Brevet FR2545585A1 — publié le 19841109

La présente invention se rapporte à des perfectionnements à des générateurs de chaleur fonctionnant avec un brûleur à gaz et dont le conduit de fumées est susceptible d'être raccordé à une aspiration créée par une ventilation mécanique contrôlée. Dans les installations modernes ou dans les instal latins anciennes réhabilités, on prévoit fréquemment de produire l'eau chaude sanitaire et/ou de chauffage central au moyen d'une chaudière à gaz montée à l'intérieur du local sur un mur, la chaudière étant raccordée à un conduit d'évacuation de faible section se raccordant à une installation de ventilation mécanique contrôlée. De telles installations sont très avantageuses, en ce que le chauffage au gaz-permet l'installation de puissances importantes, le montage de la chaudière en implantations murales et son raccordement à une installation de ventilation mécanique contôlée ne créant que de faibles contraintes au niveau de la construction ou de la réhabilitation de locaux anciens. Jusqu'à présent, les générateurs de ce type se raccordant à une instalkation de ventilation mécanique contrôla (VMC) étaient dotés de brûleurs atmosphériques et étaient parcourus lors de l'arrêt du brûleur par l'air ambiant, du fait de la dépression créée dans l'appareil par la VMC. I1 en résultait une perte relativement importante de chaleur par balayage de l'air ambiant aspiré par la VMC, rejeté à l'extérieur, tandis que simultanément le brûleur et tout le corps de la chaudière étaient refroidis. Pour limiter la perte de chaleur provoquée par le balayage, on prenait soinchaquefoisquton arrêtait le brûleur de la chaudière d'arrêter également la circulation d'eau chaude dans la chaudière, notamment lors du fonctionnement de l'installation en chauffage central . Sans cette précaution, on enverrait à l'extérieur une grande partie de la chaleur accumulée dans l'eau parcourant l'installation, la chaudière lors de l'arrêt du brûleur fonctionnant comme un échangeur auquel la chaleur serait apportée par l'eau chaude du circuit et qui servirait à échauffer l'air évacué à l'extérieur. Cependant, du point de vue échange thermique, ces arrêts de la circulation d'eau chaudedlns l'installation ne sont pas favorables, créeant notamment lors de la remise en marche des trains d'eau chaude et d'eau froide alternantsnuisant au confort. Une autre difficulté des installations connues est liée à la question de la sécurité. L'appareil est en effet équipé en partie haute d'un (coupe-tirage), c'est-à-dire d'une grille permettant l'aspiration par la VMC, non seulement des fumées produites dans l'appareil lorsqu'il fonctionne, mais également de l'air vicié du local. Tant que la VMC fonctionne correctement il n'y a pas de problème. Par contre en cas de panne intempestive de la VMC, si la chaudière se met en route, les fumées risquent de refouler dans le local et d'asphyxier les locataires. Pour éviter ce danger, on prévoit habituellement au niveau du coupe-tirage un bulbe thermostatique qui va mesurer la température à ce niveau.Si la température devient trop élevée, s 'élevant par exemple au-dessus de1oe0C cela signifie que des fumées sont refoulées dans le local et le bulbe commande l'arrêt du générateur. Malheureusement, l'inertie thermique du bulbe est relativement importante tandis que dans les chaudières à très bons rendements, et notamment les générateurs à condensation, les fumées sont à températures basses, parfois inférieures à 60qu. Il en résulte un risque important qu'en cas de mauvais fonctionnement de la VMC, la sécurité devant commander l'arrêt du générateur ne fonctionne pas ou trop tardivement. L'invention a pour objet d'éviter tous les inconvé- nients ci-dessus mentionnés, tout en permettant leinstalla- tion de générateurs à rendement améliorié, le fonctionnement de l'appareil assurant une parfaite sécurité, et son installation ainsi que son réglage et sa mise en place étant facilités. A cet effet, conformément à l'invention, on équipe le générateur de