Brevet FR2696820A1 — publié le 19940415

La présente invention concerne un procédé pour maintenir constant le rendement maximal et/ou minimal d'un chauffe-eau muni d'un brûleur à gaz avec un régulateur d'air-gaz combiné pneumatique, la consigne générée par un régulateur de tempéra- ture étant fonction d'un débit d'air produit -par un ventilateur entraîné par un moteur à variation de vitesse. Sur des appareils de chauffage à gaz avec réglage d'air- gaz combiné pneumatique, dont la charge respectivement le ren- dement est réglé moyennant le débit d'air produit par un ven- tilateur entraîné par un moteur à variation de vitesse, des variations du rendement standard de l'appareil peuvent- survenir Les raisons en sont notamment des tolérances de fabrication, spécialement celles des buses d'air et de gaz du régulateur combiné, le mode d'installation o par exemple la longueur variée des tuyaux d'évacuation de fumée joue un rôle, ainsi que des conditions extérieures variées telles que des températures variées de l'air admis De plus, sur des appar- eils de chauffage à gaz avec échangeur de chaleur à condensa- tion, il peut se produire l'effet dit hold-up qui a pour con- séquence que, du fait de la présence d'eau de condensation dans l'échangeur de chaleur, la résistance à l'écoulement de l'air augmente, ce qui fait diminuer le volume d'air nécessaire et par là celui du gaz et, finalement, le rendement de l'appareil En conséquence, la charge/le rendement minimal préréglé moyennant le régulateur de vitesse, n'est pas atteint, ce qui peut avoir comme conséquence que les flammes deviennent tellement petites qu'elles ne peuvent plus être relevées par mesure du courant d'ionisation; il y a arrêt d'urgence de l'appareil. L'invention a pour but de supprimer des variations du rendement maximal et/ou minimal, résultant notamment de tolérances de fabrication, de modes d'installation différents ou de conditions extérieures variées, c'est-à-dire d'indiquer un procédé pour maintenir constant le rendement maximal et/ou minimal d'un appareil de chauffage à gaz. Conformément à l'invention, ce but est atteint par ce qu'une pression de commande f (P ax Peiff) Ou f (P in P Efu) préréglée du régulateur combiné agit sur la vitesse de con- signe maximale ou minimale nm,, ou nj, De cette façon, tous les facteurs extérieurs qui influencent ladite pression de com- mande, sont compensés La pression de commande sert pour ainsi dire de grandeur de référence pour la vitesse de consigne maximale ou minimale. Suivant un premier mode d'application du procédé, il y a action continue de la pression de commande préréglée sur la vitesse de consigne maximale ou minimale. Dans une variante, la vitesse de consigne maximale ou. minimale n ou nain est augmentée ou réduite par intervalles, à partir d'une consigne initiale nmax O ou naino, en fonction de la différence de pression de commande Pmax Peff ou Pain Peff jusqu'à ce que la vitesse de consigne ncona préréglée par le régulateur de température soit inférieure ou supérieure à la vitesse de consigne maximale ou minimale nma Xi ou nains Cette variante constitue un perfectionnement en comparaison avec le premier mode d'application en ce sens qu'il ne faut pas de circuits de réglage entrelacés l'un dans l'autre pour la régulation des températures, pressions et vitesses, c'est-à- dire pas de système difficile à régler et ayant tendance aux oscillations De plus, une importante constante de temps du circuit de réglage de pression n'a pas d'effet retardateur sur la régulation de température Pour ces raisons, cette variante devrait être préférée Les indications qui suivent n'ont plus trait qu'à des perfectionnements de ladite variante. L'échelonnement dans le temps de la vitesse de consigne maximale ou minimale nô, ou nj peut être fait ou à des inter- valles fixes ou à des intervalles en fonction d'événements, les intervalles étant terminés dans ce dernier cas au moment o la pression de commande Peff et/ou la vitesse neff sont à peu 3 2696820 près constantes L'action de la pression sur la vitesse de consigne maximale ou minimale,na X ou ni est interrompue jus- qu'à ce que la vitesse de consigne préréglée soit stable; par suite du réglage à pression maximale ou à pression minimale, une nouvelle vitesse maximale ou minimale nmax ou nin est défi- nie et appliquée au régulateur de température qui, vu l'écart de réglage, établit la nouvelle vitesse de consigne compte tenu de nnax ou nin Ensuite recommence le temps d'attente jusqu'aux vitesses stables. Suivant un perfectionnement avantageux, il est prévu qu'au cas o la pression de commande Peff serait supérieure ou inférieure ou à la pression de commande maximale ou à la pres- si minimale p,,, ou pmi, la vitesse de consigne maximale ou minimale n ax 2 ou