FR2614385A1 - IMPROVEMENTS TO SAFETY DEVICES FOR GAS VALVES - Google Patents
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Abstract
IL S'AGIT D'UN DISPOSITIF DE SECURITE ASSOCIE A LA VANNE D'ALIMENTATION 3 EN GAZ COMBUSTIBLE DU BRULEUR 1 D'UN APPAREIL DE CHAUFFAGE EQUIPE D'UNE VEILLEUSE 13, LADITE VANNE COMPRENANT UN CLAPET 5 SUSCEPTIBLE D'ETRE ARME A LA MAIN EN SA POSITION D'OUVERTURE, CE CLAPET ETANT ASSOCIE A UNE BOBINE ELECTROMAGNETIQUE 10 DE FACON TELLE QUE LE MAINTIEN EN POSITION OUVERTE ARMEE DU CLAPET SOIT ASSURE PAR CIRCULATION DANS LA BOBINE DU COURANT ELECTRIQUE ENGENDRE PAR LE SIMPLE CHAUFFAGE D'UN THERMOCOUPLE 12 PAR LA VEILLEUSE, LA SECURITE RECHERCHEE ETANT OBTENUE PAR OUVERTURE D'UN INTERRUPTEUR ELECTRIQUE 16 MONTE SUR LE CIRCUIT QUI RELIE LE THERMOCOUPLE A LA BOBINE. L'INTERRUPTEUR ELECTRIQUE 16 EST CONSTITUE PAR UN TRANSISTOR DE TYPE MOS PRESENTANT UNE TRES FAIBLE RESISTANCE DRAIN-SOURCE A L'ETAT CONDUCTEUR.THIS IS A SAFETY DEVICE ASSOCIATED WITH THE FUEL GAS VALVE 3 OF THE BURNER 1 OF A HEATER EQUIPPED WITH A PILOT LIGHT 13, SAID VALVE COMPRISING A VALVE 5 CAPABLE OF BEING ARMED WITH THE HAND IN ITS OPENING POSITION, THIS VALVE BEING ASSOCIATED WITH AN ELECTROMAGNETIC COIL 10 SO THAT MAINTAINING IN THE OPEN ARMED POSITION OF THE VALVE IS PROVIDED BY CIRCULATION IN THE COIL OF ELECTRIC CURRENT GENERATED BY THE SIMPLE HEATING OF A THERMOCOUPLE 12 THE PILOT LIGHT, THE SEARCHED SAFETY IS OBTAINED BY OPENING AN ELECTRIC SWITCH 16 MOUNTED ON THE CIRCUIT THAT CONNECTS THE THERMOCOUPLE TO THE COIL. THE ELECTRICAL SWITCH 16 IS CONSTITUTED BY A MOS TYPE TRANSISTOR HAVING A VERY LOW DRAIN-SOURCE RESISTANCE IN THE CONDUCTIVE STATE.
Description
Perfectionnements aux dispositifs de sécurité pourImprovements to safety devices for
vannes à qaz.qaz valves.
L'invention est relative aux dispositifs de sécurité associés aux vannes d'alimentation en gaz com- The invention relates to safety devices associated with gas supply valves
bustible des brûleurs équipant les appareils de chauffa- burnable burners fitted to heating appliances
ge tels que chauffe-eau, chauffe-bains, chaudières,... such as water heaters, bath heaters, boilers, ...
équipés d'une veilleuse.equipped with a pilot.
Elle vise plus spécialement, parmi ces disposi- More specifically, among these provisions,
tifs, ceux qui comprennent un clapet-gaz susceptible d'être armé à la main en sa position d'ouverture, ce clapet étant associé à une bobine électromagnétique de façon telle que le maintien en position ouverte ou armée du clapet soit assuré par circulation dans la bobine du courant électrique engendré par le simple chauffage d'un tifs, those which include a gas valve capable of being cocked by hand in its open position, this valve being associated with an electromagnetic coil so that the maintenance in the open or armed position of the valve is ensured by circulation in the coil of electric current generated by the simple heating of a
thermocouple par la veilleuse.thermocouple by the pilot.
Dans les modes de réalisation connus, ces dispo- In the known embodiments, these arrangements
sitifs de sécurité comprennent un interrupteur électri- safety devices include an electric switch
que monté sur le circuit qui relie le thermocouple à la that mounted on the circuit that connects the thermocouple to the
bobine.coil.
