EP0821198B1 - Dispositif de sécurisation de brûleur pour allumage de flamme, détection de flamme et commande d'admission de gaz - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a device for burner safety for flame ignition, detection of flame and gas intake control, for example in a boiler or water heater.
- Burners require safety devices to avoid on the one hand that the flame remains absent from the burner, which prohibits the operation of the thermal system and, on the other except that if the flame goes out, the gas will not continues to be diffused by the burner.
- the U.S. Patent No. 4,167,767 provides a device gas burner ignition, flame detection and gas inlet control, in which the flame is lit by means of sparks produced by an oscillator between two electrodes placed near the burner.
- This device includes a comparator which receives a signal representative of the voltage between the two electrodes and which compare this voltage to a first setpoint voltage, so as to interrupt the production of sparks (and therefore save energy) when the voltage between electrodes is less than said first voltage of setpoint, which is interpreted as signaling the presence flame on the burner.
- the present invention intends to remedy these disadvantages of presenting an electronic device igniting a flame on a burner, detecting said flame and gas intake control in the burner, whose consumption is so low that it can be supplied by electric batteries, and offering a high level of security.
- the device which is the subject of the invention comprises a positive security electronic assembly, allowing light and control the flame of a burner.
- the device allows ignition of a main burner using a burner ignition, in which case the device does not control the ignition of the main burner only when the flame is present at ignition burner.
- the electronic assembly supplied with batteries, sparks, check for flame and positively feeds a solenoid valve which allows the gas inlet to the main burner. This montage applies to burner ignition with ignition burner non permanent.
- the present invention provides a burner safety device for ignition of flame, flame detection and gas intake control, conventionally comprising a spark generator which includes an oscillator adapted to produce a signal alternating between two electrodes placed near said burner so as to produce sparks between said two electrodes, said sparks being adapted to ignite a flame on the burner.
- this device burner safety device further comprises, on the one hand, a window oscillator comparator suitable for receiving a signal representative of the voltage between the two electrodes and at compare said signal to two set voltages, and other share a gas inlet means into the burner which is controlled by said window oscillator comparator in depending on the result of said comparison.
- the device burner securing device comprises a switching power supply suitable for supplying a solenoid valve forming part of said means for admitting gas into the burner, or a switching power supply with regulation of current suitable for supplying the same solenoid valve or a second solenoid valve.
- the device comprises these two power supplies both, and the regulated switching power supply current is only used to briefly provide full power required to bring the solenoid valve into position open, which saves battery power.
- one of the two electrodes is consisting of the burner.
- the realization of the device is simplified and the positioning of the elements forming a diode between the electrodes, does not pose any difficulty.
- the signal from said oscillator control means used to produce sparks is suitable, when the signal coming out of said comparator is representative of the presence of a flame between the two electrodes, to reduce the frequency with which said oscillator is operated, said control means can also be constituted by a simple resistance.
- the average output voltage of the oscillator is reduced, and the power consumption of the device is very weak since the ignition phase, which is the largest consumer of energy, is very short, and that, following the ignition phase, the operation of the device is only used to test the flame present on the burner.
- said oscillator used to produce sparks has a primary transformer and a transistor adapted to generate together test signals. Others say special features, this oscillator has a secondary transformer and a capacitor suitable for jointly generate flame ignition sparks between the two electrodes.
- said generator of sparks preferably includes a spark gap.
- the energy required to the control of the gas inlet means is sufficient weak so that a battery can power it for several months, in normal operation.
- no connection to the area is only required and installation is greatly simplified since there is no more electrical installation to provide.
- the invention also relates to a means of heating, water heater or boiler for example, characterized in that it includes a device as succinctly set out above.
- FIG. 1 shows a thermal installation 1, comprising a gas inlet 2, a fluid inlet 3, a fluid outlet 4 and a burner 5 connected to the gas inlet 2 and thermally connected to a fluid circuit 6 from the fluid inlet 3 to the fluid outlet 4.
- the flame presence detection means 11 is connected to electrode 9, which therefore ensures production sparks for igniting the flame and serving at the same time to detect the presence of flame.
- the thermal installation 1 is, for example, constituted a water heater or a boiler, of known types.
- the burner 5 is suitable for mixing air with gas coming from the gas inlet 2, via the means gas intake 25, to ensure proper combustion of the mixture thus formed and to evacuate the burnt gases by a chimney 12.
- the burner 5 is of known type.
