Brevet FR2137388A1 — publié le 19721229

na trésente invention vise à permettre la réalisation d'une pompe de circulation a eau équipée de dispositifs électriques et/ ou électroniques spéciaux en vue d'ootenir des caractéristiques hydrauliques de pu ssance et de débit variables, laquelle pompe est particulièrement destinée aux installations de chauffage à circulation mécanique ou forcée. On sait que dans les installations de chauffage de grande ampleur ou complexité, la circulation de liteau est assurée par un groupe électro-pompe destiné à compenser les pertes de charge dues au frottement dans les différents éléments de l'installation et à permettre d'atteindre le plus rapidement possible le régime thermique. En pareil cas les diverses branches de l'installation prévues pour le chauffage des appartements particuliers alimentent obligatoirement les radiateurs en une quantité d'eau chaude qui est fonction de la puissance et du débit du groupe installé dans la centrale thermique. En conséquence il n'existe aucune possibilité de réglage de ce débit, si bien que occupant est dans bien des cas obligé de supporter des conditions d'ambiance différentes de celles désirées, c'est à dire des températures trop élevées ou trop faibles. La pompe suivant l'invention est équipée d'un système électrique ou électronique particulier qui permet de faire varier la vitesse de rotation du moteur assurant l'entrainement de celle-ci. De cette manière le débit du fluide qui circule dans l'installation de chauffage peut être réglé comme désiré sans intervenir directement sur le groupe moto-pompe, et ceci même en disposant l'élément de réglage en un point quelconque, même éloigné. Une telle pompe, appliquée à chaque appartement à chauffer, permet à 11 occupant de régler comme désiré le débit du fluide qui chauffe ses locaux, Ce réglage peut même être effectué de manière automatique, comme on le décrira en détail ci-après. ije dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l1invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procureur. Fig. 1 à 5 montrealt un élément de réglage relié aux dif férue tes cornes de l'enroulement du moteur0 digo 4 à 6 illustrent un schéma propre à obtenir la variat o de la vitesse du moteur à l'aide d'un auto-transforma teur. C-ig. 7 à 9 schématisent l'élément de réglage constitué par une résistance variable par étages, Fig. 10 à 12 montrent un autre système de variation de la vitesse avec emploi de diodes au silicium commandées ou non commandées. La vitesse de rotation d'un moteur monophasé à induction avec condensateur inséré eii permanence dépend de la caeactéristi- que couple-vitesse dudit moteur, de la caractéristique couplevitesse de la charge constituée par la pompe, de la tension d'alimentation et également de l'intensité du champ magnétique elgen- dré dans les parties actives du moteur0 Si celui-ci est dimensionné de manière à présenter une caractéristique couple-vitesse convenaDleX compatible avec la caractéristique couple-vitesse de la charge résistante (il s'agit de caractérisuiques de construction), l'on peut obtenir un fonctionnement stable de l'ensemble à l'intérieur de larges limites de vitesse en réglant la valeur efficace de l'intensité du champ magnétique alternatif qui entraîne en rotation le rotor à cage d'écureuil, ou bien celle de la tension alternative d'alimentation du moteur0 On a montré en fig. 1 à 3 un schéma de régulation de vitesse qui tire parti de la variation du champ magnétique entratnant le rotor, On peut constater qu'en positionnant comme désiré le petit levier a, on fait varier la partie de l'enroulement qui crée le champ et par là la valeur efficace de l'intensité de ce dernier, Quand ce levier a se trouve à la position correspondant au contact b, le moteur électrique est sollicité avec la plus grande valeur de champ magnétique, si bien que ce moteur M se mettra en rotation avec le plus grand nombre de tours compatible avec le couple résistant. Si le levier a se déplace vers la partie opposée, par exemple sur le contact c, le champ magnétique sera fortement réduit et diminuera donc le nombre de tours du rotor. On peut supposer que les conditions ambiantes idéales désirées par un occupant correspondent par exemple à une position intermédiaire du levier aX comme représenté en fig. 1 à 30 En pareil cas on peut vérifier qu'à la valeur efficace minimale du champ magnétique du stator correspond un couple de démarrage trop faible5 de telle sorte que l'ensemble peut présenter au départ une incertitude dans la mise en marche. Pour éviter cet inconvénient on dispose de trois moyens dif férents, à savoir appliquer soit un relais voltmétrique comme montré en fig. 1, soit un relais ampéremétrique magnétique comme en fig. 2, soit encore un relais ampéremétrique thernique comme montré en fig. 3. la relais