Brevet FR2179871A1 — publié le 19731123

La présente invention se rapporte à un dispositif de régulation de température pour un chauffe-eau à circulation, de préférence à gaz, servant au chauffage central-et comprenant un échangeur de chaleur traverse-par l'eau de circulation, e'n-vue de la préparation d'veau chaude sanitaire, ainsi qu'un régulateur pour la température de sortie de lteau.chaude sanitaire, régulateur dont le comportement, au moins dans la plage des puissances moyennes, est proportionnel à ltecart de réglage déterminé par un transmetteur de valeur de consigne et un transmetteur de valeur réelle. Dans de tels dispositifs, on cherche à maintenir aussi faibles que possible les écarts de réglage de la température de sortie de l'eau sanitaire. Ce résultat peut etre obtenu, avec des régulateurs à comportement proportionnel, par le fait qu'on choisit un régulateur ayant un facteur-de transfert élevé Le facteur de transfert constitue le rapport de la valeur de la grandeur à régler par écart de réglage.Cependant, le choix de ce facteur est.limite vers le haut, car les chauffe-eau à circulation présentent des temps de retard et de réaction relativement importants et avec des. facteurs de transferts élevés, leur système de régulation a tendance à produire des auto--osciilations (pompages), notamment dans la plage des débits de sortie d'veau ou puissances moyens, La présente invention vise à -réaliser un dispositif de régulation de température du type mentionné ci-dessus, de telle manière qu1il soit possible de choisir des écarts de réglage aussi faibles que possible, sans que ne se produisent des auto-oscillations et sans que le fonctionnement du régulateur ne soit perturbé par les inévitables oscillations transitoires et suroscillations Selon l'invention, on obtient ce résultat par le fait qutau régulateur est associé, outre le transmetteur de valeur de consigne et le transmetteur de valeur réelle pour la température sortie de liteau sanitaire, un troisième transmetteur de valeur de mesure détectant la température de l'eau de circulation, de telle manière que ce troisième transmetteur corrige le signal d'entre formé par le transmetteur de valeur de consigne et le transmetteur de valeur réelle, cela pour le moins dans la plage des puissances élevées, dans le sens d'une réduction de l'écart permanent de la valeur de consigne de la température de sortie de liteau. De ce fait, il est possible de réduire sensiblement écart permanent de la valeur de consigne de la température de sortie, pour le moins dans la plage de régulation des puissances élevées, sans qu'il ne soit nécessaire pour cela de donner à la caractéristique de régulation une pente plus raide dans la plage des puissances moyennes et sans que cela augmente de façon indésirable la tendance aux auto-oscillations du système de régulation. Sur le dessin annexé, on a représenté, à titre dtexemple de réalisation non limitatif de l'invention, un dispositif de régu lation pour un chauffe-eau à gaz servant au chauffage central et à la préparation dteau chaude sanitaire; sur ce dessin: la figure 1 représente schématiquement le circuit de régulation; la figure 2 représente la caractéristique de régulation du circuit de la figure I; la figure 3 représente une partie du schéma électrique du circuit de régulation de la figure 1; les figures 4 à 7 représentent diverses variantes de la partie de schéma selon la figure 3; la figure 8 représente le schéma électrique et le système à régler du circuit de régulation de la figure 1. Le circuit de régulation selon la figure 1 comporte un dispositif de régulation 10 à comportement proportionnel, maintenant la température de sortie de l'eau sanitaire du chauffe-eau, à l1inté- rieur d'une plage déterminée de débits dteau, à une valeur établie à l'aide dlun transmetteur de valeur de consigne. Le chauffe-eau comporte un échangeur de chaleur 11 chauffé par des gaz de combustion chauds, à partir duquel une canalisation aller 12 mène, en passant par une vanne à trois voies 13, vers les corps de chauffe non représentés dsune installation de chauffage. De là, un conduit retour 14 revient à ltéchangeur de chaleur ll en passant par un point de jonction 15.A la vanne à trois voies 13 est reliée une canalisation 16 allant au point de jonction 15 en passant par un second échangeur de chaleur 17. Ltéchangeur de chaleur 17 comprend une cuve 18 à laquelle est raccordée la canalisation 16 et dans laquelle stétend un serpentin 19.A l'une des extrémités du serpen- tin 19 est raccordée une canalisation d'arrivée d'eau froide 20, tandis que l'autre extrémité du serpentin est reliée, en passant par une canalisation de sortie d'veau sanitaire 21, à des robinets de puisage non représentés, Sur la canalisation de sortie d'veau sanitaire 21 est disposée une résistance 24 variable en fonction de la température (thermistance) à coefficient de température négatif, laquelle détecte la valeur réelle # de la température de l'eau sanitaire chauffée, Sur la canalisation aller 12 de l'eau de circulation, entre l'échan- geur de chaleur 11 et la vanne à trois voies 13 est fixée une thermistance 25 a coefficient de température positif, laquelle détecte la valeur réelle # de la température aller de l'eau de circulation.Le transmetteur de valeur de consigne pour la température de sortie de l'eau sanitaire est un potentiomètre 