FR2666138A1

FR2666138A1 - FLAME DETECTOR OF A BURNER.

Info

Publication number: FR2666138A1
Application number: FR9010795A
Authority: FR
Inventors: Pierre-Yves Bosqui; Jean-Claude Pillard
Original assignee: Entreprise Generale de Chauffage Industriel Pillard SA
Current assignee: Entreprise Generale de Chauffage Industriel Pillard SA
Priority date: 1990-08-24
Filing date: 1990-08-24
Publication date: 1992-02-28
Anticipated expiration: 2010-08-24
Also published as: FR2666138B1; ES2044761R; DE4127425A1; ES2044761B1; ES2044761A2

Abstract

La présente invention a pour objet un détecteur de flamme d'un brûleur. Un détecteur de flamme selon l'invention comporte un corps creux (1), qui délimite une chambre (2), qui contient une cellule détectrice de rayonnement ultraviolet (3) et une lentille (5), qui est exposée à la flamme d'un brûleur et qui concentre la lumière sur une fenêtre (8a). Il comporte un volet obturateur opaque (18), qui est déplacé alternativement par un moteur pas à pas à double sens de marche (16) et qui vient s'intercaler périodiquement entre la fenêtre (8a) et le détecteur de flamme (3). Le moteur (16) est commandé par des impulsions et on fait varier le rapport cyclique en faisant varier l'intervalle de temps entre impulsions de commande. Une application est l'équipement des chaudières, notamment des chaudières à gaz.The present invention relates to a flame detector for a burner. A flame detector according to the invention comprises a hollow body (1), which delimits a chamber (2), which contains an ultraviolet radiation detection cell (3) and a lens (5), which is exposed to the flame of a burner and which concentrates the light on a window (8a). It includes an opaque shutter (18), which is moved alternately by a two-way stepping motor (16) and which is periodically inserted between the window (8a) and the flame detector (3). The motor (16) is controlled by pulses and the duty cycle is varied by varying the time interval between control pulses. One application is the equipment of boilers, in particular gas boilers.

Description

ii

Détecteur de flamme d'un brûleur.Flame detector of a burner.

DESCRIPTIONDESCRIPTION

La présente invention a pour objet des détecteurs de flamme équipant les brûleurs, notamment les brûleurs de chaudières. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction The present invention relates to flame detectors fitted to the burners, in particular boiler burners. The technical sector of the invention is that of construction

des brûleurs.burners.

Les brûleurs, notamment les brûleurs de chaudière, sont équipés d'un détecteur de flamme qui a pour fonction d'interrompre l'arrivée de combustible en cas d'absence de flamme afin d'éviter des risques The burners, in particular the boiler burners, are equipped with a flame detector whose function is to stop the arrival of fuel in the absence of a flame in order to avoid risks.

d'explosion, notamment dans le cas des chaudières à gaz. explosion, especially in the case of gas boilers.

Les détecteurs de flamme connus comportent généralement une cellule de détection des rayonnements ultraviolets émis par la flamme, laquelle cellule est disposée derrière une lentille qui est exposée au Known flame detectors generally comprise a cell for detecting ultraviolet radiation emitted by the flame, which cell is arranged behind a lens which is exposed to

rayonnement de la flamme.flame radiation.

Les règlements de sécurité imposent que l'on vérifie toutes les secondes le bon fonctionnement du détecteur de flamme et que l'alimentation en combustible soit arrêtée automatiquement, si le The safety regulations require that the flame detector be checked every second and that the fuel supply is stopped automatically if the

détecteur de flamme est déficient. flame detector is deficient.

Afin de répondre à cette exigence, on vérifie le bon fonctionnement du détecteur de rayonnement ultraviolet en interposant périodiquement, entre la flamme et ce détecteur, un volet opaque qui In order to meet this requirement, it verifies the proper functioning of the ultraviolet radiation detector by periodically interposing, between the flame and this detector, an opaque shutter which

masque la flamme.mask the flame.

Dans certains détecteurs de flamme connus à ce jour, le volet In some flame detectors known to date, the flap

opaque est actionné périodiquement, dans un sens, par un électro- opaque is actuated periodically, in a sense, by an electro-

aimant et il est rappelé à sa position initiale par un ressort. magnet and is recalled to its original position by a spring.

