Brevet FR2550613A1 — publié le 19850215

L'invention concerne une installation génératrice de chaleur, par exemple pour la production d'eau chaude sanitaire ou de chauffage central, qui est susceptible de fonctionner alternativement en alimentation au gaz ou en alimentation à l'électricité. L'intérêt de prévoir une telle installation est qu'outre la souplesse de fonctionnement que cela confère à l'installation, il devient possible d'utiliser dans les conditions les plus économiques soit le fonctionnement à l'électricité aux heures creuses ot cette énergie est peu coûteuse, soit le fonctionnement au gaz lorsque le tarif de l'électricité est plus élevé. 'installation conforme à l'invention se caractérise en ce qu'elle comporte - un échangeur de chaleur de type classique à brûleur à gaz pour le chauffage du fluide caloporteur; - des résistances électriques chauffantes montées sur le circuit dudit fluide caloporteur à I'intérieur dudit échangeur; - un dispositif formant coupe-tirage empêchant toute circulation de balayage à l'intérieur de l'échangeur de chaleur lorsque le chauffage s'effectue à l'électricité; - et un dispositif de commande faisant fonctionner l'installation au gaz ou à l'électricité selon des conditions de rentabilité ou de sécurité définies au moment considéré. Outre les avantages de souplesse et d'économie de fonctionnement susmentionnés, une installation ainsi conçue est relativement économique car le supplément de prix à payer pour avoir une telle installation bi-énergie par rapport à une installation de chaleur au gaz seul est réduit essentiellement aux résistances additionnelles de faible prix et à une commande du passage à l'une ou autre énergie, laquelle commande est également peu coûteuse. On notera à ce stade de la description qu'il est essentiel que l'installation comporte le dispositif formant coupe-tirage précité, faute de quoi le chauffage électrique ne pourrait se faire dans de bonnes conditions car une partie de l'énergie serait perdue par balayage thermique de l'installation et rejetée par le conduit des fumées. Bien évidemment l'installation peut être utilisée quelle que soit la nature du fluide caloporteur qui le plus souvent sera de l'eau, mais peut fort bien être constitué par un autre fluide, de l'air par exemple s'il s'agit d'une installation de chauffage à l'air chaud. Avantageusement les perfectionnements objet de l'invention peuvent s'appliquer à des générateurs de chaleur du type decrit dans la demande de brevet NO 83.07512 du 5 mai 1983 dépose au nom du même demandeur, de tels générateurs de chaleur au gaz pouvant recevoir immédiatement par de tres simples modifications de construction les perfectionnements de l'invention. LZinventior. apparattra plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figurelmontre une vue schématique en coupe verticale d'une installation conforme à l'invention, - la figure 2 montre en vue perspec-ive et de façon schématique l'échangeur de chaleur bi-énergie du géné- rateur illustré à la figure 1, - la figure 3 est un schéma électrique montrant une manière de réaliser un circuit de pilotage de l'installation. On se reportera tout d'abord à la figure 1. L'installation decrite à la figure 1 est du type décrit au brevet susmentionné 83 07512 comportant en outre les perfectionnements de l'invention. Pour une compréhension détaillée du fonctionnement du générateur décrit à la figure 1, on pourra se reporter à la demande de brevet susmentionnée, les mêmes repères que dans cette demande precédente ayant été utilisés afin de faciliter les comparaisons. Dans ce qui va suivre, on ne redécrira que les parties du générateur utiles à la compréhension des perfectionnements spécifiques objet de la présente invention. L'ensemble du générateur repéré 1 à la figure 1 comporte à l'intérieur d'un enceinte 2 formant habillage du générateur, un brûleur à prémélange total 3 alimenté en gaz combustible par un conduit 4 et en air comburant par un conduit 5 lui-même alimenté par un ventilateur 6 aspirant l'air à l'intérieur de la jaquette 2. Le mélange convenable d'air et de gaz se fait grâce à un servomoteur 7 qui est piloté par un programmateur P également repéré 12 assurant la sécurité de flammes, l'allumage et le cycle de fonctionnement. Le brûleur 3 délivre sa chaleur de combustion dans la chambre 14 formant foyer dans laquelle est placée lléchan- gueur de chaleur constitué par des tubes à ailettes 15 placés