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La présente invention est relative à des systèmes de commande de sûreté pour brûleurs et concerne plus particulièrement des moyens ther- mostatiques destinés à contrôler l'arrivée d'un combustible gazeux vers des; chauffe-eau et appareils analogues.
Il est connu de munir les appareils de ce type de soupape de sûreté à commande électrique, excitées par le courant-engendré par un dis- positif thermoélectrique exposé à la flamme d'un brûleur de veilleuse. De telles soupapes de sûreté peuvent être actionnées en vue de l'arrêt du pas- sage du comoustible vers le brûleur principal de l'appareil, dans le cas où le brûleur de veilleuse viendrait à s'éteindre.
Il est en outre connu de prévoir divers moyens pour rendre le dispositif therélectrique inca- pable de maintenir la soupape de sûreté ouverte, pendant le fonctionnement normal du brûleur, dans le cas où une situation dangereuse se présente , comme par exemple une température ou une pression excessive de l'eau chauf- fée par les brûleurs en question,
La présente invention a pour objet d'incorporer, dans les systè- mes de commande du type décrit ci-dessus, un dispositif thermosensible de sûreté influencé par une température anormalement élevée de l'appareil, c'est-à-dire , une température située légèrement au-dessus de la limite supérieure de la gamme de fonctionnement normale, de manière à arrêter l'écoulement du combustible vers le.brûleur'de veilleuse ,
produisant ain- si l'arrêt de l'appareil avant qu'une température dangereusement élevée ne soit atteinte. Par conséquent, le dispositif de commande de sûreté de la veilleuse, utilisé à ce jour dans l'appareil en question, est ainsi incorporé à un dispositif d'arrêt de Sûreté réagissant aux hautes températures. '
Un autre objet de l'invention consiste à faire en sorte que l'arrêt du combustible s'opère à l'intervention de la soupape thêrmoélectrique de sûreté, mais indépendamment du courant engendré par le thermocouple.
Un autre objet de l'invention consiste à assurer le réglage de la température à laquelle un dispositif à détente brusque agit de manière à assurer la fermeture d'une soupape de commande de la veilleuse.
Un autre objet de l'invention consiste à solliciter un soufflet à détente brusque vers sa position allongée, de manière à établir un dispositif infaillible et à permettre le réglage de l'effort de sollicitation en vue de mettre au point la température pour laquelle le soufflet actionne une soupape.
Un autre objet de l'invention consiste en ce qu'elle impose un réenclenchement manuel du dispositif de commande après qu'une situation dq température normale a amené ce dispositif à interrompre l'arrivée du, combustible vers le brûleur de veilleuse, ceci afin d'attirer l'attention du préposé à l'apparition de cette Situation anormale.
Dans un mode d'exécution préféré) de l'invention , un élément obturateur, destiné à régler l'arrivée du combustible vers la veilleuse , est disposé entre une tige de réenclencement à commande'manuelle, d'une part et un dispositif thermo-sensible à détente brusque, d'autre part. Lors de l'apparition d'un état de température déterminé, le dispositif à détente brusque déplace l'élément obturateur vers sa position de fermeture ,des moyens étant prévus pour'empêcher le déplacement ultérieur de cet élément obturateur vers sa position d'ouverture tant que le dispositif de réenclenchement manuel n'a pas été actionné.
D'autres objectifs et avantages de l'invention ressortiront au cours de la description qui suit et où l'on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels :
La Fig. 1 est une vue schématique montrant un chauffe-eau dans lequel est incorporé le système de commande de sûreté selon la présente invention-.
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La Fig. 2 est une vue en coupe d'un mécanisme de soupape pour contrôler le passage du combustible vers la veilleuse dans le système représenté dans la Fig. 1, ce mécanisme étant établi conformément à la présente invention.
La Fig.3 est une vue en coupe correspondant à la Figa2, mais montrant les différents organes du dispositif dans des positions de tra- vail différentes, et
La Fig. 4 est une vue en coupe d'un mode de réalisation de variante d'un mécanisme de soupape pour contrôler l'arrivée du combustible à la veilleuse dans le système montré dans la Fig. 1, ce mécanisme représentant une autre réalisation de la présente invention.
En considérant plus particulièrement la Fig.1 des dessins annexés, on voit que le système de commande de sûreté selon la présente invention est représenté dans son application à un chauffe-eau comprenant un réservoir accumulateur 10 contenant de l'eau et chauffé à sa base par un brûleur principal 12 dont l'allumage est assuré par un brûleur de veilleuse 14. On voit qu'une conduite d'arrivée de gaz 16 est reliée au brûleur 12 par l'entremise d'une soupape de sûreté 18 commandée par la veilleuse.
Le dispositif 18 peut être constitué par un quelconque des nombreuse dispositifs connus dans ce domaine et qui fonctionnent, sous l'effet de la présence d'une flamme au brûleur de veilleuse , de façon à permettre normalement une arrivée de combustible du tube 16 vers le brûleur 12, mais qui interviennent de façon à empêcher cette arrivée de combustible dans le cas où la flamme de la veilleuse viendrait à s'éteindre.