chaleur à la sortie de la chambre de combustion et d'échange de chaleur d'au moins une prise d'air d'aération débouchant dans le local, et on prévoit un détecteur de débit d'air et/ou de dépression, ledit détecteur étant placé en aval de ladite prise d'air sur le circuit d'aspiration par la VMC des fumées et de l'air vicié, ledit détecteur commandant un relais de sécurité arrêtant le fonctionnement du générateur si ladite dépression ou ledit débit d'air sont inférieurs à un seuil prédéterminé. De cette façon la sécurité de fonctionnement est positive, car ce n'est pas une mauvaise circulation des fumées qui déclenche la sécurité mais de mauvaises conditions de fonctionnement de la VMC. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, lorsque le générateur est arrêté, admission d'air et de gaz sont coupées, tandis que la circulation du fluide chauffé est maintenue. Avantageusement le brûleur utilisé est un brûleur n'ont pas atmosphérique mais à prémélange total. On évite ainsi à la source toute déperdition de chaleur et refroidissement du générateur qui n'est balayé par aucun courant d'air, même lorsqu'il est à l'arrêt, tandis que l'on peut conserver la circulation en boucle fermée du circuit d'eau chauffée évitant les trains de froid et de chaud. sus mentionnés. Selon une conception de construction préférée, le générateur fonctionnant au gaz avec. un brûleur à prémélange total, il présente - en partie basse sur. le devant un brûleur à prdmé- lange total, - on arrière dubrùleur une chambre d'échange de chaleur, - en arrière de cette chambre se prolongeant par en- dessus un conduit d'extraction des fumées, - su moins une ouverture formant prise d'aération dans le local, ladite ouverture étant située avant l'orifice de sortie du générateur destiné à être raccordé avec le conduit d'extraction de la VMCg au moins un détecteur de dépression et/ou de débit d'extraction de la VaiC placé en aval de ladite prise d'air sur le circuit normal d'aspiration par la VMC d'air vicie. L'apareil ainsi contruit est très compact, sa mise en place et sa maintenance étant grandement facilités. L'invention apparaRtra plus clairement à l'aide de la description faite en référence aux dessins annexés donnant à titre d'exemple un mode de mise en oeuvre.Dans ces dessins - la figure 1 montre en vue schématique et en coupe verticale un générateur de chaleur équipé des perfectionnements de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe faite sensiblement au niveau du plan Il-Il de la figure 1 - La figure 3 montre de façon schématique et en perspective la commande du volet contrôlant la prise d'air d'aération prévue en partie haute de l'appareil, - la figure 4 montre de façon schématique une variante de réalisation de la sécurité, - la figure 5 montre en coupe à plus grande échelle le détail 5 à la figure 4, la figure 6 est une vue en coupe faite sensiblement selon le plan VI-VI de la figure 5. On se reportera tout d'abord aux figures 1 à 3 des dessins. L'ensemble du générateur repéré d à la figure 1 est enfermé dans une enceinte ou jaquette 2 relativement étanche formant une chambre à l'intérieur de laquelle sera aspiré l'air nécessaire à la combustion du gaz. La jaquette 2 forme ainsi paroi froide de l'appareil et assure un certain pré chauffage de l'air comburant Le générateur de chaleur comprend essentiellement en partie basse sur le devant un brûleur à prémélange total 3 alimenté en gaz combustible par un conduit 4 et en air comburant par un conduit 5 lui-mdme ali menté par un ventilateur 6 aspirant l'air comme il a été dit précédemment à l'intérieur de la jaquette 2.Le mélange con venable d'air et de gaz se fait gracie à un servomoteur 7 qui commande la vanne de gaz 8 et le papillon d'air 9 monté sur la conduite 5. Le mélange est parfait grâce à l'injecb teur de gaz 10 débouchant à l'intérieur du conduit 5. Pour éviter tout risque de retour de flamme, le conduit 5 est équipé à son orifice de sortie d'un tampon anti-retour 11. De façon en soi connue et qui ne sera pas