<Desc/Clms Page number 1>
Dispositif d'al@umage Piaso-électrique.
Cette invention concerne des dispositifs pour l'allumage du gaz combustible et en particulier, un dis- positif pour l'allumage du gaz de charbon ou d'un autre gaz similaire, fourni pour la consommation domestique, convenant pour être incorporé à l'équipement oonsommateur de gaz ou être utilise avec celui-ci. On peut oiter commme exemples d'un tel équipement les chauffe-eau, les radia- teurs et les cuisinières à gaz.
Le but de l'invention est de fournir un dispositif d'allumage nouveau et.perfectionne du type indiqué dont les avantages seront signalés spécifiquement ou ressorti- ront de la description ci-dessous.
Suivant l'invention, il est fourni un dispositif pour allumage du gaz combustible, constitué par un élément piézo-éleatrique raccordé électriquement à un conducteur pour être connecté à un éolateurt un percuteur prévu pour appliquer un coup d'une énergie cinétique prédéterminée
<Desc/Clms Page number 2>
à cet élément piézo-électrique. un dispositif d'accumula- %ion d'énergie, manoeuvrable à la main, pour charger ce percuteur avant qu'il donne le coupe, et un dispositif de déclenchement pouvant fonctionner automatiquement pour déclencher le percuteur quand ce- dernier est charge dans une mesure suffisante pour lui permettre d'atteindre cette énergie cinétique prédéterminée.
Il est 'bien connu que certains matériaux céramiques ! polycristallins pont le siège d'un phénomène piézo-éleo- trique, c'est-à-dire qu'une variation de la contrainte mécanique appliquée à un tel cristal provoque l'apparition ' d'une charge électrique à sa surface* Cette contrainte peut être une compression, une tension ou une torsion.
Comme le matériau céramique est un diélectrique, le cris- tal agit comme une capacité et la charge induite produit une tension aux bornes d'un circuit appliqué extérieurement.
La charge et par conséquent la tension produite sont indé- ndantes de la grandeur de la contrainte appliquée. Anté- rieurement, on ne pouvait obtenir par l'effet piézo-élec- trique que des tensions relativement faibles et cet était/effet, par exemple, utilisé dans les microphones.
On dispose toutefois actuellement d'un matériau . permettant d'atteindre facilement des tensions élevées (de l'ordre de 10.000 volts) à une pression pouvant être obtenue sans difficulté (de l'ordre de 700 kg/cm2). On peut citer comme exemple de tels matériaux le zirconate de plomb, le titanante de plomb, le titanate de baryum et le titanate de plomb et de ziroonium.
La charge a tendance à s'échapper par la surface du cristal vers l'air environnant, en particulier lorsque ce- lui-ci est humide. Ainsi donc, si l'on désire provoquer une étincelle dans un intervalle d'air et qu'on applique la force nécessaire à un cristal à une allure trop lente, la oharge s'échappe à une vitesse telle que la tension
<Desc/Clms Page number 3>
n'atteindra pas la valeur voulue et qu'il no se produira aucune étincelle.
Si on applique l'effort à une allure telle que la fuite de la charge soit inférieure à sa vitesse d'accumula- tion, tout en n'étant pas négligeable, un effort plus grand sera nécessaire pour obtenir la tension désirée.
Ainsi, donc le cristal sera soumis à une contrainte méca- nique supérieure 4 celle qui est nécessaire. Si toutefois, on applique l'effort de manière suffisamment rapide pour que la vitesse de fuite de la charge soit faible oomparée à sa vitesse d'aooumulation, la déformation du cristal sera utilisée de manière optimale et on obtiendra une étincelle avec un minimum de déformation de oelui-oi.
Ainsi donc, pour qu'une tension suffisante pour provoquer une étincelle soit engendrée par un élément piézo-électrique, il est nécessaire non seulement que l'effort appliqué à cet élément soit suffisamment grand, mais également qu'il soit appliqué dans un espace de temps tel que la charge s'accumule à la surface de l'élément à une allure considérablement plus rapide que celle à la- quelle elle s'échappe.
On a appliqué des éléments piézo-électriques à haute tension à des systèmes d'allumage pour moteur. , combustion interne. Ioi, l'élément est soumis à une suc- cession rapi @ et continue d'impulsions mécaniques, à des fréquence allant de cent environ à plusieurs milliers par seconde. Aux fréquences plue basses, la tension de sortie tombe brusquement en raison de la fuite de la charge pendant le temps relativement long au cours duquel chèque impulsion est appliquée.
