Brevet FR2287654A1 — publié le 19760507

La présente invention concerne un dispositif de contrôle du tirage d'une chaudière et, plus particulièrement, un dispositif coupant le tirage d'une chaudière alimentée par un bruleur à fonctionnement intermittent, quand ledit brûleur est à l'arrèt. On sait depuis longtemps faire varier le tirage d'un conduit de fumée, relié à la sortie de fumée d'un poAele à charbon, au moyen d'un disque disposé à l'intérieur du conduit et que l'on peut faire tourner avec un clé. Dans ce cas, la modulation du tirage a pour effet de faire varier la quantité d'oxygène admise dans le foyer et, par conséquent la chaleur dégagée par la combustion continue du charbon. Il est connu que, dans les chaudières à mazout d'installations de chauffage central, le brûleur à mazout fonctionne d'une manière intermittente selon la demande de chaleur de l'installation contrôlée par un thermostat. Quand le brûleur fonctionne, il faut, pour une bonne combustion du mazout-ou fuel, un un excès d'air qui ne peut être obtenu qu'avec un conduit de fumée ouvert en grand. On connaît également un appareil constitué par une courte dérivation dur le conduit de fumée, laquelle est munie d'un volet rappelé en position fermée par un contre-poids. Cet appareil, appelé commercialement "modérateur", a pour effet de régulariser le débit d'air appliqué au brûleur et, accessoirement, de diminuer l'appel d'air dans la chaudière quand le brûleur est à l'arret. Au cours d'essais concernant la vitesse de refroidissement de la chaudière par le tirage, le brûleur étant à l'arret, on a pu constater que cette vitesse pouvait être considérablement réduite en coupant le tirage, à la condition, toutefois, que le conduit de fumée soit pratiquement complètement fermé. Il est évident que ce résultat n'est pas atteint avec un "modérateur" en dérivation. Un objet de la présente invention consiste à prévoir un dispositif de contrôle du tirage d'une chaudière, monté en série sur le conduit de fumée, capable de fermer le conduit de fumée quand le brûleur est à l'arrêt et de l'ouvrir complètement quand le brûleur est en fonctionnement. On notera que cet objet est tout à fait différent de celui du disque de réglage d'un poêle à charbon assurant un réglage continu. Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu un dispositif de contrôle du tirage d'une chaudière alimentéepar un brûleur ou un moyen équivalent à fonctionnement intermittent, se montant en série sur le conduit de fumée, qui comprend un conduit de passage se raccordant à ses deux extrémités au conduit de fumée, un volet mobile à deux positions d'arrêt, la première dans laquelle le volet ferme pratiquement complètement le conduit de passage et la seconde dans laquelle il l'ouvre complètement, un moteur faisant passer le volet alternativement d'une position à l'autre, un ou plusieurs thermostats actionnant des moyens de commutation à deux états, l'un correspondant à une demande de chaleur et l'autre à un arret de la demande de chaleur, lesdits moyens de commutation faisant à chaque changement d'état fonctionner ledit moteur, et des moyens de détection des positions d'arrêt du volet arrêtant le moteur dès que le volet, entraîné par le moteur, a atteint l'une quelconque de ses deux positions d'arret, lesdits moyens de détection déclenchant le fonctionnement du brûleur uniquement quand le volet a atteint ladite seconde position d'arret. Suivant une autre caractéristique, le conduit de passage a une section transversale intérieure présentant un axe de symétrie et le volet a un contour épousant ladite section, le volet étant solidaire d'un arbre dont l'axe est confondu avec ledit axe de symétrie, qui fait tourner le volet à l'intérieur du conduit'de passage et qui traverse la paroi du conduit de-passage vers l'extérieur où il est couplé avec un moteur électrique, la première position du volet correspondant au cas où il est perpendiculaire à l'axe du conduit de passage le fermant complètement et la seconde correspondant au cas où il est parallèle à~l'axe du conduit de passage en nty créant qu'une perte de charge négligeable. Suivant une autre caractéristique, les moyens de commutation comprennent un relais comportant un contact de travail et un contact de repos -et les moyens de détection comprennent une première clé de contact et une seconde clé de contact, rappelées toutes deux vers des contacts