décrite, le servomoteur 7 est piloté par un programmateur 12 monté en partie haute sur le devant de l'appareil, ce programmateur assurant la sécurité de flamme, l'allumage et le cycle de fonctionnement. Le brûleur 3 qui est de tout type approprié à prémélange total délivre sa chaleur de combustion dans la chambre 14 formant foyer dans laquelle est placé l'échangeur de chaleur constitué par des tubes à ailettes 15 placés verticalement face au brûleur, les ailettes étant de préférence pour un meilleur échange inclinéesLa circulation d'eau matérialiséepar les flèches à la figure se fait, les retours froids pénétrant en 16 et le départ chaud se faisant en 17, les aller-retour se faisant entre deux bottes à eau 18,19 comportant des cloisons convenables telles que repéré 20. A la sortie du foyer 14 et de l'échangeur, les gaz chauds pénètrent dans un volume 21 formant la partie arrière l'appareil et débouchant en partie haute sur un conduit 22 qui sera raccordé à la prise d'aspiration de la ventilation mécanique controlée(non représentée). Selon une caractéristique importante de l'invention, avant l'orifice 23 de sortie du conduit de fumées 22 est prévue au moins une prise d'air d'aération 24 comportant avantageusement un dispositif de réglage de l'ouverture tel qu'un dispositif comportant des volets orientables 25. Deux telles ouvertures peuvent être prévues de chaque côté latéralement de la chaudière. L'ensemble du corps de chauffe est convenablement isolé thermiquement comme repéré par la paroi hachurée d'iso lation-26. Egalement sur le devant, de chaque côté du brûleur 3 on peut prévoir des éléments réfractaires 27 évitant un trop grand échauffement des angles avant de l'appareil. A la figure 3; on a illustré de façon schématique comment pouvait être faite la commande en orientation des volets 25, au moyen d'une tige de commande 28 agissant sur des ergots 29 excentrés par rapport aux axes de rotation 30 des volets, la tige de commande 28 pouvant être verrouillée par exemple au moyen d'un écrou 31 de blocage monté sur un boulon fixe s'engageant dans une fente 32 prévue à l'extrémité de la tige 28. En revenant à la figure 1, on aperçoit, monté en aval de la prise d'air 24, sur le circuit d'aspiration par la VMC des fumées et de l'air vicié, un volet 33 monté dans le conduit 22 articulé autour d'un axe 34 sur une tige 36 à l'autre extrémité de laquelle est monté un contre-poids réglable en position 35. La tige 36 comporte d'autre part un contact électriquement conducteur 37, qui selon la position du volet ouvre ou ferme un contact électrique schématisé par trois plots 38,39, 40. Ce contact alimente un relais 41. Lorsque la ventilation mécanique contrôlée. fonction- ne normalement, le volet 33 est déplacé dans le sens de la flèche 42 fermant le contact à trois plots et commandant par le relais 41 la mise sous tension du programmateur 12 de l'appareil en fermant par exemple un contact tel que le contact 43. En cas de défaillance de la VMC, le volet qui n'est plus suffisamment aspiré bascule dans l'autre sens ouvrant le contact à trois plots 38,39,40 et commandant par le relais 41 la non-alimentation du programmateur de l'appareil et l'arrêt du générateur. De préférence le relais 41 est temporisé à l'ouverture de deux ou trois secondes, de façon à éviter que des pertuibations intempestives de pression, par exemple crééespar l'ouverture ou la fermeture brutale d'une porte ou d'une fenêtre commande l'arrêt du générateur. Dans sa partie basse arrière, la cloison 44 est avantageusement inclinée vers l'arrière, ce qui permet d'éliminer par un siphon 45 les condensat-s En 48 on a sché- matisé une pompe de circulation par exemple lorsque l'installation fonctionne en chauffage central . En 49 en partie avant haute on a schématisé le vase d'expansion qui trouve ainsi sa place sans encombrement dans l'installation. Aux figures 4 à 6 on a illustré une variante de la commande de sécurité dans laquelle le volet 33 et le contacteur à trois plots 38,- 39, 40 ont été remplacés par