Comme la différence de potentiel engendrée par As the potential difference generated by
le thermocouple est relativement faible, savoir de l'or- the thermocouple is relatively weak, namely from the
dre de quelques dizaines de mV, il importe que la résis- dre of a few tens of mV, it is important that the resistance
tance électrique globale du circuit considéré soit elle- overall electrical tance of the circuit considered either
même très faible, savoir en général inférieure à 100 even very weak, generally know less than 100
milli-ohms (mn).milli-ohms (min).
Une telle exigence excluait jusqu'à ce jour dans la pratique l'utilisation de jonctions à semi-conducteur pour l'établissement des interrupteurs électriques Such a requirement has hitherto excluded in practice the use of semiconductor junctions for the establishment of electrical switches
considérés, du fait de la résistance interne relative- considered, due to the relative internal resistance-
ment élevée de ces Jonctions.ment of these Junctions.
On avait donc recours pour ces interrupteurs à So we used these switches
des contacts mécaniques.mechanical contacts.
Ces derniers devaient présenter lors de leurs fermetures des résistances électriques très faibles, de The latter had to present during their closings very low electrical resistances,
2624385.;2624385 .;
l'ordre de quelques mn seulement, et la valeur très fai- only a few minutes, and the very low value
ble de ces résistances de contact devait être conservée ble of these contact resistances had to be retained
dans le temps.in time.
Dans la pratique, cette conservation était très difficile à obtenir du fait notamment des oxydations des contacts considérés, de leurs salissures, dues notamment aux poussières, des vibrations auxquelles sont soumis les appareils de chauffage lors de leur fonctionnement, etc. L'invention a pour but, surtout, de supprimer In practice, this conservation was very difficult to obtain owing in particular to the oxidation of the contacts under consideration, their soiling, due in particular to dust, the vibrations to which the heating appliances are subjected during their operation, etc. The invention aims, above all, to remove
ces derniers inconvénients.these latter drawbacks.
A cet effet, les dispositifs de sécurité du gen- To this end, the safety devices of the gen-
re en question selon l'invention sont essentiellement caractérisés en ce que leurs interrupteurs électriques re in question according to the invention are essentially characterized in that their electrical switches
tels que définis ci-dessus sont constitués par des tran- as defined above consist of tran-
sistors de type MOS présentant une très faible résistan- MOS type sistors with very low resistance
ce drain-source à l'état conducteur, cette résistance this drain-source in the conducting state, this resistance
étant de préférence inférieure à 30 mn. preferably being less than 30 min.
L'invention comprend, mise à part cette disposi- The invention includes, apart from this arrangement
tion principale, certaines autres dispositions qui s'u- main tion, certain other provisions which
tilisent de préférence en même temps et dont il sera preferably use at the same time and which will be
plus explicitement question ci-après. more explicitly question below.
Dans ce qui suit, l'on va décrire un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant au In the following, a preferred embodiment of the invention will be described with reference to
dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limita- drawing appended hereto in a way of course not limited to
tive.tive.
Les figures 1 et 2, de ce dessin, montrent sché- Figures 1 and 2 of this drawing show a diagram
matiquement un dispositif de sécurité établi selon l'in- a safety device established according to the
vention respectivement en fonctionnement, veilleuse vention respectively in operation, pilot
allumée, et au repos, veilleuse éteinte. on, and at rest, pilot off.
Le dispositif de sécurité considéré est associé The security device considered is associated
à un brûleur 1 susceptible d'être alimenté en gaz com- to a burner 1 capable of being supplied with gas
bustible à partir d'une canalisation 2 à travers succes- bustible from line 2 through succes-
sivement une vanne de sécurité 3 et un clapet-gaz termi- a safety valve 3 and a gas valve
nal 4.nal 4.
