Brevet FR2528155A1 — publié le 19831209

La présente invention est relative à un dispositif régulateur destiné à équiper une installation de chauffage central où un fluide calo-porteur circule en circuit fermé. Ce dispositif convient plus particulièrement, quoique non exclusivement, à une installation de chauffage central utilisant l'énergie géothermique ou une chaudière à condensation0 De plus, ce dispositif régulateur thermo-hydraulique convient aussi à une installation de chauffage collectif, c'est-à-dire à une installation possédant un unique génél rateur envoyant le fluide calo-porteur dans plusieurs zones distinctes, correspondant par exemple chacune à un local ou à un appartement t dans ce cas > on prévoira un régulateur thermo-hydraulique selon l'invention sur chacune des zones de l'installation collective. L'appareil sera alors désigné comme étant un régulateur thermo-hydrauli9ue de zone. D2une manière générale, on sait qu'une installation de chauffage central comporte un générateur munie d'un part d'eau chaude et d'un retour dteau froide. On sait que le rendement de l'installation est optimisé si le généras teur thermique central fonctionne sur un a T sensiblement constant entre la température de départ d'eau chaude et la température de retour d'eau froide0 De plus, il arrive que l'on souhaite fixer la valeur absolue de la température de retour d'eau froide : cela est notamment le cas lorsque le générateur utilise lténergie géothermique, que ce soit à ti- tre d'appoint ou à titre principal.En effet, la température de l'eau chaude prélevée dans le sous-sol est pratique~ ment constante en un lieu donné, mais elle varie d'une r6- gion à l'autre. Par exemple, dans la région de DAX, on cons- tate que l'eau de retour au générateur de l'installation ne doit pas être au-dessus de 300 C si l'on veut atteindre un rendement satisfaisant du "doublet". La présente invention a pour but de résoudre ce problème, en réalisant un régulateur qui, pour une ou plusieurs zones donnes d'une installation d'ensemble, permet de fixer à une valeur sensiblement constante la température du retour du fluide calo-porteur, et ceci quelles que soient les conditions climatiques extérieures et quelle que soit la consommation dlénergie de l'utilisateur. Un régulateur thermo-hydraulique selon l'invention destiné à etre intercalé sur la canalisation dtarrivée d'eau chaude et sur la canalisation de retour d'eau froide, entre un générateur thermique et au moins une zone d'utilisation, est caractérisé en ce qu'il comporte au moins une sonde de mesure de température commandant l'ouverture modulée d'une soupape thermostatique d'arrivée d'eau chaude, et un aquastat fonctionnant par tout-ou-rien pour ouvrir ou fermer ltélec- tro-vanne régissant le débit vers la zone considérée, si bien que le régulateur fait varier en fonction de la charge d'utilisation , le débit du fluide calo-porteur vers la zone intéressée. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non li- mitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. Fig. 1 est un schéma hydraulique illustrant la struc- ture et le fonctionnement d'un régulateur selon l'invention. Fig. 2 montre la structure d'un mode de réalisation possible. Fig. 3 illustre une possibilité pour le branchement de plusieurs régulateurs selon l'invention, correspond dant chacun à l'une des zones d'un chauffage collectif. Le régulateur thermique de zone selon l'invention sera désigné dans la suite de la description par la dénomination RETZ. Comme cela apparat sur les Fig. 1 et 2, le RETZ se présente sous la forme dun module constitué par un ensemble de tuyauterie, de réservoirs à liquide, d'électrovannes, de sondes thermométriques ou thermostatiques. Il comprend les composants essentiels suivants - une entrée 1 pour l'arrivée du fluide calo-porteur chaud provenant d'un générateur thermique, d'une chaudière, d'un réseau de chauffage collectif, d'une