Brevet FR2567992A1 — publié le 19860124

i Dispositif pour régler les périodes de marche et d'arrêt d'un brûleur d'une installation de chauffage par eau chaude. L'invention concerne un dispositif pour régler les périodes de marche et d'arrêt d'un brûleur qui chauffe un petit échangeur de chaleur d'une installation de chauffage par eau chaude comprenant plusieurs radiateurs montés en série, branchés en parallèle, avec chacun une soupape et de préférence une soupape thermostatique, l'échangeur de chaleur étant monté en série avec une pompe de circulation, et une conduite de surcharge en parallèle et munie d'une position d'étranglement, de préférence une soupape à pression constante, étant montée entre la conduite aller et la conduite de retour, et un détecteur de température qui mesure la température de l'eau sortant de l'échangeur de chaleur étant prévu, ainsi qu'un circuit influencé par ce détecteur, en vue de la mise en marche et de l'arrêt du brûleur. Les petits échangeurs de chaleur ou chaudières existent en particulier dans les installations de chauffage par eau chaude fonctionnant au gaz, mais également dans de nombreuses installations chauffées au mazout. Par rapport à la puissance du brûleur, ils ne contiennent que très peu d'eau, par exemple de 0,5 litre à 1 litre. Ceci est contraire aux chaudières normales chauffées au mazout, qui contiennent par exemple de 50 litres à 100 litres d'eau. Comme un tel petit échangeur de chaleur est thermiquement peu inerte, la commande au moyen d'un thermostat habituel de chaudière qui a été réglé par exemple sur une différence de température de 6 à 10 C a pour conséquence une courte période entre commutations, et donc des mises en marche et des arrêts très fréquents du brûleur, qui sont en moyenne d'une fois à la minute. Car l'augmentation de température de l'eau qui passe par l'échangeur de chaleur et qui est provoquée par le brûleur est notablement plus importante que la différence de température réglée. Une telle fréquence de commutation a pour conséquence un très mauvais rendement de la combustion et une durée de vie réduite de l'échangeur de chaleur. En outre, on constate des pertes dans la cheminée et dans l'environnement. Souvent aussi, les bruits qui dont dûs aux commutations sont ressentis comme perturbateurs. C'est pourquoi on connatt déjà un dispositif du type décrit dans le préambule (DE-OS 23 02 051), dans lequel un thermostat, qui interrompt par exemple l'arrivée du gaz vers le brûleur à la température de 90 C, présente un comportement de réponse temporisé. La durée de la marche et la durée des coupures sont ainsi allongées. Mais ceci n'est possible que de façon très limitée, car lorsque l'inertie est trop importante, le danger est que la température de l'eau, quand les débits sont faibles ou moyens, monte tellement avant que ce thermostat réagisse, qu'entre temps la température limite est dépassée et que l'ensemble de l'installation est arrêtée. Le dispositif connu contient en outre un thermostat moins inerte qui réagit à une température un peu plus élevée qui est par exemple de 100 C et qui arrête le brûleur ainsi que la pompe de circulation. On obtient ainsi ce résultat que les périodes d'arrêt et les périodes de combustion sont allongées quand le besoin de chaleur est plus faible. L'invention a pour but de proposer un dispositif du type mentionné dans le préambule et permet, indépendamment du besoin de chaleur de l'installation de chauffage, de fonctionner avec des périodes entre commutations relativement longues. Selon l'invention, ce but est atteint du fait que le circuit comprend un intégrateur auquel est appliquée la différence entre une température de référence prédéterminée et la température mesurée par le détecteur de température, ainsi qu'un commutateur à hystérésis qui provoque la mise en marche du brûleur quand la valeur d'intégration atteint l'une des valeurs limites du commutateur à hystérésis, et qui provoque l'arrêt du brûleur quand la valeur d'intégration atteint l'autre valeur limite.