Le dispositif en question a pour but d'exercer The purpose of the device is to exercise
26243%526,243% 5
une sécurité vis-à-vis de certains dangers (pollution de safety from certain dangers (pollution of
l'atmosphère, encrassement d'un conduit, panne de venti- the atmosphere, fouling of a duct, breakdown of ventilation
lation, manque d'eau,...) en fermant automatiquement la vanne 3 dès que des seuils prédéterminés sont franchis par des paramètres appropriés représentatifs de ces dan- gers. Par extension on peut également envisager que la lation, lack of water, etc.) by automatically closing valve 3 as soon as predetermined thresholds are crossed by appropriate parameters representative of these dangers. By extension we can also consider that the
fermeture automatique indiquée de la vanne 3 soit dé- indicated automatic closing of valve 3 either
clenchée par des phénomènes qui ne sont pas spécialement dangereux mais qui sont intéressants à considérer dans triggered by phenomena which are not particularly dangerous but which are interesting to consider in
certaines circonstances, tels qu'une température (tempé- certain circumstances, such as a temperature (
rature ambiante, température de l'eau en circulation ambient temperature, circulating water temperature
dans un circuit de chauffage central...). in a central heating circuit ...).
La vanne de sécurité 3 est composée d'un 'bou- The safety valve 3 is composed of a 'bou-
chon magnétique comprenant lui-même un clapet-gaz 5 propre à coopérer avec un siège 6 et solidaire d'une tige 7 comportant à l'une de ses extrémités une palette magnetic chon itself comprising a gas valve 5 adapted to cooperate with a seat 6 and integral with a rod 7 having at one of its ends a pallet
magnétique 8 propre à refermer les lignes de champ ma- magnetic 8 suitable for closing the field lines ma-
gnétique d'un circuit magnétique 9 en U sur lequel est genetics of a magnetic circuit 9 in U on which is
enroulée une bobiné 10.wound a wound 10.
La bobine 10 de l'électro-aimant ainsi formé est alimentée en courant continu, par l'intermédiaire d'un circuit 11, à partir d'un thermocouple 12 susceptible The coil 10 of the electromagnet thus formed is supplied with direct current, via a circuit 11, from a thermocouple 12 capable
d'être placé dans la flamme 13 d'une veilleuse. to be placed in the flame 13 of a pilot.
Cette veilleuse 13 est alimentée elle-même par le gaz combustible prélevé, en aval de la vanne 3, dans un tronçon de canalisation 14 reliant cette vanne au This pilot light 13 is itself supplied by the combustible gas taken, downstream from the valve 3, in a section of pipe 14 connecting this valve to the
clapet-gaz 4.gas valve 4.
De plus elle est agencée de façon à allumer le brûleur 1 lorsque celui-ci est alimenté en gaz à travers successivement les organes de contrôle 3 et 4 ouverts In addition, it is arranged so as to ignite the burner 1 when the latter is supplied with gas successively through the open control members 3 and 4.
tous les deux.both.
Le courant électrique i engendré par le thermo- The electric current i generated by the thermo-
couple 12 quand celui-ci est chauffé par la veilleuse 13 torque 12 when it is heated by the pilot 13
est très faible.is very weak.
Mais si la résistance électrique globale du cir- But if the overall electrical resistance of the circuit
cuit 11 est elle-même suffisamment faible, savoir par cooked 11 is itself sufficiently weak, namely by
exemple inférieure à 100 mn, la circulation de ce cou- example less than 100 min, the circulation of this cou-
rant j dans la bobine 10 engendre sur la palette magné- rant j in the coil 10 generates on the magnetic pallet
tique 8 et donc sur le clapet 5 une force F suffisante pour surpasser la force de rappel R d'un léger ressort tick 8 and therefore on the valve 5 a force F sufficient to overcome the return force R of a light spring
sollicitant ledit clapet 5 vers sa position de ferme- urging said valve 5 towards its closed position
ture pour laquelle il est appliqué contre le siège 6. for which it is applied against the seat 6.
C'est sur le circuit 11 qu'est monté un inter- It is on circuit 11 that an inter-
rupteur électrique 16 de 'sécurité" normalement fermé et propre à être ouvert lorsque se manifeste le "danger" electric switch 16 of "safety" normally closed and suitable for being opened when the "danger" appears
vis-à-vis duquel on désire être protégé. against whom you want to be protected.
Comme indiqué plus haut, cet interrupteur était constitué par un contact mécanique dans les réalisations antérieurement connues: une telle réalisation semblait inévitable en raison de l'extrême petitesse exigée pour As indicated above, this switch was constituted by a mechanical contact in the previously known embodiments: such an embodiment seemed inevitable due to the extreme smallness required for
la résistance électrique interne du contact en question. the internal electrical resistance of the contact in question.