Ces détecteurs présentent des défauts de fonctionnement dus à la présence d'un ressort qui se détériore rapidement et il arrive fréquemment que ces détecteurs de flamme soient en panne, ce qui These detectors have malfunctions due to the presence of a rapidly deteriorating spring, and these flame detectors frequently fail.

entraîne l'arrêt de la chaudière. causes the boiler to shut down.

De plus, il est difficile dans ce type de détecteurs, de régler le rapport cyclique, c'est-à-dire le rapport entre la durée de fermeture et la durée d'ouverture du volet au cours de chaque cycle de Moreover, it is difficult in this type of detector, to adjust the duty cycle, that is to say the ratio between the duration of closure and the duration of opening of the flap during each cycle.

déplacement alternatif dudit volet. reciprocating movement of said flap.

On connaît également des détecteurs de flamme qui comportent un disque opaque comportant une ou plusieurs ouvertures, qui coupe les rayons lumineux entre la flamme et la cellule détectrice et qui est Flame detectors are also known which comprise an opaque disc having one or more openings, which cuts the light rays between the flame and the detector cell and which is

entraîné en rotation à vitesse constante par un moteur synchrone. rotated at constant speed by a synchronous motor.

Quelle que soit la vitesse de rotation du disque, le rapport cyclique entre la durée pendant laquelle la cellule reçoit le rayonnement de la flamme et la durée pendant laquelle la flamme est masquée reste constant. Un objectif de la présente invention est de procurer des détecteurs de flamme comportant un volet obturateur et des moyens pour déplacer alternativement ledit volet sans utiliser aucun ressort de rappel, afin d'éviter les risques de panne du détecteur et donc Whatever the speed of rotation of the disk, the duty cycle between the time during which the cell receives the radiation of the flame and the duration during which the flame is masked remains constant. An object of the present invention is to provide flame detectors comprising a shutter and means for moving said shutter alternately without using any return spring, in order to avoid the risk of detector failure and therefore

d'arrêt de la chaudière dus à la détérioration d'un ressort de rappel. Stopping the boiler due to the deterioration of a return spring.

Un autre objectif de la présente invention est de procurer un détecteur de flamme comportant des moyens pour déplacer périodiquement un volet obturateur entre la flamme et la cellule de détection du rayonnement ultraviolet, tel qu'il soit facile de régler le rapport cyclique entre la durée pendant laquelle le rayonnement de la flamme atteint la cellule et la durée pendant laquelle le volet obturateur masque la cellule au cours de chaque période de déplacement dudit Another object of the present invention is to provide a flame detector having means for periodically moving a shutter shutter between the flame and the ultraviolet radiation detection cell, so that it is easy to adjust the duty cycle between the duration which radiation of the flame reaches the cell and the duration during which the shutter member masks the cell during each period of movement of said

volet obturateur.shutter shutter.

Les détecteurs de flamme selon l'invention comportent, de façon connue, une cellule détectrice des rayonnements ultraviolets, qui est exposée à la flamme d'un brûleur et un volet obturateur, qui est intercalé périodiquement entre la flamme du brûleur et ladite cellule détectrice. Les objectifs de l'invention sont atteints au moyen d'un détecteur, dans lequel le volet obturateur est déplacé alternativement dans un sens, puis dans l'autre, par un moteur pas à pas à double sens The flame detectors according to the invention comprise, in a known manner, an ultraviolet radiation detecting cell, which is exposed to the flame of a burner and a shutter flap, which is periodically interposed between the flame of the burner and said detector cell. The objectives of the invention are achieved by means of a detector, in which the shutter is moved alternately in one direction, then in the other, by a two-way stepper motor.

de marche.walking.

Avantageusement, un détecteur selon l'invention comporte des moyens pour régler le rapport cyclique, c'est-à-dire le rapport entre la durée pendant laquelle la flamme du brûleur atteint la cellule détectrice et la durée pendant laquelle la flamme est masquée par le Advantageously, a detector according to the invention comprises means for adjusting the duty cycle, that is to say the ratio between the duration during which the flame of the burner reaches the detector cell and the duration during which the flame is masked by the

volet obturateur au cours de chaque période du moteur. shutter shutter during each period of the engine.

