rapport à l'axe de la veilleuse, et sont propres à engendrer une tension de sortie (Vs) non nulle en présence d'une flamme (15) résultant d'un fonctionnement correct de la veilleuse et une tension de sortie (Vs) sensiblement nulle en l'absence de flamme ou en présence d'une flamme anormale (15', 15") due à un enrichissement en gaz du mélange, et en ce que les moyens de coupure de l'alimentation en gaz (14) sont du type à ouverture en présence d'une tension électrique de commande non nulle et à fermeture en présence d'une tension électrique de commande nulle. 6. Chauffe-eau à gaz, caractérisé en ce qu'il est agencé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.