Brevet FR2725010A1 — publié le 19960329

Dispositif de régulation pour chaudière La présente invention a trait à un dispositif de régulation pour une chaudière visant à économiser l'énergie. Le fonctionnement d'une chaudière domestique de chauffage central à gaz ou au mazout consomme une quantité d'énergie souvent excessive par rapport au besoin de chauffage de locaux pour assurer le confort des utilisateurs. Pour économiser le combustible sans amoindrir le confort des utilisateurs, il ne faut fournir à la chaudière que l'énergie nécessaire pour obtenir la température ambiante recherchée. Les causes de consommation inutile sont multiples si la régulation de la chaudière n'est pas liée étroitement à une mesure de la température ambiante. Par exemple, le chauffage peut être diminué durant certaines périodes en raison d'une augmentation passagère de la température extérieure, comme c'est le cas dans les saisons intermédiaires, printemps et automne. Une solution courante pour économiser l'énergie est l'utilisation d'un thermostat : celui-ci interrompt la demande d'énergie en interrompant l'alimentation du brûleur de la chaudière. L'action du thermostat est soumise aux indications d'une sonde mesurant la température ambiante des locaux, selon des techniques variées et connues. Cependant, la mise en fonctionnement du brûleur par le thermostat sollicite de manière trop fréquente et trop brutale la chaudière. I1 en résulte des variations de température importantes en raison notamment du temps de remontée de la température dans les locaux après remise en fonctionnement du brûleur. De plus, ces sollicitations "en dents de scie conduisent à une mauvaise utilisation du rendement de la chaudière et n'assurent pas un confort optimum des utilisateurs. La présente invention vise à remédier aux inconvénients de la technique antérieure, en fournissant un dispositif de régulation qui diminue la fréquence de mise en fonctionnement du brûleur tout en assurant le confort des utilisateurs. A cette fin, un dispositif de régulation pour une chaudière comprenant un brûleur et un thermostat, est caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de retard pour retarder d'une temporisation une activation du brûleur lorsqu'une température sélectionnée dans le thermostat est franchie par une température ambiante décroissante mesurée par le thermostat. Grâce au dispositif de régulation selon l'invention, le brûleur est mis en fonctionnement moins fréquemment que selon la technique antérieure. De préférence, le moyen de retard comprend un moyen pour sélectionner la temporisation. Ainsi, un utilisateur sélectionne la temporisation la plus adaptée à la chaudière à réguler et aux conditions de fonctionnement de cette dernière. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de régulation comprend en outre un capteur de température pour capter une température dans le circuit de chauffage de la chaudière et un moyen comparateur pour comparer la température captée avec une température de seuil afin d'inhiber le moyen de retard et activer le brûleur dès que la température captée est inférieure à la température de seuil et lorsque la température ambiante décroissante a franchi la température sélectionnée dans le thermostat. De préférence, la température captée est la température de retour d'eau à la chaudière dans le circuit de circulation d'eau de l'installation de chauffage. Le moyen comparateur comprend un moyen pour sélectionner la température de seuil qui permet à l'utilisateur de sélectionner la température de seuil en dessous de laquelle le dispositif de régulation est inhibé. Plus précisément, le dispositif de régulation comprend - un moyen temporisateur pour déclencher la temporisation après le franchissement de la température sélectionnée par la température ambiante décroissante afin de produire un signal de déverrouillage à l'expiration de la temporisation, - un moyen de verrouillage pour délivrer un signal de commande en réponse à l'un des signal de commande de déverrouillage et signal de comparaison, le signal de comparaison étant fourni par le moyen de comparaison lorsque la température captée est inférieure à la température de seuil, et - un moyen pour alimenter électriquement un moyen de commande du brûleur en réponse au signal de commande et tant la température ambiante est inférieure à la température sélectionnée par le thermostat. Le moyen temporisateur