un dispositif qui va être décrit maintenant. Dans le conduit 22, en aval de l'ouverture 24, on rencontre une pale d'hélice 50 qui est mise en rotation par le courant d'air (et éventuellement de fumée) aspiré par la VMC. Un renvoi d'engrenage 51 fait tourner un axe 52 qui porte à son extrémité opposée un disque 53 logé à l'intérieur d'un bottier 54. Un palier 55 supporte l'axe 52. Contre le disque 53 est appliqué par la pression d'un ressort 56 un disque 57 qui est monté tournant libre autour d'un axe 58. Cet axe 58 est fileté à sa partie arrière permettant son montage dans un écrou 59 de la paroi du boîtier 54 et également le réglage en tension du ressort 56 par vissage d'un écrou 60 à oreilles 61. Le disque 57 porte d'autre part sur sa face libre, comme il apparaÎt à la figure 6 un contact à mercure 62. Enfin le disque 57 comporte un ergot 63 qui vient buter en rotation de chaque côté d'un angle de 900 entre deux butées fixes64,65 solidaires de la paroi 54 du boîtier.ges fils de contact 66,67 relient le contact à mercure 62 à l'extérieur du boÎtier. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant. Lorsque la V fonctionne correctement, la pale d'hélice 50 entraÎne à vitesse suffisante le disque 53 pour que celui-ci par frottement élastique réglé par le ressort 56) entraîne convenablement dans le sens de la flèche 68 le disque 57 pour que l'ergot 63 vienne contre la butée 65 pla avant le contact à mercure en position haute et fermant ce contact. Au contraire si la VMC est déficiente, lgentrasne- ment du disque 57 sera insuffisant et celui-ci retombera dans la position illustrée à la figure 6, ce retour pouvant être aidé par une certaine torsion sur lui-m8me du ressort à spirale 56, ou encore par tout autre moyen tel que contrepoids ou ressort de rappel additionnel.Dans cette position illustrée à la figure 6 le contact à mercure est ouvert. L'ouverture et la fermeture du contact à mercure 62 donne donc comme au mode de réalisation décrit à la figure 1 lBin- formation de bon fonctionnement ou non au relais 41. Il est important de noirque dans une installation telle que décrite, il est aisé de faire fonctionner le brûleur avec une pression de prémélange très réduite, par exemple de l'ordre de 6 millibars, alors que selon l'art antérieur les pressions sont habituellement de l'ordre de 50 à 70 millibars. Dans ces conditions il est aisé de construire l'échangeur de façon qu'il présente une perte de charge équivalente, de sorte que au niveau de l'ouverture 24, la surpression dans l'appareil sera sensiblement nulle. On notera que le brûleur à prémélange total étant de préférence modulant dans une grande gamme depuissanoe ce qui est autorisé par la conception générale de la chaudière, ceci présente un avantage important pour des chaudières à deux services : chauffage du local et eau chaude sanitaire. En effet compte tenu des récentes normes d'isolation, la puissance nécessaire pour assurer les besoins en chauffage d'un logement sont de~l'ordre de 5kw (4pièces), tandis que pour satisfaire aux demandes d'eau chaude sanitaire re la puissance est d'environ 20 kw. Les constructeurs de chaudières individuelles fabriquent des appareils d'une puissance intermédiaire, par exemple 12 à15 kw et utilise un ballon d'hydro-accumulation pour l'eau chaude sanitaire. Au contraire le générateur décrit ci-dessus permet de ne pas employer de ballon coûteux et souvent encombrant pour une cuisine et de produire de l'eau chaude sani taire instantanée à l'aide d'un petit échangeur à plaques, lequel est d'ailleurs ddji courammenZc utilisé dans l'art antrieur. En effet le brûleur, pour le chauffage du local fonctionnera à 5kw par exemple et lorsgu'il y aura demande d'eau chaude sanitaire fonctionnera à 20kw par exemple gracie à sa modulation. Ceci permet, de plus, de construire un seul type de générateur répondant à plusieurs tailles de logement, puisqu'il suffira de "caler" la puissance de chauffage à la mise en service. D'autre part, les générateurs de production d'eau chaude instantanée délivrent souvent une eau dont la température n'est pas constante selon que l'utilisateur ouvre plus ou moins le robinet. Cet inconvénient avec le générateur décrit cidessus n'existe plus, car le brûleur étant modulant il suffira que le régulateur qui le commande mesure pour la production d'eau chaude sanitaire la température de 1'eau chaude sanitaire par exemple, pour que sa puissance s'adapte constamment au débit demandé. REVENDICATIONS. 