Bien que le système d'arrêt par défaut de flamme 18 puisse être du type comportant des dispositifs explorateurs de flamme bimétalliques ou à fluide dilatable, on a représenté ici un dispositif du type thermo- électrique comprenant un électro 20 relié à un thermocouple 22 et appelé à être excité par ce dernier, lorsque celui-ci est chauffé par une flamme de veilleuse. Aussi longtemps que le thermocouple 22 est chauffé et que l'électro 20 est excité ,le passage du combustible par le dispositif 18 demeure ouvert. Toutefois, lorsque- la flamme de veilleuse fait défaut, et que le thermocouple 22 se refroidit, l'électro 20 est désexcité et le passage du combustible par le dispositif 18 est interrompu, empêchant ainsi l'arrivée du combustible vers le brûleur principal.
Les soupapes de sûreté du type thermoélectrique telles que montrées schématiquement ici, sont représentées et décrites dans le brevet américain n 20603.509 de Eskin, etc., délivré le 15 juillet 1952.
Le combustible est amené au brûleur de veilleuse 14 à travers un tube 98 qui communique avec la conduite d'arrivée 16,l'écoulement du combustible dans le tube 98 étant contrôlé par un mécanisme de soupape thermosensible désigné généralement par le chiffre de référence 24 et comprenantune ampoule thermosensible 26 disposée au voisinage du réservoir 10 d'une manière permettant un échange thermique.
Comme montré plus particulièrement dans les Figs. 2 et 3 des dessins annexés, le mécanisme de soupape 24 selon la présente invention com- prend un bottier formé de deux parties, à savoir : un corps de boîtier proprement dit 28, ouvert à une extrémité , et un élément de recouvrement 30, qui ferme l'extrémité ouverte du corps du boîtier 28. Ces organes sont convenablement boulonnés ou fixés d'un, autre manière l'un à l'autre et sont prémunis contre toute fuite de combustible gazeux par les joints ainsi formés.
Le corps de boîtier 28 est prévu pour être intercalé dans le tube 98 grâce à la prévision d'un raccord d'entrée 32 à une extrémité de ce corps et d'un raccord de sortie 34 à l'extrémité opposée de celui-ci, le tube 98 étant vissé dans chacun de ces raccords. Entre le raccord d'entrée 32 et'le
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raccord,de sortie 34 est interposé un siège de soupape 36, un élément ob- turateur 38 étant appelé à coopérer avec ce siège de manière à contrôler le passage du combustible entre le raccord d'entrée 32 et le raccord de sortie 34. L'élément obturateur 38 peut se déplacer dans les deux sens, de manière à se rapprocher et s'éloigner du siège 36, cet élément étant supporté par une tige 40 montée à coulissement dans le corps de boîtier
28.
L'élément obturateur 38 est sollicité vers le siège 36 par un ressort à boudin 42 agissant entre le corps de soupape 28 et l'élément obturateur
38. La tige de soupape 40 présente une section non circu- laire et est disposée à coulissement dans un alésage circulaire 44 formé dans une paroi du corps de boîtier 28, de manière à délimiter un orifice ae soupape fermé par le siège de soupape 36 et en communication avec le raccord d'entrée 32. L'extrémité de la tige de soupape 40, opposée à l'élément obturateur 38, émerge de l'alésage 44 et pénètre dans un évide- ment 46 s'ouvrant vers l'extérieur et formé dans le corps de bottier 28.
Afin d'empêcher toute fuite du corps de boîtier 28 à travers l'a- lésage 44, on prévoit une membrane flexible 48 qui recouvre le fond de l'évidement 46 et est maintenue à joint étanche avec le corps de boîtier
28 à l'aide d'une rondelle d'arrêt élastique appropriée 50. La face intérieure de la membrane 48 est en contact avec la tige de soupape 40, tan- dis que sa face extérieure peut être attaquée par une butée 52 formée sur un plongeur ou bouton-poussoir 54, monté à coulissement dans l'évidement 46.
Lorsque le boutor-poussoir 54 occupe la position inactve . comme montré dans la Fig.2, une partie de ce bouton émerge à l'extérieur de l'évidement 46, de manière à être accessible à l'usager. Lorsque le boutonpoussoir 54 est déplacé vers le fond de l'évidement 46, il est mis en contact avec la membrans 48, de manière à établir une liaison.de commande,avec la tige de soupape 40, tout déplacement ultérieur du bouton-poussoir vers la position représentée dans la Fig. 3 ayant pour effet de déplacer la tige de soupape 40 vers la droite, en considérant le dessin, ce qui a pour résultat un déplacement de l'élément obturateur 38 à l'encontre de la sollicitation du ressort 42, cependant que cet élément s'écarte du siège de soupape 36.
Des moyens de verrouillage à déclic sont prévus en vue de maintenir le bouton-poussoir 54 dans la position enfoncée ou active, comme montré dans la Fig. 3. Ces moyens se présentent sous la forme d'une paire de billes 56 montées librement dans un forage transversal 58 formé dans le bouton-poussoir 54. Un ressort à boudin 60, disposé à l'intérieur du forage 58, agit entre les billes 56, de manière à les solliciter radialement vers l'extérieur du bouton-poussoir 54.
Deux cavités opposées 62 sont formées dans la paroi de l'évidement 46 en vue de recevoir les billes 56 lorsque le bouton-poussoir 54 est dans la position enfoncée, l'engagement des billes 56 dans les cavités ou crans 62 ayant pour effet de maintenir le bouton-poussoir 54 dans la position enfoncée et de retenir l'élément obturateur 38 dans sa position ouverte, comme montré dans la Fig.3.