comprend - un moyen commandé par le thermostat pour appliquer une tension d'alimentation au moyen temporisateur tant que la température ambiante est inférieure à la température sélectionnée par le thermostat, - un moyen d'horloge pour délivrer des impulsions d'horloge ayant une période prédéterminée en réponse à la tension d'alimentation appliquée, et - un moyen pour compter les impulsions d'horloge afin de délivrer le signal de déverrouillage au moyen de verrouillage après que NI impulsions d'horloge ont été comptées, NI étant égal au rapport de la temporisation sur la période des impulsions d'horloge. Avantageusement, le moyen pour sélectionner la temporisation est un moyen pour sélectionner la période des impulsions d'horloge. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels - la figure 1 est un bloc-diagramme schématique du dispositif de régulation selon l'invention; et - la figure 2 est un bloc-diagramme détaillé du dispositif de régulation selon l'invention. En référence à la figure 1, un dispositif de régulation 1 pour une chaudière de chauffage équipe une chaudière d'une installation de chauffage central domestique classique. Une telle installation comprend un circuit de circulation d'eau pour alimenter des radiateurs en eau chaude, l'eau étant chauffée par la combustion de gaz ou de mazout par un brûleur 2. Le brûleur est commandé par un thermostat à contact 3, dit thermostat d'ambiance. Le thermostat 3 commande le brûleur 2 en "tout ou rien" en fonction de la fermeture et de l'ouverture du contact du thermostat 3; plus précisément, le thermostat connecte et déconnecte successivement le brûleur 2 à une source de tension non représentée, par exemple à 220 Volts, via deux lignes d'alimentation de brûleur LAB. Selon l'invention, le thermostat 3 est relié en sortie à des premières entrées El du dispositif de régulation 1. Le thermostat 3 est également relié à des entrées ER d'un circuit relais 13 inclus dans le dispositif 1 et décrit dans la suite, via les lignes d'alimentation LAB. A partir des premières entrées El, le dispositif de régulation 1 comprend un circuit temporisateur réglable 11, dont une sortie SCO est reliée à une entrée d'horloge CK d'un circuit de verrouillage 12 sous la forme d'une bascule maîtreesclave JK. Le circuit de verrouillage est relié par une première sortie SQ à une première entrée de commande EC du circuit relais 13 dont des sorties SR de lignes d'alimentation sont reliées au brûleur 2. Une sortie SQ du circuit de verrouillage 12 est reliée à une entrée EH3 du circuit temporisateur 11. Une seconde entrée E2 du dispositif de régulation 1 est reliée à une sortie d'un capteur de température 4, sous la forme d'une sonde placée dans le circuit de circulation d'eau, de préférence dans une conduite de retour d'eau de la chaudière. A partir de la seconde entrée E2, le dispositif 1 comprend un circuit comparateur 14 dont une sortie SCP est reliée à une entrée PR du circuit de verrouillage 12. Le circuit comparateur 14 compare une tension de sortie ST du capteur 4 avec un seuil de tension réglable. Le dispositif de régulation 1 est alimenté par une tension d'alimentation TA, par exemple de 5 V, fournie par une source d'alimentation non représentée. Le dispositif de régulation est réalisé sous la forme d'une carte électronique qui est installée sur une chaudière existante sans modification de cette dernière ou sur une chaudière au cours de sa fabrication. En référence à la figure 2, le circuit temporisateur réglable 11 comprend à partir des entrées El un premier relais bistable RL1 qui commande un premier contact C1. Le contact C1 reçoit sur une entrée EC1 la tension d'alimentation TA et est relié par une sortie SC1 aux éléments du circuit temporisateur 11 détaillés dans la suite, au circuit de verrouillage 12 et au circuit relais 13. La sortie SC1 du contact C1 est reliée à une entrée ERT d'un circuit de réglage manuel de temporisation RT. A partir de l'entrée ERT, le circuit de réglage RT comprend deux résistances en série R11 et R12 dont une borne commune est reliée à une première entrée EHl d'un circuit d'horloge H. L'autre borne de la résistance R12 est reliée à un commutateur manuel CM1 à une entrée et N sorties, N étant un entier par exemple égal à 3 selon l'exemple illustré à la figure 2. Les sorties du commutateur CM1 sont reliées à la terre via N condensateurs C1 à CN = C3. Une seconde entrée