Or la demanderesse a constaté qu'il existait The plaintiff has found that there is
maintenant sur le marché certains interrupteurs électro- now on the market some electro- switches
niques présentant une résistance interne extrêmement faible sous certaines conditions et qu'il était donc niques with extremely low internal resistance under certain conditions and that it was therefore
possible de les utiliser dans le cadre exposé ci- possible to use them in the framework described above
dessus: c'est le cas des transistors de type MOS pré- above: this is the case of pre-MOS type transistors
sentant une résistance drain-source extrêmement faible à l'état conducteur, c'est-à-dire dès que leur base est alimentée sous une tension minimum très faible, par exemple de l'ordre de 2,5 V. feeling an extremely low drain-source resistance in the conductive state, that is to say as soon as their base is supplied with a very low minimum voltage, for example of the order of 2.5 V.
On utilise donc selon l'invention un tel tran- Therefore, according to the invention, such a tran
sistor MOS pour constituer le contact électrique 16 du MOS sistor to constitute the electrical contact 16 of the
circuit 11.circuit 11.
Comme on le sait, le transistor MOS est un tran- As we know, the MOS transistor is a tran
sistor à effet de champ dont la grille ou base est iso- field effect sistor whose grid or base is iso-
lée par une couche très isolante d'oxyde de silicium. bonded by a very insulating layer of silicon oxide.
Un exemple d'un tel transistor ayant donné toute satisfaction, et donné à titre purement illustratif, est celui diffusé sous la référence SN P 60 NO 5 en bottier 26243b5 An example of such a transistor having given all satisfaction, and given purely by way of illustration, is that distributed under the reference SN P 60 NO 5 in shoemaker 26243b5
TO 220 AB par la Société SILICONIX: la résistance in- TO 220 AB by SILICONIX: resistance
terne drain-source de ce transistor est de 20 mn seule- dull drain-source of this transistor is 20 min alone-
ment lorsqu'une faible tension est appliquée sur sa base. - On a schématisé sur le dessin par le rectangle 17 un dispositif propre à détecter le paramètre (degré when a low voltage is applied to its base. - We have schematized on the drawing by the rectangle 17 a device suitable for detecting the parameter (degree
de pollution, température,...) dont la progression au- pollution, temperature, ...) whose progression
delà d'un seuil prédéterminé doit déclencher automati- beyond a predetermined threshold must automatically trigger
quement la fermeture de la vanne 3.only closing the valve 3.
Ce dispositif est agencé de façon à élaborer une tension continue de faible amplitude qui est appliquée This device is arranged so as to develop a low amplitude direct voltage which is applied
sur la base du transistor 16 tant que le seuil en ques- based on transistor 16 as long as the threshold in question
tion n'est pas franchi, ladite tension s'annulant auto- tion is not crossed, said tension canceling out automatically
matiquement dès franchissement dudit seuil. matically upon crossing said threshold.
Le fonctionnement du dispositif de sécurité qui The operation of the safety device which
vient d'être décrit est le suivant. just described is as follows.
Tant que le seuil ci-dessus n'est pas franchi As long as the above threshold is not crossed
par le paramètre considéré, le transistor 16 est conduc- by the parameter considered, transistor 16 is conduct-
teur, sa résistance interne est très faible et sa pré- tor, its internal resistance is very low and its pre-
sence dans le circuit 11 n'affecte pratiquement pas l'intensité du courant j lorsque ce courant est engendré sence in circuit 11 practically does not affect the intensity of the current j when this current is generated
par le thermocouple 12.by the thermocouple 12.