verticalement face au brûleur, les retours froids pénétrant en 16 et le départ chaud se faisant en 17. A la sortie du foyer 14 et de l'échangeur es gaz chauds pénètrent dans un volume 21 formant la partie arrière de l'appareil etdébouchent en partie haute sur un conduit 22 raccordé au conduit d'aspiration des fumées qui pourra être une prise de ventilation mécanique contrôlée. Conformément à l'invention des résistances électriques 60 sont implantées dans les boites à eau 18,19 constituant les collecteurs des tubes 15 de l'échangeur de chaleur. Leur commande hors circuit ou en circuit est commande par un boitier E également repéré 61 logé en partie haute de l'appareil. La commande comme il apparaitra plus clairement à l'aide de la description de mise en route ou d'arrêt du boi- tier E peut être contrôlée par une horloge ou par un relais I également repéré 62 qui peut réagir à des fréquences de commande envoyées sur le réseau électrique d'alimentation. En outre, les besoins en chaleur de l'installation sont commandés par un boitier général de régulation R également repéré 63 auquel peuvent être fournies les informations donnant par exemple la température des retours froids en 16 indiqué par une sonde thermostatique 64 et la température extérieure indiquée par un thermostat d'ambiance 65. A l'aide de la description de la figure 3 on expliquera un mode de cablage permettant le passage automatique de l'installation en chauffage au gaz seulement, à l'électricité seulement ou au deux énergies électrique ou au gaz, le fonctionnement bi-énergie étant contrôlé au gaz ou à électricité en fonction de la programmation, des besoins en chaleur, des coûts instantanés de chaque fonctionnement et également des conditions de sécurité (le fonctionnement de l'installation au gaz étant commandé à l'arrêt par exemple si l'installation est raccordée à une ventilation mécanique contrôlée et que le fonctionnement de cette dernière n'est pas satisfaisant). A ce niveau cependant de la description il est essentiel de noter que le fonctionnement bi-énergie est possible dans la mesure, et dans la mesure seulement ou la conception du générateur de chaleur au gaz combustible telle que décrit ci-dessus interdit tout balayage à l'air du générateur lorsque le fonctionnement au gaz de l'installation est arrêté, étant donné que dans telles conditions le ventilateur 10 d'air est arrêté, aucun balayage d'air du foyer et envoi à la cheminée n'étant dans ces conditions possible. On se reportera maintenant au schéma de la figure 3 pour expliquer la conduite du fonctionnement et un montage permettant cette conduite. Pour des raisons de clarté de la représentation la figure 3 illustre un schéma "unifilaire et l'on n'a pas représenté sur ce schéma les liaisons électriques entre le programmateur P et le brûleur 3 à prémélange. total ainsi que les liaisons électriques entre le boitier électrique de commande 61 et les résistances de chauffe 60, ces liaisons de commande étant évidentes pour llhomme de l'art. La mise en route du générateur est commandée par l'interrupteur général de commande marche/arrêt 65. Le mode de fonctionnement de l'installation est déterminé par la position d'un sélecteur de commande A repéré 67 qui commande deux contacts électriques liés 68,69 solidaires l'un de l'autre et qui ont trois positions possibles respectivement G correspondant au fonctionnement au gaz, E correspondant au fonctionnement à l'électricité et BE correspondant au fonctionnement bi-énergie au gaz ou à l'électricité selon les ordres dictés par la programmation. En outre, on a prévu un interrupteur électrique 70 sur le schéma permettant de mettre en circuit ou hors circuit le relais de fréquence I 62 (ou une horloge pouvant remplacer ce relais). Le régulateur R 63 envoit lui ses ordres de demande de chaleur soit au programmateur P 12, soit au boitier de commande électrique E 61 par la ligne 71 en fonction des mesures de températures relevées aux sondes 64,65. Afin de faciliter la lecture du schéma, le circuit a été fléché. Le contact 69 du bouton A (67) a pour fonction de mettre sous tension soit le programmateur P (12) soit le boitier électrique E (61) selon sa position. Le contact 68 du bouton A (67)solidaire dans ses positions d contact 69 a pour fonction d'aiguiller les ordres de demande de chaleur de la ligne 71 soit sur le programmateur P (12) soit sur le boitier électrique E (61). On décrira d'abord le fonctionnement