EP0439417B1

EP0439417B1 - Dispositif de sécurité pour le fonctionnement d'un brûleur

Info

Publication number: EP0439417B1
Application number: EP91420025A
Authority: EP
Inventors: François Danjou; Gilles Boiron
Original assignee: Constructions Electriques R V SA
Current assignee: Constructions Electriques R V SA
Priority date: 1990-01-26
Filing date: 1991-01-28
Publication date: 1994-01-19
Anticipated expiration: 2011-01-28
Also published as: EP0439417A1; FR2657684A1; FR2657684B1

Description

La présente invention concerne les moyens techniques mis en oeuvre pour commander l'alimentation en combustile gazeux d'un brûleur au sens général, de caractère domestique ou industriel et susceptible d'équiper tous les appareils ou les installations pour lesquels ils constituent une source de production de chaleur.
L'invention concerne, plus précisément, les dispositifs adaptés pour assumer une fonction de sécurité lors de l'allumage du brûleur, d'une part, et lors de l'extinction du brûleur, d'autre part.
L'art antérieur a proposé, et notamment par le brevet FR 76-36 750 et la demande de brevet GB-2 196 500, des dispositifs d'allumage de sécurité pour un brûleur. De façon classique, il doit être considéré qu'un brûleur est équipé d'une électrovanne interposée sur la canalisation d'alimentation du brûleur en combustible gazeux. L'électrovanne est pilotée, par l'intermédiaire d'un dispositif de commande temporisée, tel qu'un contacteur asservi à un thermostat ou une horloge de commande. Ce dispositif de commande temporisée permet l'alimentation en combustible du brûleur pendant un temps d'allumage déterminé, de l'ordre d'une quinzaine de secondes. Au-delà de ce temps d'allumage, l'alimentation du brûleur en combustible est conditionnée à la présence effective de la flamme de combustion, détectée par exemple, par l'intermédiaire d'un thermocouple. En effet, pendant le temps d'allumage, la température du thermocouple s'élève en présence d'une flamme, de manière que le thermocouple produise un courant d'excitation d'une bobine adaptée pour maintenir l'électrovanne en position d'ouverture. Si aucune flamme n'apparaît, l'électrovanne d'alimentation est fermée au terme du temps d'allumage, dans la mesure où le thermocouple ne produit aucun courant de maintien de la bobine.
Il apparaît que les dispositifs actuellement connus, de commande temporisée de l'électrovanne, ne sont pas en mesure d'assurer une fonction de sécurité effective du fonctionnement du brûleur. En effet, si un défaut intervient sur l'un des composants constitutif d'un tel dispositif, l'électrovanne peut être maintenue en position d'ouverture avec des conséquences graves, si le combustible n'est pas enflammé, ou être détruite, en raison de la circulation prolongée du courant dans la bobine de maintien de l'électrovanne.
Par ailleurs, il doit être remarqué que le thermocouple, malgré l'absence de flamme, peut continuer à assurer l'ouverture de l'électrovanne, pendant le temps nécessaire à son refroidissement. Un tel inconvénient du fonctionnement de l'organe de sécurité apparaît, notamment, lors d'un démarrage à chaud du brûleur au-delà de la temporisation d'allumage et à chaque arrêt de fonctionnement du brûleur.
La présente invention vise donc à remédier aux inconvénients énoncés ci-dessus en proposant un dispositif de sécurité apte à assurer, en toute sécurité, le fonctionnement de l'électrovanne à chaque démarrage, tout en permettant de bloquer l'action du thermocouple dès qu'un arrêt de fonctionnement du brûleur intervient.
L'invention vise aussi à ofrir un dispositif adapté pour assurer une fonction effective de sécurité du fonctionnement du brûleur, quel que soit le défaut intervenant sur un composant constitutif du dispositif conforme à l'invention.
L'invention vise, également, à offrir un dispositif de sécurité de mise en oeuvre simple et présentant un coût de fabrication réduit.
Pour atteindre les buts énoncés ci-dessus, le dispositif de sécurité pour le fonctionnement d'un brûleur à combustible gazeux comportant un système de commande temporisée comprend :