de repos par des ressorts de rappel et actionnées chacune respectivement par une première et une seconde paire de cames montées sur l'arbre du volet, la première paire de cames actionnant la première clé quand le volet est dans la première position d'arrêt, les cames de la première paire étant diamétralement opposées, la seconde paire de cames actionnant la-seconde clé quand le volet est dans sa seconde position d'arret, les cames de la seconde paire étant diamétralement opposées, mais décalées de 900 par rapport à celles de la première paire, le moteur électrique tournant toujours dans le meme sens et ayant une borne d'alimentation reliée, d'une part, à la première clé dont le contact de repos est relié.au contact de repos du relais et, d'autre part, au contact de repos de la seconde clé qui est reliée au contact de travail du relais, le relais étant alimenté quand le ou les thermostats sont fermés, les contacts du relais étant reliés à une phase de l'alimentation électrique et l'autre borne du moteur au neutre. Suivant une autre caractéristique, la seconde clé comporte un contact de travail relié au circuit d'alimentation électrique du bruleur, dont l'autre borne est reliée au neutre. Suivant une autre caractéristique, un voyant lumineux est monté en parallèle sur ledit moteur électrique. Suivant une autre caractéristique, le conduit de passage est cylindrique, et le volet est circulaire et comprend deux plaques circulaires en tôle d'acier inoxydable mince entre lesquelles est serrée une feuille épaisse en matière isolante fibreuse, les deux plaques de tole étant réunies en leurs centres par un moyen de liaison les fixant audit arbre du disque, le diamètre rie la feuille isolante étant sensiblement égal à celui du conduit de passage, mais légerement plus grand que celui des plaques de tôle, le serrage de ces dernières assurant l'étanchéité entre les boras de la feuille et le conduit de passage. Suivant une autre caractéristique, le conduit de passage est entour @'un manchon de p, us grand diamètre, l'espace existant entre le manchon et le con@uit de passage étant rempli avec une matière isolante. Suivant ure autre caractèristique, le conduit rie passage est en tôle d'ac@er inoxy@able. O'autres caractéristiques ce la présente invention apparaîtront plus @lairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, la@ite descriptior étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est une vue de coté schérnatioue du dispositif de contrôle de tirage de l'invention, monté sur le conduit de cheminée d'une chaudière, la Fig. 2 est une vue de coté, à plus grande échelle, du dispositif ae la Fig. 1, la Fig. 3 est une vue en coupe du dispositif de la Fig. 2, suivant la ligne III-III, la Fig. 4 est une vue en coupe, à plus grande échelle, du disque monté dans le dispositif de la Fig. 3, la Fig. 5 est une vue en perspective schématique de cames montées sur l'arbre du disque -de la Fis. 3, et la Fig. @ est un schéma électrique illustrant le fonctionnement électrique du dispositif de l'invention. A la Fig. 1, le dispositif de contrôle de tirage 1 est raccordé, d'une part, au conduit de sortie 2 de la chaudière à mazout 3 et, d'autre part, au conduit de cheminée 4. Selon les cas, ie dispositif 1 peut évidemment être plus en aval sur le conduit 4. A la Fig. 2, le dispositif 1 comprend un manchon 5 extérieur, sur lequel est monté un coffret de commande 6, et des embouts de tuyaux 7 et 8 permettant le montage de 1 sur le conduit 4. La coupe de la Fig. 3, selon la ligne 11-111 de la Fig. 2, montre l'enveloppe du manchon 5, un conduit de passage 9 et un volet 10 monté sur un arbre 11 permettant de le faire pivoter dans le conduit 9. Dans l'exemple décrit, le manchon 5 et le conduit 9 sont cylindriques, mais il est bien évident qu'entre les embouts 7 et 8, qui doivent être cylindriques pour stem- boîter sur les tuyaux de conduit de fumée normalisés, le conduit 9 peut avoir une section non circulaire, pourvu qu'elle permette la rotation du volet 10. Dans l'exemple décrit, le volet 10 est évidemment circulaire et a un diamètre sensiblement égal à celui du conduit 9 pour fermer celui-ci quand il a son plan perpendiculaire à l'axe du conduit 9.Le volet 10 est relativment mince pour ne pas apporter de perte de charge sensible quand son plan contient l'axe du conduit 9, c'est à dire qu'il est en position ouverte. Le conduit cylindrique 