Un but de la présente invention est de fournir un dispositif d'allumage qui puisée produire de simples étincelles de temps à autre, suivant besoin, ou des successions d'étincelles à des fréquences relativement basses, avec une sécurité plus grande que ce n'était le cas jusqu'ici.
<Desc/Clms Page number 4>
Le percuteur est, de préférence, constitué par deux pièces séparables, pouvant s'éoarter ensemble de l'élément piézo-électrique contre la résistance d'un res- sort; ces deux pièces se séparent sur le fonctionnement du dispositif de déclenchement, quand on comprime le ressort dans une mesure prédéterminée; la première pièce appliqué le coup à l'élément piézo-électriques et la seconde pièce est raccordée à un élément de manoeuvre manuel.
La première pièce peut être constituée par un élé- ment oylindrique pouvant se déplacer axialement dans un guide pour se rapprocher et s'écarter de l'élément piézo- ' électrique disposé à une extrémité de celui-ci; la seconde pièce peut être con@tituée mar une broche de chargement, disposée coaxialement à l'élément cylindrique et possédant une tête logée dans un alésage axial formé à l'intérieur de cet élément, de manière à pouvoir coulisser dans cet alésage.
Le dispositif de déclenchement peut être constitué par un élément de verrouillage muni d'un ressort prévu sur une pièce poussée en engagement avec un organe de verrouillage prévu sur l'autre pièce.
En variante, ce dispositif de déclenchement peut être un aimant porté par l'une des pièces ou constituant celle-ci et un élément magnétique porté par l'autre pièce ou constituant cette dernière.
De préférence, l'éloignement de la première pièce par rapport à l'élément piiézo-électrique est limite par une butée située entre cette pièce et un dispositif d'ar- rêt, l'arrangement étant 181 qu'un recul plus prononcé de\, la seconde pièce provoque le fonctionnement du dispositif de déclenchement.
Le coup communique donc une impulsion d'énergie mécanique, mais si celle-ci est de trop brève durée, . l'élément est soumis à une onde de ohoo se déplaçant sui-
<Desc/Clms Page number 5>
vant sa longueur. Dans ces circonstances, 1'élément piézo- électrique n'est pas contraint de manière uniforme dans 1 son entièreté et la tension engendrée sera plus petite que si tout l'élément était uniformément contraint dans la même mesure.
On préfère donc que la vitesse d'applioation; de la contrainte à cet élément soit déterminée de manière pré- dominante par les caractéristiques mécaniques du percuteur même, ou d'un organe de transmission interposé entre le percuteur et l'élément, plutôt que par les propriétés mécaniques de ce dernier.
Il est possible, de cette façon, de choisir le ma- tériau dont est fait cet élément ainsi que ses dimensions et de sélectionner serrement les caractéristiques mécani- ques du percuteur, ou de l'organe de transmission, pour obtenir une allure optimale de la variation de la contrainte dans cet élément.
En pratique, la contrainte uniforme de l'élément est réalisée au moyen de blocs d'aluminium s'adaptant d'eux-mêmes à la forme des extr.émités de cet élément et possédant une élasticité suffisante pour distribuer l'effort appliqué sur toute la superficie de sa face extrême, tandis que le système de percuteur est tel que sa vitesse d'impact est considérablement inférieure à la vitesse du son dans cet élément.
L'énergie normalement requise pour allumer un mélange gaz-air se situe entre 0,005 et 0,100 joules. On peut ob- tenir facilement des étincelles dissipant une telle énergie au moyen d'éléments piézo-électriques à haute tension et l'on comprendra qu'on peut utiliser dans un dispositif d'allumage un certain nombre de ces éléments raccordés mécaniquement et éleotriquement, soit en série, soit en parallèle, suivant les besoins.
Comparé au type de dispositif connu dans lequel un
<Desc/Clms Page number 6>
élément piézo-électrique est contraint progressivement et relâcha rapidement, le dispositif d'allumage de la présente . invention possède l'avantage supplémentaire qu'il se pro- duit une double étincelle due à la première tension aur la compression de l'élément et à une tension inverse se produisant presque instantanément par suite du relâche- ment de la cotrainte. L'énergie obtenue est donc virtuel- lement doublée.
