Brevet FR2563912A1 — publié le 19851108

La présente invention a pour objet un dispositif pour mesurer la charge d'une source calorifique chauffée par un combustible et munie d'un échangeur de chaleur, avec un débitmètre pour le fluide chauffé par 1' échangeur de chaleur et une sonde thermométrique disposée respectivement à la sortie et au retour de l'échangeur de chaleur, ainsi que l'utilisation de ce dispositif pour régler le rapport air-combustible de ladite source de chaleur à l'aide d'un organe relevant la composition des gaz de combustion, d'un régulateur avec générateur de consignes, et d'un organe de réglage. On connait nombre de dispositifs de mesure pour des sources calorifiques chauffées par un combustible, le plus souvent des sondes thermométriques qui mesurent la température effective de l'eau d'arrivée ou de sortie de l'échangeur de chaleur. De plus, on connaît des dispositifs pour relever la composition des gaz de combustion de la source calorifique, sortant de l'échan- geur de chaleur. Finalement, il est connu d'établir les écarts résultant de la-comparaison des valeurs de mesure effectives avec des consignes, ces dernières pouvant être des valeurs constantes ou des valeurs variables, par exemple en fonction de la température extérieure ou du chauffage demandé par l'utilisateur. I1 est également connu de déterminer la charge d' une source calorifique chauffée par un combustible, en faisant relever les températures de retour et de départ par des sondes thermométriques, le débit étant également pris en considération. En établissant la différence entre ces deux températures, et en multipliant cette différence par le débit, on peut calculer la quantité de chaleur cédée au moment donné dans l'unité de temps, c'est-à-dire la charge de la source calorifique. Mais cette façon de mesurer la charge d'une source calorifique présente l'inconvénient que nombre de grandeurs ne sont pas du tout ou seulement de façon insuffisante prises en considération. C'est ainsi que par exemple dans le cas de variations de la charge (telles que l'étranglement du débit d'eau par l'échangeur ou des variations brusques de température dans la conduite de départ ou de retour), il se présente des états qu'il est impossible de contrôler avant la réparation de la perturbation. La présente invention a pour but de faire relever de telles perturbations et propose à cet effet un organe de mesure particulier. Par une réalisation plus poussée de l'invention, cet organe de mesure est utilisé pour régler le rapport air-combustible d'une source calorifique chauffée par un combustible. Ce but est atteint gracie à un autre organe de mesure pour relever des variations dynamiques de la charge de l'échangeur de chaleur et par ce que, compte- tenu de la charge momentanée de la source calorifique, il est fixé une consigne de température comparée à une température effective de I1 échangeur de chaleur en vue d'établir une grandeur de correction pour l'admission d'air. Un perfectionnement avantageux consiste en ce que l'autre organe de mesure est conçu comme sonde thermométrique appliquée à une face active de l'échangeur de chaleur. Un autre perfectionnement est donné par ce que la température est prise comme variable d'état. Un autre perfectionnement est réalisé par ce que la température effective est mesurée par une sonde thermométrique disposée sur une lamelle de l'échangeur de chaleur. Un exemple de réalisation est décrit ci-après plus en détail, avec les figures un et deux du dessin.à 1' appui. De ces figures, la figure un présente schématiquement un chauffe- eau à circulation, et la figure deux, une coupe de l'échangeur de chaleur. Dans les deux figures, les mêmes chiffres désignent les mêmes détails. La source calorifique de la figure un se compose d'un chauffe-eau à circulation 1 à gaz, qui pourrait tout aussi bien être une chaudière ou un chauffe-eau à circulation avec préparation d'eau sanitaire. Le chauffe-eau à circulation comporte un échangeur de chaleur 2 qui se compose d'un bloc de lamelles 3 disposées verticalement et séparées les unes des autres par les espaces 4, ledit bloc étant traversé par des tubes d' eau. L'échangeur de chaleur 2 est alimenté en eau de retour, peu chaude, par une conduite 7 comprenant une sonde thermométrique 5 et une pompe de circulation; l'eau chauffée par lui en sort par une conduite de départ 9 munie d'une sonde thermométrique 8. Ces deux conduites sont reliées entre elles par nombre de radiateurs montés en parallèle et/ou en série, ou un échangeur de chaleur d'eau sanitaire, non représentés.Les sondes thermométriques 5 et 8 sont reliées par des lignes 10 et 11 à un régulateur 12 qui comporte un générateur de consignes 13. Ce générateur peut être prévu pour des valeurs constantes ou variables. Il est notamment possible de choisir une consigne en fonction d'une température extérieure. L'échangeur de chaleur 2 est disposé dans l'intérieur 14 d'une chambre de chauffe 15 chauffée par un brûleur à gaz 16 prévu au bas de cette chambre et alimenté par une conduite 18 munie d'une valve proportionnelle 17. Au lieu d'un brûleur atmosphérique, on pourrait aussi prévoir un brûleur à pulvérisation, le combustible pouvant être au lieu de gaz, du mazout ou un autre combustible fluide. La valve proportionnelle 17 est commandée par un servomoteur 19 qui, par une ligne 20, est rélié au régulateur 12. Une autre ligne 21 est prévue pour le moteur d'entrainement de la pompe 6. Au-dessus