pompe à chaleur, ou analogue - un Té de réglage 2 à prise de pression différentielle, équipé d'un manomètre différentiel 3 qu'on utilise pour les réglages ;; - un réservoir primaire 4 servant de cuve à l'échangeur primaire dont il sera question plus loin - un noeud de tuyauteries 5 dloù part en dérivation une tu bulure 6 alimentant un ou plusieurs radiateurs de chauf fage 7 - en série avec le réservoir 4 et le noeud 5 , une soupape à pression différentielle 8 - un venturi 9 intercalé entre la soupape 8 et une pompe de circulation 10 qui fonctionne en permanence , le venturi 9 recevant la canalisation de retour 11 du ou des radia teurs 7 - un noeud de tuyauteries 12 intercalé entre la pompe 10 et un réservoir secondaire 13 , pour recevoir une canalisa tion de by-pass intermittent 14 - une électrovanne 15 , reliant la canalisation de by-pass 14 à un noeud 16 intercalé entre la canalisation 6 et le ou les radiateurs 7 - une tuyauterie 17 , située à la sortie du réservoir 13 ,et équipée d'une sonde de mesure de température 18 - un thermom,ètre-applique 19 affichant la température dans la canalisation 17 , et utilisé pour les réglages - une sonde thermométrique 20 située au noeud de raccordement 21 de la tuyauterie 17 avec une tuyauterie de by-pass per manent 22 connectée par ailleurs à un noeud 23 situé entre la soupape différentielle 8 et le venturi 9 - une électrovanne 24 t - une soupape thermostatique 25 - une tubulure de sortie ou de retour 26 par laquelle le RETZ renvoie liteau relativement froide au générateur thermique (chaudière , pompe à chaleur , etc...) ; ; - une canalisation 27 sur la quelle sont intercalés deux ser pentins 28 et 29 situés , le premier dans le réservoir se condaire 13 , le second dans le réservoir primaire 4 , l'a mont 30 de cette tuyauterie étant relié à une arrivée d' eau froide , tandis que sa sortie aval 31 fournit de ll eau chaude sanitaire , pour les besoins de l'utilisateur. Ensemble comporte une installation électrique alimentée à partir dtune entrée 32 suivie d'un interrupteur général 33 d'arrêt ou de mise en marche e A partir de cette alimentation électrique , un cible 34 alimente la pompe de circulation 10 De meme , on alimente un aquastat 35 relié à la sonde thermométrique 20 e L'aquastat 25 est raccordé à un commutateur électrique 36 monté en contacteur-inverseur , pour ouvrir ou fermer les électrovannes 15 et 24 , étant entendu que lorsqu'une d'elles est ouverte , l'autre se troue ve fermée , et vice versa Enfin , la sonde thermométrique 18 est reliée par un tube capillaire 37 à la soupape thermostatique ds mo- dulation 25. Le fonctionnement est le suivant : On remarque tout d'abord que les électrovannes 5 et 24 fonctionnent par tout-ou-rien, sous l'action de ltaquastat 35 0Par contre la soupape thermostatique 25 tout vre plus ou moins , de façon à moduler le débit qui la tra- verse , ceci e n fonction des indications détectées par la sonde 18. Le fluide calo-porteur chaud entre dans le RETZ par la tubulure t et il en sort par la tubulure cet te circulation n'a lieu que dans la mesure où ltélectrovanne 24 et la soupape modulante 25 sont toutes deux ouvertes .Cet- te ouverture n'est effective que Si l'aquastat 35 et la sonde 18 la commandent toutes les deux à la fois . Cet ordre dtou- verture n'est délivré que si la température lue par les Bon- des 18 et 20 est inférieure ou égale à la température de consigne qui leur a été affichées La soupape modulante 25 diminuera le débit qui la traverse d'autant plus que la température lue par sa sonde t8 se rapprochera du point de consigne.L'électrovanne 24 agissant par tout-ou-rienassurera par contre une fermeture instantanée , interrompant tout débit dès que la température lue par son aquastat 35 atteindra son point de consigne En-aucun cas t la température du fluide caloporteur réinjecté en 26 vers le générateur thermique n'excès dera la valeur du point de