Brevet FR2661237A1 — publié le 19911025

"Procédé et dispositif de régulation de température pour installation de chauffage" La présente invention concerne un procédé de régulation de température pour installation de chauffage, ainsi qu'un dispositif destiné à la mise en oeuvre de ce procédé. Plus particulièrement, le procédé de régulation objet de l'invention s applique à un générateur de chaleur de type électrique associé ou non à un générateur de type à combustible inséré dans le même circuit de fluide à chauffer, le générateur électrique comportant une pluralité d'étages de puissance aptes à être enclenchés ou déclenchés successivement, et la régulation étant effectuée en comparant au moins une température mesurée avec des températures de consigne et en commandant, selon les conditions, l'enclenchement ou le déclenchement successif des étages de puissance du générateur électrique, le cas échéant en combinaison avec la mise en service ou à l'arrêt du ou des générateurs à combustible. L'invention s'intéresse ainsi plus particulièrement, quoique non exclusivement, à des installations de chauffage domestique ou de locaux quelconques du genre "bi-énergie", avec une chaudière électrique qui assure le chauffage de base d'un fluide primaire, et une ou plusieurs chaudières à combustible, par exemple à fioul, qui assurent en cas de besoin un chauffage complémentaire du même fluide, la chaudière électrique étant prioritaire sur la ou les chaudières à combustible. Dans de telles installations de chauffage, un organe de commande tel qu'un programmateur à cames, agissant sur des contacteurs, est prévu pour enclencher ou déclencher successivement les étages de puissance du générateur électrique, sous la dépendance d'un thermostat en relation avec au moins une sonde de température placée en un point de l'installation convenablement choisi. Le thermostat ordonne, selon les conditions, la montée en puissance ou la descente en puissance du générateur électrique, et le cas échéant la mise en service du ou des générateurs à combustible, qui en principe ne doivent intervenir que si la température mesurée passe au-dessous d'un seuil bas.Dans les conditions habituelles de fonctionnement, seul le générateur électrique est en service, et la régulation de température s'effectue autour d'une température de consigne, avec différentiel, en commandant la montée en puissance du générateur électrique lorsque la température mesurée atteint la limite inférieure du différentiel, et la descente en puissance de ce générateur lorsque la température mesurée atteint la limite supérieure du différentiel. Dans les réalisations actuelles, l'organe de commande tel que programmateur à cames est actionné à une vitesse unique, non modifiable, que ce soit dans le sens de l'enclenchement ou du déclenchement des étages de puissance du générateur électrique. Pour éviter des enclenchements ou déclenchements trop rapides, qui engendrent sur les réseaux de distribution électrique des appels de courant et autres perturbations non souhaitables, la vitesse d'enclenchement ou de déclenchement des étages de puissance devrait rester modérée. Toutefois, dans le cas d'une vitesse trop réduite, l'installation de chauffage ne réagit pas de façon suffisamment rapide et intense dans certaines conditions qui sont rencontrées en pratique, par exemple si la température mesurée devient trop basse, ce qui demande une remontée en puissance rapide pour conserver une production de chaleur satisfaisante, ou si la température en un point de l'installation devient trop élevée, ce qui rend nécessaire une baisse immédiate et rapide de la puissance pour des raisons d'économie et de sécurité. Une montée en puissance rapide apparaît aussi comme nécessaire après une coupure accidentelle de l'alimentation électrique, ou dans le cas d'un besoin urgent d'un surcroît de chaleur, qui ne serait pas satisfait immédiatement par la mise en service d'un générateur à combustible associé au générateur électrique. La présente invention résoud l'ensemble des problèmes posés ci-dessus, en fournissant un procédé de régulation de température pour installation de chauffage, du genre précisé en introduction, procédé dans lequel, selon la température mesurée, on commande l'enclenchement ou le déclenchement successif des étages de puissance du générateur de chaleur de type électrique soit à une vitesse "lente", pour une montée ou une descente en puissance normale, soit à une vitesse "accélérée", pour