voltmétrique RV comporte essentiellement une bobine d'excitation d et un contact électrique e du type fermé au repos. Dans les conditions de fig. 1, lors de la mise en marche le contact e est fermé si bien que la tension alternative d'alimentation traverse ce contact et est appliquée de manière totale à l'enroulement du stator; le moteur est mis en marche en étant sollicité par le champ magnétique nominal, c'est à dire maximal. En mQme temps le condensateur f inséré en permanence se charge et lorsque la tension à ses électrodes atteint une certaine valeur, la bobine d'excitation d intervient pour ouvrir le contact e. in pareil cas lorsque la mise en marche du moteur a été effectuée, l'ouverture automatique du contact e fait en sorte que la tension d'alimentation est appliquée au moteur M à travers la position choisie pour le levier a. De cette manière la valeur du champ magnétique se réduit en même temps que la vitesse du groupe moto-pompe, comme requis par les conditions ambiantes. On obtient un fonctionnement très analogue à l'aide des relais ampéremétriques de fig. 2 et 3; ces relais constituent des dispositifs sensibles au courant de telle sorte qu'ils interviennent automatiquement, comme le relais voltnétrique ci-dessus décrit, après la mise en marche du moteur, cette dernière étant assurée avec le couple de pointe nominal , c'est à dire maximal. Dans les autres formes de réalisation illustrées au dessin, le réglage de la vitesse est assuré en faisant au contraire varier la valeur efficace de la tension d'alimentation. Suivant les fig. 4 à 6 l'on emploie comme élément de réglage un auto-transformateur, tandis qu'en fig. 7 à 9 la variation de vitesse du moteur M est obtenue moyeiinant utilisation dXure résistance variable par étages, On sait qu'un auto-transformateur pourvu de plusieurs bornes peut fournir des valeurs efficaces variables de la tension, si bien que lorsqu'il est appliqué à l'enroulenent statorique d'un moteur à induction, il peut assurer la variation désirée de la vitesse du groupe moto-pompeO Dans les cas où la variation de vitesse est réalisée en faisant varier la valeur efficace de la tension, on pallie l'incon vénient de l'incertitude à la mise en route par montage de relais voltmétriques ou ampéremétriques du type de ceux précédemment décrits, lesquels relais assurent le démarrage du moteur Li à la tension maximale et, après mise en marche, ramènent la tension à la vitesse de rotation désirée. le système de régulation moyennant emploi de résistances variables par étages, tel que représenté en fig. 7 à 9, tire parti du principe de la chute de tension à l'intérieur d'une résistane parcourue par le courant. Dans les différentes positions possibles le levier a inclut ou exclut une partie de la résistance dont s'agit, de telle sorte que le moteur M est alimenté avec une tension de valeur efficace variable. Dans cette solution eii- core, on élimine l'inconvénient de l'incertitude au démarrage en prévoyant les relais RV, RA ou Rt, ci-dessus décrits. Pour obtenir une vitesse de rotation variable des groupes moto-pompes on peut avoir recours à un autre système consistant à utiliser des composants modernes du type semi-conducteurs, tels que des diodes au silicium commandées g associées à des diodes h non commandées, comme montré à la fig. 10. Ces composants, con venaolement insérés dans le circuit dérivé i5 assurent la variation de la valeur efficace de la tension d'alimentation du moteur M en modifiant la forme d'onde de celle -ci, et non l'amplitude comme dans les formes de réalisation précédentes. La variation désirée est obtenue en agissant sur des résistances l de valeur variable de façon continue, ces résistances étant extérieures au circuit i en vue de déterminer ainsi la fermeture ou l'ouverture de la diode commandée. On peut obtenir des fonctionnements très analogues conformément au mode de mise en oeuvre illustré en fig. Il dans lequel il est prévu l'association de diodes commandées (thyristors) ou à celui de fige 12 illustrant l'emploi d'un "triac". Les résistances variables 1 qui commandent le circuit de dérivation des thyristors et du triac peuvent être constituées par des résistances variables à contact glissant et à positionnement maliuel, de façon à ce qu'on puisse faire varier la vitesse de rotation du moteur M et par là le dépit de la pompe, et ce de manière continue à l'intérieur des limites de variations permises par la construction0 Si dans les schémas de fig. 10 à 12 on emploie à la place des résistances variables 1 des éléments semi-conducteurs du type "thermistances11 à coefficient de température positif ou négatif, ou Qlen des combinaisons convenables de ces deux types, à la condition que ceux-ci soient choisis de manière à constituer des éléments sensilles aux variations de température de l'anbiance