consisneO Ainsi , la conjugaison de l'action modulante de la soupape 25 et de l'action par tout-ou-rien de l'électrovanne 24 permet au RETZ de fonction ner d'une façon modulante à la montée en température , pour tout régime compris entre 0 % et 100 % , ltélectrovanne 24 étant prévue à titre de sécurité pour limiter impérativement et rapidement la température de sortie en 26 La circulation du fluide calo-porteur dans la boucle principale 1 , 5 , 23 , 12 , 17 , 26 s'effectue suivant un débit qui est modulé par la soupape 25 et par 1' électrovanne 24 , de façon à : - interrompre instantanément le débit par l'électrovanne 24 dè que la température de sortie en 26 est atteinte - admettre instantanément après une interruption de prélèvement calorifique , un débit maximum dès qu'unie demande d'éner- gie se manifeste à nouveau , et ceci par ouverture de l électrovahne 24. On choisit la sonde 18 de façon que le température maxima à laquelle correspond la pleine ouverture de la soupape 25 cotncideavec la température lue par la sonde 20 pour déterminer l'ouverture de l'électrovanne 24 . Ainsi, ltouverture instantanée de l'électrovanne 24 coUncidant avec la pleine ouverture de la soupape 25 , le débit admis spontanément est maximum lorsque le température décroissante franchit en 26 le seuil de déclenchement choisi En définitiveS- grtce à la soupape modulante 25 et à sa sonde 18 , on assure une diminution progressive du débit ( donc de l'énergie ) allouée au RETZ lorsque décroît le prélèvement énergétique exercé par ensemble ou par l'un des éléments 4 t 7 2 ou 13 t - grtce à l'électrovanne 24 , et à son aquastat 35 v on limite positivement la température de réinjection de liquide en 26 vers le réseau collectif , tandis que l'allocaation maxima d'énergie e st instantanée dès que se trouve en demande l'un des consommateurs d'énergie 4 , 7 ou 13. On voit que ce processus réduit la fréquence des ouvertures et des fermetures de l'électrovanne 24, ce qui garantit la satisfaction des petites demandes d'énergies Du fait de la présence du by-pass permanent 22 tandis que la pompe 10 fonctionne en permanence , on voit que las sondes thermométriques 18 et 20 sont en permanence irriguées par un débit de fluide calo-porteur suffisant pour que les sondes 18 et 20 aient un fonctionnement précis. Ce débit d'irrigation est permanent , que le débit admis au point 1 soit nul ou maximum. Bien mieux , le by-pass 22 est parcouru en permanence par un débit sensiblement constant , équivalent à celui de la pompe de ciiculation 10. Lorsqu'il y a demande d'énergie par les élémants consomma teurs 4 , 7 , 13 , un débit m fluide chaud est admis en 1 , si bien que les sondes 18 et 20 se trouvent alors irriguées par un débit égal à la- somme.du débit admise en 1 et du débit fourni par la pompe 100 De toute façon , le débit d'irrigation des sondes 18 et 20 nest jamais inférieur au débite la pompe 10. La soupape à pression différentielle 8 constitue une résistance hydraulique sur la boucle principale 1 , 17 z 26 du RETZ . Cela se traduit par une surpression relative au noeud 5 . Cette surpression détermine une circulation dans le circuit ddriu8 5 , 6 , 16 S 7 , 11 . Cette circulation ne sera pas comprQmise par l'ouverture de l'électrovanne 15 , puisque celle-ci n'est ouverte que lorsque l'admission du fluide calo-porteur en 1 est interrompue Lorsque le circuit dérivé 5 , 6 , 16 , 7 , 11 est interrompu ou ralenti par la volonté de l'utilisateur , la part du débit global de la boucle principale 1 , 17 , 26 non dérivée vers les surfaces de chauffe 7 , traverse la soupape 8 , pour aller rejoindre à travers 23 et 9 , le débit dérivé qui se réinjecte dans le venturi 9 sur la boucle principale 1 , 17 , 26 On voit donc que , quel que soit le prélèvement de débit occasionné par l'rappel variable des surfaces de chauffe 7 , le débit de la boucle principale 1 , 17 , 26 du RETZ n'est pas interrompu , sinon par