une montée ou une descente en puissance rapide. Ainsi, dans des conditions de fonctionnement habituelles, l'évolution de la puissance électrique se fait à une vitesse modérée qui évite les perturbations des réseaux d'alimentation et assure une meilleure stabilité, avec une inertie augmentée, le rythme des enclenchements / déclenchements étant ralenti ; toutefois, dans des conditions particulières, l'installation est capable de réagir rapidement, aussi bien dans le sens d'une montée en puissance que d'une descente en puissance, de manière à donner toute satisfaction à l'utilisation. Selon un mode de mise en oeuvre préféré du procédé de régulation selon l'invention, l'on commande l'enchenchement ou le déclenchement successif des étages de puissance du générateur électrique à la vitesse "lente" pour une température mesurée restant comprise entre une température de consigne basse et une température de consigne haute, on commande l'enclenchement successif des étages de puissance à la vitesse "accélérée" lorsque la température mesurée passe au-dessous de la température de consigne basse, et on commande le déclenchement successif des étages successifs à la vitesse "accélérée" lorsque la température mesurée passe au-dessus de la température de consigne haute. De préférence, lorsque la température mesurée passe au-dessous de la température de consigne basse, le passage à l'enclenchement des étages de puissance à la vitesse "accélérée" est commandé seulement à la fin d'une durée de temporisation, ce qui évite des appels de courants indésirables lorsque la baisse de température reste très passagère. Avantageusement, la température de consigne basse ici considérée est aussi la température de mise en service d'un générateur à combustible, associé au générateur électrique, la mise en service du générateur à combustible n'étant toutefois commandée qu'après enclenchement de la totalité des étages de puissance du générateur électrique. Selon un autre aspect du procédé selon l'invention, lorsque la température mesurée passe au-dessus de la température de consigne haute, le passage au déclenchement des étages de puissance à la vitesse "accélérée" est effectué immédiatement, sans temporisation, et le déclenchement successif des étage de puissance à la vitesse "accélérée" est poursuivi, quelle que soit l'évolution de la température mesuree, jusqu'à ce qu'un niveau de puissance prédéterminé du générateur électrique soit atteint. On obtient ainsi une descente en puissance "forcée", qui peut être poursuivie jusqu'à ce que tous les étages soient déclenchés, donc jusqu'à la mise à l'arrêt complète du générateur électrique. Grâce aux dispositions précédentes, on obtient un redémarrage rapide en cas de besoin, ceci notamment en prévoyant qu'à la remise en marche du générateur électrique, à partir d'une puissance nulle, les étages de puissance sont enclenchés successivement à la vitesse "accélérée" jusqu'à ce qu'un niveau de puissance prédéterminé de ce générateur électrique soit atteint, quelle que soit l'évolution de la température mesurée. On réalise ainsi une montée en puissance "forcée", par exemple jusqu'à 50 % de la puissance maximale du générateur électrique. Dans le dispositif de régulation selon l'invention, destiné à la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, l'organe de commande pour l'enclenchement ou le déclenchement des étages de puissance du générateur électrique est associé à des moyens de commutation prévus pour l'actionnement dudit organe de commande soit à vitesse "lente", soit à vitesse "accélérée", aussi bien dans le sens de l'enclenchement que dans le sens du déclenchement des étages de puissance, les moyens de commutation étant sous la dépendance d'un thermostat en relation avec au moins une sonde de température. Dans le cas où l'organe de commande est un programmateur à cames agissant sur des contacteurs pour l'enclenchement ou le déclenchement successif des étages de puissance du générateur électrique, les moyens de commutation sont prévus pour la mise en rotation d'un moteur électrique d'entraînement des cames du programmateur soit à une vitesse "lente", soit à une vitesse "accélérée". Selon une forme de réalisation particulière, ces moyens de commutation comprennent un interrupteur commandé pour l'alimentation du moteur électrique du programmateur à cames en courant "haché", pour la vitesse "lente", et un autre interrupteur, en parallèle avec le précédent, pour l'alimentation en continu