nmin 2 est augmentée ou réduite en fonction de la différence en plus ou en moins suivant la relation nmax 2 neff f (Peff Pmax) ou nmin 2 = neff f (Peff Pmin) Cela signifie pour ce qui est d'un contrôle de la pres- sion maximale, qu'en cas de dépassement de Pmax, il y a dans la bande proportionnelle du régulateur de température une adap- tation de la caractéristique de transfert dudit régulateur et par là une réduction de la vitesse et de la pression au-des- sous de Pmax Il peut de plus être prévu que par exemple en cas de panne ou d'effet 'hold-up' o pendant un temps minimum T, la pression de commande Peff est supérieure ou inférieure à la pression de commande maximale ou minimale Pmaou P 4 2696820 ment suit l'arrêt du brûleur, qui peut être réglée à une va- leur fixe et signifier, en cas de préparation d'eau chaude pour le chauffage, un blocage du brûleur (par exemple de 5 minutes), tandis que, en cas de chauffage d'eau sanitaire, ce blocage est beaucoup plus court (par exemple 5 secondes). Des perfectionnements avantageux de l'invention sont décrits ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation. Les figures montrent: Fig 1, un schéma d'un chauffe-eau et des ensembles fonctionnels nécessaires à l'application du procédé; Fig 2, une analyse structurée d'un premier modèle des ensembles suivant la fig 1; Fig 3, un diagramme des caractéristiques de transfert n = f (Aû) en cas d'action d'un régulateur de pression maxi- male; Fig 4 égale à fig 3, en cas d'action d'un contrôleur de pression maximale; Fig 5, une analyse structurée d'un deuxième modèle des ensembles fonctionnels. Le chauffe-eau représenté à la fig 1 comprend une cham- bre de combustion 1 avec un brûleur à gaz 2 et un échangeur de chaleur 3 Le brûleur 2 est alimenté en un mélange air-gaz par un ventilateur 4 A cet effet, un régulateur combiné 5 envoie l'air et le gaz au ventilateur 4, régulateur sur lequel sont branchées une conduite de gaz 7 munie d'une valve de réglage en continu 6, et deux conduites d'air 8 a et 8 b Les deux con- duites d'air 8 a et 8 b sont branchées sur une canalisation d'air extérieur 10 en aval respectivement en amont d'un étranglement 9 Entre les conduites d'air 8 a et 8 b naît une pression différentielle qui forme la pression de commande du régulateur combiné 5 Pour établir cette pression de commande peff, les deux conduites d'air 8 a et 8 b sont de plus reliées à un capteur manométrique en continu 11 Le signal de sortie Peff du capteur manométrique 11, la vitesse de consigne n C O N 5 définie par un régulateur de température 12 pour le ventilateur 4, 2696820 ainsi qu'une pression maximale P ax ( 125 a) préréglée sont ap- pliquée à un régulateur-contrôleur de pression 13 Ledit régu- lateur-contrôleur de pression 13, dont le fonctionnement sera par la suite décrit plus en détail, sert à la définition d'une vitesse maximale nma X présente sur la ligne de sortie 14, et d'une vitesse minimale n-in appliquée à une ligne de sortie 15. Ces deux lignes de sortie 14 et 15 se terminent au régulateur de température 12 Le régulateur-contrôleur de pression 13 comprend aussi un limiteur de pression maximale et un limiteur de pression minimale qui, en cas de besoin, génèrent ou un signal de sortie 16 qui agit sur un organe de commande 17 qui ferme la valve 6, ou un signal de sortie 18 appliqué au régulateur de température 12 et provoquant son arrêt. L'eau chauffée dans un serpentin de l'échangeur de cha- leur 3 circule dans un circuit comprenant le tuyau de départ 19, le tuyau de retour 20, la pompe de circulation 21 et le ou les récepteurs Sur le tuyau de départ 19 est prévue une sonde thermométrique 22 qui mesure la température effective Teff qui, par une ligne 23, est appliquée à une entrée du régulateur de température 12, de même qu'une température de consigne T,,,s, par une ligne 24 Le régulateur 12 crée à partir des valeurs d' entrée nmax, n in, Teff et Tcn, un signal de sortie correspon- dant à la vitesse de consigne n n,, qui est appliqué par une ligne 25 à un régulateur de vitesse 26 qui agit sur le moteur du ventilateur 4 dont la vitesse actuelle neff est relevée et communiquée par une ligne 27 au régulateur de vitesse 26. La fig 2 montre plus en détail les ensembles fonction- nels pour la détermination de la vitesse de consigne A cet effet, on a eu recours aux symboles de l'analyse structurée reconnus pour la mise au point du logiciel Les traits con- tinus matérialisent la transmission de données interne, et les traits en discontinu, les signaux de commande, c'est-à-dire les signaux pour activer ou désactiver l'ensemble fonctionnel du procédé Le régulateur de température 12 et le régulateur de vitesse 26 sont des composants connus Le régulateur de température 12 définit pour le régulateur de vitesse 26 