Brevet FR2316545A1 — publié le 19770128

La présente invention concerne des perfectionnements introduits dans les systèmes de régulation de température dans des appareils de ré chauffage de fluides en régime continu.Elle concerne plus particulièrement des perfectionnements dans des systèmes de régulation de température, dans les appareils de réchauffage des fluides où leur source thermique est la combustion d'un combustible liquide ou gazeux, lequel passe à travers des broyeurs vers un foyer ou chambre où est disposé un échangeur de chaleur immergé dans le courant de gaz de combustion et grâce auquel on transmet la chaleur de ces gaz au fluide qui circule à l'intérieur, de lteau, par exemple, Les systèmes de régulation de température conventionnels, utilisés sur les appareils de réchauffage cités ci-dessus, sont généralement équipés d'un thermostat placé à la sortie de l'échan- geur de chaleur, dans le circuit d'utilisation ou dans le milieu ambiant. La valeur mesurée par ce thermostat est utilisée comme signal d'entrée du système de régulation, celui-ci comparant la valeur mesurée par le thermostat avec une autre valeur préalablement choisie servant de constraste. Ainsi, par exemple, dans les systèmes de régulation dénommés "tout-rien", lorsque la valeur mesurée atteint une valeur préétablie ( température de déconnexion ), le système de régulation agit en coupant le passage du combustible vers le bradeur, et le maintient fermé jusqu'à ce que la température du thermostat atteigne une autre valeur inférieure à celle de contraste (température de reconnexion). Chez les systèmes de régulation appelés "tout-peuU, le principe de base est fondamentalement identique à celui ci-avant, excepté la fermeture du brtleur, laquelle, dans ce cas est seulement partielle. De cette manière, on réussit à maintenir la temperature du point de contraste entre les valeurs correspondant aux points de connexion et déconnexion. Chez les systèmes conventionnels, la différence de ces valeurs atteint en général plusieurs degrés centigrades et les intervalles de connexion et dé connexion ont des variations allant de quelques minutes jusqu'à des heures, et dépendent de l'inertie thermique de l'installation, y compris du système de régulation. La nrésente invention conserve les mimes principes de base OU ,ou toutrien" des systèmes cités tout-peu'l/ mais sa constltutlon partlcullere lui confère la faculté de maintenir des intervalles de température entre la connexion et la déconnexion de l'ordre de dixièmes de degré De mime, du fait qu'elle est conçue pour des systèmes à faible inertie thermique, les intervalles de temps de connexion et déconnexion sont de l'ordre de quelques secondes.Les conditions requises de faible inertie thermique du système, imposent le besoin d'un haute sensibilité et d'une réponse rapide du thermostat installé à la sortie de l'éhangeur de chaleur ou à l'intérieur de celui-ci, dans un endroit où l'inertie thermique du processus d'échange de chaleur est très faible. Conformémént à l'invention, le système de régulation comprend des moyens de sélection de la température du fluide à chauffer; des moyens de mesure de la température de sortie de l'appareil chauffeur du fluide, installés en général dans une zone de l'appareil où 11 inertie thermique du processus d'échange de chaleur est minimum, des moyens de comparaison établissant la différence existante entre la température sélectionnée et la température mesurée par le thermostat; des moyens d'amplification de gros gain, recevant le signal donné par les moyens de comparaison et l'amplifiant pour ensuite actionner des moyens de régulation du passage du combustible vers le brtleur ou les brdleurs, de façon intermittente.Tout cela de façon à ce que ces variations intermittentes du débit de combustible dans le ou les brûleurs, se traduisent par des variations de température de sortie du fluide circulant, détecté par le thermostat. Pour mieux comprendre la nature de cette invention, nous figurons sur le plan ci-joint (à titre d'exemple illustratif et non limitatif), une forme déterminée de réalisation industrielle dont nous faisons ici la description. Sur ce plan La figure 1 montre schématiquement le système de régulation et de contrôle de température, applicable à un appareil de réchauffage de fluides, par le moyen d'un combustible gazeux. Dans