Deux autres cavités diamétralement opposées 64 sont formées dans la paroi de l'évidement 46, en vue de recevoir les billes 56 lorsque le bouton-poussoir 54 occupe la position active, comme montré dans la Fig.2. Le fond de chaque cavité 64 se dirige de préférence en pente douce vers le fond d'une cavité 46, de façon à constituer des surfaces de guidage qui coopèrent avec les billes 56 en vue de conduire le bouton-poussoir 54 vers l'extérieur chaque fois que les billes 56 ont été mises en contact avec les surfaces précitées.
L'action de guidage des cavités 64 et des billes 56 sert ainsi à emplifier le mouvement du bouton-poussoir 54, avec le résultat que ce dernier se déplace d'une distance supérieure à la course effectuée par l'élément obturateur 38 lors de la fermeture, de sorte que le bouton-poussoir émerge d'une distance appréciable à l'extérieur de l'évidement 46 dans la position inactive représentée dans la Fig.2.
La position avancée du
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bouton-poussoir 54 au-delà de la face d'extrémité extérieure du corps de boîtier 28 sert ainsi à fournir une indication visuelle de l'état de fermeture de l'élément obturateur 38, de sorte que l'usager est avisé de ce que l'extinction- de la flamme de la veilleuse est due à des condi- tions de temperature anormales
A l'intérieur de l'élément de fermeture 30 en forme de cuvette est placé un dispositif thermosensible à détente brusque, désigné géné- ralement par le chiffre de référence 66.
Ces dispositifs comportent un premier élément 68 en forme de cuvette relativement rigide muni d'ur rac= cord axial 70 fixé à cet élément et visai dans un orifice central 72 formé dans l'élément de recouvrement 300 Un écrou de blocage 74@ vissé sur le raccord 70 est destiné à serrer ce dernier par rapport à l'élément de re= couvrement 30 un deuxième élément 7'-' en forme de cuvette est emboîté dans l'é- lément en forme de cuvette 6@,
la partie périphérique de l'élément 64 étant fixée à l'élément 68 par soudage ou analogueLes éléments en forme de cu- vette 68 et 76 déterminent une chambre fermée expansible 77 qui communique avec l'ampoule thermosensible 26 à travers un tuhe capillaire 78 et un pas- sage 80 à direction axiale, formé dans le raccord 70 et l'élément en forme de cuvette 68. Le système comprenant la chambre 77, le tube capillaire 78 et l'ampoule 26 est rempli d'un fluide thermique approprié, qui augmente la pression dans la chambre 77 à la suite d'une élévation de la températu- re dans l'ampoule 26, de manière à provoquer l'expansion de la chambre 77, comme il est connu en soi dans la technique.
L'élément 76 en forme ae cuvette est établi en une matière fle- xible , le fond de cet élément étant normalement quelque peu conique et étant muni d'ondulations radiales venues d'estampage. Grâce à cette cons= truction, une élévation de la pression dans la chambre 77 a d'abord pour effet d'éloigner la paroi d'extrémité de l'élément en forme de cuvette 76 d'avec l'élément 68,la dite paroi d'extrémité occupent d'abord une position généralement plane et passant ensuite à la forme d'un cône dont le sommet pointe dans une direction opposée à celle dans laquelle'il était dirigé dans la forme originaleo Ainsi, la paroi flexible de l'élément 76 est d'a- bord légèrement comprimée dans le bons radial et est ensuite mise sous tension,
afin de produire un mouvement par détente brusque.
Les membranes à détente brusque telles que la paroi extrême de l'élément en forme de cuvette 76, exigent un effort déterminé pour lancer la membrane au-delà du point mort, cet effort étant fonction d'un certain nombre de facteurs physiques, tels que le diamètre, l'épaisseur et la pro- fondeur du disque. L'effort nécessaire pour amener l'élément 76 de la posi- tion montrée dans la Figo 3, à celle représentée dans la Figa 2 peut être fourni par la pression qui règne dans la chambre 76 par suite d'une explo- ration, par l'ampoule 26 ,d'une température déterminée d'avanceo
Afin d'abaisser la température à laquelle l'élément 6 passe brus- quement au-delà du point mort, on prévoit des moyens pour solliciter ce der- nier élément dans le sens de l'expansion de la chambre 77.
Ces moyens con- sistent en un ressort lame 82 dont la partie extérieure porte sur les bor- nes des élémentr 68,76 @ forme de cuvette, tandis que la partie centrale de ce ressort est @ ce manière à recevoir une tige 84 fixée, par sou- dage ou analogue, au centre de la paroi inférieure de l'élément 76 en òr- me de cuvette. Un écrou 86, vissé sur la tige 84, constitue une butée ré- glable, sur laquelle prend appui le ressort plat 82. Ce dernier ressort sert à attirer vers lui la paroi de fond de l'élément en forme de cuvette 76, comme montré dans les Figs 2 et 3, et exerce donc sur l'élément 76 un effort qui s'ajoute à celui dû à la pression régnant dans la chambre 77.
Il va de soi qu'en déplaçant l'écrou 86 axialement sur la tige 84, on peut modifier la tension du ressort plat 82, en vue de régler la pression qui doit être développée dans la chambre 77 afin d'amener la paroi de fond
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de l'élément 76 à passer par déclic au-delà du point mort, de sorte que l'écrou 86 peut servir effectivement pour la mise au point de la tempéra- ture explorée par l'ampoule 26, à laquelle l'élément 76 passera au-delà du point mort.
