Brevet FR2259328A1 — publié le 19750822

La présente invention est relative à un perfectionnement aux générateurs de chauffage comportant un leur émettant des gaz de combustion dans la pièce où ils se trouvent ; elle concerne plus particulièrement les chauffeeau de petites dimensions qui ne sont pas raccordés à un conduit d'évacuation des gAz brillés. Ces chauffe-eau ont en général une puissance de l'ordre de 10.000 millithermies/heure et un débit de 4 à 5 litres d'eau par minute 3 ces appareils conviennent pour les usages ne demandant que des débits de faible durée, mais peuvent s'avérer dangereux lorsqu'ils sont utilisés dans une salle de bains de petites dimensions pour alimenter en eau chaude une douche ou une baignoire. I1 a déjà été proposé d'associer à de tels chauffe-eau un dispositif contrleur d'atmosphère constitué par une flamme veilleuse sensible à la teneur en CO, de llat- atmosphère. Il s'avère cependant que ces dispositifs, de contre d' atmosphère, qui donnent entièrement satisfaction, lorsqu ils sont associés à des appareils de chauffage non raecordés à une cheminée qui ont une puissance de l'ordre de 4.000 mth/h n'ont pas un fonctionnement aussi régulier et satisfaisant lorsqu'ils sont associés à de tels chauffe-eau. Cela est dA probablement que les appareils de chauffage sont placés dans une pièce de façon à bien rayonner. Cela provient essentiellement du fait que les appareils de chauffage, auxquels ces moyens de contrôle d'atmosphère sont associés, fonctionnent avec du gaz liquéfié en bouteille c'est-à-dire avec des gaz de composition constante (propane ou butane) débité par un détendeur à une pression également constante. Par contre les chauffe-eau sont alimentés par le réseau de distribution par canalisation fixe d'où il résulte que la composition des gaz et leur pression de distribution varient considérablement d'un lieu à l'autre et d'une heure à l'autre, ce qui rend pratiquement inopérant les dispositifs de contre d'atmosphère à flamme pilote, basés sur des données constantes.Dans une salle de bains de petites dimensions le chauffe-eau est souvent installé dans un recoin et l'air qu'il absorbe ne correspond pas à la composition moyenne de l'atmos phère environnante ; d'autre part la puissance nominale de ces chauffe-eau est pratiquement du triple de celle des appareils de chauffage et il se produit probablement des interactions dues au rayonnement calorifique du brûleur, entre ledit bradeur et la flamme de la veilleuse pilote. I1 en résulte que les différents systèmes à contre d'atmosphère donnent des résultats décevants. I1 s'est d'autre part avéré nécessaire d'associer à de tels chauffe-eau un dispositif de contrôle qui tienne compte du caractère intermittent du fonctionnement de ces appareils. La solution à ce problème a été trouvée en associant à l'appareil de chauffage un train the=aosta- tique à grande inertie thermique de telle sorte que le fonctionnement ne soit coupé qu'après un temps important d'usage et qu'il ne puisse reprendre qu'après un temps de refroidissement correspondant au délai nécessaire, compte tenu du temps de chauffage, pour que le local se soit aéré. L'avantage de l'em- ploi d'un tel dispositif à inertie thermique est qu'il garantit l'usage intermittent de l'appareil. L' appareil de chauffage selon la présente invention comporte un brûleur principal de chauffage et un train thermostatique comportant une sonde de détection de temperature et un mécanisme de commande actionné par cette son de, ladite sonde étant enfermée dans une masse isolante de fa çon à avoir une inertie thermique déterminée importante. L'importance de l'inertie thermique est déterminée paressas successifs en fonction de la posi- tion de la sonde, de la nature et,de l1épaisseur de l'enro*-- bement de la sonde et du temps de réponse désiré. Cette