- Grâce à une telle constitution du dispositif, la température aller n'est plus maintenue proche d'une telle valeur de consigne. Au lieu de cela, on fait en sorte que la température moyenne d'une période entre commutations, c'est-à-dire la somme de la période de marche et de la période d'arrêt, soit égale à la température de référence désirée. On a alors recours au fait que l'on mesure, au point de mesure à l'arrière de l'échangeur de chaleur et peu après l'arrêt du br6leur, du fait que la pompe de circulation continue à fonctionner, une valeur de la température qui correspond à la température de retour. Pendant la période de marche, on mesure une valeur de la température qui dépasse la température de retour d'une valeur qui dépend du débit. La température de référence est située entre ces deux valeurs. De ce fait, une différence positive de la température et une différence négative de la température sont alternativement et automatiquement appliquées à l'intégrateur, et sans commutation du point de mesure, cette différence de température déterminant en conséquence une intégration vers le haut ou vers le bas. Les périodes de marche et d'arrêt sont déterminées par les durées d'intégration jusqu'à ce que soit atteinte la valeur limite respective du commutateur à hystérésis. Ainsi, on tient compte automatiquement du fait que les durées de marche doivent être d'autant plus courtes qu'il y a moins de radiateurs traversés par l'eau chaude en raison du réglage de leurs soupapes. Car lorsque le br leur est branché, la température de l'eau monte d'autant plus, quand elle traverse l'échangeur de chaleur, que la quantité qui le parcourt est plus faible. Une différence de température importante en proportion est donc appliquée à l'intégration, ce qui a pour conséquence une courte durée d'intégration pour la période de marche. Bien que la température aller oscille entre deux valeurs, ceci n'a pas d'influence, grâce à un choix approprié des constantes de l'intégration, sur la sensation de confort dans les pièces chauffées, du fait que les radiateurs réagissent avec inertie et de façon que les changements de température n'aient pas d'influence. Le comportement à la réaction du détecteur de température joue un r8le secondaire sur la durée de la période entre commutations. On peut également utiliser en particulier des détecteurs réagissant rapidement. Il est avantageux de prévoir un dispositif de réglage pour déterminer la constante d'intégration. On peut ainsi s'adapter aux conditions d'une installation de chauffage individuelle. En outre, il est avantageux de prévoir un dispositif de réglage pour fixer la température de référence. La température peut alors être adaptée aux besoins prévus. Au lieu de cela, on peut également prévoir un dispositif de réglage pour fixer une valeur minimale de la température de référence et un dispositif de correction dépendant d'un paramètre de charge pour additionner une valeur de correction dépendant de la charge. En particulier, le dispositif de correction peut comprendre un détecteur de la température extérieure et cette température extérieure peut servir de paramètre de charge. Une telle commande qui dépend de la charge permet une meilleure adaptation au besoin de chaleur que l'on prévoit. Selon un mode de réalisation préféré, il est fait en sorte que le détecteur de température soit constitué par une résistance dépendant de la température dans un circuit en pont, dont la tension du pont est amplifiée par un amplificateur en pont, que le dispositif de réglage pour déterminer la température de référence soit constitué par un diviseur de tension à prise réglable, que l'intégrateur comprenne un amplificateur d'intégration, à l'entrée inverseuse duquel puisse Jtre appliqué le signal de sortie de l'amplificateur en pont et à l'entrée non inverseuse duquel puisse être appliquée une tension réglable au moyen du diviseur de tension, et dont la sortie soit reliée par un condensateur d'intégration à l'entrée inverseuse, et que le commutateur à hystérésis comprenne un amplificateur de commutation à l'entrée inverseuse duquel est appliquée une tension fixe, dont l'entrée non inverseuse est reliée à la sortie de l'amplificateur d'intégration et dont la sortie est reliée à l'entrée non inverseuse par une résistance ohmique. On voit que l'ensemble du dispositif peut être être constitué par des composants très simples. En particulier, il convient qu'un potentiomètre soit monté à l'amont de l'entrée inverseuse de l'amplificateur d'intégration, par l'intermédiaire de la prise duquel est raccordé le condensateur d'intégration. On peut modifier la constante d'intégration en réglant la prise. En outre, on peut faire en sorte que la tension réglable puisse être prélevée sur une résistance de sommation à laquelle peut être appliqué un premier courant réglable au moyen du dispositif de réglage et un second courant qui baisse quand la température extérieure monte. Ainsi, on peut fixer la température prédéterminée en fonction de la température extérieure. Le dispositif de réglage sert au choix à la fixation d'une valeur minimale de la température de référence ou bien - dans le cas o le second courant n'est pas appliqué - au réglage de la température de référence. En outre, on peut utiliser un détecteur de température qui répond si rapidement qu'il peut être utilisé pour la limite maximale de la température. Comme on peut alors éliminer un détecteur pour l'arrêt rapide quand la température limite est atteinte, il en résulte une simplification et une diminution correspondante des coûts. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, dans laquelle on se réfère aux dessins annexes sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'une installation de chauffage à brûleur à gaz, la figure 2 est une représentation par blocs du dispositif de l'invention, la figure 3 montre l'allure dans le temps de la température mesurée TF, de la tension d'intégration Vi et du signal de brûleur Br, la figure 4 est une représentation dans le temps similaire pour un débit plus faible, et la figure 5 est un schéma de circuit du dispositif selon l'invention. L'installation de chauffage montrée sur la figure 1 comprend plusieurs radiateurs 1A à 1E à l'amont de chacun desquels est montée une soupape thermostatique 2A à 2E. Les radiateurs sont parallèles les uns aux autres et disposés entre la conduite aller 3 et la conduite de retour 4. Un échangeur de chaleur 5 ou une chaudière de très faible contenance est chauffé par un brûleur à gaz 6. Ce dernier est monté en série avec une pompe de circulation 7. En outre, une conduite de surcharge 8 comprenant une soupape de décharge 9 est montée entre la conduite aller 3 et la conduite de retour 4, la soupape permettant de maintenir la pression à un niveau constant entre l'aller et le retour. La commande du brûleur est obtenue par une soupape 10 qui permet l'amenée du gaz et son arrêt. Elle est actionnée par un dispositif de commutation 11 auquel est appliquée une température mesurée TF provenant d'un détecteur de température 12 à la sortie de l'échangeur de chaleur 5 et en outre la température extérieure T provenant d'un o détecteur de température extérieure 13. Il est prévu en outre un dispositif de réglage 14 par l'intermédiaire duquel peut être appliquée une température de référence Ts. Lorsque le brGleur 6 ne fonctionne pas, la température mesurée TF est égale à la température de retour TR. Par contre, quand le brûleur 6 fonctionne, une puissance calorifique P est transmise à l'eau contenue w dans l'échangeur de chaleur 5, ce qui fait que sa température monte de la valeur A T. La montée de la température est inversement proportionnelle à la quantité d'eau qui circule par unité de temps. Lorsque le brûleur fonctionne, la température mesurée TF = TR + AT est d'autant plus élevée que la quantité d'eau brassée est plus faible. Si toutes les soupapes 2A à 2E des radiateurs sont fermées et si seule la soupape 9 de la conduite de surcharge 8 est de ce fait ouverte, TF prend une valeur importante. Si par contre tous les radiateurs fonctionnent, TF est faible. La représentation par blocs de la figure 2 montre que la différence entre la température mesurée TF et la température de référence FS est établie dans un comparateur 15, que cette différence est multipliée dans un dispositif multiplicateur 16 d'un facteur Ki et que l'ensemble est intégré dans un intégrateur 17. La tension d'intégration V est appliquée à un commutateur à hystérésis 18 qui i fait chaque fois passer le signal de brûleur Br à l'une des deux valeurs 0 ou 1 quand la valeur limite Vil ou Vi2 est atteinte. Le brûleur 6 transmet alors à l'échangeur de chaleur 5 soit la puissance calorifique PW soit 0. A sa sortie apparaît alors une température mesurée TF qui est égale à la température de retour TR quand il n'y a pas de chauffage et qui est égale à TR +iT quand le chauffage fonctionne. Ceci conduit à un mode de fonctionnement décrit avec référence aux figures 3 et 4. Au cours des durées TF et Vi, le point zéro est supprimé. La température mesurée TF évolue, comme décrit ci-dessus, entre TR et TR + AT. La température de référence TS est située entre ces valeurs. De ce fait, l'intégration est effectuée alternativement vers le haut et vers le bas par l'intégrateur 17, la durée d'intégration respective étant terminée quand la tension d'intégration Vi a atteint l'une des valeurs limites Vil ou Vi2 du commutateur à hystérésis 18. A la figure 3, on suppose qu'une partie importante des radiateurs fonctionne et que l'augmentation de température f T est relativement faible du fait du gros débit, à savoir exactement le double de la différence (TF - TR). De ce fait, on obtient comme montré pour le F R comportement dans le temps du signal de brûleur BR, des durées de marche du brûleur 6 qui représentent exactement 50% de