On envisage l'utilisation de l'invention dans les cas où. l'on a utilisé antérieurement des formes connues ; d'allumage du gaz, par exemple au lieu des dispositifs d'al- lumage à fil chauffé électriquement qui exigent un rempla- cernent relativement fréquent des batteries, ou au lieu de l'allumage par silex dans lequel ce dernier exige aussi un remplacement fréquent.
On décrira maintenant l'invention, à titre d'exemple, en se reportant à des constructions spécifiques de dispo- sitifs d'allumage construits conformément à celle-ci et tels qu'illustrés dans les dessins annexés, où :
La figure 1 montre une coupe longitudinale dans un ; dispositif d'allumage utilisant un seul élément piézo- i électrique.
La figure 2 montre une vue arrière, en élévation, d'un dispositif similaire comprenant un arrangement modifié de l'attache de conducteur.
La figure 3 montre une coupe suivant la ligne III-III de la figure 2, et la figure 4 montre une autre forme d'exé- cution du dispositif dans une vue similaire à celle de la figure 3.
La construction spécifique du dispositif d'allumage représentée à la figure 1 utilise un seul élément piézo- ; électrique qui reçoit le ohoo. Dans ce cas, le dispositif comprend une enveloppe tubulaire extérieure 10, avec des douilles 11 à chaque extrémité. Dans la douille arrière
<Desc/Clms Page number 7>
lla, passe un conducteur isolé 12 à haute tension et une extrémité d'un manohon isolant 13 s'étendant au contact de la surface intérieure de l'enveloppe extérieure 10, à peu près sur la moitié de la longueur de cette dernière.
On utilise ici les termes "arrière" et "avant" par rapport à un opérateur utilisant le dispositif, l'ex- trémité arrière étant colle qui est éloignée de l'opérateur,.
A l'intérieur du manchon isolant 13vet près de la douille arrière lla, se trouve une enclume 14 en acier à
EMI7.1
laquelle est attaché le conducteur HOT 12. Devant leanolum 14, est prévu un bloc isolant 15 en polyéthylènes ou en un autre matériau similaire, possédant un alésage axial 16 coïncidant aveo l'axe longitudinal de l'enveloppe extérieure 10. Ce bloc isolant 15 est séparé de l'enveloppe extérieure par le manchon isolant 13.
A l'intérieur de l'alésage 16 et en contact par sa face arrière avec l'enclume 14, est disposé un tampon
EMI7.2
de pression électriquement conducteur 17a en &1.u:#.1n1111D..o Le tampon 17a est en contact par son extrémité .'V!&i\1ï arc un élément piézo-électrique cylindrique 18 ayant approxima- tivement 12,7 mm de longueur et 6,35 mm de diamètre* Un
EMI7.3
second tampon électriquement conducteur 170 est iIi'Spo" à l'extrémité avant de cet élément, au oonteot de celui-
EMI7.4
oi. Un bloc de pression 19 en acier trempé est plac4 à l'extrémité ,want de l'alésage 16 dont le dlambtre *et légérement ri iait, comme indiqué en 16a, afin de zetenlz le 'bloc de pi,f,,3sïon en position.
Une partie lue, du b3. 1!00 de pression, ayant un diamètre réduit de f'aQ't)n eDrrea*ooe- dante et possédant une extrémité en dôme, fait saillie vers l'avant, depuis le bloc isolant 15 qui est empêché de se déplacer suivant la longueur de l'enveloppe exté-
EMI7.5
rieure par une rondelle élastique 20, ae dilatant; 'Vit1t'IB l'extérieur, en contact avec la surface int#r1*vr* a4t l'enveloppe extérieure 10.
<Desc/Clms Page number 8>
La moitié avant de l'enveloppe extérieure est oo- cupée par le méoanisme du. percuteur, Le percuteur même est constitué par un cylindre 21 en acier trempé, d'un diamètre quelque peu inférieur au diamètre intérieur de l'enveloppe extérieure 10 et disposé ooaxialement à celle- oi. A son extrémité arrière, le percuteur 21 présente une bride radiale 22 dont la périphérie est en contact avec la surface intérieure de l'enveloppe extérieure 10 de manière à oentrer le percuteur.
Le percuteur 21 est poussé eu contact du bloc de pression 19 par un ressort de compression 23 agissant entre la bride 22 et la face intérieure de la douille avant 11b.