La présente invention a pour résultat des perfectionnements aux détecteurs de flamme équipant les brûleurs, notamment les brûleurs de The present invention results in improvements to the flame detectors fitted to the burners, in particular the burners of

chaudières à gaz.gas boilers.

Les détecteur de flamme selon l'invention comportent, de façon connue, un volet obturateur qui est intercalé périodiquement entre la flamme et un capteur de rayonnement ultraviolet et qui permet de vérifier très fréquemment, une fois toutes les secondes, que le capteur de rayonnement ne délivre pas de signal pendant une très courte absence de flamme qui est simulée par l'interposition du volet obturateur entre la flamme et le capteur, d'o un auto-contrôle du bon The flame detector according to the invention comprises, in known manner, a shutter which is periodically interposed between the flame and an ultraviolet radiation sensor and which makes it possible very frequently to check, once every second, that the radiation sensor delivers no signal during a very short absence of flame which is simulated by the interposition of the shutter between the flame and the sensor, hence a self-control of the good

fonctionnement du détecteur.operation of the detector.

Les détecteurs de flamme selon l'invention se distinguent des détecteurs connus par le fait que le volet obturateur est entraîné périodiquement, dans un sens et dans l'autre, par un moteur pas à pas The flame detectors according to the invention are distinguished from known detectors by the fact that the shutter is driven periodically, in one direction and the other, by a stepping motor.

à double sens de marche.double direction.

Il en résulte que les détecteurs selon l'invention ne comportent aucun ressort de rappel du volet obturateur, ce qui supprime une cause As a result, the detectors according to the invention do not include any return spring of the shutter, which eliminates a cause

de pannes du détecteur entraînant l'arrêt automatique du brûleur. failure of the detector resulting in the automatic shutdown of the burner.

Le volet obturateur et le petit moteur pas à pas qui l'entraîne, ont une faible inertie, de sorte que l'on commande chaque déplacement du volet obturateur dans l'un ou l'autre sens en envoyant un nombre d'impulsions au moteur suffisant pour faire pivoter le volet The shutter shutter and the small stepper motor which drives it have a low inertia, so that each shutter shutter movement is controlled in one or the other direction by sending a number of pulses to the motor. enough to rotate the flap

obturateur de la valeur nécessaire. shutter the necessary value.

Ainsi, on peut facilement faire varier la durée de l'intervalle entre impulsions successives, ce qui permet de modifier le rapport cyclique, c'est-à-dire le rapport entre les durées d'ouvertures et les Thus, it is easy to vary the duration of the interval between successive pulses, which makes it possible to modify the duty cycle, that is to say the ratio between the duration of openings and the

durées de fermeture du volet obturateur au cours de chaque cycle. closing times of shutter flap during each cycle.

Par exemple, on peut choisir une durée de cycle de 0,6 secondes et, à l'intérieur de celle-ci, une durée d'ouverture du volet obturateur de 0,4 secondes et une durée de fermeture de 0,2 secondes For example, a cycle time of 0.6 seconds can be selected and, within this, a shutter opening time of 0.4 seconds and a closing time of 0.2 seconds.

qui correspondent à un rapport cyclique égal à deux. which correspond to a duty ratio equal to two.

Les circuits et composants électroniques d'un détecteur selon l'invention comportent un circuit intégrateur, qui intègre le signal délivré par le capteur de rayonnement ultraviolet pendant toute la durée o le rayonnement de la flamme atteint le capteur au cours de The electronic circuits and components of a detector according to the invention comprise an integrating circuit, which integrates the signal delivered by the ultraviolet radiation sensor for the duration of the radiation where the flame reaches the sensor during

chaque cycle.each cycle.

Le niveau du signal intégré varie donc dans le même sens que la The level of the integrated signal therefore varies in the same direction as the

durée d'intégration.integration time.