EH2 du circuit d'horloge H est reliée à la sortie SC1 du contact C1. Le circuit d'horloge H est relié par une sortie SH à une entrée d'horloge HF d'un diviseur de fréquence DF. Le diviseur de fréquence DF est alimenté par une entrée d'alimentation AF reliée à la sortie SC1 du contact C1. Une sortie SF du diviseur de fréquence DF est reliée à une entrée d'horloge HC d'un compteur CO qui est alimenté par la tension TA via une entrée d'alimentation AC reliée à la sortie SC1 du contact C1. Une sortie d'impulsion SCO du compteur Co est reliée à l'entrée d'horloge CK du circuit de verrouillage 12 qui est alimenté par la tension d'alimentation TA via une entrée d'alimentation AV reliée à la sortie SC1 du contact C1. L'entrée AV est également reliée à une borne de mise à "O" ("Clear") CLR et à des bornes d'entrée J et K du circuit de verrouillage. Les bornes J et K sont ainsi à l'état logique "1" et autorisent ainsi un basculement des états des sorties SQ et SQ à chaque front montant d'une impulsion d'horloge IP appliquée à l'entrée CK. La première sortie SQ du circuit de verrouillage 12 est reliée à l'entrée de commande EC du circuit relais 13 qui est alimenté par la tension d'alimentation TA via une entrée d'alimentation AR reliée à la sortie SCl du contact C1. La seconde sortie SQ est reliée à l'entrée EH3 du circuit d'horloge H. Les sorties SQ et SQ délivrent des signaux logiques Q et Q respectivement, qui sont complémentaires. Le circuit relais 13 comprend un transistor TR dont la base est reliée à l'entrée EC à travers une résistance R2 et dont le collecteur est relié a l'entrée d'alimentation AR à travers un relais bistable RL2 monté en parallèle avec une diode D2. La diode D2 est passante depuis le collecteur du transistor TR vers l'entrée AR. Le relais RL2 commande un contact double C2 dont les entrées ER sont reliées au thermostat 3 via les lignes d'alimentation de brûleur LAB et dont les sorties SR sont reliées au circuit de commande du brûleur 1. Le contact C2 est un contact d'alimentation électrique du circuit de commande du brûleur. A partir de l'entrée E2, le circuit comparateur 14 comprend un circuit de réglage manuel RS d'un seuil de fonctionnement du dispositif de régulation 1. Le circuit de réglage de seuil RS comprend une résistance R4 ayant une borne portée à la tension d'alimentation TA. L'autre borne de la résistance R4 est reliée à une entrée négative d'un comparateur de tension CP et à P résistances montées en parallele R21 à R2P, P étant un entier par exemple égal à 3. Les résistances R21 à R2P = R23 ont d'autres bornes reliées à la terre à travers P = 3 entrées respectives d'un commutateur manuel CM2 à P entrées et une sortie. Le comparateur CP est monté en Trigger de Schmitt et a une entrée positive reliée à l'entrée E2 à travers une résistance R3. La sortie SCP du comparateur CP est reliée à l'entrée de mise à un PR ("Preset") du circuit de verrouillage 12. En variante, les circuits de réglage de temporisation RT et de seuil RS sont des potentiomètres qui permettent des réglages continus de la temporisation et du seuil décrits dans la suite. Lorsque le contact du thermostat 3 est ouvert, c'est-à-dire tant que la température sélectionnée au thermostat est supérieure à la température ambiante, le relais RL1 impose l'ouverture du contact C1 et le dispositif de régulation 1 n'est pas alimenté. Les signaux de sortie Q et Q aux sorties SQ et SQ sont å l'état "0". Le relais RL2 et au repos et maintient l'ouverture du contact C2 et ainsi le brûleur ne fonctionne pas. Lorsque la température ambiante est décroissante le franchissement de la température sélectionnée par la température ambiante entraîne la fermeture du contact du thermostat 3. Le relais RL1 est alors activé pour fermer le contact C1 qui alimente le dispositif de régulation 1 par la tension TA. L'horloge H applique alors un signal d'horloge TI au diviseur de fréquence DI. Le signal TI est un train d'impulsions dont la période dépend de la position du commutateur CM1 sélectionnant l'un des N condensateurs C1 à CN = C3 ayant des valeurs capacitives différentes entre eux. A titre d'exemple, lorsque le commutateur relie le circuit de réglage RT à la terre via le condensateur C1 la durée des impulsions est de 2 secondes; lorsque le condensateur C2 est sélectionné par le commutateur CM1, la durée des impulsions est de 4 secondes; enfin lorsque le condensateur C3 est