de l'échangeur de chaleur 2, la chambre de chauffe 15 est rétrécie par une tôle 22 de sorte à former une sortie 23 en haut de la chambre de chauffe, où est prévue une sonde thermométrique 24 reliée au régulateur 12 par une ligne 25. Cette sonde 24 permet de mesurer directement en aval de l'échangeur de chaleur 2 la température des gaz de combustion, transmise alors au régulateur 12. L'orifice 23 est suivi d'un antiretour de fumée 26 muni d'un tube d'évacuation 27. Pour relever les variations de charge de l'échan- geur de chaleur, il est prévu.une sonde thermométrique 28 qui est réliée au régulateur 12 par une ligne 29. La figure deux montre une vue partielle d'une seule lamelle 3 qui présente un orifice 30 traversé par l'un des tubes faisant partie de l'échangeur de chaleur 2. Entre le bord supérieur 31 de la lamelle et son bord inférieur 32, au-dessus et au-dessous de l'orifice ovale 30, s'étendent des faces 33 respectivement 341 cette dernière portant à peu près au milieu entre le bord inférieur de l'orifice 30 et le bord inférieur 32 de la lamelle 3, la sonde thermométrique 28. Le dispositif de mesure et de régulation fonctionne comme suit: Par la mesure du débit d'eau et de la différence entre la température de départ relevée par la sonde thermométrique 8, et la température de retour mesurée par la sonde 5, la quantité de chaleur cédée par l'échangeur de chaleur 2 à l'eau dans l'unité de temps peut être déterminée. Bien que le circuit d'eau soit complètement dépourvu de débitmètre, le régime du moteur d'entrainement de la pompe 6 peut fournir une grandeur suffisante pour déterminer le débit, à condition qu'il ne soit prévu aucune variation de la résistance dans le circuit de chauffage. La résistance à l'écoule- ment étant invariable, le régime de la pompe est caractéristique du débit d'eau. Entre le régime de la pompe et le débit d'eau il y a proportionnalité linéaire. Ainsi, il est possible de déterminer la charge de l'appareil à l'aide des trois valeurs mesurées. De même, cette charge peut être corrigée par un état de l'échangeur de chaleur que peut relever la sonde thermométrique 28. Des variations dynamiques de la charge par le branchement d'autres récepteurs, par exemple d'un accumulateur d'eau sanitaire, ou l'ouverture de robinets de radiateurs jusqu'ici fermés, ou une variation de la pression du gaz d'alimentation, de son humidité ou de sa température, sont relevées et utilisées de façon appropriée pour la correction de la charge effective. De même, la température des gaz de combustion mesurée par la sonde 24 est prise en compte. Il est ainsi possible d'établir la charge momentanée effective indépendamment de la pression, densité, température et du pouvoir calorifique du gaz d'alimentation ou, d'une façon plus générale, du combustible utilisé. Cela résulte de ce que, à chaque état de charge correspond une température sur une lamelle de l'échangeur de chaleur, équivalente, à l'état d'équilibre. Si cette température s'écarte d'une température de consigne conforme à la charge établie, l'écart est représentatif de l'énergie nécessaire pour le rétablissement de l'état statique, laquelle est ou introduite dans l'échangeur de chaleur par une opération de chauffage, ou lui est soutirée par la correction en moins de la charge. Sur la base de ces considérations, il est possi ble d'envisager aussi, par l'utilisation des organes de mesure décrits plus haut, un réglage proportionnel du rapport air-combustible de la source calorifique, la charge déterminant par exemple un certain débit de combustible et le débit d'air étant varié en conséquence à l'aide d'un régulateur de tirant ou d'une soufflerie de gaz de combustion, cette variation du débit d'air étant corrigée compte tenu de variations dynamiques de la charge de 11 échangeur de chaleur. Ces dernières sont par exemple relevéespar la sonde thermométrique 28 coopérant avec l'échangeur de chaleur. Revendications 1. Dispositif pour mesurer la charge d'une source calori fique chauffée par un combustible et munie d'un échan geur de chaleur, avec un débitmètre pour le fluide chauf fé par l'échangeur de chaleur et une sonde thermométri que disposée respectivement à la sortie et au retour de l'échangeur de chaleur, caractérisé par le-fait qu' il est prévu un autre organe de mesure (28) pour rele ver des variations dynamiques de la charge de l'échan- geur de chaleur (2). 2. Dispositif de mesure suivant la revendication un, ca ractérisé par le fait que l'autre organe de mesure est conçu comme sonde thermométrique (28) appliquée à une face active (3) de l'échangeur de chaleur (2). 3. Régulation du rapport air-combustible d'une source ca- lorifique chauffée par un combustible, à l'aide d'un organe de mesure relevant la composition des gaz de com bustion, d'un régulateur avec générateur de consignes, et d'un organe de réglage, caractérisée par le fait que, compte tenu de la charge momentanée de la source calorifique (1), il est fixé une température de consi gne comparée à une température effective de l'échan geur de chaleur en vue d'établir une grandeur de cor rection pour l'admission d'air. 4. Régulation suivant la revendication trois, caractéri sée par le fait que la température est prise comme va riable d'état. 5. Régulation suivant 11 une des revendications trois ou quatre, caractérisée par le fait que la température ef fective est mesurée par une sonde thermométrique (28) disposée sur une lamelle (3) de l'échangeur de chaleur (2).