disposition peut astre employée sur tout appareil dégageant des gaz brûlés qu'il stagisse d'ap- pareils de chauffage, de cuisinières ou de,chauffe-e-àu mais il est plus particulièrement destiné au chauffe-eau à brûleur à gaz sans évacuation. Dans ce cas le train thermostatique peut agir soit sur surl'alimentation en gaz, soit sur la circula- tion de l'eau, en aval ou en amont de-l'élément de c,hauffage. Le train thermostatique peut être un dispositif bimétallique à dilatation différentielle, un dispositif électrique ou un dispositif à dilatation de liquide ou de gaz. A titre d' exemple et pour faciliter la compréhension de l'invention: Fig. 1 une vue schématique en perspective d'un chauffe-eau selon l'invention, le capotage exté- rieur ayant été enlevé -?i . 2 une variante de la figure ;; un 3 une vue schématique en coupe, à petite échelle, de la figure 2 Fig 4, 5 et 6 trois illustrations schématiques de variantes de réalisations Fig. 7 une vue en coupe d'un dispositif d'arrêt de la circulation d'eau Fig. 8 deux courbes ilIuftrnt le fonctionnement du dispositif, n se reportant à la figure I on voit que le chauffe-eau comporte, comme cela est connu, un brûleur à gaz 1 alimenté par une canalisation 2, placé en dessous d'une hotte 3. Cette hotte sert de support à une canalisation qui comporte : un tube d'arrivée d'eau 4, un premier serpentin 5 placé dans un ensemble d'ailettes 5 disposées au sommet de la hotte 3, et un deuxième serpentin 7 disposé de haut en bas le long de la surface extérieure de la hotte 3 et se terminant par une conduite de sortie 8. Au sommet de la hotte 3, dans le courant des gaz chauds sur l'ensemble d'ailettes 6, est disposée une sonde thermostatique 9, placee à l'intérieur d'un tube 10 en matière réfractaire ou autre matière lui conférant une inertie thermique déterminée, cette sonde 9 étant reliée par un conducteur 11 à un organe de commande agissant soit sur 1' arri- vée de gaz, soit sur l'arrivée d'eau soit sur la sortie de ir eau. La figure 2 représente une variante de réalisation dans laquelle le tube 10, contenant la sonde 9, traverse obliquement la hotte 8, en étant placé dans une gaine. La disposition illustrée à la figure 1 présente l'davantage de pouvoir astre adaptée facilement sur tous les appareils existant, par contre elle présente l'inconvénient que l'ensemble constitué par la sonde q et son enveloppe à inertie thermique 10 sont placées dans une zone dans laquelle l'écart de température entre le fonctionnement et le non fonctionnement du brûleur 1 est asses faible, de l'ordre de 2500 seulement. 1)1 en résulte que la protection thermique de la sonde doit être assez faible et donc que l'inertie thermique de l'en- semble risque autre insuffisant. Par contre lorsque la sonde 9 et le tube 10 sont placés comme cela est représenté à la figure 2, ils sont dans une zone où la température des gaz , en cours de fonctionnement est de l'ordre de 1û000 ce qui permet de donner à l',ensemble une forte inertie thermique. La gaine dans laquelle est placé le tube 10 étant ouverte à ses deux-extrémités et disposée obliquement , est parcouruepar un courant d'air qui permet le refroidissement du tube. Le signal émis par la sonde 9 peut servir à interrompre l'alimentation en gaz comme cela est illustré aux figures 2 et 4 ; il peut servir à fermer la canalisation de sortie -de l'eau, comme cela est représenté à la figure 5 il peut également servir à fermer l'alimentation en eau comme cela est représenté à la figure 6. les moyens tels que 12, 13 et 14 par lesquels ces interruptions sont obtenues ne sont pas décrits en détail mais sont simplement illustrés d'-une façon schématique car ce sont des dispositifs connus de l'homme de l'art. Le signal en provenance de la sonde 9 peut eAtre un signal électrique, lorsque la sonde est un électrocouple et dans ce cas les