Dès l'armement du bouchon magnétique, obtenu par As soon as the magnetic plug is armed, obtained by
appui manuel (flèche A) sur un bouton 18 prévu à l'ex- manual press (arrow A) on a button 18 provided for ex-
trémité, de la tige 7, opposée à la palette 8, le gaz end, of rod 7, opposite to pallet 8, gas
traverse la vanne 3 et parvient à la veilleuse 13, la- crosses valve 3 and reaches pilot 13, la-
quelle s'allume, notamment du fait de la production d'étincelles à partir d'un allumeur piézoélectrique ou autre. Le courant j est alors engendré dans le circuit 11 et la force F qui en résulte l'emporte légèrement sur la force de rappel R du ressort 15, de sorte que la vanne 3 est maintenue en sa position armée d'ouverture, même lorsque la pression d'armement sur le bouton 18 which ignites, in particular due to the production of sparks from a piezoelectric igniter or the like. The current j is then generated in the circuit 11 and the resulting force F slightly outweighs the restoring force R of the spring 15, so that the valve 3 is maintained in its armed opening position, even when the arming pressure on button 18
cesse; de même la veilleuse 13 reste alors allumée. ceases; similarly the pilot light 13 then remains on.
Le brûleur 1 s'allume alors automatiquement dès que le clapet-gaz 4 est ouvert, cette ouverture étant The burner 1 then ignites automatically as soon as the gas valve 4 is opened, this opening being
commandée par exemple par un puisage d'eau chaude sani- controlled for example by drawing hot water
taire dans le cas d'un chauffe-eau ou chauffe-bains. shut up in the case of a water heater or bath heater.
Le brûleur 1 s'éteint ensuite dès la fermeture dudit clapet-gaz 4. Si la veilleuse 13 s'éteint, par exemple & la suite d'un coup de vent ou d'un refoulement d'air, le The burner 1 then goes out as soon as said gas valve 4 is closed. If the pilot light 13 goes out, for example & following a gale or an air discharge, the
thermocouple 12 n'est plus chauffé, le courant i engen- thermocouple 12 is no longer heated, the current i generates
dré par chauffage de ce thermocouple s'annule et il en est de même de la force F: la force de rappel R du dré by heating this thermocouple is canceled and it is the same for the force F: the restoring force R of
ressort 15 ferme alors la vanne 3 en appliquant le cla- spring 15 then closes valve 3 by applying the
pet 5 contre son siège 6.pet 5 against his seat 6.
C'est un effet analogue qui est produit dès que le seuil ci-dessus défini est franchi par le paramètre It is an analogous effect which is produced as soon as the threshold defined above is crossed by the parameter
auquel est asservie la sécurité.to which security is subject.
En effet ce franchissement, détecté en 17, se traduit par l'annulation de la tension appliquée sur la base du transistor 16, ce qui donne immédiatement à la résistance interne de ce transistor une valeur beaucoup plus élevée que celle de la bobine 10: le courant j n'est --plus alors suffisant pour engendrer la force F et l'équilibre préalablement établi entre cette force F et la force de rappel R est rompu en faveur de la seconde, Indeed, this crossing, detected at 17, results in the cancellation of the voltage applied to the base of transistor 16, which immediately gives the internal resistance of this transistor a value much higher than that of coil 10: the current j is - no longer sufficient to generate the force F and the balance previously established between this force F and the restoring force R is broken in favor of the second,
ce qui entraîne la fermeture de la vanne 3. which causes the valve 3 to close.
En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on obtient finalement un dispositif de sécurité pour vanne & gaz dont la constitution et le Following this, and whatever the embodiment adopted, a safety device for valve & gas is finally obtained, the constitution and the
fonctionnement résultent suffisamment de ce qui précède. operation result sufficiently from the above.
Ce dispositif présente un certain nombre d'avan- This device has a number of advantages.
tages par rapport à ceux antérieurement connus, en par- compared to those previously known, in part
ticulier en ce qui concerne la fiabilité et la longévité du contact de sécurité 16 du fait que celui-ci est réalisé par des éléments semiconducteurs statiques beaucoup moins vulnérables que les contacts mécaniques à particular as regards the reliability and longevity of the safety contact 16 because it is made by static semiconductor elements much less vulnerable than the mechanical contacts to
éléments mobiles.moving parts.
Comme il va de soi, et comme il résulte d'ail- As it goes without saying, and as it results from
leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite their already from the above, the invention is not limited
nullement & ceux de ses modes d'application et de réali- in no way & those of its modes of application and implementation
sation qui ont été plus spécialement envisagés elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. sation which have been more especially envisaged, it embraces, on the contrary, all the variants.
Claims (2)
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Family Applications (1)
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Legal Events
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ST | Notification of lapse |