Brevet FR2818361A1 — publié le 20020621

INSTALLATION DE CHAUFFAGE La présente invention concerne une installation de chauffage comportant un générateur thermique pourvu d'au moins un organe de chauffage, d'une entrée connectée à une extrémité d'un circuit fermé de chauffage dans lequel circule un fluide caloporteur et comprenant au moins un appareil diffuseur de chaleur, et d'une sortie connectée à l'autre extrémité dudit circuit fermé de chauffage, cette installation comportant par ailleurs des moyens de contrôle et de réglage du générateur thermique en fonction d'une valeur de consigne de la température. Dans une installation de chauffage, le générateur thermique doit fonctionner en assurant un transfert de chaleur optimal, à la fois pour des raisons de confort et pour des raisons d'économie d'énergie quelle que soit la puissance qu'on lui demande de fournir. Ce générateur thermique doit adapter automatiquement la fourniture d'énergie thermique à l'évolution de sa charge thermique qui dépend de la demande variable du circuit, et en particulier des appareils diffuseurs de chaleur de ce circuit, par exemple des convecteurs thermiques. Il est connu que le coefficient de transfert de chaleur dans un générateur thermique est fortement dépendant de ses régimes de fonctionnement. L'échange thermique par convection a pour origine le mouvement turbulent du fluide caloporteur séjournant momentanément dans le générateur en contact avec une paroi chaude de l'organe de chauffage du générateur thermique. Au contact de cette paroi, il existe une couche laminaire qui oppose une résistance importante au passage de la chaleur, ce qui engendre des variations rapides de température et, par voie de conséquence, une modification du coefficient de transfert dans le fluide caloporteur. L'expérience montre que le transfert est influencé par la vitesse moyenne du fluide, sa masse volumique, sa chaleur spécifique, sa viscosité dynamique, sa conductivité thermique et par des paramètres constructifs tels que la section des conduits dans lesquels le fluide caloporteur circule à l'intérieur du générateur thermique. Il est pratiquement impossible de maintenir chacune des variables constantes en raison des inévitables interactions. De ce fait, plusieurs régimes peuvent apparaître si la régulation thermique est mal maîtrisée. Ces régimes, mentionnés ci-dessous par ordre de gravité, peuvent être notamment : - un sur-échauffement local du fluide caloporteur, - des perturbations thermiques brutales, - un dégazage du fluide si, par exemple, le fluide caloporteur utilisé est de l'eau, - une ébullition locale si la température est supérieure à celle de la saturation, - une ébullition nuclée si la température est inférieure à celle de la saturation, - une coalescence du fluide provoquant des bouchons, - un assèchement de la paroi de l'organe de chauffage, - une vaporisation pelliculaire formant un brouillard. Le coefficient de transfert, qui est un élément essentiel des échanges de chaleur par convection, est difficile ci appréhender et l'on doit se contenter de le remettre en cause au moment du calage de la modélisation physique par des mesures de température in situ. Il en résulte des difficultés pratiques qui font que le seul paramètre physique sur lequel on agit en lui imposant une valeur de consigne est la température d'ambiance. Ceci a pour conséquence une mauvaise gestion de l'énergie consommée et une gestion très approximative de la température d'ambiance qui ne tient pas compte de facteurs momentanés tels que l'apport en énergie thermique local du soleil, la présence humaine etc. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients en réalisant une installation de chauffage qui permet d'assurer un meilleur contrôle du déséquilibre thermique entre l'organe de chauffage du générateur thermique et le fluide caloporteur, du niveau énergétique de l'organe de chauffage, du transfert thermique résultant du régime de fonctionnement, de l'influence des perturbations thermiques brutales engendrées par une modification rapide de la charge thermique, de l'influence sur le fluide d'un sur-échauffement local et des performances de la régulation. Ce but est atteint par l'installation de chauffage selon l'invention telle que définie en préambule, caractérisée en ce qu'elle comprend un capteur de flux thermique comportant au moins un détecteur pourvu d'un élément sensible aux variations de flux thermique, ce capteur étant connecté entre ladite entrée et ladite sortie dudit générateur thermique et agencé pour fournir auxdits moyens de contrôle et de réglage du générateur thermique un signal correspondant auxdites variations de flux thermique. Par ce moyen on parvient à contrôler les évolutions de la charge thermique du générateur thermique par voie thermoftuxmétrique en mesurant les échanges de quantité de chaleur entre l'entrée et la sortie du fluide caloporteur de façon à anticiper toute évolution de température. Le signal correspondant aux variations de flux thermique fournit une information pertinente, en temps réel, de l'évolution de la charge thermique du générateur et ceci avec une inertie très faible. De façon avantageuse, le capteur de flux thermique peut comprendre deux détecteurs dont l'un est monté sur ladite entrée dudit générateur thermique et dont l'autre est monté sur ladite sortie de ce générateur thermique. Dans la forme de réalisation de l'installation dans laquelle ledit capteur de flux thermique comprend deux détecteurs comportant chacun un élément sensible aux variations de flux pris en sandwich entre une première masse thermiquement conductrice et une seconde masse thermiquement conductrice, pour l'un desdits détecteurs de flux thermique, ladite première masse thermiquement conductrice est en contact avec le fluide caloporteur qui circule à travers l'entrée dudit générateur thermique, et ladite seconde masse