La chambre 77, le tube capillaire 78 et l'ampoule 26 sont de pré- férence remplis à une pression inférieure à la pression atmosphérique de sorte qu'en cas de fuite dans le système, la pression dans cette chambre s'élève jusqu'à la valeur de la pression atmosphérique et fait en sorte que la paroi de fond de l'élément 76 passe au-delà du point mort par dé- tente brusque. Ainsi une défaillance du dispositif thermosensible 66 pro- duit une action identique à celle qui serait produite par un état de tem- pérature anormale, de sorte que le dispositif est à l'abri de défaillance.
Le mécanisme décrit ci-dessus fonctionne comme suit : Lorsque les divers organes du mécanisme de soupape 24 occupent les positions mon- trée dans la Fig.2, l'élément obturateur 38 étant appliqué sur le siège de soupape 36, le combustible ne peut pas arriver au brûleur de veilleuse
14.
Avant que le système ne puisse être rendu opérant, l'eau dans le ré- servoir 10 doit se refroidir suffisamment pour provoquer le refroidissement de l'ampoule 26 et la contradiction de la chambre 77.Le bouton-poussoir 54 peut alors être enfoncé de manière à déplacer la tige de soupape 40 et l'élément obturateur 38 vers la droite en considérant les Figs 2 et 3, à l'en- contre de la tension du ressort 42. Lorsque le bouton-poussoir 54 est enfoncé d'une distance suffisante, les billes 54 s'engagent dans les cavités ou crans 62, de manière à verrouiller le bouton-poussoir 54 dans sa position intérieure extrême, dans laquelle il demeure en contact avec la membrane 48 et en prise de commande avec la tige de soupape 40, de manière à maintenir la soupape 38 dans la position ouverte.
Les divers organes du mécanisme de soupape occupent alors la position représentée dans la Fig.3.
Le combustible peut désormais arriver au brûleur de veilleuse 14 et être allumé de façon à fournir une flamme qui chauffera le thermocouple 22, déterminant ainsi l'excitation de la bobine 20 de l'électro.
La soupape de sûreté 18 pourra alors s'ouvrir de manière à permettre l'arrivée du combustible au brûleur principal 12, et sera maintenue, par la bobine excitée 20 de l'électro, dans une position permettant le passage du combustible.
Dans le cas où l'eau contenue dans le réservoir 10 atteint une température anormalement élevée, à laquelle le dispositif thermosensible à détente brusque 66 est appelé à être actionné conformément à sa mise au point , le fluide thermique contenu dans l'ampoule"26 crée dans la chambre 77 une pression adéquate pour développer une force qui, conjointement avec la tension du ressort plat 82,.suffit pour repousser la paroi de fond de l'organe en forme de cuvette 76 par détente brusque au-delà du point mort.
Ce mouvement de la paroi de fend de l'élément 76 a pour effet de déplacer l'élément obturateur 38, la tige de soupape 40 et le bouton-poussoir 54 vers la gauche, en considérant les Figs 2 et 3, en causant le dégagement des billes 5, 6 des cavités 62 et leur engagement dans les cavités 64. Le bouton-poussoir 54 est ensuite sollicité par une action de rampe vers sa position extérieure extrême, comme montré dans la Fig.2, tandis que l'élément obturateur 38 pourra se déplacer jusqu'à ce qu'il enre en contact avec le siège de soupape 36 sous la tension du ressort 42.
L'arrivée de l'élément obturateur 38 dans sa position de fermeture a pour effet d'interrompre l'écoulement du combustible vers les brûleurs de veilleuse 14 et l'extinction de la flamme de celui-ci, de sorte que le thermocouple 22 se refroidit et produit la désexcitation de la bobine 20 de l'électro. La soupape de sûreté 18 se ferme ensuite de maniére à interrompre l'écoulement du combustible vers le brûleur principal 12.
L'élément obturateur 38 est maintenu en contact avec le siège 36 par le ressort 42 et demeure dans cette position de fermeture jusqu'à ce qu'il soit
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ramené à la position de marche par un actionnement manuel du bouton-poussoir
54, indépendamment du refroidissement de l'eau contenue dans le réservoir
10 et de la contraction de la chambre 77. Il convient de noter quela remise en fonctionnement du système étant subordonnée à une manoeuvre du mécanisme de soupape par l'usager, l'attention de ce dernier est attirée sur le fait qu'un état de température anormal a existé préalablement à l'interruption du courant de combustible.
De plus, le déplacement du plongeur 54 jusqu'à la position extérieure extrme, représentée dans la Figo2, à la suite de l'intervention du mécanisme de soupape 24, fournit une indication visuelle de l'existence d'un état de température anormal dans l'appareil.
Le mode d'exécution de l'invention représenté dans la Figo4 où les organes déjà décrits ci-dessus sont désignés par les mêmes chiffres de référence, suivis du suffixe "a", est semblable à celui représenté dans les Figs.2 et 3 mais diffère de ce derniei par le fait que le bouton-pous- soir 54a, la tige de soupape 40a et la tige 44a sont fixés les uns aux au- tres, de manière à se déplacer comme un ensemole unique, tandis que l'élé- ment 76a en forme de cuvette et à détente orusque est proportionné de ma- nière qu'il ne soit pas à auto-rétablissement.
Des dispositifs à détente brusque et sans auto-rétablissement sont bien connus dans la technique. Ils comportent un élément à déclic appelé à passer au-delà d'un point mort et qui peut être amené d'une pre- mière position dans une seconde position lorsqu'il est soumis à l'action d'une force extérieure d'une grandeur déterminée et agissant dans une di- rection et qui ne peut être ramené de cette seconde position à la premiè- re position que s'il est soumis à une force extérieure d'une grandeur dé- terminée agissant dans le sens opposée Dans le cas d'un dispositif à déclic de ce type, le système à détente élastique selon le mode d'exécution des Figs 2 et 3 peut être omis et le dispositif à déclic thermosensible 66a peut être utilisé pour maintenir l'élément de soupape 38a dans sa position ouverte ou fermée.