Ainsi, en faisant varier le rapport cyclique, on peut faire varier le niveau du signal intégré, ce qui permet d'adopter le détecteur à la qualité de la flamme Si la flamme est riche en ultraviolets, on réduit le rapport cyclique Si au contraire, la Thus, by varying the duty cycle, it is possible to vary the level of the integrated signal, which makes it possible to adopt the detector to the quality of the flame If the flame is rich in ultraviolet, the Si duty cycle is reduced on the contrary, the

flamme est pauvre en ultraviolets, on augmente le rapport cyclique. flame is low in ultraviolet, we increase the duty cycle.

La description suivante se réfère au dessin annexé qui The following description refers to the accompanying drawing which

représente, sans aucun caractère limitatif, une coupe axial d'un represents, without any limiting character, an axial section of a

détecteur de flamme selon l'invention. flame detector according to the invention.

Ce détecteur comporte un corps cylindrique 1, qui délimite une chambre 2, dans laquelle est placée une cellule 3 de détection des This detector comprises a cylindrical body 1, which delimits a chamber 2, in which is placed a cell 3 for detecting

rayonnements ultraviolets émis par la flamme d'un brûleur. ultraviolet radiation emitted by the flame of a burner.

La cellule 3 est un tube contenant une cathode 3 a et une anode. Cell 3 is a tube containing a cathode 3a and anode.

La cathode est exposée au rayonnement de la flamme Elle émet des électrons sous l'impact des rayons ultraviolets, dont la longueur The cathode is exposed to the radiation of the flame It emits electrons under the impact of ultraviolet rays, whose length

d'onde est comprise entre 180 nm et 280 nm. wavelength is between 180 nm and 280 nm.

Le corps 1 est percé d'un alésage axial 4, dans lequel est disposée une lentille en quartz 5, qui concentre le rayonnement de la The body 1 is pierced with an axial bore 4, in which is disposed a quartz lens 5, which concentrates the radiation of the

flamme sur la cathode 3 a.flame on the cathode 3 a.

Une bague 6, appelée fouloir de lentille, maintient la lentille A ring 6, called lens follower, holds the lens

4 appuyée contre un épaulement.4 leaning against a shoulder.

La bague 6 est fixée au corps 1 par des vis 7 La bague 6 porte, sur sa face libre, un écran opaque 8 qui comporte, en son centre, une fenêtre 8 a, à travers laquelle passe le faisceau de lumière concentré The ring 6 is fixed to the body 1 by screws 7 The ring 6 carries, on its free face, an opaque screen 8 which comprises, in its center, a window 8a, through which passes the beam of concentrated light

par la lentille 5.by the lens 5.

Une pièce tubulaire 9 munie d'une bride de fixation, est fixée sur la face avant du corps 1 par des vis 10 Cette pièce délimite un A tubular piece 9 provided with a fastening flange, is fixed on the front face of the body 1 by screws 10 This part defines a

alésage 11 qui est coaxial avec l'alésage 4. bore 11 which is coaxial with the bore 4.

L'alésage 11 contient une bague 12 qui sert à régler le débit The bore 11 contains a ring 12 which serves to regulate the flow

d'air de balayage arrivant par une entrée latérale 13. scavenging air arriving through a lateral inlet 13.

L'extrémité avant de l'alésage 11 comporte un filetage femelle qui sert à fixer le détecteur sur un raccord fileté situé en regard de la flamme du brûleur, sur la porte de l'équipement brûleur, de sorte que le rayonnement de la flamme pénètre dans l'alésage 11, traverse la lentille 5, puis la fenêtre 8 a, pour atteindre la cathode 3 a du détecteur de flamme, qui émet alors un signal électrique indiquant que The front end of the bore 11 has a female thread which serves to fix the detector on a threaded connection situated opposite the burner flame, on the burner equipment door, so that the radiation of the flame penetrates in the bore 11, passes through the lens 5, then the window 8a, to reach the cathode 3a of the flame detector, which then emits an electrical signal indicating that

la flamme est présente.the flame is present.

L'extrémité arrière du corps 1 est obturée par un couvercle 14, The rear end of the body 1 is closed by a cover 14,

maintenu par des vis 15.maintained by screws 15.