sélectionné par le commutateur CM1, la durée des impulsions est de 8 secondes. Le diviseur de fréquence DF divise la fréquence du signal TI typiquement par quatre et applique ainsi au compteur CO des impulsions de fréquence divisée TD dont la période T est 8, 16 ou 24 secondes en fonction de la position du commutateur CM1. Le compteur CO ayant été mis à zéro par une entrée RZ lors de la fermeture du contact C1, compte les impulsions TD modulo NI, où NI est un entier typiquement égal à 30. Lorsque le compte du compteur CO atteint NI, le compteur CO applique à l'entrée d'horloge CK du circuit de verrouillage 12 une impulsion d'horloge positive IP retardée d'une durée At = T.NI, soit 4, 8 ou 12 minutes en fonction de la position du commutateur CMl. La durée At est sélectionnée par l'utilisateur grâce au commutateur manuel CMî. La durée At est la temporisation sélectionnée parmi trois valeurs dans l'exemple décrit, ou dans une plage de variation continue lorsque le circuit RT est remplacé par un potentiomètre. Préalablement, le signal de sortie Q en sortie SQ du circuit de verrouillage 12 est maintenu à "0" en réponse à la mise sous tension par la fermeture du contact C1 qui est également relié à l'entrée de mise à "0" CLR du circuit 12. L'impulsion IP après la temporisation At déverrouille le circuit 12 afin que le signal Q passe de l'état logique "0" à l'état logique "1". Le transistor TR passe de l'état bloqué à l'état passant et active le relais RL2. Le relais RL2 commande alors la fermeture du contact C2. Le circuit de commande du brûleur 2 est ainsi alimenté et le brûleur est activé. Simultanément, le circuit 12 applique le signal Q à l'entrée EH3 de l'horloge H. Le signal Q, complémentaire du signal Q, passe de l'état logique "1" à l'état logique "0" ce qui inhibe l'horloge H qui en conséquence n'applique plus le signal d'horloge TI au diviseur de fréquence DF. Les impulsions TD ne sont plus appliquées au compteur CO, et le compte de celui-ci est ainsi bloqué à NI. Le circuit d'horloge de verrouillage 12 demeure ainsi dans le même état tant que la température ambiante n'est pas redevenue supérieure à la température sélectionnée au thermostat 3, c'est-à-dire tant que le contact du thermostat 3 demeure fermé. Lorsque le contact du thermostat 3 est ouvert a nouveau, le relais RL1 est désactivé et ouvre le contact C1. Le dispositif de régulation 1 n'est plus alimenté. Les entrées J et K du circuit 12 ne sont plus alimentées et le circuit 12 délivre alors un signal Q à l'état logique "0". Le transistor TR passe de l'état passant à l'état bloqué et le relais RL2 est remis au repos pour ouvrir le contact C2. Le brûleur n'est plus alimenté et s'éteint. Ainsi la combinaison des circuits temporisateur 11, de verrouillage 12 et de relais 13 retarde l'activation du brûleur 2 commandée par le thermostat 3, la temporisation de retard At étant sélectionnée par l'utilisateur grâce au commutateur CM1. La désactivation du brûleur 2 commandée par le thermostat 3 est réalisée sans retard. Le capteur de température 4 capte la température de retour de l'eau à la chaudière dans le circuit de circulation d'eau. Le capteur 4 applique à l'entrée positive du comparateur CP un signal de température ST dont la tension est proportionnelle à la température captée. L'utilisateur sélectionne l'une des P positions du commutateur CM2. L'une des résistances R21 a R23, dont les valeurs sont différentes entr'elles, est ainsi mise en série avec la résistance R4 entre la tension d'alimentation TA et la terre. Une tension de seuil TS est appliquée à l'entrée négative du comparateur CP par la borne commune à la résistance R4 et à la résistance sélectionnée R21 à R2P. La tension de seuil TS dépend de la position sélectionnée du commutateur CM2 et peut prendre P=3 valeurs discrètes correspondant à trois valeurs de température de seuil différentes entr'elles, par exemple 500C, 60CO et 700. Le comparateur CP compare les tensions TS et ST et compare ainsi la température mesurée à la température de seuil sélectionnée. Lorsque la tension du signal de température ST est supérieure à la tension de seuil TS, le comparateur délivre en sortie un signal de comparaison SC ayant l'état logique "1". Le signal de comparaison SC est appliqué à l'entrée PR du circuit de verrouillage 12. Lorsque l'état logique du signal SC vaut "1", le circuit de verrouillage 12 fonctionne comme décrit