un circuit de production d'une alimentation basse tension continue,
un condensateur destiné à être alimenté par le circuit lors de l'apparition d'un ordre de commande,
et un circuit de décharge du condensateur lorsque la tension de charge du condensateur atteint une tension de seuil fixée par un moyen, de manière que le temps de décharge corresponde au moins à la durée d'allumage du brûleur, la décharge du condensateur permettant de piloter des moyens de commutation assurant l'ouverture d'une électrovanne permettant d'alimenter en combustible le brûleur.

Selon l'invention, les moyens de commutation comportent un relais monté en série avec le condensateur, par l'intermédiaire d'une diode montée pour interdire l'excitation du relais pendant la charge du condensateur et pour autoriser l'excitation du relais lors de la décharge du condensateur, et le dispositif comporte un relais alimenté par le circuit et dont les deux contacts sont montés aux bornes d'un thermocouple, de manière à fermer le circuit thermocouple dès qu'un ordre d'allumage intervient et à inhiber le fonctionnement du thermocouple dès qu'un ordre d'extinction du brûleur intervient.
Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention.
La fig. 1 illustre un exemple d'application du dispositif de sécurité selon l'invention.
La fig. 2 illustre une variante de réalisation d'un dispositif de sécurité conforme à l'invention assurant une temporisation de l'allumage.
La fig. 3 est une courbe de tension en fonction du temps, permettant d'expliciter le fonctionnement du dispositif selon l'invention.
La fig. 4 illustre une autre variante de réalisation du dispositif de sécurité selon l'invention.
La fig. 1 illustre, à titre d'exemple, une installation comportant un système 1 de sécurité pour le fonctionnement d'un brûleur 2, constituant, dans l'exemple illustré, un brûleur d'un four. Le brûleur 2 est susceptible d'être alimenté en combustible gazeux par l'intermédiaire d'une conduite 3 sur laquelle est montée une électrovanne 4 qui est pilotée par le système 1. L'électrovanne 4, représentée de façon schématique, comporte, de façon classique, un obturateur 5 destiné à être déplacé de son siège 6, par l'intermédiaire d'une tige 7 associée à une bobine d'excitation 8, permettant d'assurer l'alimentation du brûleur en combustible. L'obturateur 5 est associé à une bobine d'excitation 9, adaptée pour maintenir l'obturateur 5 en position d'ouverture. Cette bobine 9 est commandée, par l'intermédiaire d'un moyen 11 de détection de présence d'une flamme, formé, avantageusement, par un thermocouple engendrant un courant d'excitation de la bobine lorsque la température du thermocouple s'est élevée à une température donnée. Le brûleur 2 est pourvu, de façon classique, d'une électrode d'allumage 12 permettant d'enflammer le combustible à l'aide d'étincelles à haute tension générées et commandées par un moyen adapté qui se trouve intégré, dans l'exemple illustré, dans le système de sécurité 1.
Tel que cela ressort plus précisément de la fig. 2, le système de sécurité 1, qui comporte un circuit 1a adapté pour le contrôle de l'électrovanne 4 et de l'électrode d'allumage 12, comprend, conformément à l'invention, un système de commande temporisée 1b adapté pour permettre, à la suite d'un signal de commande du fonctionnement du brûleur, l'ouverture de l'électrovanne pendant une durée d'allumage Ta déterminée, par exemple de l'ordre d'une quinzaine de secondes.
Le système de commande temporisée 1b selon l'invention comporte un circuit 14 de production d'une alimentation basse tension continue, à partir d'un réseau d'alimentation. Dans l'exemple illustré, le réseau d'alimentation est du type monophasé et délivre une tension alternative de l'ordre de 220 volts, à travers une ligne de phase L₁ et une ligne neutre L₂.
La ligne de phase L₁ est munie d'un contact 16 d'un thermostat qui permet de donner l'ordre assurant la commande de fonctionnement du brûleur. La ligne L₁ comporte aussi, entre le contact 16 et le circuit 14, un ensemble formé par un condensateur 17 monté en série avec une résistance 18.