- Main burner 5 is lit by a burner ignition 14 whose flame is lit by the means flame ignition 9 and on which the presence of a flame is detected by the flame detection means 11, said flame ignition burner 14 also serving, according to a mode of preferred embodiment of the invention, second electrode 45.
- the fluid for example water, which circulates between the fluid inlet 3, where it is at a given temperature, and the fluid outlet 4, where it was heated by the flame of the burner 5, then runs through a circuit which depends on thermal installation 1.
- the gas inlet 2 is either connected to a gas tank, is connected to a gas distribution network.
- Food electric 8 preferably comprises an electric battery or an electric accumulator. However, it can, possibly be supplemented by the electrical sector.
- the flame presence detection means 11 placed at near the output of the ignition burner 14 is adapted to emit a signal representative of the presence or the absence of a flame at the burner outlet 5.
- the means flame ignition 9 placed at the burner outlet ignition 14 is suitable for lighting a flame at the outlet of the burner 5.
- the gas inlet means 25 placed between the gas inlet and the burner 5 is suitable either to leave pass gas from gas inlet 2 to the burner 5, when open, either to prohibit this circulation, when closed.
- the drawing switch 13 is controlled by the flow of water in circuit 6, according to known techniques which do not are not detailed here.
- the electronic circuit 7, which will now be described with reference to Figures 2, 3 and 5, controls the ignition means flame 9 and a gas inlet means 10 depending on the signal leaving the flame detection means 11.
- the switching power supplies 24 and 27 supply voltages higher than the voltage of the voltage source. In case of failure, the solenoid valve 25 cannot therefore be accidentally ordered.
- the circuit marked "draw-off switch”, at the top of the figure 2, represents a means of energizing the circuit of the figure 2. It controls a drawing switch 13 (figure 1) making the ignition request.
- Figures 3 and 4 relate to a thermal installation where the main burner 5 is directly lit by the means ignition 9 and the flame on this burner is controlled by the flame detection means 11.
- the burner main 5 which also acts as second electrode 45.
- circuit breaker 30 comprising two transistors TR3 and TR4, resistors associated and an F1 fuse, and which is connected to an input of food 24.
- the circuit breaker 30 provides, together with a capacity C20 of the window oscillator comparator 23, the locking the device when the burner is not on before the C20 capacity is charged until the first predetermined value of the oscillator comparator 23, the system can only be unlocked by stopping the drawing.
- timing means 26 is not part of this embodiment of the electronic circuit 7.
- a maximum power authorization circuit 31 consisting of an operational amplifier IC2-e, receives the same signal as the oscillator comparator 23 and emits a signal to regulated switching power supply stream 27, the diagram of which is simplified in FIG. 3.
- the simplification of the switching power supply 27, shown in Figure 3 corresponds to a variant diagram power supply electronics shown in Figure 2.
- This variant has the advantage of being able to be connected to the sector.
- the electronic circuit 7 illustrated in FIG. 5 is specifically adapted to the thermal installation 1 illustrated in figure 6.
- Figure 6 shows a third type of installation thermal incorporating a device according to this invention, in which, in comparison with FIG. 1, two solenoid valves 42 and 43 (shown in Figure 5) replace the solenoid valve 25, and in which a circuit electronics 7, as shown in figure 5, control said solenoid valves 42 and 43, depending on the signals switch positions corresponding to anti-backflow safety, upon request for ignition or drawing, and to the ignition electrode.
- the circuit IC2-d / TR50 / TR51 / TR61 / D61 or another similar circuit for controlling the second solenoid valve 42 (or supply the current for the large valve).
- the second "boost" 27 (simplified in FIG. 5) can be set to a fixed current or be controlled by a system current regulation (see in figure 2 the control of the voltage Vref at the terminals of the Zener diode 46).
- the electrical supply circuit comprising the two switching power supplies 24 and 27 is suitable for apply between the terminals of the gas inlet means consisting of the solenoid valve 25 or the solenoid valves 42 and 43, a voltage higher than the output voltage of the source power supply, so that a possible malfunction of said supply circuit prevents the gas passage through the gas inlet means.
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Description
- un comparateur adapté à recevoir ledit signal représentatif de la tension entre les deux électrodes et à comparer ledit signal à une tension de consigne, et
- un moyen de commande de l'oscillateur servant à la production d'étincelles, ledit moyen de commande prenant en compte le signal sortant dudit comparateur.