une vitesse de consigne n,,,, par la caractéristique 28 (fig 3) à l'intérieur de la plage nain nmax, en fonction de l'écart de réglage T O 5 Teff Les autres composants influencent, en cas de régulation continue de la pression, la vitesse de consigne n.o,0 Les figures représentent cependant la variante préférée o ces composants influencent seulement le régulateur de tem- pérature 12 Comme composants de l'ensemble régulateur-con- trôleur de la pression 13 sont prévus à cet effet un régula- teur de pression maximale 29 et un contrôleur de pression maximale 30 qui agissent sur une mémoire 31 pour n ax qui détermine la vitesse de consigne nons maximale définie par le régulateur de température 12 Le régulateur de pression maxi 29 est activé si ncons a atteint la vitesse de consigne maximale na, et que cette consigne reste constante pendant un inter- valle t 1 j La vitesse de consigne maximale nmax est augmentée par le régulateur de pression maximale 29 à des intervalles fixes t 12, de la valeur nmax 2 nmax I + f (Pmax Peff) Cet échelonnement dans le temps est terminé au moment o la vitesse de consigne n C 0,5 n'atteint plus la vitesse de consigne maximale nmax, c'est-à-dire est inférieure en permanence à cette valeur La conséquence en est une action de la pression sur le régulateur de température 12 Comme il ressort de la fig 3, la pression est réglée, en dehors de la bande propor- tionnelle du régulateur de température 12, sur p, et la caractéristique 28 du régulateur de température est adaptée à une caractéristique 32 modifiée. Le contrôleur de pression maximale 30 est activé si pendant un intervalle t 13 la vitesse de consigne n Co,3 reste inférieure à la vitesse de consigne maximale n,1,8 (ce qui a pour conséquence que le régulateur de pression maximale 29 n'est pas activé) et que la pression de commande Peff dépasse la pression maximale Pmax A cette occasion, la vitesse de consigne maximale n,, est assimilée à la vitesse actuelle neff, moins la variation de la vitesse par suite du dépassement de la pression Peff Pmax- La fig 4 montre qu'en conséquence la caractéristique 33 valable en dernier lieu est modifiée pour être assimilée à une caractéristique 34 optimisée Cette modification se fait en sens opposé à celle provoquée par le régulateur de pression maximale 29 et représentée à la fig 3 En cas de dépassement de la pression maximale Pmax dans la bande proportionnelle du régulateur de température 12, il y a une adaptation de la caractéristique de transfert du régulateur de température 12 visant une diminution de la vitesse et de la pression jusqu'au- dessous de nmax respectivement p,,, Le contrôleur de pression maximale 30 est réactivé au plus tôt après l'intervalle t 14. L'ensemble régulateur-contrôleur de la pression 13 com- prend en outre un limiteur de pression maximale 35 qui ferme la valve de réglage en continu 6 au cas o la pression de commande pff serait supérieure à la pression maximale Pmax pendant un laps de temps supérieur à l'intervalle t 15. Il est de plus prévu un ensemble fonctionnel 36 pour la limitation de la pression minimale, qui est également intégré dans l'ensemble régulateurcontrôleur 13 Si la pression de commande Pef est inférieure à la pression minimale Pmin plus longtemps que l'intervalle tls, la valve de réglage en continu 6 est fermée moyennant un signal agissant sur le régulateur de température 12 Après, le brûleur est bloqué pendant un in- tervalle t 17 pouvant correspondre en mode 'chauffage' au temps de blocage du brûleur de par exemple 5 minutes, tandis qu'en mode 'préparation d'eau sanitaire', cet intervalle, t 18, est réglé à une valeur beaucoup plus petite, par exemple 5 se- condes Le limiteur de pression minimale 36 commande un arrêt du brûleur lorsque la charge/le rendement-minimal de l'appa- reil n'est pas atteint et il n'est plus guère possible, en conséquence, de relever les flammes moyennant un courant d'ionisation. La fig 5 montre suivant le même schéma que la fig 2, une réalisation encore plus confortable de l'ensemble fonc- tionnel pour l'application du procédé Ici sont prévus de plus un régulateur de pression minimale 37 et un contrôleur de pression minimale 38. Inversement au régulateur de pression maximale 29, le régulateur de pression minimale 37 est ici, de façon analogue, débloqué après un intervalle t 19 pendant lequel la vitesse de consigne n,,,, a atteint la vitesse de consigne nj Ce régu- lateur 37 provoque une diminution échelonnée de la vitesse de consigne minimale nji à des intervalles fixes t 20 de nmin 2 =nain + f (P in Peff) f représentant l'action de la pression p sur la vitesse n. La dernière phase est atteinte au moment o la vitesse de consigne n n, dépasse en permanence la vitesse de consigne minimale in Par rapport à la caractéristique