9 a un diamètre intérieur relativement précis, il est, de préférence, réalisé en acier inoxdable pour éviter, d'une part, toute corrosion par des gaz de combustion agressifs, comme ceux qui contiennent du S04H2, et, d'autre part, tout encrassement par les suies étant donné qu'il-reste- bien lisse. Le manchon 5 peut être également en acier inoxydable ou galvanisé ou laqué à chaud. il est relié au conduit 9 par deux flasques 12 et 13. L'espace intérieur défini par 5, 9, 12 et 13 est garni avec un matériau isolant 14 capable de résister à des températures allant jusqu'à 300 C et même au-delà. Les parties 5, 9, 12 et 13 sont serties par soudure par points, vis parker, rivets, etc. Le volet 10, solidaire de l'arbre 11, peut être un simple disque en tôle d'acier inoxydable, pour les mêmes raisons que le conduit 9. Toutefois, la Fig. 4 montre une structure préférée du volet 10. A la Fig. 4, le volet comprend deux disques 15 et 16, en tôle -d'acier inoxydable, montés sur un arbre diamétral 11 au moyen d'un rivet 17. La distance entre les disques 15 et 16 est égale au diamètre de 11 pour que le rivet 17 assure un bon serrage, sans déformer les disques. Entre 15 et 16, l'intervalle est rempli d'une feuille de matière isolante fibreuse, telle que de l'amiante 18. Le diamètre des disques 15 et 16 est un peu inférieur à celui du conduit 9 et les bords de~15 et 16 sont légèrement arrondis vers l'intérieur pour empê-- cher l'amiante 18 de s'échapper, tout en permettant l'établissement d'un bourrelet 19 qui peut frotter sur la surface intérieure du conduit 9 sans la rayer. Cette structure présente plusieurs avantages.Tout d'abord, l'absence de rayures sur 9 qui peuvent accrocher des suies, favoriser la corrosion et, au bout d'un certain temps, empêcher la rotation du disque 10 ou le bloquer avant qu'il atteigne la fermeture complète de 9. La matière isolante évite la transmission de chaleur vers le conduit 4 et l'extérieur. L'arbre 11 doit résister à la corrosion et à l'usure: il peut être en acier inoxydable ou en bronze, par exemple. Il tourne dans deux paliers en acier inoxydable solidaires du manchon 5. L'arbre 11, Fig. 2, à la sortie de 5, se raccorde à un accouplement classique monté à l'intérieur du coffret 6 et entraîné par un moteur ou un servomoteur,pourvu d'un réducteur de vitesse, comme il en existe dans le commerce, qui est logé à l'intérieur du coffret~5. Le coffret 6 est accouplé au manchon 5 par des broches 20 associées à des clips solidaires du manchon 5. A l'intérieur du coffret 6, un arbre 21, entraîné directement par l'arbre 11, porte une paire de cames 22 et 23, diamétralement opposées, et une paire de cames décalées de 900 par rapport à 22 et 23, dont une 24 apparaît sur le dessin, la seconde étant diamétralement opposée. La came 22-23 actionne un poussoir 25 quand le disque 10 est en position de fermeture du conduit 9. la came 24 actionne un poussoir 26 quand le disque 10 est en position d'ouverture. Dans la pratique, les poussoirs 25 et 26 sont des composants de microcontacts de fin de course que l'on trouve dans le commerce. En plus des cames de la Fig. 5, le coffret 6 comporte les composants électriques montrés à la Fig; 6, dans le bloc 27. Un relais 28 a son enroulement, d'une part, relié au neutre N de l'alimentation classique du secteur, et, d'autre part, à une phase P, par l'intermédiaire d'un contact de repos 29 du thermostat de sécurité de la chaudière 3, d'un contact de travail 30 d'un tnermostat d'ambiance et d'un interrupteur marche-arret 31. Le moteur 32 est associé à un ensemble réducteur pour entraîner l'arbre 21, entraînant à son tour l'arbre 11 du volet 10.Le moteur 32 a une première borne reliée directement au neutre N et une seconde borne reliée à la phase P, par l'intermédiaire, d'une part, d'un premier circuit comprenant la clé 33, son contact de repos, le contact de repos 34 du relais 28 et le contact de travail 31, et, d'autre part, d'un second circuit comprenant la clé 35, son contact de repos, le contact de travail 36 du relais 28, le contact de repos 29, le contact de travail 30 et le contact de travail 31. Un voyant lumineux 37 est monté en parallèle sur le moteur 32. Le circuit électrique du bruleur 38 de la chaudière 3 a une borne reliée directement au neutre N et l'autre borne reliée à la phase P à travers le contact de travail de la clé 35 et les contacts 36, 29, 30 et 31. Les clés 33 et 35 sont respectivement actionnées par les poussoirs 25 et 26 des cames de la Fig. 5; elles sont rappelées vers leurs contacts de repos respectifs par des ressorts symbolisés en 39 et 40. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif de l'invention. On va supposer que, dans la première phase, le dispositif 1 est en fonctionnement, c'est à dire que le contact 31 est fermé, que le thermostat d'ambiance exprime une demande de chaleur en ayant fermé le contact 30, que, donc le brûleur 38 fonctionne et que le volet 10 est ouvert dans l'axe du conduit 9. Dans cet état, le relais 28 est alimenté par 31 fermé, 30 fermé et 29 fermé. Le contact 36 est fermé ainsi que le contact de travail de la clé 35, poussée par le poussoir 26 actionné par la came 24, ce qui alimente le bruleur 38. Le moteur 32 n'est pas alimenté car, d'une part, le contact 34 est ouvert par le relais 28 alimenté et, d'autre part, par le contact de repos ouvert de la clé 35. Le voyant 37 est éteint. Quand la température du thermostat ambiance a suffisamment monté, le contact 30 s'ouvre. C'est la phase de fin de demande de chaleur. Le bruleur 38 cesse d'entre alimenté immédiatement. Le relais 28 retombe en ouvrant 36, mais en fermant 34. Le moteur 32 est alors alimenté par 34 fermé et la clé 33 fermée sur son contact de repos par le ressort 39. Le moteur 32 tourne et entraîne le volet 10. Des le déplacement de la came 24, la clé 35 ferme, poussée par le ressort 40, son contact de repos, mais n'alimente pas 32 car 36 et 30 sont ouverts. Le volet 10 tourne et, quand il se trouve en travers du conduit 9, le fermant totalement, la came 22-23 pousse le poussoir 25 qui ouvre la clé 33 en coupant l'alimentation du moteur 32 qui s'arrête.Pendant toute cette phase, le voyant 37 a été allumé; il s'éteint quand 32 s'arrête, On est alors dans -la phase de non demande de chaleur ou de refroidissement de l'installation de chauffage central, par exemple. Le volet 10 étant fermé, l'air ne circule plus dans la chaudière 3 et ne la refroidit plus. De plus, les pertes de chaleur de la chaudière par conduction vers le conduit de fumée 4 sont considérablement réduites par le matériau isolant 14 et l'amiante 18. On réalise ainsi une économie importante de combustible. Au bout d'un certain temps, le thermostat d'ambiance ferme son contact 30. C'est la phase du début de demande de chaleur. Le relais 28 s'excite et ferme son contact 36. Le moteur 32 est alors alimente par la clé 35 au repos, poussée par le ressort 40 et le contact 36. Le volet quitte la position de fermeture et tourne ce qui referme la clé 33, mais n'ouvre pas encore la clé 35. Le brûleur 38 n'est toujours pas alimenté. Quand le volet 10 atteint la position d'ouverture complète, la came 24 ouvre la clé 35 qui alimente le bruleur 38. On se retrouve alors dans la phase initiale, l'ouverture de la came 35 ayant arrêté le moteur 32. On voit, ainsi, que le brûleur 38 ne peut fonctionner que si le volet 10 est complètement ouvert. On a ainsi une sécurité-totale. En effet, même en cas de défaillance du moteur-réducteur 38, si le volet 10 n'est pas entièrement ouvert, le brûleur ne peut fonctionner. Inversement, toujours en cas de panne de 38, le volet peut rester ouvert sans empêcher le bruleur de s'arrêter par l'action directe du contact 30 ou encore du contact de sécurité 29. A noter que, dans tous les cas, l'ouverture du contact 29 a les mêmes conséquences que celle du contact 30. Le voyant lumineux 37 indique que le moteur 32 est sous tension. Comme le moteur 32, associé à son ensemble réducteur, assure la rotation du volet 10 d'un quart de tour, par exemple normalement en quinze secondes, 37 ne doit s'allumer, de temps en temps, qu'un très court instant. Un allumage prolongé du voyant 37 indique une panne, soit que le moteur ne tourne pas et est arrêté dans une position intermédiaire, ou qu'il tourne tout le temps parce que, par exemple, le contact 34 est collé. Au cours d'essais quantitatifs, on a pu constater que le dispositif, assurant une étanchéité de 98% environ du conduit de fumée, apporte une économie de combustible variant entre 3 et 20P. En efet, l'économie varie suivant plusieurs paramètres, tels que:: - la qualité de la che.minée, son tirage plus ou moins important selon sa position, sa hauteur et son exposition par rapport aux vents, - la température ambtante de la chaufferie refroidissant