- la figure 1 représente un premier type d'installation thermique incorporant un dispositif selon la présente l'invention ;
- la figure 2 représente un premier mode de réalisation d'un circuit électronique mettant en oeuvre la présente invention et incorporé dans le dispositif illustré sur la figure 1 ;
- la figure 3 représente un deuxième mode de réalisation d'un circuit électronique mettant en oeuvre la présente invention ;
- la figure 4 représente un deuxième type d'installation thermique incorporant un dispositif selon la présente invention, incorporant le circuit illustré sur la figure 3 ;
- la figure 5 représente un troisième mode de réalisation d'un circuit électronique mettant en oeuvre la présente invention ; et
- la figure 6 représente un troisième type d'installation thermique incorporant un dispositif selon la présente invention, incorporant le circuit illustré sur la figure 5.
- le moyen de détection de flamme 11 qui fonctionne par détection de l'ionisation de la flamme (cette ionisation de la flamme est électriquement similaire à une diode), et qui est constitué d'un amplificateur opérationnel IC1, d'un transistor TR2 et de composants associés dont notamment une résistance 18 de polarisation du transistor TR2, émet un signal lorsque la flamme est présente au brûleur ;
- un générateur d'étincelles 20 constitué, d'une part, d'un oscillateur "blocking" 21 comportant un transistor TR1, un transformateur T1 et une résistance R1, qui reçoit le signal sortant du moyen de détection de flamme 11, et d'autre part d'un allumeur à décharge de condensateur 22 comportant une diode D1, un condensateur C2, un éclateur au silicium sid1, constitué d'un thyristor autodéclenché qui ne possède que deux électrodes, et un transformateur T2 qui fournit un signal de 15 kV pour générer des étincelles d'une durée de 5 microsecondes, qui reçoit le signal sortant de l'oscillateur "blocking" 21. Enfin, un éclateur E1 permet d'isoler la masse, d'une part, de l'installation thermique 1, et d'autre part du circuit électronique 7, pendant la détection de flamme. L'oscillateur "blocking" ainsi constitué produit un signal alternatif qui est redressé par la diode constituée de l'ionisation de la flamme. Le signal redressé sortant de cette diode est intégré par des résistances R4 et R5 ainsi que par un condensateur C3 du détecteur de flamme 11 puis comparé, par l'amplificateur opérationnel IC1, à une consigne fixe donnée par les résistances R7 et R8. De cette manière, en présence de la flamme les tests de sa présence s'effectuent avec une période réduite, ce qui économise l'énergie de la pile ;
- un comparateur oscillateur à fenêtre 23, constitué d'amplificateurs opérationnels IC2-a et IC2-b et de composants périphériques, reçoit un signal prélevé entre la résistance 18 et le transistor TR2. Ce comparateur oscillateur a donc deux consignes qui sont données par des résistances de polarisation R27 et R28, et détecte les transitions du signal prélevé ;
- un moyen de commande de l'oscillateur 21 prenant en compte le signal sortant du comparateur IC1 et comportant, dans l'exemple décrit et représenté, une simple résistance R2 ;
- une alimentation à découpage 24 de type connu sous le nom de "boost", qui alimente le moyen d'admission de gaz 10, ici constitué de l'électrovanne 25, de façon positive. Cette alimentation est composée d'un transistor TR60 d'une inductance L60, d'une diode D60 et d'un condensateur C60. Elle fournit 30 mW, ce qui suffit au maintien de l'électrovanne 25 en position ouverte ;
- un moyen de temporisation 26, composé d'un amplificateur opérationnel IC2-c, d'un transistor TR41 et des résistances et capacités associées, qui permet de donner, pendant une durée limitée, un courant amenant l'électrovanne 25 en position ouverte, de manière à économiser les piles ;
- une alimentation à découpage 27 à régulation de courant, elle aussi de type "boost", constituée d'amplificateurs opérationnels IC2-d et IC3-A, de transistors TR50, TR51 et TR61, d'une diode D61, d'une inductance L61 et d'une diode Zener 46, adaptée à fournir ledit courant amenant l'électrovanne 25 en position ouverte, de façon positive. Cette alimentation à découpage 27 fournit 1 watt.
- un moyen de sécurité contre le refoulement de la cheminée, référencé SRC, qui est constitué d'un bilame à réarmement automatique, monté en série avec l'électrovanne, et qui, de manière connue, coupe le circuit lorsqu'un refoulement est détecté, le réallumage étant interdit par la faible puissance de maintien de l'électrovanne qui est insuffisante pour la rouvrir lorsque la sécurité contre le refoulement se referme.