précédemment. Si la température captée par le capteur 4 diminue, la tension du signal ST diminue jusqu'a devenir inférieure à la tension de seuil TS sélectionné par le commutateur CM2. Le signal de comparaison SC passe alors à l'état logique "O". Le signal SC impose alors au circuit de verrouillage 12 de délivrer le signal Q à l'état logique "1", quel que soit l'état de l'entrée d'horloge CK, le compteur CO délivrant ou non une impulsion IP à l'entrée CK. Le signal Q à l'état logique "1" entrain la fermeture du contact C2 et l'activation du brûleur 2 soit dès que le contact du thermostat 3 se ferme, soit immédiatement si le contact du thermostat est déjà fermé pendant le comptage d'impulsions du signal TD par le compteur CO. En d'autres termes, si la température mesurée par le capteur 4 est inférieure à la température de seuil sélectionnée par l'utilisateur, les circuits de temporisation 11, de verrouillage 12 et de relais 13 ne retardent pas la mise en fonctionnement du brûleur 2 commandée par le thermostat 3. Le circuit 14 inhibe le dispositif de régulation 1 qui devient "transparent" entre le thermostat 3 et le brûleur 2. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de régulation (1) pour une chaudière comprenant un brûleur (2) et un thermostat (3), caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de retard (11, 12, 13) pour retarder d'une temporisation (dut) une activation du brûleur (2) lorsqu'une température sélectionnée dans le thermostat (3) est franchie par une température ambiante décroissante mesurée par le thermostat. 2 - Dispositif de régulation conforme a la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de retard (11, 12, 13) comprend un moyen (RT) pour sélectionner la temporisation (au). 3 - Dispositif de régulation conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un capteur de température (4) pour capter une température (ST) dans le circuit de chauffage de la chaudière et un moyen comparateur (14) pour comparer la température captée (ST) avec une température de seuil (TS) afin d'inhiber le moyen de retard (11, 12, 13) et activer le brûleur (2) dès que la température captée (ST) est inférieure à la température de seuil (TS) et lorsque la température ambiante décroissante a franchi la température sélectionnée dans le thermostat. 4 - Dispositif de régulation conforme aux revendications 1 et 3, caractérisé en ce qu'il comprend - un moyen temporisateur (11) pour déclencher la temporisation (At) après le franchissement de la température sélectionnée par la température ambiante décroissante afin de produire un signal de déverrouillage (IP) à l'expiration de la temporisation (au), - un moyen de verrouillage (12) pour délivrer un signal de commande (Q) en réponse à l'un des signal de commande de déverrouillage (IP) et signal de comparaison (SC), le signal de comparaison étant fourni par le moyen de comparaison (14) lorsque la température captée (ST) est inférieure à la température de seuil (TS), et - un moyen (13) pour alimenter électriquement (C2) un moyen de commande du brûleur (2) en réponse au signal de commande (Q) et tant que la température ambiante est inférieure à la température sélectionnée par le thermostat (3). 5 - Dispositif de régulation conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen temporisateur (11) comprend - un moyen (RL1, C1) commandé par le thermostat (3) pour appliquer une tension d'alimentation (TA) au moyen temporisateur (11) tant que la température ambiante est inférieure à la température sélectionnée par le thermostat (3), - un moyen d'horloge (H,DF) pour délivrer des impulsions d'horloge (TD) ayant une période prédéterminée (T) en réponse à la tension d'alimentation appliquée (TA), et - un moyen (C0) pour compter les impulsions d'horloge (TD) afin de délivrer le signal de déverrouillage (IP) au moyen de verrouillage (12) après que NI impulsions d'horloge ont été comptées, NI étant égal au rapport de la temporisation (dut) sur la période (T) des impulsions d'horloge (TD). 6 - Dispositif de régulation conforme aux revendications 2 et 5, caractérisé en ce le moyen (RT) pour sélectionner la temporisation (#t) est un moyen (CM1) pour sélectionner la période (T) des impulsions d'horloge (TD). 7 - Dispositif de régulation conforme & l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le moyen comparateur (14) comprend un moyen (RS) pour sélectionner la température de seuil (TS).