éléments 12, 13 ou 14 sont des électro-vannes. Dans l'exemple représenté la sonde 9 est un bulbe étanche renfermant de l'huile d'anthracène se dilatant lorsqu'il est chauffé et le conduit 11 est un tube capillaire qui transmet l'augmentation de volume qui en résulte. Dans ce cas les éléments 12, 13 ou 14 comportent des clapets qui sont déplacés par la variation de volume transmise p le tube capillaire 11. On peut avantageusement employer des moyens 12, 13 et 14 agissant sur la circulation d'eau ayant une course morte assez importante de façon à présenter une inertie de fonctionnement non négligeable venant s'ajouter à l'inertie thermique des moyens de détection des variations de température. La figure 7 représente schématiquement un tel dispositif. La sonde 9, dans son tube 10, est un bulbe à dilatation de liquide, relié par un tube capillaire 11 à une capsule anéroTde 15 qui comporte un poussoir 16 comportant deux butées 16a et 16b venant agir sur un clapet 17 contretenu par un ressort 18. Lorsque le brûleur nt est pas en fonctionnement la butée 16a du poussoir 16 se trouve à une distance d du clapet 17. Ainsi, lorsque le brûleur 1 est en fonctionnement la sonde 9 se réchauffe, lentement du fait de sa protection isolante 10 qui lui donne une certaine inertie et agit sur la capsule anéroïde , mais celle-ci n'agit sur le clapet 17 qu'auprès que le poussoir 16 ait parcouru la distance d I1 se produit donc un décalage dans le temps entre le moment où la capsule anérofde 15 est actionnée par la sonde et la fermeture du clapet 17. Lorsque la sonde se refroidit le poussoir 16 se soulève, mais le clapet 17 demeure collé sur son siège sous l'effet de la pression de 11 eau ou du gaz, le ressort 18 étant taré de façon à ne pas être suffisant pour vaincre cette pression. Le clapet 17 est alors soulevé par la butée 16b lorsque le poussoir 16 a parcouru la distance d le meme décalage se retrouve donc à la réouverture du clapet 17. les dispositifs tels que 13 et 14 qui coupent automatiquement la circulation de lteau et la rétablissent ensuite automatiquement peuvent présenter-un inconvénient. En effet une fois le débit d'eau coupé l'usager risque d'oublier de refermer le robinet et le débit d'eau peut se rétablir fortuitement alors que l'usager est absent. I1 peut don s'avérer avantageux de disposer une dérivation laissant couler un léger filet d'eau inférieur au débit minimum nécessaire pour provoqUer la mise en oeuvre du brûleur 1. Un tel dispositif de dérivation peut être comme cela est représenté à la figure 7 une vis pointeau 19, qui permet de régler le débit de fuite. La figure 8 comporte deux courbes illustrant le fonctionnement d'un dispositif essayé à titre d'exemple Sur ces deux courbes sont portés en abscisses les temps de 5 minutes en 5 minutes, et en ordonnées les températures de la sonde de 20 en 20 degrés, et les températures de l'eau de 10 en -10 degrés. En examinant la première courbe on voit qu en faisant fonctionner le chauffe-eau de façon continue s il a fallu 10 minutes pour que la sonde, protégée par le tube tel que le tube 10, monte à environ 2300, température pour laquelle elle a provoqué la coupure de l'appareil ; la quantité d'eau délivrée étant de 42 litres ; on conståtC également que 30 minutes plus tard la sonde est encore à environ 1500 , et qu'il faut attendre environ une heure et quart pour qu'elle soit à 250. En examinant la seconde courbe on voit qu'en faisant fonctionner le chauffe-eau de façon discontinue la sonde ne monte pas au-dessus de 1200 et tombe rapidement en température. On voit en particulier qu'auprès -30 minutes de fonctionnement intermittent, l'appareil ayant délivré 70 1 d'eau, la sonde n'est qu'à 1100 et est tombée à 400 dix minute s plus tard. Si lton compare ces données à celles des régimes de combustion des gaz les plus couramment