Le circuit 14, qui constitue un redresseur, délivre, dans l'exemple illustré, une tension correspondant aux alternances positives de la tension d'alimentation produite par le réseau. Le circuit 14 est formé par une première diode 19 dont l'anode est reliée au condensateur 17 et à la cathode d'une seconde diode 21. La cathode de la diode 19 est reliée, par l'intermédiaire d'un condensateur 22, au neutre. Un relais 48 est monté entre l'anode de la diode 21 et le point commun entre le neutre et le condensateur 22. Le relais 48, qui est connecté en parallèle avec un condensateur 49, comporte deux contacts associés 48a , 48b montés dans le circuit du thermocouple 11, en parallèle l'un par rapport à l'autre. L'une des bornes du thermocouple 11 est reliée, par l'intermédiaire de la bobine 9, à un point commun des deux contacts, tandis que l'autre borne du thermocouple est connectée à l'autre point commun des contacts.
Le circuit 14 est destiné à alimenter ou charger, à travers une résistance 24 reliée à la cathode de la diode 19, un condensateur 25 qui est connecté au neutre à l'aide d'une diode 26 montée selon son sens direct. Le condensateur 25 est associé à un circuit 27 assurant, lorsque la tension de charge du condensateur 25 atteint une tension de seuil fixée par le circuit 27, la décharge du condensateur 25 jusqu'à une valeur donnée, de manière que le temps de décharge du condensateur corresponde à la durée d'allumage Ta . Un tel circuit de décharge commandée à tension de seuil 27 comporte une bascule 28 montée en parallèle sur le condensateur 25 et un moyen à tension de seuil 29 assurant le déclenchement de la bascule lorsque la tension de charge du condensateur 25 atteint la tension de seuil fixée par le moyen 29 qui est constitué, dans l'exemple illustré, par une diode Zener.
Dans un premier exemple de réalisation, la bascule 28 est constituée par un premier 31 et un second 32 transistors à couplage direct. L'émetteur du premier transistor 31 est relié, par l'intermédiaire d'une résistance 33, au point commun entre la résistance 24 et le condensateur 25. Le collecteur du transistor 31 attaque la base du second transistor 32 qui comporte, entre sa base et son émetteur, un ensemble formé d'une capacité 35 montée en parallèle avec une résistance 36. L'émetteur du transistor 32, qui est relié au neutre, est connecté à l'anode de la diode Zener 29, tandis que le collecteur du transistor 32 attaque la base du transistor 31 et se trouve relié, d'une part, à la cathode de la diode Zener 29 et, d'autre part, par l'intermédiaire d'une résistance 37, au point commun entre le condensateur 22, la diode 19 et la résistance 24.
Le circuit de décharge 27 décrit ci-dessus assure la décharge du condensateur 25 permettant de piloter des moyens de commutation qui assurent l'ouverture de l'électrovanne. Avantageusement, les moyens de commutation sont constitués par un relais 41 monté en série avec une diode 42 interdisant l'excitation du relais pendant la charge du condensateur 25 et autorisant l'excitation du relais pendant la décharge du condensateur. A cet effet, dans l'exemple illustré, la cathode de la diode 42 est reliée au point commun, entre le condensateur 25 et l'anode de la diode 26, tandis que le relais 41 est connecté à la cathode de la diode 26 qui est reliée au neutre. Le contact 41a , associé au relais 41, est monté entre le contact 16 et le circuit 1a de contrôle de l'électrovanne 4.
Le fonctionnement du dispositif de sécurité selon l'invention découle directement de la description qui précède.