Afin de permettre un tel fonctionnement du dispositif à déclic
66a la tige de soupape 40a présente des parties extrêmes ou prolongements
88, 90 de moindre diamètreo Le prolongement 88 de la tige de soupape 40a traverse la membrane 48a et est vissé dans un trou taraudé approprié, for- mé dans le bouton-poussoir 54a. Le prolongement 90 est monté à coulissement dans l'élément obturateur 38a et est vissé dans un trcu taraudé approprié formé dans le raccord 84a.
Ainsi, le bouton-poussoir 54a, la tige de soupa- pe 40a, l'élément obturateur 38a, le raccord 84a et l'élément en forme de cuvette 76a du dispositif thermosensible à détente brusque 66a se déplacent comme un ensemble uniqueo
Lorsque les divers organes du dispositif occupent la position re- présentée dans la Figo 4, le dispositif à déclic 66a maintient l'élément obturateur 38a dans la position ouverte et le bouton-poussoir 54 a dans sa position intérieure extrême.
Toutefois, lorsqu'un état de température anor- male se présente, la pression dans la chambre 77a augmente jusqu'à ce que la force développée par cette pression et agissant sur la paroi du fond de l'élément 76a en forme de cuvette soit suffisante pour renverser ces organes au-delà du point mort, en déplaçant l'organe obturateur 38a de façon qu'il entre en contact avec le siège de soupape 36a en déplaçant le bouton-poussoir 54a jusqu'à sa position extérieure extrême, dans laquelle il émerge de l'évidement 46a, de façon à être accessible,à l'usager, afin que celui-ci puisse effectuer l'opération de réenclenchement manuelo Lors- que le bouton-poussoir 54a est enfoncé lors du réenclenchement,
l'élément
76a en forme de cuvette est soumis à un effort qui l'amène à retourner par déclic à sa position initiale et à déplacer l'organe obturateur 38a de manière à le ramener à sa position ouverteo
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Il va de soi que la disposition et la combinaison des,organes ainsi que les détails de construction exposés ici, sont susceptibles de nombreuses modifications, sans s'écarter du principe de l'invention.
REVENDICATIONS.
1. Mécanisme de soupape comprenant : un boîtier muni d'un passa- ge dans lequel est prévu un orifice de soupape; un élément ob;turateur pouvant se déplacer , par rapport à cet orifice, entre une position d'ou- verture et une position de fermeture, en vue de contr8ler l'écoulement à travers cet orifice; des moyens à détente brusque, qui comprennent un élément d'actionnement mobile réuni cinématiquement à l'élément obturateur susdit, de manière à déplacer celui-ci de la position d'ouverture préci- tée à la position de fermeture susdite, lorsque le dit élément d'actionne- ment se déplace d'une première vers une seconde position, le dit élément d'actionnement se déplaçant de la première position susdite à la seconde position précitée, lorsqu'une force'd'une grandeur déterminée est appliquée aux moyens à détente brusque, dans un premier sens;
des moyens thermosen- sibles pour appliquer aux moyens à détente brusque précités un effort dans le premier sens susdit, en vue de déplacer l'élément d'actionnement préci- té vers la seconde position susdite; des moyeus actionnés à la main, pour déplacer le dit élément obturateur vers la position d'ouverture précitée ; et ,des moyens pour retenir l'élément obturateur susdit dans la position d'ouverture ci-dessus aussi longtemps que l'élément d'actionnement précité est dans la première position susdite.
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The present invention relates to safety control systems for burners and more particularly relates to thermostatic means intended to control the arrival of a gaseous fuel to; water heaters and the like.
It is known to provide apparatus with this type of electrically controlled safety valve, excited by the current generated by a thermoelectric device exposed to the flame of a pilot burner. Such safety valves can be actuated with a view to stopping the flow of the edible to the main burner of the appliance, in the event that the pilot burner should go out.
It is also known to provide various means for rendering the electric device incapable of keeping the safety valve open, during normal operation of the burner, in the event that a dangerous situation arises, such as for example a temperature or a pressure. excessive water heated by the burners in question,
The object of the present invention is to incorporate, in control systems of the type described above, a thermosensitive safety device influenced by an abnormally high temperature of the apparatus, that is to say, a temperature. located slightly above the upper limit of the normal operating range, so as to stop the flow of fuel to the pilot burner,
thus causing the appliance to stop before a dangerously high temperature is reached. Consequently, the pilot safety control device, used to date in the apparatus in question, is thus incorporated into a Safety shutdown device reacting to high temperatures. '
Another object of the invention consists in ensuring that the fuel is stopped by the intervention of the thermoelectric safety valve, but independently of the current generated by the thermocouple.
Another object of the invention consists in ensuring the regulation of the temperature at which a sudden expansion device acts so as to ensure the closing of a pilot control valve.
Another object of the invention is to urge a sudden expansion bellows towards its extended position, so as to establish an infallible device and to allow the adjustment of the biasing force with a view to setting the temperature for which the bellows actuates a valve.