le cas qui nous occupe, il s'agit d'un système de contrôle applicable à des appareils réchauffeurs d'eau par gaz, mais le système pourrait également titre appliqué à d'autres appareils ou systèmes de réchauffage de fluides autres que l'eau et avec d'autres combustibles. Les figures 2, 3, 4 et 5 figurent plusieurs diagrammes pour un mdme débit du fluide à réchauffer et où l'on montre les varia tions du débit de combustible en fonction du temps des différentes températures de contrtle. Sur ces figures, on peut observer les particularités suivantes 1 - Echangeur de chaleur de système de réchauffage 2 - Brûleur de combustible 3 - Thermostat 4 - Sélecteur 5 - Comparateur 6 - Amplificateur 7 - Actionneur ou activateur 8 - Tuyauterie d'amenée du fluide 9 - Ailettes de l'échangeur 10- Electro-valve 11- Electro-valve ddbit minimum 12- Soupage de sécurité 13- Débit maximum 14- Débit minimum 15- Courbe 16- Température de l'eau froide 17- Température proche de (16) 18- Température proche de la temp. maximum t9- Courbe 20 - Courbe 21- Courbe. On a représenté sur la figure 1 (comme déjà indiqué), le système de régulation objet de l'invention, de façon schématique. Ce système de régulation est appliqué à un appareil de chauffage de fluides où la source dténergie thermique est la combustion d'un combustible liquide ou gazeux, qui est amené par un (2) ou plusieurs brûleurs vers un foyer ou chambre où l'on a disposé un échangeur de chaleur (1) immergé dans les courants des gaz de combustion et au moyen duquel on transmet la chaleur de ces gaz au fluide circulant à l'intérieur, de l'eau par exemple. Le fluide à réchauffer circule par exemple, à travers une tuyauterie (8) munie des ailettes (9) correspondantes dTéchange de chaleur0 Dans une zone où l'inertie thermique d'échange de chaleur est très faible, on a disposé des moyens de mesure de la température (3) lesquels mesureront à une vitesse rapide de réponse la température de sortie du fluide circulant. Dans le cas représenté, ces moyens de mesure de la température sont placés sur la sortie mdme de l'échangeur de chaleur, mais ils pourraient autre placés également à l'intérieur de l'échangeur. Le système comprend, en outre, des moyens de sélection (4) de la température souhaitée, lesquels pourront être actionnés conformément aux besoins. Les moyens de mesure (3) et les moyens de sélection (4) sont connectés à des moyens de comparaison (5), lesquels permettent d'établir la différence existant entre la température signalée dans les moyens de sélection (4) et la température mesurée par le thermostat (3). Le signal d'erreur ou écart, est amplifié dans un amplificateur opérationnel (6) à gros gain, lequel agit comme un système atout ou rien". Le signal fourni par l'amplificateur (6) agit sur un système (7) règlant le passage du gaz au brûleur (2) de façon intermittente* Ce système d'actionnement (7) est constitué de deux ou plusieurs soupapes pour contrôler le passage des gaz. Dans le cas représenté, il s'agit de 2 électro-valves (10) et (11). Dans d'autres cas, il peut oestre question d'un autre type de valves placées en parallèle. De même et en option, on peut placer une autre valve (12) d'ouverture totale de l'appareil, laquelle peut outre ajoutée pour des raisons de sécurité. Lorsque l'appareil est en fonctionnement la valve (10) est ouverte de façon permanente, permettant ainsi le passage d'un petit débit de combustible lequel fournit la puissance minimum à l'appareil, étant suffisant pour maintenir une combustion permanente dans le foyer0 L'autre (11) ou les autres valves s'ouvriront de façon intermittente, permettant le passage d'un débit de combustible additionnel qui permet de couvrir la puissance maximum de l'appareil. En modulant de façon convenable les intervalles de temps où l'électro- valve (11) reste ouverte ou fermée, on obtient n'importe quelle valeur de puissance souhaitée entre les valeurs minimum et maximum. Par ailleurs, la modulation des intervalles de temps est régie par les signaux de sortie fournis par les moyens amplificateurs (6), obtenus par l'intermédiaire des signaux du thermostat (3), comparés avec la valeur pré-établie dans le sélecteur (4), ceci grace au comparateur (5). Par l'intermédiaire de ce système* on choisit la puissance souhaitée dans I'appareil, en règlant de cette manière la température de sortie du