Lorsque le thermostat donne un ordre de commande du fonctionnement du brûleur, le contact 16 se ferme, permettant d'alimenter le circuit 14 de production d'une alimentation de basse tension et d'activer une électrovanne 45 montée sur la canalisation du combustible en amont de l'électrovanne 4 et dont la fonction apparaîtra plus clairement dans la suite de la description. Le courant de charge, fourni par l'alimentation positive basse tension, circule à travers la résistance 24, le condensateur 25 et la diode 26. Le condensateur 25 se charge donc, comme illustré par la partie C de la courbe de la fig. 3. Aucun courant ne circule dans le circuit de décharge 27, tant que la tension prélevée par la résistance 37 reste inférieure à la tension de seuil de la diode Zener, par exemple, de l'ordre de 40 volts. Lorsque la tension de charge du condensateur 25, prise entre l'armature positive et le neutre, atteint une tension d'avalanche Va égale à la somme de la tension de seuil de la diode Zener et de la tension base-émetteur du transistor 31, un courant apparaît sur la base du transistor 31. Ce courant de base produit, dans le collecteur du transistor 31, un courant qui attaque la base du transistor 32. Un tel courant de base permet d'engendrer, dans le collecteur du transistor 32, un courant qui attaque la base du transistor 31, de sorte qu'apparaît un effet d'avalanche permettant de maintenir les transistors en état de saturation. Par suite, l'armature positive du condensateur 25 est ramenée au potentiel du neutre, par l'intermédiaire de la résistance 33. Une tension négative apparaît donc sur l'armature négative du condensateur 25, de sorte que la diode 42 se trouve polarisée dans le sens passant, permettant d'assurer la circulation d'un courant de décharge à travers une maille constituée par la résistance 33, les transistors 32, 31, la bobine 41, la diode 42 et le condensateur 25. L'excitation de la bobine 41, par un tel courant de décharge, provoque le passage du contact associé 41a , de sa position de repos à celle de travail pour laquelle la bobine 8 de l'électrovanne 4 est excitée de manière à assurer l'ouverture de l'électrovanne.
La circulation du courant dans la maille ainsi formée décroit, de façon exponentielle, avec une constante de temps déterminée, de sorte que la tension de décharge correspond à l'allure de la portion D de la courbe de la fig. 3. Lorsque la tension aux bornes du relais 41 atteint la tension V _r de désexcitaton du relais, ce dernier passe en position de repos, de sorte que la bobine 8 ne se trouve plus alimentée. Avantageusement, le temps d'excitation du relais 41, qui est facilement réglable et déterminée, en relation de la constante de temps de la décharge du condensateur, est choisi pour correspondre au temps d'allumage Ta du brûleur. Ainsi, si pendant le temps d'allumage la température du thermocouple s'est élevée en présence d'une flamme, le thermocouple engendre un courant d'excitation de la bobine 9 permettant de maintenir ouverte l'électrovanne 4. Si tel n'est pas le cas, l'électrovanne 4 est fermée au terme du temps, d'allumage Ta .
Le dispositif de sécurité selon l'invention permet donc l'ouverture de l'électrovanne 4 pendant un temps d'allumage déterminé et en toute sécurité, à chaque allumage du brûleur, dans la mesure où si un composant du dispositif est défectueux, la charge du condensateur 25 ne peut, en aucun cas, intervenir et autoriser l'ouverture de l'électrovanne.
Par ailleurs, le dispositif de sécurité selon l'invention est apte à assurer une fonction supplémentaire qui est celle de bloquer l'action du thermocouple, dès qu'un arrêt de fonctionnement du brûleur intervient.