Another object of the invention consists in that it imposes a manual re-engagement of the control device after a normal temperature situation has caused this device to interrupt the supply of fuel to the pilot burner, in order to '' draw the attendant's attention to the appearance of this abnormal situation.
In a preferred embodiment) of the invention, a shutter element, intended to regulate the arrival of fuel to the pilot burner, is arranged between a manually controlled resetting rod, on the one hand, and a thermo device. sensitive to sudden relaxation, on the other hand. Upon the appearance of a determined temperature state, the sudden expansion device moves the shutter element towards its closed position, means being provided to prevent the subsequent displacement of this shutter element towards its open position as long as that the manual reclosing device has not been activated.
Other objectives and advantages of the invention will emerge from the description which follows and where reference is made to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is a schematic view showing a water heater in which the safety control system according to the present invention is incorporated.
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Fig. 2 is a sectional view of a valve mechanism for controlling the passage of fuel to the pilot in the system shown in FIG. 1, this mechanism being established in accordance with the present invention.
Fig.3 is a sectional view corresponding to Figa2, but showing the different members of the device in different working positions, and
Fig. 4 is a sectional view of an alternate embodiment of a valve mechanism for controlling the supply of fuel to the pilot in the system shown in FIG. 1, this mechanism representing another embodiment of the present invention.
Considering more particularly Fig. 1 of the accompanying drawings, it can be seen that the safety control system according to the present invention is shown in its application to a water heater comprising an accumulator tank 10 containing water and heated at its base. by a main burner 12, the ignition of which is ensured by a pilot burner 14. It can be seen that a gas supply line 16 is connected to the burner 12 by means of a safety valve 18 controlled by the pilot burner. .
The device 18 can be constituted by any of the numerous devices known in this field and which operate, under the effect of the presence of a flame at the pilot burner, so as to normally allow fuel to flow from tube 16 to the burner 12, but which intervene in such a way as to prevent this arrival of fuel in the event that the pilot flame goes out.
Although the default flame arresting system 18 may be of the type comprising bimetallic or expandable fluid flame exploratory devices, a thermoelectric type device has been shown here comprising an electro 20 connected to a thermocouple 22 and called to be excited by the latter, when the latter is heated by a pilot flame. As long as thermocouple 22 is heated and electro 20 is energized, the passage of fuel through device 18 remains open. However, when the pilot flame fails, and the thermocouple 22 cools, the electro 20 is de-energized and the passage of fuel through the device 18 is interrupted, thus preventing the arrival of fuel to the main burner.
Thermoelectric type safety valves as shown schematically herein are shown and described in U.S. Patent No. 20,603,509 to Eskin, etc., issued July 15, 1952.
The fuel is supplied to the pilot burner 14 through a tube 98 which communicates with the inlet line 16, the flow of fuel in the tube 98 being controlled by a temperature sensitive valve mechanism generally designated by reference numeral 24 and comprisinga thermosensitive bulb 26 disposed adjacent to reservoir 10 in a manner allowing heat exchange.
As shown more particularly in Figs. 2 and 3 of the accompanying drawings, the valve mechanism 24 according to the present invention comprises a housing formed of two parts, namely: an actual housing body 28, open at one end, and a cover member 30, which closes the open end of the housing body 28. These members are suitably bolted or otherwise secured to each other and are guarded against any leakage of gaseous fuel through the seals thus formed.
The housing body 28 is intended to be interposed in the tube 98 thanks to the provision of an inlet connector 32 at one end of this body and an outlet connector 34 at the opposite end thereof, the tube 98 being screwed into each of these fittings. Between inlet fitting 32 and the
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outlet connection 34 is interposed a valve seat 36, a shutter element 38 being called upon to cooperate with this seat so as to control the passage of fuel between the inlet connector 32 and the outlet connector 34. The shutter element 38 can move in both directions, so as to move towards and away from the seat 36, this element being supported by a rod 40 slidably mounted in the housing body
28.
The shutter member 38 is biased towards the seat 36 by a coil spring 42 acting between the valve body 28 and the shutter member
38. The valve stem 40 has a non-circular cross section and is slidably disposed in a circular bore 44 formed in a wall of the housing body 28, so as to define a valve port closed by the valve seat 36 and in communication with inlet fitting 32. The end of valve stem 40, opposite to valve member 38, emerges from bore 44 and enters an outwardly opening recess 46 and formed in the shoemaker body 28.
In order to prevent any leakage of the housing body 28 through the lesion 44, a flexible membrane 48 is provided which covers the bottom of the recess 46 and is held in tight seal with the housing body.
28 with the aid of a suitable elastic stop washer 50. The inner face of the diaphragm 48 is in contact with the valve stem 40, while its outer face can be attacked by a stop 52 formed on a plunger or push-button 54, slidably mounted in the recess 46.
When the pushbutton 54 occupies the inactive position. as shown in Fig.2, part of this button emerges outside the recess 46, so as to be accessible to the user. When the pushbutton 54 is moved towards the bottom of the recess 46, it is brought into contact with the membrans 48, so as to establish a control connection, with the valve stem 40, any subsequent movement of the pushbutton towards the position shown in FIG. 3 having the effect of moving the valve stem 40 to the right, considering the drawing, which results in a displacement of the shutter member 38 against the bias of the spring 42, while this member s' away from valve seat 36.
Snap-lock means are provided for keeping pushbutton 54 in the depressed or active position, as shown in FIG. 3. These means are in the form of a pair of balls 56 mounted freely in a transverse bore 58 formed in the push button 54. A coil spring 60, disposed inside the bore 58, acts between the balls. 56, so as to urge them radially towards the outside of the push-button 54.