le dispositif 24, 25 situé à la sortie , pour gérer la températurc de sortie en 26. Lorsquton prélève de l'énergie dans les Schan- geurs de production d'eau chaude sanitaire 4 ,29 , et 13 ,28, on remarque tout d'abord que l'échangeur 4 , 29 est situé en amont dans le RETZ , c'est-à-dire qu'il bénéficie du maximum de la température admise en 1 .Par contre , l'échangeur secondaire 13 , 28 , est situé sur la boucle principale 1 , 17, 26 t en awal des prélèvemenXs dténergie éventuellement opérés par les surfaces de chauffe 7 0 En recevant dans le serpentin 28 lteau froide provenant en 30 du réseau adducteur t le réservoir 13 provoque instantanément l'abaissement de la température du fluide calo-porteur , sur lequel il puise son énergie 4 En réponse à cet abaissement , lu par la sonde 18, et par l1aquastat 35 , l'admission du fluide calo-porteur est instantanément provoquée par ouverture de l'électrovanne 24 et de la soupape modulante 25 Le RETZ assure également une fonction antiblocage U En effet , lorsque l'admission du fluide calo-por teur en 1 est interrompue parce que la température de retour en 26 atteint la température de consigne , la circulatiozn dans les surfaces de chauffe 7 est elle-même arrêtée .Si aucune introduction d > eau froide sanitaire en 30 n'intervient pour déclencher le processus précédemment décrit , le systè- me reste bloqué. S'il advenait entre temps que les locaux équipés des surfaces de chauffe 7 soient en demande de chaleur , leurs besoins ne braient pas satisfaits. Pour pallier cet inconvénient majeur , l'invention a prévu l'inverseur électrique 36 qui provoque l'ouverture de ltélectrovanne 15 dès que la situation de blocage s'étab i , ctest-à-dire lorsque l'électrovanne 24 est complètement fermée à la demande de son aquastat 35e Sous l'impulsion de la pompe de circulation 10 qui fonctionne en permanence ,une circulation s'établit par le by-pass 6 suivant la boucle 12 , 14 , 15 , 16 , 7 , 11 t 9 , 10 .Pour garantir cette circulation plutôt que celle qui sJ6tablirait préférentiellement dans le circuit de moindre résistance 12 , 17 , 22 , 23 , 9 , 10 , le venturi 9 provoque par utilisation du débit nominal de la pompe 10, un effet d'aspiration au niveau de sa tubulure latérale 11 , ce qui induit la circulation dans le réseau des surfaces de chauffe 7 .Ce dispositif de circulation forcée autorise l'emploi de tous les types de surfaces de chauffe 7 , sans exclusion , contrairement à diverses installations connues visant a utiliser des appareils spéciaux , tels que les convecteurs ou ventilo-convecteurs n basse température n ou encore des radiateurs particuliers encombrants et onéreux, dits n d'épuisement n Deux dispositifs de sécurité sont prévus pour interdire l'injection eau de retour en 26 à une te- rature supérieure à la température de consigne , et ceci même en cas de panne de courant ou de détérioration de la pom pe 10. Tout d'abord, l'électrovanne 24 est du type, "fer- méen hors tension". Par ailleurs, le positionnement du porte-sondes de la sonde 20 est tel qu'il pace l'élément sensible 20 de l'aquastat 35 dans la possibilité de lire la température du fluide calo-porteur, que celui-ci circule dans un sens ou dans l'autre, à l'intérieur du by-pass permanent 22. Ainsi, ltaquastat 35 provoquera la fermeture de l'électrovanne 24 meme s'il advient que, la pompe 10 s'arr0- tant, le fluide calo-porteur vienne à parcourir le by-pass 22 dans le sens contraire à celui qu'on observe en marche normale. Dans l'exemple illustré sur la figure 3, on a représenté un montage possible pour assurer le chauffage de plusieurs locaux ou appartementsà partir d'un générateur thermique collectif 38o il est bien entendu que ce générateur peut être de tout type connu, à savoir une chaufferie, une sous-station, un chauffage urbain, une pompe à chaleur un ensemble de capteur solaire, un doublet géothermique, ou encore une combinaison de ces divers