Ainsi, lorsqu'un ordre de fonctionnement du brûleur apparaît, un courant traverse la diode 21, le relais 48 et le condensateur 49, pendant les alternances négatives de l'alimentation, de sorte qu'une tension continue positive est présente aux bornes du relais 48 dont les contacts passent de la position de liaison à un point neutre ou en l'air à celle de connexion avec le thermocouple 11. Après la charge du condensateur 25 selon le principe décrit ci-dessus, ce dernier se décharge jusqu'à une valeur donnée V _D égale ou inférieure à la tension de désexcitation du relais 41, de manière à autoriser, au terme d'un délai correspondant au temps d'allumage, l'arrêt de la commande de la bobine 8 de l'électrovanne. Cette valeur finale de décharge correspond à un état d'équilibre qui est atteinte lorsque la tension aux bornes du condensateur 25 devient égale à la tension déterminée par le pont diviseur formé par les résistances 24 et 33 sur la tension d'alimentation basse tension. Cette tension est maintenue, aux fuites près, jusqu'à l'apparition d'un ordre d'extinction du brûleur. Cet ordre d'extinction, qui se manifeste par l'ouverture du contact 16, provoque une désexcitation rapide du relais 48, de sorte que les contacts 48a , 48b commutent pour ouvrir le circuit thermocouple 11 et assurer la désexcitation de la bobine 9 en vue de fermer l'électrovanne 4.
Il apparaît donc que le dispositif de sécurité selon l'invention permet de bloquer l'action du thermocouple dès qu'un arrêt de fonctionnement du brûleur intervient, tout en assurant le fonctionnement de l'électrovanne à chaque démarrage du brûleur. Le blocage direct du thermocouple autorise la suppression de l'électrovanne amont nécessaire pour fermer l'alimentation en combustible dès qu'un ordre arrêt du brûleur intervient.
Il doit être constaté que le dispositif de sécurité selon l'invention permet d'assurer deux fonctions essentielles de sécurité en mettant en oeuvre des moyens techniques d'un coût réduit. Bien entendu, les variantes de réalisation décrites sont données à titre d'exemple. Ainsi, le fonctionnement donné ci-dessus reste identique dans le cas où la tension d'alimentation basse tension est négative. Dans cet exemple, il convient d'inverser le montage des composants polarisés.
La fig. 4 illustre une autre variante de réalisation permettant d'inhiber l'action du thermocouple dès qu'un arrêt de fonctionnement du brûleur intervient. Selon cette variante, les contacts associés 48a , 48b sont montés de part et d'autre du condensateur 25, permettant de relier le condensateur 25, soit au circuit 14 de production d'une alimentation basse tension, soit aux bornes du circuit thermocouple. A cet effet, l'une des bornes du thermocouple 11 est reliée au contact 48b , tandis que l'autre borne du thermocouple 11 est connectée, par l'intermédiaire d'une résistance 51, au contact 48a . La bobine 9 est reliée aux deux bornes du thermocouple 11.
Dès qu'un ordre de fonctionnement du brûleur est donné par le contact 16, le relais 48 est excité, de sorte que les contacts 48a , 48b passent de la position de liaison avec le thermocouple 11 à celle de connexion avec le circuit 14, ce qui permet d'assurer la charge du condensateur 25 comme expliqué ci-avant. Lorsque le contact 16 est ouvert, le relais 48 est désexcité, de sorte que les contacts 48a , 48b commutent pour relier les armatures du condensateur 25 aux bornes du thermocouple 11, comme illustré à la fig. 4. Le condensateur 25 se décharge dans le thermocouple 11 et dans la résistance 51 montée en série dans le circuit thermocouple, pour contrôler le courant de décharge dans le circuit thermocouple. Une telle décharge produit une circulation d'un courant opposé à celui engendré par l'élévation de température, permettant d'assurer l'annulation du courant circulant dans le thermocouple 11 et, par suite, dans la bobine 9, en vue d'obtenir sa désexcitation et la fermeture de l'électrovanne 4.
Dans cet exemple, illustré à la fig. 4, il apparaît une forme de réalisation de la bascule 28. La résistance 33, qui se trouve reliée à la cathode de la diode Zener 29, attaque l'anode d'un thyristor 52 dont la cathode est reliée au point commun entre la résistance 31, le condensateur 35 et le neutre. La grille du thyristor 52 est connectée au point commun entre le condensateur 35, la résistance 31 et l'anode de la diode Zener 29. Le thyristor 52 est déclenché lorsque la tension de charge du condensateur 25 atteint la tension de seuil de la diode Zener 29.