envi sapée et de l'eau qui circule dans l'installation, l'on obtint, comme on le conçoit sans peine, un ensemble de régulation complètement automatique qui est en mesure de compenser les variations journalières des besoins en chaleur de l'ambiance pour laquelle l'installation de chauffage a été réalisée. Une caractéristique importante et appréciable de ces éléments de réglage destinés à faire varier la vitesse du groupe moto-pompe, réside dans la possibilité de les loger à distance du point de montage de la pompe de circulation. On comprend que l'utilisatIon du dispositif suivant l'invention permet d'obtenir, et ce même dans un ensemble de chauffage important, une consommation optimale et ceci en prévoyant un groupe moto-pompe de petite puissance associé à des éléments de réglage montés par exemple, dans chacun des appartements d'un immeuble. Dans ces conditions l'on peut même comptabiliser l'utilisation de l'eau de chauffage en prévoyant un petit compteur pour chaque appartement. Il va ae soi que lors de la fabrication du système envisagé l'on peut apporter différentes modifications aux éléments constitutifs. les schémas de principe ci-dessus décrits ne présentent aucun caractère limitatif pour la mise en oeuvre de l'invention; on peut notamment employer un moteur à induction de type quelconque à entrefer cylindrique ou plat. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équi valent. - REVENDICAT'IOImS ~ lo Pompe de circulation à caractéristiques variables susceptibles d'être réglées électriquement et/ou électroniquement, destinée à être pontée dans les installations de chauffage à circulation forcée, caractérisée en ce tutelle comporte un système électrique ou électronique particulier gracie auquel on peut faire varier, comme désiré, la vitesse du moteur électrique associé à la pompe et par là les caractéristiques hydrauliques de débit et de puissance de celle-ci, en vue de permettre l'obtention des conditions d'ambiance désirées en fonction des caractéristiques variables de ladite pompe, le système de variation de vitesse du moteur pouvant tirer parti de différents principes, à savoir soit la variation de la valeur efficace de la tension d'alimentation5 par exemple en utilisant des auto-transformateurs ou des résistances variables par étages, soit la variation de la valeur efficace du champ magnétique du stator, par exemple en alimentant un nombre différent de spires de l'enroulement inducteur5 soit encore la variation de la valeur efficace de la tension d'a- limentation, par exemple à l'aide de composants modernes du type à semi-conducteur tels que les diodes au silicium commandées ou non commandées. 2o Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que pour éliminer l'incertitude au démarrage du moteur dûe à la trop faible valeur du champ magnétique ou de la tension qui lui est appliquée, elle est équipée de relais, par exemple de courant ou de tension5 qui lors du démarrage font en sorte que le moteur soit alimenté sous les valeurs nominales maximales de tension et de champ magnétique et qu'immédiatement après la mise en marche ces valeurs soient ramenées à celles correspondant à la vitesse désirée du moteur. 3. Pompe suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les éléments de réglage du circuit dérivé des diodes commandées au silicium sont constitués par des résistances variables à contact glissant ou par des semi-conducteurs à coefficient de température positif ou négatif, de façon à obtenir un ensemble de régulation à fonctionnement entièrement automatique du fait que les semi-conducteurs précités peuvent être sensibles aussi bien aux variations de température de l'ambiance qu'à celles de l'eau entrant dans l'installation0 4. Pompe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée eli ce que les éléments de réglage destinés à la variation de vitesse du groupe moto-pompe sont placés loin du point d'implantation de la pompe. 50 Pompe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce qu'elle est installée sur les dérivations particulières qui sont destinées au chauffage des différents appartements d'un meme immeuble, de façon à ce que chacun des occupants puisse régler comme désiré le débit d'eau de la pompe et ootenir ainsi les conditions d'ambiance désirées. 6. Pompe suivant la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un petit compteur pour l'eau chaude de façon à permettre d'établir périodiquement la quantité de fluide chauf- fant utilisée par chaque occupant. 7. Pompe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce qu'elle permet de modifier comme désiré le débit du fluide chauffant en vue dlatteindre, même dans uns installation dè grande importance, la consommation optimale, c'est à dire celle qui est seulement nécessaire t suffisante pour obtenir les conditions d'ambiance désirées.