la période entre commutations. A la figure 4 par contre, on suppose que les radiateurs sont en grande partie fermés et que du fait de la quantité relativement faible de l'eau qui est mise en circulation, l'augmentation de température T est sensiblement plus importante quand le brûleur 6 fonctionne, et est à savoir de 5 fois la différence (TF - TR). De ce fait, lorsque le brûleur fonctionne, et par intégration de la différence (TF - TR), on constate une chute plus rapide de la tension d'intégration Vi et une courte durée de marche correspondante. Le signal de brûleur Br montre que la durée de marche n'est que d'environ 20% de la période entre commutations. Dans les deux cas, la période entre commutations est cependant si longue que le brûleur n'est mis en marche que de I à 10 fois par heure, et de préférence de 3 à 6 foiso Le circuit de la figure 5 est constitué de plusieurs ensembles, à savoir un générateur de signal de température mesurée 19, un générateur de signal de la température extérieure 20, un dispositif de réglage 14, un amplificateur 21, un intégrateur-comparateur combiné 15 à 17 et le commutateur à hystérésis 18 comprenant un étage terminal d'amplification 22. Le générateur de signal de température mesurée 19 comprend le détecteur de température 12 se présentant sous la forme d'une résistance dépendant de la température, disposée dans un circuit en pont 23. Un amplificateur en pont 24 convertit la valeur de la résistance RF qui dépend de la température en une tension correspondante VF selon le diagramme représenté. Le générateur de signal de la température extérieure 20 comprend le détecteur de température extérieure 13 se présentant sous la forme d'une résistance dépendant de la température dans un circuit en pont , dont la tension de pont est convertie par un amplificateur en pont a de manière que la valeur R0 de la résistance qui dépend de la température soit convertie en une tension de signal V0 correspondante selon le diagramme qui est représenté. Cette tension V est comparée par un comparateur 26 à une tension fixe V, ce qui fournit une tension de correction VK- max' Dans le dispositif de réglage 14 est prévu un diviseur de tension 27 dont la prise 28 est reliée à la base d'un transistor 29. Ce dernier est en série avec une résistance de sommation 30. Au point de sommation, on peut donc prélever une tension prédéterminée VS qui correspond, lorsque le dispositif de réglage 14 est seul actif, au réglage de la prise 28 du diviseur de tension 17. On peut donc prédéterminer des températures entre par exemple 25 C et 80 C. Lorsque la sortie du comparateur 26 est également raccordée au point de sommation 31, le signal prédéterminé par le dispositif de réglage 14 forme la valeur minimale qui correspond à la température de référence minimale prédéterminée TSmin, alors que le signal de correction VK augmente quand la température extérieure tombe, ce qui fait que l'on obtient la dépendance par rapport à la température extérieure T représentée sur le diagramme pour la température de o référence Ts. L'intégrateur-comparateur combiné 15 à 17 comprend un amplificateur 32 à l'entrée inverseuse duquel est appliquée la tension de sortie VF de l'amplificateur en pont 24 qui correspond à la température mesurée, et à l'entrée non inverseuse duquel est appliquée la tension de sommation VS qui correspond à la température de référence. Le conducteur de sortie est relié par l'intermédiaire d'un condensateur 33 à la prise 34 d'un potentiomètre 35 qui est monté en amont de l'entrée inverseuse. On peut ainsi régler la constante d'intégration Ki. A la sortie de l'intégrateur apparaît la tension d'intégration Vi. Le commutateur à hystérésis 18 comprend également un comparateur 36 dont l'entrée inverseuse est appliquée à une tension fixe alors que la tension d'intégration Vi est appliquée à l'entrée non inverseuse. On obtient ainsi à la sortie le signal de brûleur B. r Ce dernier est appliqué dans l'amplificateur terminal 22 à un transistor 37 qui, à l'état passant, excite un relais 38 qui est court-circuité par une diode 39 et actionne un commutateur 40 à l'aide duquel la soupape magnétique 10 peut être actionnée pour autoriser 1u l'amenée du gaz. Dans l'ensemble, on obtient ainsi un dispositif de commande d'un brûleur qui convient à un petit échangeur de chaleur et qui peut être utilisé en liaison avec des installations de chauffage de constitution habituelle, qu'elles soient équipées ou non de soupapes thermostatiques. Quand il y a modification du besoin de chaleur dans une ou plusieurs pièces, la valeur moyenne de la température d'aller ne change pas. On