du même moteur électrique pour la vitesse "accélérée". De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce dispositif de régulation de température pour installation de chauffage, et illustrant le fonctionnement d'un tel dispositif Figure 1 est un schéma hydraulique d'une installation de chauffage, constituant aussi schéma de principe du dispositif de régulation de température équipant cette installation Figure 2 est un schéma de principe de la commande du programmateur à cames, incorporé dans le dispositif de régulation Figure 3 est un diagramme de fonctionnement de ce dispositif de régulation. En se référant à la figure 1, l'installation de chauffage considérée, du type "bi-énergie", comprend deux sources de chaleur qui sont, respectivement, un générateur de type électrique 1 et un générateur à combustible 2, tel qu'un générateur à fioul. Le générateur de type électrique 1 et le générateur à combustible 2 sont branchés en série dans un circuit 3 parcouru par un fluide primaire à chauffer, plus particulièrement par de l'eau. Le circuit 3 alimente des appareils utilisateurs de la chaleur, qui dans l'exemple ici considéré sont un appareil producteur d'eau chaude sanitaire 4 et un appareil producteur de chauffage domestique 5, branchés en parallèle dans un circuit d'utilisation comprenant, par ailleurs, des circulateurs 6 et 7 et une vanne à trois voies 8. Dans le circuit 3 de production de chaleur, sont prévues deux électrovannes 9 et 10 ; la première électrovanne 9 est insérée sur une branche de circuit qui court-circuite le générateur à combustible 2, tandis que la seconde électrovanne 10 est placée à l'entrée de ce générateur à combustible 2. Le dispositif de régulation de température proprement dit comprend un thermostat à trois étages 11, en relation avec une première sonde de température 12 placée sur le circuit 3 à la sortie du générateur électrique 1, et avec une autre sonde de température 13 située à l'intérieur de ce générateur électrique 1. Des liaisons diverses relient le thermostat 11 aux deux générateurs 1 et 2, pour la commande de ces derniers, ainsi qu'aux deux électrovannes 9 et 10. Le générateur électrique 1 comporte plusieurs étages de puissance, qui sont enclenchés successivement au moyen de contacteurs de puissance et d'un programmateur à cames 14 indiqué schématiquement sur la figure 2. Les cames 19 du programmateur 14 sont entraînées en rotation, dans un sens ou dans l'autre, au moyen d'un moteur électrique dont les enroulements sont symbolisés sur la figure 2 et elles agissent ainsi sur les contacteurs de puissance 20. Un interrupteur-inverseur 15 permet d'alimenter le moteur soit dans le sens de rotation des cames 19 correspondant à une montée en puissance du générateur électrique 1, les étages de ce dernier étant successivement enclenchés, soit dans le sens de rotation des cames 19 correspondant à une descente en puissance du générateur électrique 1, les étages de ce dernier étant alors successivement déclenchés. Selon l'invention, il est prévu que le programmateur à cames 14 puisse être entraîné en rotation, dans un sens ou dans l'autre, soit à une vitesse normale "lente", soit, pour réagir à certaines conditions particulières qui seront précisées plus bas, à une vitesse "accélérée' A cet effet, il est prévu dans le circuit d'alimentation du programmateur à cames 14 un premier interrupteur commandé 16 pour la vitesse "lente", et un second interrupteur 17, en parallèle avec le précédent, pour la vitesse "accélérée". Cette vitesse "accélérée" peut être obtenue par une alimentation en continu du moteur du programmateur 14, assurée par la fermeture de l'interrupteur 17, tandis que la vitesse "lente" peut être obtenue par une alimentation du même moteur en courant "haché", résultant d'une fermeture périodique de l'interrupteur 16. L'interrupteur-inverseur général 15 du programmateur à cames 14 est lui-même commandé à partir du thermostat à trois étages 11, dont le fonctionnement fait intervenir une température de consigne basse Tinf, une température de consigne haute Tsup et une température de consigne intermédiaire Tm, comme indiqué symboliquement sur la figure 1. La sonde de température 12 assure la prise d'une température mesurée T, qui est la grandeur sur laquelle s'effectue la régulation. I1 est précisé que la température de consigne intermédiaire Tm est telle que si la température mesurée T est au-dessous de celle-ci, la puissance du générateur électrique 1 est augmentée