Dans le percuteur 21, est formé un alésage axial 24 s'éten- dant de son extrémité avant sur la plus grande partie de sa languaur ; de petits perçages radiaux 25 s'étendant depuis l'alésage axial, pour permettre l'échappement de l'air et éviter un amortissement. Près de l'extrémité intérieure de l'alésage axial 24, une gorge annulaire 26, dont les cotés convergent vers l'extérieur, est creusée dans sa surface intérieure. Une broche de chargement 27 s'étendant vers l'avant dans la douille avant llb, est installée oo- axialement à l'intérieur de l'alésage 24. La partie en saillie de cette broche de chargement est munie d'un bou- ton 28 que peut saisir l'opérateur.
Le diamètre de la broche 27, sur la plus grande partie de sa longueur ,est quelque peu inférieur à celui de l'alésage 24 du percuteur 21, mais elle présente à son extrémité arrière un renflement 27a s'ajustant par glisse- . ment à l'intérieur de cet alésage. Il est prévu un mécanis- me de déclenchement ayant la forme d'une .bille d'arrêt logée dans un trou borgne radial 30 percé dans le renfle- ment 27a et qu'un fort ressort 31 de petite dimension pousse radialement vers l'extérieur. Un ressort de réar- mement 32 est installé entre If renflement 28 et la douille llb pourpousser la broche versl'arrière.
<Desc/Clms Page number 9>
L'arrangement cet tel que la bille 29 s'engage normalement dans la gorge annulaire 26 de la surface inté- rieure de l'alésage 24 du percuteur 21, sous l'action de son ressort associé 31. Quand l'opérateur tire le bouton
28 vers l'avant, le percuteur est'rétracta en même temps que la broche 27, contre la résistance du ressort 23 du perouteur et du ressort de réarmement 32. Quand on comprime le ressort 23 dans une mesure prédéterminée, l'extrémité , avant du perouteur 21 bute contre la face arrière de la douille avant 11b, qui sert ainsi d'organe d'arrêt, et un léger mouvement vers l'avant plus prononcé du bouton 28 provoque le relâchement de la bille 29.
Le percuteur 21 est alors lanoé contre le bloc de pression 19 et l'élément piézo-éleotrique 18 reçoit un coup sec qui le comprime oontre l'enclume 14. De cette façon, la constance du coup délivré par le percuteur est assurée. la connexion électrique entre la face avant de l'élément piézo-électrique 18 et l'enveloppe extérieure 10 s'établit par l'intermédiaire du bloc 19, du percuteur 21 dt de la broche de charge 27, tandis que le percuteur peut se déplacer facilement par rapport à l'enveloppe extérieure.
La tension obtenue à la face arrière de l'élément piézo-éleotrique 18 est appliquée à un coté d'un éclateur auquel est raccordé le conducteur HT 12, tandis que l'autre coté est raccordé électriquement à l'enveloppe extérieure
10 pour assurer un retour par la masse; l'étincelle pro- duite est suffisante pour allumer le gaz combustible amené au voisinage de l'éclateur.
Le ressort de réarmement 32 provoque le retour de la broche de charge 27 dans sa position originale, lorsque l'opérateur la relâche.
L'importance de l'impulsion d'énergie appliquée à l'élément piézo-éleotrique et par conséquent l'énergie dissipée par l'étincelle dépendent de la force du ressort
<Desc/Clms Page number 10>
23 du percuteur et des pertes par frottement que l'on peut supposer effectivement constantes.
Si l'on désire une étincelle de plus grande énergie, mais à la même tenaient on peut utiliser deux éléments piézo-électriques assemblés mécaniquement en tandem et connectes électriquement en parallèle. Cet arrangement est représenté aux figurée 2 et 3 où les pièces similaires à celles décrites précédemment portent le même numéro de référence précédé du chiffre 1. Dans ce cas, l'enclume 114 est fixée à l'enveloppe 110 par un rivet 114a et n'est pas raccordée au conducteur HT 112, ni isolée de l'enveloppe
110.
Deux éléments piézo-électriques 118 sont placée dans l'alésage 116 du bloc isolant 115, l'un derrière l'autre, et séparés par un troisième tampon de pression 117c élec- triquement conducteur. Le conducteur Ht 112 est raccordé à ce troisième tampon 117c, au moyen d'une vis 134 Passant dans une partie latérale 115a du bloc isolant 115, qui s'étend radialement à l'extérieur de l'enveloppe 110 par une ouverture 110a de celle-ci. De cette façon, les deux extrémités extérieures des éléments piézo-électriques 118 sont connectées électriquement à l'enveloppe extérieure 110, tandis que le conducteur ET 112 est en contact avec les deux faces intérieures.