du schéma de la figure 3 dans la position la plus complexe où le bouton A est placé sur le contact bi-énergie BE, et l'interrupteur 70 dans la position d'alimentation du relais de fréquence 62 (I). Lorsque l'utilisateur ferme l'interrupteur 66 de marche/arrdt, la tension arrive à la borne 721 d'alimentation du régulateur R. On admettra que les sondes 64,65 mesurent des températures telles que le régulateur R donne l'ordre de demande de chaleur par la ligne 71, en l'absence d'un tel ordre aucun signal n'étant reçu par le programmateur P et le boitier de commande E, l'installation est arrêtée. La tension électrique d'alimentation arrive également au relais de fréquence 62 I. En supposant tout d'abord que le relais de fréquences I n'a pas reçu par la ligne d'alimentation une fréquence de commande lui demandant de se fermer, la tension d'alimentation arrive au contact repos 72 du relais 62etdelà au contact 69 et par sa borne BE à la borne 73 du programmateur P. En admettant que l'installation de fonctionnement au gaz telle que décrite à la demande de brevet susmentionnée 83 07512 est en état correct de fonctionnement, dans laquelle, le relais 41 est alimenté par les contacts 40, aucune tension n'est fournie au boitier de commande électrique E de l'installation. Le programmateur P de l'installation de chauffage au gaz fonctionne normalement étant alimenté en courant électrique par le contact 74 du relais de fréquence I, l'interrupteur 68 etle contact 75 du relais 41 et la borne 76 du programmateur P fermant le circuit. Si à ce moment un défaut de fonctionnement apparait dans l'installation de chauffage au gaz, tel par exemple qu' une panne de la ventilation mécanique contrôlée, ce qui commande l'ouverture des contacts 40 et la désalimentation du relais 41 comme décrit au brevet susmentionné, les contacts commandés par le relais 41 basculent. Le programmateur P est alors mis en sécurité, le brûleur à gaz s'arrête ainsi que la ventilation d'air 6 et bien entendu l'alimentation en gaz. Cependant le contact 78 ayant basculé ( position de fermeture illustrée à la figure) le boitier de commande électrique 61 est mis sous tension par sa borne 77. Le contact 75 également commandé en fermeture par le relais 41 ferme le circuit de sorte que les ordres du régulateur R arrivent maintenant à la borne 79 du boitier de commande électrique E. Le générateur fonctionne alors à anergie électrique qui se substitue automatiquement à la commande de chauffage au gaz en cas dedéfautd'alimentation ou de fonctionnement de cette dernière. En se replaçant dans la situation précédente où le générateur de puissance fonctionne normalement au gaz et en admettant qu'une fréquence est émise sur le réseau de distribution électrique au moment où il y a changement de tarif favorable (heures creuses) le relais I de fréquence est excité. Son contact 80 met sous tension le boîtier électrique E 61 par l'intermédiaire du circuit d'alimentation 81 et de la borne d'entré 77, tandis que le contact 82 envoie les ordres du régulateur R directement sur la borne 79 du boitier de commande E. Parallèlement le programmateur P n'est plus sous tension puisque le contact 72 s'est ouvert. Le générateur cesse de fonctionner au gaz pour fonctionner à l'élec- tricité aux heures où cela est avantageux. Bien entendu le relais de fréquence 62 peut être remplace par une horloge qui agira comme le relais de fréquence pour ouvrir ou fermer aux heures appropriées les contacts commandés par le relais I. I1 apparait d'autre part que si l'on ouvre l'interrupteur 70, mettant en circuit le relais de fréquence 62 (ou l'horloge qui le remplacerait) le générateur fonctionnera normalement au gaz, sauf en cas de défaut de fonctionnement de l'installation au gaz, l'électricité étant alors appelée uniquement à titre de source de remplacement de secours. I1 est d'ailleurs à noter que dans le cas où le fonctionnement électrique n'est prévu que pour suppléer à des défaillances d'alimentation au gaz ou de fonctionnement par exemple de la ventilation mécanique contrôlée, il n'est pas nécessaire de prevoir le relais I (ou une horloge) et l'on peut relier dans ce cas directement la borne 83 du contacteur 69 au fil 84 d'alimentation et la borne 85 du contacteur 68 à la borne 86 du régulateur R. Le fonctionnement uniquement au gaz de l'installation se fait en positionnant le contacteur double A (67) dans la postion G, et dans cette position on n'aura