Two opposed cavities 62 are formed in the wall of the recess 46 for receiving the balls 56 when the pushbutton 54 is in the depressed position, the engagement of the balls 56 in the cavities or notches 62 having the effect of maintaining push button 54 in the depressed position and retain the shutter member 38 in its open position, as shown in Fig.3.
Two other diametrically opposed cavities 64 are formed in the wall of the recess 46, in order to receive the balls 56 when the push button 54 occupies the active position, as shown in Fig.2. The bottom of each cavity 64 preferably slopes gently towards the bottom of a cavity 46, so as to constitute guide surfaces which cooperate with the balls 56 in order to drive the push-button 54 outwards each time. once the balls 56 have been brought into contact with the aforementioned surfaces.
The guiding action of the cavities 64 and of the balls 56 thus serves to fill the movement of the push-button 54, with the result that the latter moves a distance greater than the stroke performed by the shutter element 38 during the opening. closure, so that the pushbutton emerges an appreciable distance outside the recess 46 in the inactive position shown in Fig.2.
The forward position of
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pushbutton 54 beyond the outer end face of the housing body 28 thus serves to provide a visual indication of the closed state of the shutter member 38, so that the user is advised that the extinction of the pilot flame is due to abnormal temperature conditions
Inside the cup-shaped closure member 30 is placed a thermosensitive snap-release device, generally designated by the numeral 66.
These devices include a first element 68 in the form of a relatively rigid bowl provided with an axial cord 70 fixed to this element and screwed into a central hole 72 formed in the covering element 300 A locking nut 74 @ screwed on the connector 70 is intended to tighten the latter with respect to the cover element 30 a second cup-shaped element 7'- 'is fitted into the cup-shaped element 6 @,
the peripheral portion of the element 64 being fixed to the element 68 by welding or the like The cup-shaped elements 68 and 76 provide an expandable closed chamber 77 which communicates with the thermosensitive bulb 26 through a capillary tube 78 and an axially directed passage 80 formed in the fitting 70 and the cup-shaped member 68. The system comprising the chamber 77, the capillary tube 78 and the bulb 26 is filled with a suitable thermal fluid, which increases the pressure in chamber 77 as a result of an increase in temperature in bulb 26, so as to cause expansion of chamber 77, as is known per se in the art.
The cup-shaped member 76 is made of flexible material, the bottom of this member normally being somewhat conical and provided with radial corrugations from embossing. Thanks to this construction, an increase in the pressure in the chamber 77 first of all has the effect of moving the end wall of the cup-shaped element 76 away from the element 68, said wall. end first occupy a generally planar position and then change to the shape of a cone, the apex of which points in a direction opposite to that in which it was directed in the original shape o Thus, the flexible wall of the element 76 is first slightly compressed in the right radial and is then put under tension,
in order to produce movement by sudden relaxation.
Snap-release membranes, such as the end wall of the cup-shaped member 76, require a determined force to launch the membrane beyond dead center, this force being a function of a number of physical factors, such as the diameter, thickness and depth of the disc. The force necessary to bring the element 76 from the position shown in Figo 3 to that shown in Figa 2 can be provided by the pressure which prevails in the chamber 76 as a result of an exploration, for example. the bulb 26, of a temperature determined in advance
In order to lower the temperature at which the element 6 suddenly passes beyond the dead center, means are provided for urging this latter element in the direction of expansion of the chamber 77.
These means consist of a leaf spring 82, the outer part of which bears on the terminals of the elements 68,76 in the form of a cup, while the central part of this spring is in this way to receive a rod 84 fixed, by weld or the like, to the center of the bottom wall of the cup-shaped member 76. A nut 86, screwed onto the rod 84, constitutes an adjustable stop, on which the flat spring 82 rests. This latter spring serves to attract towards it the bottom wall of the cup-shaped element 76, as shown. in Figs 2 and 3, and therefore exerts on the element 76 a force which is added to that due to the pressure prevailing in the chamber 77.
It goes without saying that by moving the nut 86 axially on the rod 84, it is possible to modify the tension of the flat spring 82, in order to adjust the pressure which must be developed in the chamber 77 in order to bring the bottom wall
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of element 76 to snap past neutral, so that nut 86 can effectively be used to adjust the temperature explored by bulb 26, at which element 76 will pass. beyond neutral.
Chamber 77, capillary tube 78, and bulb 26 are preferably filled to a pressure below atmospheric pressure so that in the event of a leak in the system the pressure in this chamber rises to. the value of atmospheric pressure and causes the bottom wall of element 76 to pass beyond the dead center by sudden relaxation. Thus a failure of the thermosensitive device 66 produces an action identical to that which would be produced by an abnormal temperature state, so that the device is immune from failure.
The mechanism described above operates as follows: When the various members of the valve mechanism 24 occupy the positions shown in Fig. 2, with the shutter member 38 being applied to the valve seat 36, fuel cannot get to the pilot burner
14.
Before the system can be made operational, the water in the tank 10 must cool enough to cause the bulb 26 to cool and the chamber 77 to contradict. The push button 54 can then be depressed. so as to move the valve stem 40 and the shutter member 38 to the right, considering Figs 2 and 3, against the tension of the spring 42. When the pushbutton 54 is depressed by a distance sufficient, the balls 54 engage in the cavities or notches 62, so as to lock the push button 54 in its extreme internal position, in which it remains in contact with the membrane 48 and in control with the valve stem 40, so as to maintain the valve 38 in the open position.