Claims

Dispositif de sécurité pour le fonctionnement d'un brûleur (2) à combustible gazeux comportant un système de commande temporisée (1b ) comprenant :
- un circuit (14) de production d'une alimentation basse tension continue,

- un condensateur (25) destiné à être alimenté par le circuit (14) lors de l'apparition d'un ordre de commande,

- et un circuit (27) de décharge du condensateur (25) lorsque la tension de charge du condensateur (25) atteint une tension de seuil ( Va ) fixée, par un moyen (29), de manière que le temps de décharge corresponde au moins à la durée d'allumage ( Ta ) du brûleur, la décharge du condensateur permettant de piloter des moyens de commutation (41, 41a ) assurant l'ouverture d'une électrovanne (4) permettant d'alimenter en combustible le brûleur,
caractérisé en ce que les moyens de commutation comportent un premier relais (41) monté en série avec le condensateur (25), par l'intermédiaire d'une diode (42) montée pour interdire l'excitation du relais pendant la charge du condensateur et pour autoriser l'excitation du relais lors de la décharge du condensateur, et en ce qu'il comporte un second relais (48) alimenté par le circuit (14) de production d'une alimentation basse tension continue et dont les deux contacts (48a , 48b ) sont montés aux bornes d'un thermocouple (11), de manière à fermer le circuit thermocouple dès qu'un ordre d'allumage intervient et à inhiber le fonctionnement du thermocouple dès qu'un ordre d'extinction du brûleur intervient.
Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux contacts commandés (48a , 48b ) sont montés en parallèle l'un par rapport à l'autre dans le circuit thermocouple et assurent l'ouverture du circuit thermocouple lors de l'émission d'un ordre d'extinction.
Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux contacts commandés (48a , 48b ) sont reliés chacun à l'une des armatures du condensateur (25) permettant de relier le condensateur (25), soit au circuit (14) de production d'une alimentation basse tension continue lorsqu'un ordre de commande du fonctionnement du brûleur apparaît, soit aux bornes du thermocouple lorsqu'un ordre d'extinction du brûleur intervient, de manière à injecter, dans le thermocouple, un courant suffisant pour annuler celui en circulation en vue d'assurer la fermeture immédiate de l'électrovanne (4).
Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le condensateur (25) comporte en série une diode (26) placée en parallèle sur la diode (42) et le relais (41) et permettant la charge du condensateur par le circuit (14) de production d'une alimentation basse tension continue.
Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de décharge (27) comporte une bascule (28) montée en parallèle sur le condensateur (25) et est constitué par un premier (31) et un second (32) transistors complémentaires à couplage direct, le premier transistor (31) étant relié, d'une part, par son émetteur et par l'intermédiaire d'une résistance (33), à l'une des armatures du condensateur (25) et, d'autre part, par son collecteur, à la base du second transistor (31) et à un ensemble formé d'une capacité (35) montée en parallèle sur une résistance (32), tandis que le second transistor (31) est relié, d'une part, par son collecteur, à la base du premier transistor et à la cathode d'une diode Zener (29) formant le moyen de déclenchement à tension de seuil et, d'autre part, par son émetteur à l'anode de la diode Zener (29) et à l'ensemble résistance (32) - capacité (35).
Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de décharge (27) comporte une bascule (28) constituée par un thyristor (52) dont la grille est commandée par le moyen (29) à tension de seuil.
Dispositif de sécurité selon les revendications 1, 5 et 6, caractérisé en ce que le circuit de décharge (27) est adapté pour assurer la décharge du condensateur jusqu'à une valeur donnée (V _D) égale ou inférieure à la tension de désexcitation (V _r) du relais (41) des moyens de commutation.