progressivement et telle que si la température mesurée T est au-dessus de celle-ci, la puissance du générateur électrique 1 est diminuée progressivement, respectivement par enclenchement ou déclenchement successif de ses étages de puissance. La température Tinf est une autre température de consigne telle que si la température mesurée T est en-dessous de celle-ci, le générateur à combustible 2 est en fonctionnement et telle que si la température mesurée T est au-dessus de celle-ci, le générateur à combustible 2 est arrêté. On assure une priorité du générateur électrique 1 sur le générateur à combustible 2, la mise en service de ce dernier étant assujettie à l'enclenchement de la totalité des étages de puissance du générateur électrique 1 au moyen du programmateur à cames 14. En se référant à la figure 3, chacune des températures de consigne Tinf, Tm et Tsup comporte un différentiel Dinf, Dm et Dsup (respectivement), évitant des mises en route et coupures trop rapprochées (phénomène de battement) pour les générateurs. Ainsi, le générateur électrique 1 est mis en marche seulement lorsque la température mesurée T atteint la limite inférieure du différentiel Dm et ce générateur électrique est arrêté seulement lorsque la température mesurée T atteint la limite supérieure du différentiel Dm. Les différentiels Dinf, Dm et Dsup peuvent être réglés indépendamment. Considérant toujours la figure 3, où les abscisses représentent le temps t, la partie supérieure indique un exemple de courbe de la température mesurée T, tandis que la partie inférieure représente, en correspondance avec cette courbe, le nombre d'étages de puissance en service du générateur électrique 1. La largeur des "gradins" dans la partie inférieure de la figure 3 fait apparaître si le programmateur à cames 14 est entraîné à vitesse "lente" ou à vitesse "accélérée", selon les conditions précisées ci-après dans le cadre d'un exemple de fonctionnement. En partant de la gauche de la figure 3, on suppose d'abord que la température mesurée T reste comprise entre la température basse Tinf et la température haute Tsup, ceci jusqu'au point Al. Selon les franchissements des limites du différentiel Dm, la régulation s'effectue autour de la température intermédiaire Tm, avec une alternance de commandes de montée en puissance et de descente en puissance du générateur électrique 1, qui est alors le seul générateur en service. Le programmateur à cames 14 évolue alors, en montée de puissance comme en descente de puissance, à la vitesse "lente". Au-delà du point Al, on suppose que la température mesurée T continue de décroître, donc passe sous la température basse Tinf. Pendant une durée de temporisation tl, le programmateur à cames 14 évolue comme précédemment en vitesse "lente", et il continue d'enclencher successivement les étages de puissance du générateur électrique 1. Si à la fin de la durée de temporisation tl, la température mesurée T n'est pas remontée au-dessus de la température basse Tinf, le programmateur à cames 14 tourne à vitesse "accélérée", et il se met ainsi à enclencher plus rapidement les étages de puissance suivants du générateur électrique 1. Lorsque la température mesurée T excède de nouveau la température basse Tinf, soit au-delà d'un point B1, le programmateur 14 est entraîné à vitesse "lente". A partir du point B1, le programmateur 14 va d'abord enclencher à vitesse "lente" les étages de puissance restants du générateur électrique 1, puis déclencher toujours à vitesse "lente" ces étages, si la température intermédiaire Tm est atteinte (point B2). Dans l'exemple de fonctionnement considéré, on suppose que, malgré le déclenchement des étages de puissance, la température mesurée T parvient à atteindre la température haute Tsup, comme indiqué par le point C1. A partir de ce point C1, le programmateur 14 continue de déclencher les étages de puissance, mais à vitesse "accélérée". I1 est à noter qu'il n'intervient ici aucune temporisation, contrairement à ce qui se produit entre les points Al et A2 comme décrit plus haut. Le déclenchement à vitesse "accélérée" des étages de puissance se poursuit jusqu'à ce que tous les étages soient déclenchés, donc jusqu'à ce que la puissance fournie par le générateur électrique 1 soit nulle (point C3). Ensuite, si la température mesurée T est inférieure à la température Tm, les étages de puissance du générateur électrique 1 sont enclenchés à vitesse "rapide", ceci pendant une durée t2 et même si la