26 qui est disposé à un endroit approprié du chauffe-eau et dont l'organe de réglage coopère avec une échelle de température pour établir la température de sortie désirée de l'eau sanitaire La grandeur d'entrée du dispositif de régulation 10 est l'écart de réglage # , lequel est déterminé par une eomparaison de la valeur de consigne et de la valeur réelle de la température de sortie de l'eau sanitaire et qui subit, en passant par le transmetteur de valeur de mesure 25 disposé sur la canalisation aller 12, une correction qui sera décrite par la suite avec référence au diagramme de la figure 2.La grandeur de réglage y du dispositif de régulation 10, qui est le produit du facteur de transfert KR par écart de réglage bi, est appliquée à l'organe de réglage 28 qui agit sur le débit de gaz, lequel est déterminé par la puissance fournie par l'échangeur de chaleur 11. Cette puissance a une action sur la température de l'eau de circulation qui passe dans la cana lisation aller 12 et qui, lors du puisage d'eau sanitaire, en passant par la vanne à trois voies 13, parvient également dans ltéchan- geur de chaleur 17 et chauffe ici l'eau sanitaire traversant le serpentin 19. Le circuit de régulation est fermé par l'action consécutive des transmetteurs de valeur de mesure 24 et 25. La figure 2 représente la caractéristique de régulation du dispositif dc régulation proportionnel 10, cette caractéristique indiquant la température de sortie # en fonction de la puissance calorifique Q extraite par l'eau sanitaire. La plage de puissances stétend depuis une puissance minimale Q1 jusqutà une puissance maximale Q24 Le dispositif de régulation est établi de manière que pour une puissance moyenne 9, la température de sortie de l'eau corresponde tout juste à la température de consigne #s réglée sur le potentiomètre 26. Si l'on ne fait pas intervenir la température aller rude liteau de circulation déterminée par le transmetteur de valeur de riesure 25, la caractéristique de régulation présente un conportcrent proportionnel, correspondnt à la courbe en trait plein, ce qui donne un écart permanent ##2, 27 ##1 par rapport à la valeur de consigne pour la plus grande et pour la plus petite puissance Cet écart permanent par rapport à la valeur de consigne doit Qtre maintenu aussi faible que possible, tout au moins dans la plage des puissances (débits de puisage) élevées.Ce résultat peut étre obtenu par un choix approprié des organes intervenant dans la regulation, de telle maniée que la caractéristique de régu- lation soit dans son ensemble plus raide, c'est-à-dire de manière que le f.acteur de transfert IÇR du régulateur soit plus élevé. Cela présente toutefois ltineonvénient que le dispositif de régulation présente un comportement instable dans la plage des puissances moyennes, et que le système pourrait donner lieu à des auto-oscil lations.Ces inconvénients apparaissent en particulier dans la plage des puissances moyennes, du fait que les vitesses de variation de température pour le chauffage et pour le refroidissement sont ici élevées. Afin de remédier aux inconvénients cités, il est prévu5 conformément à la présente invention, que la caractéristique de régulation comporte dans la plage des puissances élevées une branche 32 plus raide, donnant un comportement surproportionnel, tandis que la caractéristique de régulation conserver dans la plage des puissances moyennes et faibles, sa pente normale à laquelle le système de régulation présente un comportement stable.-Ce résultat est obtenu par le fait luron fait intervenir la température aller de de l'eau de circulation sur la température # de lteau sanitaire, par un montage représenté ci-après sur les figures 3 à 7. Comr.le le montre la caractéristique 32, il est possible d'obtenir ainsi1 à la puissance- maximale, une diminution sensible de écart permanent par rapport à la valeur de consigne, cet écart étant ramené à la valeur r Selon la figure 3, le transmetteur de valeur de mesure 25 peut titre une thermistance CTP (coefficient de température positif) constituant avec le potentiomètre 26 et avec le transmetteur de valeur réelle 24 de la température de sortie1 réalisé sous la forme d'une thermistance CTM (coefficient de température négatif) un diviseur de tension auquel est appliquée la tension Ut tut et dont la prise médiane 34 reliée au curseur du potentiomètre 26 fournit le signal d'entrée ## pour le dispositif de régulation 10. Conne dispositif de régulation, on peut avantageusement utiliser un générateur d'impulsions dont les impulsions sont envoyées à une vanne ou soupape commandant l'arrivée du gaz au brûleur du chauffe-eau à circulation, Selon la figure 43 le transmetteur de valeur de mesure 25 peut également être réalisé sous la forme d'une thermistance CTM et peut être monté, avec le transmetteur de valeur de mesure 24 et le potentiomètre 26, dans un montage diviseur de tension, de telle manière que la prise médiane 35 soit située entre les deux transmetteurs de valeur de mesure 24 et 254 La figure 5 représente une autre variante d1un montage diviseur de tension, dans laquelle le transmetteur de valeur de mesure 25 est de nouveau réalisé sous la forme d'une thermistance CTP. La figure 6 montre une possibilité pour monter les deux transmetteurs de valeurs réelles 24 et 25, réalisés sous la forme de thermistances CTN, dans un premier