pas de secours électrique. De même le fonctionnement uniquement à l'électricité existe dans le cas où-le contacteur 67 A est commandé dans la position E, et dans ce cas on n'a pas de fonctionnement au gaz. Le schéma de la figure 3 qui se placait dans le cadre du brevet précédemment mentionné 83.07512 intégrait un système de sécurité mettant l'installation au gaz à l'arrêt en cas de panne de la ventilation mécanique contrôlée. Si le générateur au gaz ne fonctionne pas avec un tel dispositif, par exemple en cas d'alimentation avec tirage naturel, l'installation est quelque peu simplifiée. Le relais 41 et le détecteur à contacts 38 et 40 sont supprimés ainsi que les contacts qu'ils commandent. La borne commune 85 du contacteur est alors reliée directement à la borne 86 du régulateur R, et l'aiguillage des ordres du régulateur R se fait par les contacts 74,82 dot la borne commune 87 est reliée à la borne BE du contact 17. L'interrupteur 70 sera alors rendu solidaire du bouton de commande A (67) de telle façon qu'il soit fermé uniquement dans la po. sition du bi-énergie. Dans de telles conditions le générateur fonctionnera àIlectricité lorsque le bouton A sera placé en position biénergie et lorsque le tarif électrique sera le plus économique. L'ensemble électrique décrit est avantageusement réalisé sous forme d'un circuit imprimé avec composants électroniques. REVENDICATIONS 1. Installation génératrice de chaleur susceptible de fonctionner en alimentation au gaz ou à électricité caractérisée en ce qu'elle comporte - un échangeur de chaleur de type classique à brdleur à gaz (3) pour le chauffage du fluide caloporteur; - des résistances électriques~ (60) chauffantes montées sur le circuit dudit fluide caloporteur à l'intérieur dudit échangeur; - un dispositif formant coupe-tirage (6) empêchant toute circulation de balayage à l'intérieur de l'échangeur de chaleur lorsque le chauffage s'effectue à l'électricité; - et un dispositif de commande (P,E, R, I) faisant fonctionner l'installation au-gaz ou à- l'électricité selon des conditions de sélection, de rentabilité ou de sécurité définies au moment considéré. 2. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le dispositif formant coupe-tirage arrête, comme connu en soi , l'admission d1air et de gaz combustible dans l'installation. 3. Installation selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisée en ce que le dispositif de commande comprend - un régulateur R contrôlant la source énergétique de chaleur d'origine gazeuse ou électrique en fonction des besoins de l'installation, - un programmateur P contrôlant le fonctionnement du brûleur à gaz (3) en fonction de la demande calculée par le programmateur, - un boitier de commande E des résistances électriques (60) contrôlant leur fonctionnement en fonction de la demande calculée par le programmateur, - au moins un commutateur A permettant de sélection ner le fonctionnement de l'installation au gaz, à l'électricite ou à l'une ou l'autre de ces deux énergies selon les conditions de rentabilité ou de sécurité du moment. 4. Installation selon la revendication 3 caractéri sée le commutateur A comprend trois positions - la première G dans laquelle l'alimentation électrique est mise hors circuit, - la seconde E dans laquelle l'alimentation au gaz est mise hors de fonctionnement, - la troisième BE dans laquelle l'installation peut commuter sur l'alimentation électrique ou l'alimentation au gaz selon la commande appliquée fonction des conditions précitées de rentabilité ou de sécurité. 5. Installation selon la revendication 4 caractérisée en ce que dans la troisième position précitée BE la commande de fonctionnement au gaz ou à l'électricité est contrd- lée par un boitier de commande (41) analysant les conditions de fonctionnement du brûleur et commandant sa mise hors service en cas de défaut de fonctionnement et la mise en service parallèle et le fonctionnement du boitier de commande E du chauffage électrique. 6. Installation selon la revendication 4 ou la revendication 5 caractérisée en ce que dans la troisième position précitée la commande de fonctionnement au gaz ou à l'élec- tricité est contrôlée par un relais (62) analysant les conditions d'économie du fonctionnement et commandant la mise hors service du programmateur P de fonctionnement au gaz de l'installation et la mise en service simultanée du boitier de commande électrique E des résistances lorsque ledit relais