- le moyen de détection de flamme 11 ;
- le générateur d'étincelles 20 constitué d'une part d'un oscillateur "blocking" 21 et d'autre part d'un allumeur 22 à décharge de condensateur C2 ;
- le comparateur oscillateur à fenêtre 23, identique à celui présenté en figure 2 à l'exception d'une diode 44 ajoutée en parallèle de la résistance R21, en entrée du circuit comparateur 23 ;
- l'alimentation à découpage 24 qui alimente une électrovanne primaire 43 ;
- un moyen de sécurité contre le refoulement de la cheminée, référencé SRC, placé en série avec l'électrovanne primaire 43 ; et
- l'alimentation à découpage à régulation de courant 27, qui alimente une électrovanne secondaire 42.
- un circuit d'autorisation de puissance maximale 31 qui comporte un amplificateur opérationnel IC2-e dont l'entrée inverseuse reçoit une tension prédéterminée constante et dont l'entrée non inverseuse reçoit le signal entrant dans le comparateur oscillateur à fenêtre 23. Le signal de sortie du circuit d'autorisation 31 entre dans le circuit d'alimentation 27 ;
- un circuit de régulation 40 comportant un amplificateur opérationnel 41 dont l'entrée inverseuse reçoit un signal prélevé entre l'électrovanne secondaire 42 et une résistance R13 reliée à la masse électrique. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 41 reçoit une tension prédéterminée fixe correspondant à une consigne de régulation. Le signal de sortie du circuit de régulation 40 entre dans le circuit d'alimentation 27, conjointement au signal sortant du circuit d'autorisation de puissance 31.
- le signal de détection de flamme est prélevé dans la boucle du contrôle d'ionisation de flamme. Le comparateur comprenant l'amplificateur opérationnel IC1 fixe une valeur de consigne du signal de flamme, interrompt l'oscillateur 21 comportant le transformateur T1 et le transistor TR1 si le signal est supérieur à la consigne et le libère si le signal est inférieur à la consigne. Il commande ainsi la génération d'étincelles au brûleur 5.
- la validation du signal de flamme est effectuée par l'oscillateur comparateur à fenêtre 23 : les amplificateurs opérationnels IC2-a et IC2-b forment conjointement un oscillateur qui ne peut démarrer que si le signal sur l'entrée de IC2-a est compris dans une fourchette définie par les résistances de polarisation R27 et R28. Cet oscillateur est positif : aucun défaut de composant ne peut le faire osciller si le signal d'entrée n'est pas dans la fourchette définie.
- l'alimentation à découpage 24, de type "boost", produit une tension supérieure à la tension d'alimentation nécessaire pour maintenir ouverte l'électrovanne 25. L'énergie emmagasinée dans l'inductance L60 lorsque le transistor TR60 est saturé se décharge par l'intermédiaire de la diode D60 dans le condensateur C60 lorsque le transistor TR60 est bloqué. Ce système ne peut fonctionner que si tous les composants sont actifs et, par conséquent, aucun défaut de composant ne peut provoquer l'alimentation de l'électrovanne 25 si un signal dynamique n'est pas présent sur la base du transistor TR60.
- le moyen de temporisation 26, compte tenu de la pleine puissance requise pour amener l'électrovanne en position ouverte, n'autorise, de façon positive, l'actionnement de l'alimentation à découpage 27 que pendant une durée limitée, ce qui permet d'économiser les piles. La temporisation est initialisée par l'entrée en oscillation de l'amplificateur opérationnel IC2-a.
- l'alimentation à découpage 27 est excitée par l'amplificateur opérationnel IC2-d qui utilise la tension de charge et décharge du condensateur C22 de l'oscillateur comparateur à fenêtre 23. Le courant dans l'électrovanne 25 est régulé par la résistance R64 en coopération avec la diode Zener 46, avec l'amplificateur opérationnel IC3-A et les autres résistances associées. L'amplificateur opérationnel IC3-A agit sur le rapport cyclique du signal carré produit par l'amplificateur opérationnel IC2-d.