obtient ainsi une période entre commutations très longue, ce qui fait que le rendement de l'échangeur de chaleur est important. La durée des périodes peut être réglée à l'aide de la constante d'intégration Ki de manière à maintenir le faible nombre de mises en marche à l'heure avec des modifications aussi faibles que possible de la température des pièces. En particulier, on peut régler la période entre commutations la plus faible pour des charges moyennes, cette période étant plus importante pour des charges plus petites ou plus fortes. Comme la température de référence est réglable ou peut être ajoutée à la température extérieure, la perte de chaleur peut être maintenue à une valeur minimale. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour régler les périodes de marche et d'arrêt d'un brûleur qui chauffe un petit échangeur de chaleur d'une installation de chauffage par eau chaude comprenant plusieurs radiateurs montés en série, branchés en parallèle, avec chacun une soupape et de préférence une soupape thermostatique, l'échangeur de chaleur étant monté en série avec une pompe de circulation, et une conduite de surcharge en parallèle et munie d'une position d'étranglement, de préférence une soupape à pression constante, étant monté entre la conduite aller et la conduite de retour, et un détecteur de température qui mesure la température de l'eau sortant de l'échangeur de chaleur étant prévu, ainsi qu'un circuit influencé par ce détecteur, en vue de la mise en marche et de l'arrêt du brûleur, caractérisé en ce que le circuit (11) comprend un intégrateur (17) auquel est appliquée la différence entre une température de référence (Ts) prédéterminée et la température mesurée (TF) par le détecteur de température (12), ainsi qu'un commutateur à hystérésis (18) qui provoque la mise en marche du brûleur (6) quand la valeur d'intégration (Vi) atteint l'une des valeurs limites (V 2) du commutateur à hystérésis, et qui provoque l'arrêt du brûleur quand la valeur d'intégration atteint l'autre valeur limite (Vil). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par un dispositif de réglage (16) pour déterminer la constante d'intégration (Ki). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par un dispositif de réglage (14) pour fixer la température de référence (Ts). 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par un dispositif de réglage (14) pour fixer une valeur minimale de la température de référence (TSmin) et par un dispositif de correction dépendant d'un paramètre de charge pour additionner une valeur de correction dépendant de la charge (VK). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de correction comprend un détecteur de la température extérieure (13) et en ce que cette température extérieure (T) sert de paramètre de charge. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le détecteur de température (12) est constitué par une résistance dépendant de la température dans un circuit en pont (23), dont la tension du pont est amplifiée par un amplificateur en pont (24), que le dispositif de réglage (14) pour déterminer la température de référence (Ts) est constitué par un diviseur de tension (27) à prise réglable (28), que l'intégrateur (17) comprend un amplificateur d'intégration (32), à l'entrée inverseuse duquel peut être appliqué le signal de sortie (VF) de l'amplificateur en pont et à l'entrée non inverseuse duquel peut être appliquée une tension (VS) réglable au moyen du diviseur de tension, et dont la sortie est reliée par un condensateur d'intégration (33) à l'entrée inverseuse, et que le commutateur à hystérésis (18) comprend un amplificateur de commutation (36) à l'entrée inverseuse duquel est appliquée une tension fixe, dont l'entrée non inverseuse est reliée à la sortie de l'amplificateur d'intégration et dont la sortie est reliée à l'entrée non inverseuse par une résistance ohmique. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un potentiomètre (35) est monté à l'amont de l'entrée inverseuse de l'amplificateur d'intégration (32), par l'intermédiaire de la prise (34) duquel est raccordé le condensateur d'intégration (32) 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la tension réglable (Vs) peut être prélevée sur une résistance de sommation (30) à laquelle peut être appliqué un premier courant réglable au moyen du dispositif. de réglage (14) et un second courant, qui baisse quand la température extérieure (T) monte. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le détecteur de température (12) répond si rapidement qu'il peut être utilisé également pour la limite maximale de la température.