la chaudiere par l'extéri@ur, - lr type de la chaudiere ayant plus ou moins de pertes de cnarge au foyer, la surface u foyer, - la qualité d'isolation de la chaudiére, particulierement des portes de r@çaue, - le type de brûleur et sa fréquence d'arrêts te cas extrême o@ l'économie serait nulle ne peut se produire que sur une chaudière o Je brûleur fonctionnerait sans jamais s'arrêver, le refroidissement du foyer par passage @'air frais ne pouvant se produire à aucun moment. En cas de non fonctionnement de la ch@udière, le volet 10 étant fermé, il n'y a pas ce circulation 'air, plus ou moins humide, dans la chaudière, ce qui évite tout risque de condensation et donc de corrosion. bien que les principes de la présente Inventior- aient été décrits cidessus en relation avec un exemple particulier le réalisation, ii faut comprendre que ladite description n'a été faite qu'à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1) Dispositif de contr8le du tirage d'une chaudière alimentée par un brûleur ou un moyen équivalent à fonctionnement intermittent, se montant en série sur le conduit de fumée, comprenant un conduit de passage se raccordant à ses deux extrémités au conduit de fumée, un volet mobile à deux positions d'arrêt, la première dans laquelle le volet ferme pratiquement complètement le conduit de passage et la seconde dans laquelle il l'ouvre complètement, un moteur faisant passer le volet alternativement d'une position à l'autre, un ou plusieurs thermostats actionnant des moyens de commutation à deux états, l'un correspcndant à une demande de dsVeur et l'autre à un arrêt de la demande de chaleur, lesdits moyes de commutation faisant à chaque changement d'état fonctionner ledit moteur, et des moyens de détection des positions d'arrêt du volet arrêtant le moteur dès que le volet, entraîné par le moteur, a atteint l'une quelconnae de ses deux positions d'arrêt, lesdits moyens de détection déclenchant le fonctionnement du brûleur uniquement quand le volet a atteint ladite seconde position d'arret, caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent un relais comportant un contact de travail et un contact de repos et les moyens de détection comprennent une première clé de contact et une seconde cl de contact, rappelées toutes deux vers des contacts de repos par des ressorts de rappel et actionnées chacune respectivement par une première et une seconde pas de cames montées sur 1' arbre du volet, la première paire de cames actionnant la première clé,quand le volet est dans la première position-d'arrêt, les cames de la première paire étant diamétralement opposées, la seconde paire de cames actionnant la seconde clé quand le volet est dans sa seconde position d'arrêt, les cames de la seconde paire étant diamétralement opposées, mais décalées de 900 par rapport à celles de la première paire, le moteur électrique tournant toujours dans le même sens et ayant une borne d'alimentation reliée, d'une part, à la première clé dont le contact de repos est relié au contact de repos du relais et, d'autre part, an contact de repos de la seconde clé qui est reliée au contact de travail du relais, le relais étant alimenté quand le ou les thermostats sont fermés, les contacts du relais étant reliés à une phase de l'alimentation électrique et l'autre borne du moteur au neutre. 2) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde clé comporte un contact de travail relié au circuit d'alimentation du brûleur, dont l'autre borne est reliée an neutre. 3) Dispositif suivant la revèndication 1 ou 2, caractérisé en ce que le conduit de passage est cylindrique, et le volet est circulaire et comprend deux plaques circulaires en tôle d'acier inoxydable mince entre lesquelles est serrée une feuille épaisse en matière isolante fibreuse, les deux plaques de tôle étant réunies en leurs centres par un moyen de liaison les fixant audit arbre du volet, le diamètre de la feuille isolante étant sensiblement égal à @elu@ du condui@ de passage, mais légèrement plus grand que celui des plaques de tôle, @ serrage de ces dernières assurant l'étanchéité entre les bords de la feuille et le conduit de passage. 4) Dispositif suivant @'@ne des revendications 1 à 3, carectérisé en ce que le conduit de passage est entouré d'un manchon de plus grand diamètre, l'espace existant entre le manchon et @e conduit de passage étant rempli avec une matière isolante.