employés tels que méthane, propane, butane ou gaz de houille, en con- sidérant un chauffe-eau de 10.000 mlth/h, placé dans un local de 10 p , on voit qu'en 6 minutes l'appareil a absorbé 1 m3 d'oxygène contenu dans l'air, a libéré environ 100 litres de gaz carbonique, que la sonde est à environ 1500 (alors qu'elle coupe à environ 2300) et qu'elle sera pratiquement complètement refroidie 10 minutes plus tard. On estime dans les milieux professionnels du bâtiment que, pour un local de 10 m3, il faut à peu près 1 heure pour que par les fuites aux portes et fenêtres l'air du local soit complètement renouvelé. En 6 minutes de fonctionnement llappareil a délivré une quantité telle de gaz carbonique que 1' atmos- phères du local contient 1 % de gaz carbonique ---; en 10 minutes de refroidissement 1/6 du volume d'air aura été renouvelé. Par contre si l'on fait fonctionner l'appareil de façon continue la sonde atteindra environ 2300 au bout de 10 minutes et provoquera l'arrêt de l'appareil . A ce moment le taux de gaz carbonique sera de 1,66 % , valeur à partir de laquelle la teneur en gaz carbonique de l'atmosphère risque de perturber la combustion du brûleur au point que ce dernier risque de produire de l'oxyde de carbone, très toxique, en quantités non négligeables. I1 faudra alors une heure à l'appareil pour se refroidir ce qui correspond au renouvellement complet de l'air dans la pièce. On voit donc que le dispositif, selon la présente invention, sans etre influencé par la composition de l'atmosphère agit comme un dispositif de szcurité qui limite l'emploi de l'appareil de chauffage auquel il est associé en tenant compte 4 la fois du temps d'utilisation et de 11 énergie développée durant ce temps. Ongvoit d'autre part que sa courbe de sensibilité varie en fonction de la façon dont il est employé selon qu'elle est de longue durée ou intermittente et qu'il interdit l'emploi en continu, qui est dangereux , tout en autorisant l'emploi intermittent qui ne l'est pas, REVENDICATIONS I - Chauffe-eau alimenté au gaz émettant des gaz de combustion dans la pièce où il se trouve et comportant un train thermostatique commandant le fonctionnement dudit chauffe-eau, ce train thermostatique comportant une inertie thermique importante et prédéterminée, caractérisé par le fait que l'organe actionné par le signal provenant du train thermostatique interrompt ou réduit la circulation d'eau jusqu'a provoquer l'extinction du seul brûleur principal, la veilleuse demeurant allumée. 2 - Chauffe-eau selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le signal provenant du train thermostatique interrompt ou réduit la circulation d'eau froide. 3 - Chauffe-eau selon la revendication i, caractérisé par le fait que le signal provenant du train thermostatique interrompt ou réduit la sortie de l'eau chaude. 4 ) Chauffe-eau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'organe commandé par le signal provenant du train thermostatique comporte une inertie mécanique de fonctionnement venant s'ajouter à l'inertie thermique du train thermostatique, cette inertie mécanique étant constante et indépendante des conditions de température dudit train thermostatique. 5 ) Appareil selon la revendication 4 dans lequel l'organe actionné par le train thermostatique à inertie agit sur un clapet interrompant ou réduisant la circulation d'eau par l'intermédiaire d'un poussoir à deux butées, la première agissant sur le clapet dans le sens de la fermeture après une certaine course morte et la deuxième agissant sur le clapet dans le sens de l'ouverture après une course morte inverse. 60) Appareil selon la revendication 5 dans lequel le clapet interrompant la circulation d'eau comporte une dérivation laissant passer un débit d'eau inférieur au débit d'eau minimum nécessaire pour provoquer la mise en oeuvre du brûleur.