Le repère 16 représente un petit moteur électrique pas à pas à double sens de marche, qui est monté sur le support 17 de la cellule 3, de telle sorte que son axe yyl soit parallèle à l'axe xxl du capteur. Le moteur 16 entraîne en rotation alternative, autour de l'axe yyl, un volet obturateur opaque 18, qui est coudé de telle sorte qu'il présente une partie perpendiculaire à l'axe xxl, qui peut venir s'intercaler entre la fenêtre 8 a et la cellule 3. Le moteur 16 est entraîné en rotation alternativement dans un sens puis dans l'autre, de sorte que le volet obturateur 18 masque The mark 16 represents a small electric motor stepper in two directions, which is mounted on the support 17 of the cell 3, so that its axis yyl is parallel to the axis xxl of the sensor. The motor 16 drives in alternate rotation, around the yyl axis, an opaque shutter 18, which is bent so that it has a portion perpendicular to the axis xxl, which can be interposed between the window 8 a and the cell 3. The motor 16 is rotated alternately in one direction then in the other, so that the shutter 18 mask

puis démasque la fenêtre 8 a.then unmask the window 8 a.

La durée du cycle, c'est-à-dire la période de fonctionnement du moteur 16, est de l'ordre d'une seconde A l'intérieur de cette The cycle time, that is to say the period of operation of the engine 16, is of the order of one second inside this

période, il est possible de faire varier le rapport cyclique, c'est-à- period, it is possible to vary the duty cycle, that is,

dire le rapport entre d'une part, la durée pendant laquelle la fenêtre 8 a est démasquée et la cellule 3 reçoit le rayonnement et, d'autre say the ratio between, on the one hand, the duration during which the window 8a is unmasked and the cell 3 receives the radiation and, on the other hand,

part, la durée pendant laquelle la fenêtre 8 a est masquée. on the other hand, the duration during which the window 8a is masked.

Cette possibilité de variation du rapport cyclique permet de régler celui-ci pour l'adapter à l'intensité du rayonnement This possibility of variation of the duty cycle makes it possible to adjust it to adapt it to the intensity of the radiation

ultraviolet émis par la flamme de chaque type de brûleur. ultraviolet emitted by the flame of each type of burner.

En augmentant le rapport cyclique, c'est-à-dire en choisissant un temps d'ouverture de la fenêtre supérieur au temps de fermeture et en intégrant le signal émis par la cellule, on obtient un signal intégré plus élevé On peut ainsi adapter le détecteur au cas d'une By increasing the duty cycle, that is to say by choosing a window opening time greater than the closing time and by integrating the signal transmitted by the cell, a higher integrated signal is obtained. detector in case of a

flamme pauvre en rayonnement ultraviolet. poor flame in ultraviolet radiation.

Après traitement de filtrage et de mise en forme du signal émis par la cellule 3, on obtient un signal binaire de niveau 1 lorsque la flamme est présente et que le volet obturateur est ouvert et un signal O lorsque la flamme est éteinte ou que le volet obturateur est fermé, After filtering and shaping the signal emitted by the cell 3, a level 1 binary signal is obtained when the flame is present and the shutter is open and a signal O when the flame is off or the shutter shutter is closed,

c'est-à-dire masque la fenêtre.that is, hide the window.

Lorsque la durée du signal au niveau zéro dépasse un seuil qui est généralement d'une seconde, l'alimentation d'un relais de sécurité est coupée et le brûleur est arrêté automatiquement, de sorte qu'on obtient ainsi non seulement un contrôle automatique de l'absence de flamme, mais également un auto-contrôle du bon fonctionnement du When the duration of the signal at zero level exceeds a threshold which is usually one second, the power supply of a safety relay is cut off and the burner is stopped automatically, so that not only does an automatic control of the absence of a flame, but also a self-monitoring of the proper functioning of the

détecteur de flamme lui-même.flame detector itself.

Claims

A burner flame detector of the type having an ultraviolet radiation detecting cell (3), which is exposed to the flame and an opaque shutter (18) which is periodically interposed between the flame and said detector cell, characterized in that that said shutter (18) is moved alternately in one direction, then in the other by a motor not to

not (16) double direction.

2 detector according to claim 1, characterized in that

includes means for adjusting the duty cycle, that is,

to say the ratio between the duration during which the flame reaches said detector cell and the duration during which the flame is masked by said shutter shutter during each period of the engine.