température basse Tinf n'avait pas été atteinte. La durée t2 est choisie de telle sorte que la montée en puissance s'effectue à vitesse "rapide", par exemple jusqu'à enclenchement des étages correspondant à 50 96 de la puissance maximale du générateur électrique 1. Au-delà du point C4, pour lequel la puissance atteinte est 50 96 de la puissance maximale, l'évolution se fait de nouveau à vitesse "lente", comme avant l'atteinte du point Al. La description de fonctionnement donnée ci-dessus ne fait intervenir que le générateur électrique 1. Toutefois, lorsque la température mesurée T devient inférieure à la température basse Tinf, le générateur à combustible 2 peut être mis en service après enclenchement de tous les étages de puissance du générateur électrique 1 qui est toujours prioritaire. La mise en service du générateur à combustible 2 s'effectue en fermant l'électrovanne 9 et en ouvrant l'électrovanne 10. Le procédé est aussi applicable à une installation de chauffage comprenant deux ou plusieurs générateurs à combustible, montés en parallèle les uns par rapport aux autres sur le circuit 3, les générateurs à combustible étant dans ce cas mis en service successivement, à des températures respectives. Chaque générateur, électrique ou à combustible, est pourvu de son propre aquastat limiteur de température, non indiqué dans la représentation schématique de la figure 1. Comme il va de soi, et comme il ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif de régulation de température pour installation de chauffage qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation ou d'application respectant le même principe, donc mettant en oeuvre un procédé similaire.En particulier, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de la présente invention - en effectuant la prise de température en un autre point, notamment pour la comparaison avec la température haute Tsup, pour laquelle on peut considérer la température fournie par la sonde 13, ou encore une température mesurée au point 18, à l'entrée du circuit d'utilisation - en ayant recours à tous équivalents techniques, par exemple en remplaçant le programmateur à cames 14 par un organe de commande d'un autre type assurant toujours l'enclenchement et le déclenchement successifs d'étages de puissance, ou encore en faisant appel à d'autres moyens pour obtenir les vitesses "lente" et "accélérée" de ce programmateur; ; - en appliquant le procédé à une installation de chauffage dans laquelle le ou les générateurs à combustible sont d'un type autre que générateur à fioul, voire même à une installation de chauffage dépourvue de tout générateur à combustible, donc comprenant seulement un générateur électrique. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation de température pour installation de chauffage comprenant un générateur de chaleur de type électrique (1) associé ou non à au moins un générateur de chaleur de type à combustible (2) inséré dans le même circuit (3) de fluide à chauffer, le générateur électrique (1) comportant une pluralité d'étages de puissance aptes à être enclenchés ou déclenchés successivement, et la régulation étant effectuée en comparant au moins une température mesurée (T) avec des températures de consigne et en commandant, selon les conditions, l'enclenchement ou le déclenchement successif des étages de puissance du générateur électrique (1), le cas échéant en combinaison avec la mise en service ou à l'arrêt du ou des générateurs à combustible (2), caractérisé en ce que, selon la température mesurée (T), on commande l'enclenchement ou le déclenchement successif des étages de puissance du générateur de chaleur de type électrique (1) soit à une vitesse "lente", pour une montée ou une descente en puissance normale, soit à une vitesse "accélérée", pour une montée ou une descente en puissance rapide. 2. Procédé de régulation de température pour installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on commande l'enclenchement ou le déclenchement successif des étages de puissance du générateur électrique (1) à la vitesse "lente" pour une température mesurée (T) restant comprise entre une température de consigne basse (Tinf) et une température de consigne haute (Tsup), en ce qu'on commande l'enclenchement successif des étages de puissance à la vitesse "accélérée" lorsque la température mesurée (T) passe au-dessous de la température de consigne basse (Tinf), et en ce qu'on commande le déclenchement successif des étages de puissance à la vitesse "accélérée" lorsque la température mesurée (T) passe au-dessus de la température de consigne haute (Tsup). 