The various members of the valve mechanism then occupy the position shown in Fig. 3.
The fuel can now arrive at the pilot burner 14 and be ignited to provide a flame which will heat the thermocouple 22, thereby determining the excitation of the coil 20 of the electro.
The safety valve 18 can then open so as to allow the arrival of fuel to the main burner 12, and will be maintained, by the energized coil 20 of the electro, in a position allowing the passage of fuel.
In the event that the water contained in the tank 10 reaches an abnormally high temperature, at which the sudden expansion thermosensitive device 66 is called upon to be actuated in accordance with its focus, the thermal fluid contained in the bulb "26 creates in chamber 77 adequate pressure to develop a force which, together with the tension of the flat spring 82, is sufficient to push back the bottom wall of the cup-shaped member 76 by sudden relaxation beyond the dead center.
This movement of the slit wall of element 76 has the effect of moving the shutter element 38, the valve stem 40 and the push button 54 to the left, considering Figs 2 and 3, causing the clearance. balls 5, 6 of the cavities 62 and their engagement in the cavities 64. The push button 54 is then biased by a ramp action towards its extreme outer position, as shown in Fig.2, while the shutter element 38 will be able to move until it comes into contact with the valve seat 36 under the tension of the spring 42.
The arrival of the shutter element 38 in its closed position has the effect of interrupting the flow of fuel to the pilot burners 14 and the extinction of the flame thereof, so that the thermocouple 22 is cools and de-energizes coil 20 of the electro. The safety valve 18 then closes so as to interrupt the flow of fuel to the main burner 12.
The shutter element 38 is held in contact with the seat 36 by the spring 42 and remains in this closed position until it is
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returned to the operating position by manual actuation of the push-button
54, regardless of the cooling of the water contained in the tank
10 and the contraction of the chamber 77. It should be noted that since the restarting of the system is subject to an operation of the valve mechanism by the user, the latter's attention is drawn to the fact that a state of abnormal temperature existed prior to the interruption of the fuel flow.
In addition, the movement of the plunger 54 to the extreme outer position, shown in Figo2, following the intervention of the valve mechanism 24, provides a visual indication of the existence of an abnormal temperature state in the body. the device.
The embodiment of the invention shown in Figo4 where the members already described above are designated by the same reference numerals, followed by the suffix "a", is similar to that shown in Figs.2 and 3 but differs from the latter in that the pushbutton 54a, the valve stem 40a and the stem 44a are fixed to each other, so as to move as a single assembly, while the element The cup-shaped, orusque trigger 76a is proportioned so that it is not self-healing.
Snap-release and non-self-healing devices are well known in the art. They include a click element called to pass beyond a neutral point and which can be brought from a first position into a second position when it is subjected to the action of an external force of a determined quantity and acting in one direction and which can only be reduced from this second position to the first position if it is subjected to an external force of a defined quantity acting in the opposite direction. of such a snap device, the elastic detent system according to the embodiment of Figs 2 and 3 can be omitted and the heat sensitive snap device 66a can be used to hold the valve member 38a in its position. open or closed.
In order to allow such an operation of the click device
66a the valve stem 40a has end parts or extensions
88, 90 Smaller Diameter Extension 88 of valve stem 40a passes through diaphragm 48a and is screwed into a suitable threaded hole formed in push button 54a. The extension 90 is slidably mounted in the shutter member 38a and is threaded into a suitable threaded hole formed in the fitting 84a.
Thus, the push button 54a, the valve stem 40a, the shutter member 38a, the connector 84a and the cup-shaped member 76a of the heat-sensitive snap-action device 66a move as a single assembly.
When the various members of the device occupy the position shown in Fig. 4, the snap device 66a maintains the shutter element 38a in the open position and the push button 54a in its extreme interior position.
However, when an abnormal temperature condition occurs, the pressure in the chamber 77a increases until the force developed by this pressure and acting on the bottom wall of the cup-shaped element 76a is sufficient. to reverse these members beyond neutral, by moving the shutter member 38a so that it comes into contact with the valve seat 36a by moving the push-button 54a to its outermost position, in which it emerges from the recess 46a, so as to be accessible to the user, so that the latter can perform the manual reclosing operation o When the push-button 54a is depressed during reclosing,
element
76a in the form of a cup is subjected to a force which causes it to return by clicking to its initial position and to move the obturator member 38a so as to return it to its open position.
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It goes without saying that the arrangement and the combination of the members as well as the construction details set out here are susceptible of numerous modifications, without departing from the principle of the invention.
CLAIMS.
1. A valve mechanism comprising: a housing provided with a passage in which a valve orifice is provided; an ob; turator member movable, relative to this orifice, between an open position and a closed position, in order to control the flow through this orifice; abrupt expansion means, which comprise a movable actuating element kinematically joined to the aforementioned shutter element, so as to move the latter from the aforementioned open position to the aforementioned closed position, when said element actuation moves from a first to a second position, said actuating element moving from the aforesaid first position to the aforementioned second position, when a force of a determined magnitude is applied to the means to sudden relaxation, in a first sense;
heat-sensitive means for applying to the abovementioned abrupt expansion means a force in the aforesaid first direction, with a view to moving the aforementioned actuating element towards the aforesaid second position; hand-operated hubs, for moving said shutter member to the aforementioned open position; and, means for retaining the aforesaid shutter element in the above open position as long as the aforementioned actuating element is in the aforesaid first position.