générateurs. Ce générateur 38 envoie un fluide calo-porteur dans une canalisation principale 39 alors que la canalisation collective 40 assure le retour refroidi. Entre les deux canalisations principales 39 et 40, on branche en parallèle, plusieurs appareils RETZ selon l'invention, référencés ici 41, 42, ou 43. Chacun d'eux est relié par son entrée 1 à la canalisation 39, et par sa sortie 26 à la canalisation 40. Les appareils utilisateurs ou surfaces de chauffe 7 peuvent strie différents d'une zone à l'autre : chacun des régulateurs RETZ 41, 42, 43 etc..0 fonctionnant indépendamment des autres. REVENDICATIONS 1 - Régulateur thermo-hydraulåque destiné à être intercalé sur la canalisation d'arrivée du fluide calo-porteur (1), et sur la canalisation de retour du fluide calo- porteur (26) entre un générateur thermique (38) et au moins une zone d'utilisation (7), caractérisé en ce qu'il comporte au moins une sonde de mesure de température (18) commandant l'ouverture modulée d'une soupape thermostatique (25) et au moins une sonde thermamétrique (20) pour un aquastat (35) comandant par tout-ou-rien l'ouverture ou la fermeture d'une électrovanne (24), la soupape (25) et ltélectrovanne (24) étant montées en série sur une canalisation (17) du circuit d'arrivée du fluide calo-porteuf, si bien que le régulateur fait varier en fonction de la charge d'utilisation, le débit du fluide calo-porteur vers la zone (7) intéressée. 2 - Régulateur thermo-hydraulique de zone, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la canalisation d'arrivée d'eau chaude (1) rencontre successivement un réservoir primaire (4), un noeud de jonction (5), une soupape à pression différentielle (8), un noeud de jonction (23), un venturi (9), une pompe de circulation (10), un noeud de jonction (12), un réservoir secondaire (13), une canalisation (17) reliant la sonde thermométrique (18) à la sonde thermométrique (20), I'électrovanne tout-ou-rien (24), la soupape modulante (25), puis la sortie d'eau froide (26), tandis qu'un by-pass permanent relie la sonde (20) au noeud (23), les appareils utilisateurs (7) étant branchés en parallèle entre le noeud de jonction (5) et une canalisation (11) débouchant latéralement dans le venturi (9). 3 - Régulateur thermo-hydraulique suivant la re- vendication 2, caractérisé en ce que la pompe de circulation (10) fonctionne en permanence, avec un débit sensiblement constant. 4 - Régulateur thermo-hydraulique suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que un noeud de jonction (16) de la canalisation (6) situé en amont des surfaces de chauffe (7), est relié par une canalisation (14) au noeud de jonction (12). 5 - Régulateur thermolhydraulique suivant la revendicatåon 4 , caractérisé en ce que sur la canalisation (14) est intercalée une électrovanne tout-ou-rien (15) dont la commande électrique est reliée en opposition avec celle de l'électrovanne (24) , à un commutateur électrique (36) recevant des impulsions de laquastat (35). 6 - Régulateur thermo-hydrauliquesuivant l'une quelconque des r evendications précédentes , caractérisé en ce qu'une canalisation d'arrivée d'eau froide (30) débou chesur un serpentin (28) situé dans le réservoir secondaire (13) , pour se prolonger par une canalisation (27) , laquel le est raccordée à un serpentin primaire (29) situé dans le réservoir (4) s pour aboutir finalement à une sortie d'eau chaude sanitaire (31). 7 - Régulateur tharmo-hyraulique suivant l'une quelconque des revendications précédentes , carqetcrisé en ce qu'à partir d'une arrivée de courant électrique (32) a- sortie dtun interrupteur " marche-arrflt n (33) , on alimen te en parallèle la pompe de circulation (10) et-laquastat (35)* 8 - Régulateur thermo-hydraulique suivant l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé en ce que la sonde thermométrique (18) est reliée par un tube capillaire (37) à la soupape d'ouverture modulante (25).