1.Perfectionnement à la conduite de générateurs de chaleur fonctionnant avec un brûleur à gaz et dont le conduit de fumées est raccordé à une aspiration créée par une ventilation mécanique contrôlée(VMC), caractérisé en ce qu'en vue d'éviter tout risque de refoulement des fumées dans les locaux à chauffer en cas de mauvais fonctionnement de la VMC, on équipe le générateur de chaleur, à la sortie de la chambre de combustion (14) et d'échange de chaleur d'au moins une prise d'aird'aération (24) débouchant dans le local et on prévoit un détecteur de débit d'air et/ou de dépression (33,50) ledit détecteur étant placé en aval de ladite prise d'air (24) sur le circuit d'aspiration par la VMC des fumées et de l'air vicié, ledit détecteur commandant un relais de sécurité (41) arrêtant le fonctionnement du générateur si ladite dépression ou ledit débit d'air sont inférieurs à un seuil prédéterminé. 2. Perfectionnement selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit relai (41) est temporisé de quelques secondes à l'ouverture. 3. Perfectionnement selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que ladite prise d'air (24) a une section réglable. 4. Perfectionnement selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que lorsque le générateur est arrêté l'admission d'air (9) et de gaz (8) sont coupés tandis que la circulation du fluide est maintenue. 5. Générateur de chaleur fonctionnant au gaz avec brûleur à prémélange total pour la mise en oeuvre des perfectionnements selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu4il présente - en partie basse sur le devant un brûleur (3) à prémélange total, - en arrière du brûleur une chambre (14) d'échange de chaleur, - en arrière de cette chambre se prolongeant par en-dessus un conduit (21, 22) d'extraction des fumées, - au moins une ouverture (24) formant prise d'air d'aération dans le local, ladite ouverture étant située avant l'orifice de sortie (23) du générateur destiné à être raccordé avec le conduit d'extraction de la VMC, - au moins un détecteur de dépression et/ou de débit d'extraction de la VMC (33,50) placé en aval de ladite prise d'air (24) sur le circuit normal d'aspiration par la VMC d'air vicié. 6. Générateur selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'ensemble de la chambre de combustion (14); du brûleur (3) et du conduit d'extraction (21,22) est monté calorifugé dans un bottier (26,2) à l'intérieur duquel est aspiré l'air de la combustion. 7. Générateur selon la revendication 5 ou la revendication 6 caractérisé en ce que servant au chauffage d'eau, les tubes d'échange (15) sont disposés sensiblement verticalement entre des collecteurs et répatiteurs (18,19) formant les parois respectivement haute et basse de la chambre de combustion. 8. Générateur selon l'une des revendications 5 à 7 caractérisé en ce qu' à la partie arrière basse de la chambre de combustion est prévu un orifice (45) pour l'évacuation de l'eau de condensation. 9. Générateur selon l'une des revendications 5 à 8 caractérisé en ce qu'au-dessus de la chambre de combustion est ménagé un volume pour le logement des accessoires de commande et de régulation (12,41,49) du générateur. 10. Générateur selon l'une des revendications 5 à 9 caractérisé en ce que le détecteur de dépression et/ou de débit comporte un volet mobile (33), une pale d'hélice (50) ou analogue placée sur le circuit d'extraction de la WIC qui commande l'actionnement d'un contact électrique (38-40,62) autorisant la commande de fonctionnement normal de l'appareil lorsque la dépression est suffisante