fluide qui circule par l'échangeur. Sur les figures 2 et 3 on représente des diagrammes d'un exemple d'application du système. Au diagramme de la figure 2 le débit de combustible est représenté par des ordonnées et les temps par des abscisses. Sur ce diagramme, on représente la courbe (15) qui part de la température (16) de l'eau froide. Les figures 2 et 3 montrent le cas de sélection de température (17) voisine de celle de l'eau froide et les figures 4 et 5 (aux valeurs en ordonnées et abscisses, égales à celles des figures 2 eut3)1 représentent le cas de sélection de températures (18) voisines de la température maximum que l'appareil peut fournir. Lorsque l'appareil choisit la température (17) voisine de celle de l'eau froide, il varie (+) ou (-) de dixièmes de degré ou équivalent. Lorsque l'appareil commence à étre réchauffé, la température de l'eau suit la courbe (15), et à son intersection avec le gradient (+), atteint sa limite de température. L'appareil cesse par conséquent de fournir le débit maximum (13) et passe au débit minimum (14). L'eau se refroidit d'après la courbe (19) et atteint le gradient (-). C'est la température minimum, celle qui peut atteindre le fluide et, par conséquent, l'appareil fonctionne à nouveau, åusqutà atteindre à nouveau le débit maximum (13) et le gradient (+). A partir de là, le cycle se répète. Les figures 4 et 5 montrent la même chose que les figures 2 et 3 mais maintenant pour une température (18) voisine de celle maximum de l'appareil. La température de liteau suit la courbe (20). La courbe ( de chute de température offre une pente plus grande et par conséquent, l'intervalle de non-fonctionnement de l'appareil est moins grand. Cependant, l'intervalle de fonctionnement est plus grand, étant donné que la courbe (15) est presque horizontale. Le système de régulation, dans sa partie électrique, est réalisé complètement en état solide, et la précision du système à l'intérieur de la zone de régulation peut conduire à des variations maxima de la température de sortie du fluide, inférieures à + 0'5 C. Le système de régulation de température à action intermittente, peut autre utilisé par exemple pour des appareils réchauf feurs d'eau par gaz, ou pour des systèmes de chauffage à base d'eau, air ou autre fluide, alimentés par des gaz ou des combustibles liquides. Avec ce système, on obtient dans ces appareils, une vitesse de réponse élevée, et la température de sortie du fluide à chauffer est indépendante du débit du fluide. Cette température dépend seulement du débit du combustible, lequel est amené au brûleur (2) de façon intermittente, à une fréquence d'oscillation dépendant de la précision souhaitée. REVENDICATION I - Perfectionnements des systèmes de régulation de température, pour des appareils de chauffage de fluides caractérisés par le fait que ces perfectionnements consistent en des moyens de sélection de la température du fluide à chauffer; des moyens de mesure de la température de sortie du fluide-par l'appareil chauffeur; des moyens de comparaison établissant la différence entre la température sélectionnée et la température mesurée par les moyens de mesure; des moyens d'amplification à gros gain, recevant le signal donné par le moyen de comparaison et l'amplifiant; un premier système de soupapes ou valves de contrôle du passage du combustible, lesquelles, lorsque 1'appareil fonctionne, sont actionnées de façon permanente pour établir un débit minimum de combustible vers le ou les brûleurs; un second système de valves qui, actionné par le signal donné par les moyens d'amplification, permet le passage intermittent d'un débit additionnel de combustible, ceci de façon à ce que les intermittences de ce débit additionnel se traduisent par des variations de la puissance calorifique de l'appareil, depuis une valeur minimum établie par le premier système de valves, jusqu'à une valeur maximum; parallèlement, ces intermittences se traduisent par des-variations de la température de sortie du fluide circulant, détectées par les moyens de mesure, tout le système étant organisé pour obtenir une très haute vitesse de réponse par rapport aux variations de température du fluide circulant de manière à obtenir des oscillations très faibles de ladite température-, si on compare ce procédé avec celui des systèmes conventionnels de régulation n tout.peu ",