de transfert, cette phase a pour effet qu'en dehors de la bande propor- tionnelle du régulateur de température 12, il y a un réglage de la pression à pmin et une égalisation de la caractéristique du régulateur de température. A la suite du fonctionnement du régulateur de pression minimale 37, le contrôleur de pression minimale 38 est dé- bloqué Après un intervalle t 21 durant lequel la pression de commande Peff est inférieure à la pression minimale Pain, la vitesse de consigne minimale njin est égalée à la vitesse ac- tuelle neff plus la variation de vitesse due à la différence en moins Pmin Peff De façon analogue, inversement au contrôleur de pression maximale 30, il y a aussi nmin 2 = neff + f (Pmjn Peff) Le contrôleur de pression minimale 38 est réactivé au plus tôt après un intervalle t 22 Il a pour effet qu'au cas o la pression serait inférieure à la pression minimale p=in dans la bande proportionnelle du régulateur de température 12, il y a une adaptation de la caractéristique de transfert du régulateur de température 12 et par là une augmentation de la vitesse et de la pression jusqu'au-dessus de nmin respective- ment Pmax. Les intervalles fixes t 1 l, ti 2, t 14, ti 9, t 20 et t 22 peuvent être remplacés-par des temps d'attente en fonction de tel ou tel événement Ce temps est considéré comme terminé si la pression et/ou la vitesse sont à peu près constantes. Comme par le procédé, les pressions du régulateur d'air- gaz combiné 5 sont prises en compte, les variations inadmis- sibles du rendement standard de l'appareil par suite d'in- fluences extérieures telles que des tolérances de fabrication, modes d'installation, conditions extérieures variées ou effets de hold-up sur des appareils à condensation sont largement évitées. L'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, mais permet, au contraire, nombre de vari- antes utilisant les caractéristiques de l'invention dans d'autres conditions Cela est notamment valable pour la réa- lisation des ensembles fonctionnels nécessaires pour le pro- cédé moyennant de composants discrets ou intégrés. Revendications 1 Procédé pour maintenir constant le rendement -maximal et/ou minimal d'un chauffe-eau muni d'un brûleur à gaz avec un régulateur d'air-gaz combiné pneumatique, la consigne générée par un régulateur de température étant fonction d'un débit d'air produit par un ventilateur entraîné par un moteur à variation de vitesse, caractéri- sé par le fait qu'une pression de commande f (Pmax Peif) ou f (pm in peff) préréglée du régulateur combiné agit sur la vitesse de consigne maximale ou minimale nma X ou nj 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il y a action continue de la pression de comman- de. 3 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la vitesse de consigne maximale ou minimale n,=,, ou nji est augmentée ou réduite par intervalles, à partir d'une consigne initiale nmaxo ou n,_, en fonction de la différence de pression de commande Pnax Peff ou pen Peff jusqu'à ce que la vitesse de consigne N 00 S préréglée par le régulateur de température soit inférieure ou supér- ieure à la vitesse de consigne maximale ou minimale nmaxi ou nm,1 - 4 Procédé suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que l'échelonnement dans le temps se fait à des in- tervalles fixes. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que l'échelonnement dans le temps se fait à des intervalles en fonction d'événements, les intervalles étant terminés au moment o la pression de commande Pef et/ou la vitesse neff sont à peu près constantes. 6 Procédé suivant l'une des revendications 3 à 5, caracté- risé par le fait qu'au cas o la pression de commande Pefl serait supérieure ou inférieure ou à la pression-de com- mande maximale ou à la pression minimale P ax ou Pin, la vitesse de consigne maximale ou minimale nmax 2 ou nmin 2 est augmentée ou réduite en fonction de la différence en plus ou en moins suivant la relation -max 2 = neff f (Peff Pmax) ou OU nmin 2 = nefff (Peff Pmin). 7 Procédé suivant la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il y a arrêt du brûleur ( 2) si pendant un inter- valle minimal t 15 ou t 16, la pression de commande Peff est supérieure ou inférieure à la pression de commande maxi- male ou minimale Pax ou P Mi- 8 Procédé suivant la revendication 7, caractérisé par le fait qu'après l'arrêt du brûleur, il y a une pause t 17 ou tls. 9 Procédé suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que la pause de fonctionnement du brûleur est réglée à une valeur fixe et correspond, en cas de préparation d'eau chaude pour le chauffage, à un blocage du brûleur (par exemple t 17 = 5 minutes), tandis que, en cas de chauffage d'eau sanitaire, ce blocage est beaucoup plus court (par exemple t 18 = 5 secondes).