3. Procédé de régulation de température pour installation de chauffage selon la revendication 2, caractérisé en ce que, lorsque la température mesurée (T) passe au-dessous de la température de consigne basse (Tinf), le passage à l'enclenchement des étages de puissance à la vitesse "accélérée" est commandé seulement à la fin d'une durée de temporisation (tl). 4. Procédé de régulation de température pour installation de chauffage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la température de consigne basse (Tinf) est aussi la température de mise en service d'un générateur à combustible (2), associé au générateur électrique (1), la mise en service du générateur à combustible (2) n'étant toutefois commandée qu'après enclenchement de la totalité des étages de puissance du générateur électrique (1). 5. Procédé de régulation de température pour installation de chauffage selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que, lorsque la température mesurée (T) passe au-dessus de la température de consigne haute (Tsup), le passage au déclenchement des étages de puissance à la vitesse "accélérée" est effectué immédiatement, sans temporisation, et le déclenchement successif des étages de puissance à la vitesse "accélérée" est poursuivi, quelle que soit l'évolution de la température mesurée (T), jusqu'à ce qu'un niveau de puissance prédéterminé du générateur électrique (1) soit atteint. 6. Procédé de régulation de température pour installation de chauffage selon la revendication 5, caractérisé en ce que, après passage de la température mesurée (T) au-dessus de la température de consigne haute (Tsup), le déclenchement des étages de puissance à la vitesse "accélérée" est poursuivi jusqu'à ce que tous les étages soient déclenchés, donc jusqu'à la mise à l'arrêt du générateur électrique (1). 7. Procédé de régulation de température pour installation de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, à la remise en marche du générateur électrique (1), à partir d'une puissance nulle, les étages de puissance sont enclenchés successivement à la vitesse "accélérée" jusqu'à ce qu'un niveau de puissance prédéterminé de ce générateur électrique (1) soit atteint, quelle que soit l'évolution de la température mesurée (T). 8. Dispositif de régulation de température pour installation de chauffage comprenant un générateur de type électrique (1) associé ou non à au moins un générateur de type à combustible (2) inséré dans le même circuit (3) de fluide à chauffer, le générateur électrique (1) comportant une pluralité d'étages de puissance et un organe de commande (14) étant prévu pour enclencher ou déclencher successivement les étages de puissance du générateur électrique (1), sous la dépendance d'un thermostat (11) en relation avec au moins une sonde de température (12,13), ce dispositif étant destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'organe de commande (14) pour l'enclenchement ou le déclenchement des étages de puissance du générateur électrique (1) est associé à des moyens de commutation (15,16,17) prévus pour l'actionnement dudit organe de commande (14) soit à vitesse "lente", soit à vitesse "accélérée", aussi bien dans le sens de l'enclenchement que dans le sens du déclenchement des étages de puissance, les moyens de commutation (15,16,17) étant eux aussi sous la dépendance du thermostat (11). 9. Dispositif de régulation de température pour installation de chauffage, selon la revendication 8, dans lequel l'organe de commande est un programmateur à cames (14, 19) agissant sur des contacteurs (20) pour l'enclenchement ou le déclenchement successif des étages de puissance du générateur électrique (1), caractérisé en ce que les moyens de commutation (15,16,17) sont prévus pour la mise en rotation d'un moteur électrique d'entraînement des cames (19) du programmateur (14) soit à une vitesse "lente", soit à une vitesse "accélérée". 10. Dispositif de régulation de température pour installation de chauffage, selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de commutation comprennent un interrupteur commandé (16) pour l'alimentation du moteur électrique du programmateur à cames (14) en courant "haché", pour la vitesse "lente", et un autre interrupteur (17), en parallèle avec le précédent, pour l'alimentation en continu du même moteur électrique, pour la vitesse "accélérée".