montage diviseur de tension, et le potentiomètre 26 avec une résistance 36 dans un second mon tage diviseur de tension, le signal d entrée t du régulateur 10 étant formé par la différence de potentiel des deux prises médianes des diviseurs de tension, Sur la figure 7, on a représenté un montage semblable dans lequel le transmetteur de valeur de mesure 25 est cependant une thermistance CTP et constitue > en série avec le potentiomètre 26, le second diviseur de tension. Le dispositif de régulation 10 selon la figure 1 peut, comme représenté sur la figure 8, être avantageusement constitué par un générateur d'impulsions 40 alimenté par le réseau en passant par un transformateur 41 et un redresseur 42 l'entrée de ce générateur d'impulsions étant reliée, par exemple, à la prise médiane 34 du montage selon la figure 3 La sortie du générateur d'impulsions 40 est reliée à l Le dispositif de sécurité contre le manque dxeau 48 coopère de façon connue avec une soupape à gaz 50 du chauffe-eau à circulation, Lorsque la pompe de circulation 49 est en marche, il s'établie dans les deux chambres du dispositif de sécurité contre le manque d'eau 48, une différence de pression sous l'effet de laquelle une membrane 51 disposée entre les deux chambres se trouve déplacée et ouvre ainsi la soupape à gaz 50. Ltélectrovanne 44 est établie de manière à produire une intégration des impulsions eX ainsi à réduire plus ou moins ou fermer la section de la conduite 45 normalement ouverte. Dans les chambres 46 et 47 du dispositif de sécurité contre le manque d'eau 48 stétablit alors une différence de pression plus ou moins importante, de sorte.que la soupape à gaz 50 peut également occuper des positions intermédiai res, en fonction des besoins de chaleur. La vanne 44 peut également être réalisée de manière à transmettre les impulsions au système hydraulique du dispositif de sécurité contre le manque dteau, système dans lequel les impulsions sont alors intégrées. REVENDICATIoeS 1. Dispositif de régulation de température pour un chauffeeau à circulation, de préférence à gaz, servant au chauffage central et comportant un échangeur de chaleur traversé par 11 eau de circulation, en vue de la préparation d'eau sanitaire, ainsi qutun régulateur pour la tempCrature de sortie de l'eau sanitaire, régulateur dont le comportement, tout au moins dans la plage des uissances moyennes, est proportionnel à l'écart de réglage déterminé par un transmetteur de valeur de consigne et un transmetteur de valeur réelle, caractérisé par le fait qutau régulateur est associé, outre le transmetteur de valeur de consigne et le transmetteur de valeur réelle pour la température de sortie de l'eau sanitaire, un troisième transmetteur de valeur de mesure détectant la température de l'eau de circulation, de telle manière que ce troisième transmetteur corrige le signal d'entrée formé par le transmetteur de valeur de consigne et le transmetteur de valeur réelle, dans la plage des puissances élevées, dans le sens d'une diminution de l'écart permanent de la valeur de consigne de la température de sortie de 1teau. 2. Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que le transmetteur de valeur de consigne et le transmetteur de valeur réelle de la température de sortie de 11 eau sanitaire, ainsi que le transmetteur de valeur de mesure de la température de l'eau de circulation, produisent le signal dtentrée pour un gónéra- teur d'impulsions dont les impulsions agissent sur une vanne ou soupape à combustible du chauffe-eau à circulation et règlent la section de paysage de cette vanne ou soupape, en fonction de la fréquence des impulsions, à un valeur correspondant à la demande de chaleur. 3. Dispositif .uivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le transmetteur de valeur de mesure pour la tempéra- ture de l'eau dc circulation, lequel est réalisé sous la forme d'une thermistance, est monté en série avec les deux autres transmetteurs de valeur de mesure pour la température de sortie de l'eau sanitaire, pour constituer avec ces deux transmetteurs, un diviseur de tensicn fournissant le signal d'entrée pour le régulateur. 4. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le transmette'tr Ce valeur de mesure pour la tempéra- ture de l'eau dc circulation, lequel est réalisé sous la forme d'une thermistancet est monté en serie avec l'un des deux transmet teurs de valeur de mesure pour la température de sortie de l'eau sanitaire, pour constituer avec ce transmetteur un premier diviseur de tension, que ltautre transmetteur de valeur de mesure pour la température de sortie de lseau sanitaire forme avec une résistance un second diviseur de tension* et que la différence de potentiel des prises médianes des deux diviseurs de tension fournit le signal dtentrée pour le régulateur, 5. Dispositif suivant loune quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le transmetteur de valeur de mesure pour la température de l'eau de circulation est disposé sur la canalisation aller du chauffe-eau à circulation. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit transmetteur de valeur de mesure est disposé entre l'échangeur de chaleur chauffé par les gaz de combustion du chauffe-eau à circulation et un point de bifurcation de la canalisation aller, point auquel est raccordé ltéchangeur de chaleur pour la préparation d'eau chaude sanitaire4