- une sécurité contre le refoulement de la cheminée est assurée par un bilame (non représenté) monté dans un boítier coupe-tirage (non représenté). Il interrompt le courant dans l'électrovanne 25 lors d'un refoulement de gaz dans la cheminée, ce qui provoque la fermeture de l'électrovanne 25. La réouverture de l'électrovanne 25 est interdite, lors de la fermeture du bilame, par le faible courant de maintien délivré par l'alimentation 24. Pour autoriser la réouverture de l'électrovanne 25, il faut faire cesser le puisage et refaire une demande de puisage, selon le fonctionnement présenté ci-dessus.
- pour un allumage direct du brûleur 5 (voir la figure 4), il faut utiliser une temporisation qui limite le temps d'ouverture de l'électrovanne 25 à moins de 5 s (durée connue sous le nom de "temps de sécurité en allumage"), de façon sûre ; ceci est obtenu par le condensateur C20 qui est chargé progressivement par la résistance R21 lors d'une demande d'allumage et maintenu à la valeur de consigne lors d'une détection de flamme. Tant que la tension appliquée au condensateur C20 est comprise dans la fourchette de fonctionnement de l'oscillateur 23, celui-ci fonctionne. Par contre, si une détection de flamme n'apparaít pas avant la charge complète du condensateur C20, la tension de celui-ci sort de la fourchette de l'oscillateur 23 et celui-ci s'arrête.
- l'électrovanne 25 est alimentée dès le début de la demande de puisage lorsque la tension de charge du condensateur C20 a dépassé la limite inférieure de la fourchette de l'oscillateur.
- une deuxième électrovanne 42 qui autorise la grande puissance dès que la flamme est présente, ou
- une électrovanne à clapet double.
Claims (11)
- Dispositif de sécurisation de brûleur pour allumage de flamme, détection de flamme et commande d'admission de gaz, comprenant un générateur d'étincelles (20) qui comporte un oscillateur (21) adapté à produire un signal alternatif entre deux électrodes (9, 45) placées à proximité dudit brûleur (5, 14) de manière à produire des étincelles entre lesdites deux électrodes (9, 45), lesdites étincelles étant adaptées à allumer une flamme sur le brûleur (5, 14), ledit dispositif de sécurisation de brûleur étant caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, un comparateur oscillateur à fenêtre (23) adapté à recevoir un signal représentatif de la tension entre les deux électrodes (9, 45) et à comparer ledit signal à deux tensions de consigne, et d'autre part un moyen d'admission de gaz (25, 42, 43) dans le brûleur (5, 14) qui est commandé par ledit comparateur oscillateur à fenêtre (23) en fonction du résultat de ladite comparaison.
- Dispositif de sécurisation de brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une alimentation à découpage (24) adaptée à alimenter une électrovanne (25, 43) faisant partie dudit moyen d'admission de gaz dans le brûleur (5).
- Dispositif de sécurisation de brûleur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une alimentation à découpage à régulation de courant (27) adaptée à alimenter une électrovanne (25, 42) faisant partie dudit moyen d'admission de gaz dans le brûleur (5).
- Dispositif de sécurisation de brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'une des deux électrodes (45) est constituée du brûleur (5, 14).
- Dispositif de sécurisation de brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de détection de flamme (11) relié à ladite électrode (9) et comportant :un comparateur (IC1) adapté à recevoir ledit signal représentatif de la tension entre les deux électrodes (9, 45) et à comparer ledit signal à une tension de consigne, etun moyen de commande (R2) dudit oscillateur (21) prenant en compte le signal sortant dudit comparateur (IC1).
- Dispositif de sécurisation de brûleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le signal sortant dudit moyen de commande (R2) est adapté, lorsque le signal sortant dudit comparateur (IC1) est représentatif de la présence d'une flamme entre les deux électrodes (9, 45), à réduire la fréquence avec laquelle ledit oscillateur (21) est actionné.
- Dispositif de sécurisation de brûleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit moyen de commande (R2) est constitué par une simple résistance.
- Dispositif de sécurisation de brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'oscillateur (21) comporte un transformateur primaire (T1) et un transistor (TR1) adaptés à générer conjointement des signaux de test.
- Dispositif de sécurisation de brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'oscillateur (21) comporte un transformateur secondaire (T2) et un condensateur (C2) adaptés à générer conjointement des étincelles d'allumage de flamme entre les deux électrodes (9, 45).
- Dispositif de sécurisation de brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit générateur d'étincelles (20) comporte également un éclateur (E1).
- Moyen de chauffage, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de sécurisation de brûleur selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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