La figure 4 montre une variante de construction utilisant un seul élément piézo-électrique; les pièces si- milaires à celles décrites précédemment portent les mêmes numéros précédés du chiffre 2. Le conducteur HT 212 est connecté au premier tampon de pression 217a de manière similaire à celle décrite au paragraphe précédent, au moyen d'une vis 234, et l'enclume 214 est isolée électriquement de l'enveloppe extérieure 210 par un manchon non représenté.
Le tampon de pression 217a est espacé de l'enclume 214 par un bloc d'écartement 214b.
Dans cette forme d'exécution, est également illus- trée une variante du mécanisme de déclenchement du
<Desc/Clms Page number 11>
percuteur. celle-ci est constituée d'un puissant aimant' permanent en pot 235 porté à l'extrémité arrière de la broche de chargement 227, de manière à obtenir une cons- truotion généralement simplifiée avec un nombre de pièces moindre. Dans ce cas, le percuteur est constitué par un élé- ment cylindrique 221 en matériau magnétique repoussé vers l'arrière c'est-à-dire vers l'élément piézo-électriique, par la ressort de compression 223 agissant contre un collier 245 s'aboutant à la face intérieure ou arrière de la douil- le avant 211b.
Cette douille se visse dans l'enveloppe 210 . et on peut régler l'effort exerce par le ressort 223 en vissant la douille 211b dans l'enveloppe, ou en la dévie- sant de oelle-oi, dans une mesure plus ou moins grand*, En variante, la douille peut être fixe par rapport à l'en- veloppe de manière 4 assurez un effort prédéterminée
La douille 211b présente un suralésage de sa face arrière pour former une oavité 2110 destinée à reoevoir le . ressort de réarmement 232; le diamètre intérieur du collier
245 est supérieur à celui de la cavité 211c, de aorte que la face arrière de la douille 211b présente un épaulement 211d.
Quand la broche de chargement 227 ost rétractée, le ressort
223 se comprime jusqu'à ce que l'attraction de l'aimant soit surmontée pour un effort déterminé par le réglage ini- tial de la douille 211b ou jusqu'à ce que le ressort 223 soit oomprim fond de manière à devenir "massif". Le mouvement de t'aimant 235 vers l'avant est limité par l'aboutement de sa face avant à l'épaulement 211d et quand on relâche le bouton (non indiqué) le ressort 232 renvoie l'aimant à la position de la figure 4 et le dispositif est de nouveau prêt à fonctionner.
En variante, il serait pos- aible de limiter le mouvement du percuteur 221 vers l'avant au moyen d'un organe d'arrêt comme dans les constructions décrites précédemment.
<Desc/Clms Page number 12>
On se rendra compte que l'aimant pourrait être porté par le percuteur 221, de manière à pouvoir être rem- placé par un bloo de matériau magnétique. On pourrait aussi employer deux aimants dont l'un serait monte sur le percu- tour et l'autre, attacha à la broche de chargement*
Les formes décrites du dispositif d'allumage *on- viennent particulièrement pour l'allumage des veilleuses, comme par exemple dans les chauffe-eau. On pourrait toute- fois incorporer des dispositifs similaires dans les robi- nets et les vannes de commande d'une ouisinière à gang par exemple, de manière que quand on ouvre le gaz, une liaison mécanique entre le robinet ou la vanne et le dis- positif d'allumage provoque la formation d'une étincelle enflammant le gaz.
REVENDICATIONS -----------
1. Dispositif pour l'allumage d'un gaz combustible, caractérise par un élément piézo-électrique connecté élec- triquement à un conducteur pour le raccorder à un éola- teur, un percuteur prévu pour appliquer un ooup d'une éner- gie oinétique prédéterminée à cet élément piézo-éleotrique, un dispositif d'accumulation d'énergie manoeuvrable à la main, pour charger le percuteur avant l'application du ooup, et un dispositif de déclenchement, fonctionnant auto- matiquement pour déolenoher le percuteur quand ce dernier est chargé dans une mesure suffisante pour lui permettre d'atteindre cette énergie cinétique prédéterminée.