thermiquement conductrice est en contact avec un plot thermiquement isolant, monté sur cette entrée, et pour l'autre desdits détecteurs de flux thermique, ladite première masse thermiquement conductrice est en contact avec le fluide caloporteur qui circule à travers la sortie dudit générateur thermique et ladite seconde masse thermiquement conductrice est en contact avec un plot thermiquement isolant monté sur cette sortie. Dans une variante de réalisation de cette installation, les deux détecteurs de flux thermique peuvent être couplés par une masse thermiquement conductrice. De façon avantageuse, ladite masse thermiquement conductrice est couplée entre ladite seconde masse thermiquement conductrice de l'un desdits détecteur de flux thermique et ladite seconde masse thermiquement conductrice de l'autre desdits capteurs de flux thermique. En outre, ladite masse thermiquement conductrice est isolée de ladite entrée et de la sortie dudit générateur thermique par deux plots isolants. Dans une forme de réalisation de l'installation dans laquelle ledit capteur de flux thermique comprend un détecteur comportant un élément sensible aux variations de flux pris en sandwich entre une première masse thermiquement conductrice et une seconde masse thermiquement conductrice, ladite première masse thermiquement conductrice du détecteur est couplée à ladite entrée du générateur thermique par l'intermédiaire d'un élément thermiquement conducteur et ladite seconde masse thermiquement conductrice du détecteur est couplée à ladite sortie du générateur thermique par l'intermédiaire d'un élément fortement conducteur. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description de divers modes de réalisation et aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, dans lesquels : la figure 1 représente une vue schématique d'ensemble représentant l'installation de chauffage selon l'invention intégrée dans un circuit de chauffage, la figure 2 représente une vue de détail illustrant un premier mode de réalisation du capteur de flux thermique de l'installation de la figure 1, la figure 3 représente une première variante de la vue de détail de la figure 2, et la figure 4 représente une seconde variante de la vue de détail de la figure 2. En référence à la figure 1, l'installation de chauffage 10 représentée comprend principalement un générateur thermique 11, comportant par exemple deux organes de chauffage 12 logés à l'intérieur d'un corps 13, pourvu d'une entrée 14 et d'une sortie 15. L'entrée 14, dite entrée froide, est connectée à une extrémité d'un circuit formant le circuit extérieur 17 du fluide caloporteur qui circule dans le générateur thermique 11 formant le circuit intérieur. Ce circuit extérieur 17 correspond à l'ensemble des sorties d'appareils diffuseurs de chaleur 16, radiateurs ou convecteurs qui sont, par exemple, montés en parallèle sur ce circuit. La sortie 15, dite sortie chaude, est connectée à l'autre extrémité duclit circuit. Elle comprend en outre des moyens de contrôle et de commande 18 du générateur thermique 11, ces moyens étant connectés aux organes de chauffage 12, un élément thermométrique classique 19 du type thermocouple ou résistance à coefficient de température négatif, couramment appelé CTN ainsi qu'un dispositif de consigne 20, agencé pour définir le régime de fonctionnement optimal du générateur thermique 11. Cette liaison correspond à une boucle de régulation lente 9 et elle transmet l'information absolue de la température Le dispositif de consigne 20 est également raccordé auxdits moyens de contrôle et de commande 18 et définit le régime de fonctionnement optimal du générateur thermique 11. Un capteur de flux thermique 21 est monté entre l'entrée 14 et la sortie 15 du générateur thermique 11. Il est également connecté aux moyens de contrôle et de commande 18. Cette liaison constitue une boucle de régulation prioritaire 22 qui transmet une information différentielle correspondant aux variations du flux thermique. Le capteur de flux thermique 21, tel qu'illustré par la figure 2, comporte essentiellement deux détecteurs 30 du type non stationnaire qui sont respectivement montés, par l'intermédiaire de deux plots isolants 31 sur l'entrée froide 14 et la sortie chaude 15 du corps du générateur thermique 11. Chaque détecteur 30 comporte un élément 32 sensible aux variations de flux thermique, pris en sandwich entre une première masse thermiquement conductrice 33, et une seconde masse 34 également thermiquement conductrice. Ces composants sont disposés dans un boîtier 35, qui est de préférence logé dans un alésage ménagé dans les parois du conduit constituant respectivement l'entrée froide 14 et la sortie chaude 15 du générateur thermique 11, de façon que la première masse thermiquement conductrice 33 soit en contact avec le fluide circulant dans le conduit auquel il est fixé et que la seconde masse 34 soit en contact avec le plot isolant 31. Dans la première variante de réalisation telle qu'illustrée par la figure 3, les deux détecteurs 30 sont du type bilan thermique et sont couplés au moyen d'un shunt thermique constitué par une masse métallique thermiquement conductrice 36, disposée sur les deux plots isolants 31, et couplant les secondes masses thermiquement conductrices 34 des deux détecteurs. Dans la seconde variante de réalisation telle qu'illustrée par la figure 4, les deux détecteurs 30 sont remplacés par un détecteur unique 40, également du type bilan thermique et de concepticn identique à celle des détecteurs 30. Ce détecteur est respectivement solidaire de l'entrée froide 14 et de la sortie chaude 15 du générateur thermique par l'intermédiaire de deux éléments thermiquement conducteurs 45 et 46 fixés d'un part aux conduits respectifs et, d'autre part, respectivement à la première masse 43 thermiquement conductrice et à la seconde masse 44 thermiquement conductrice du détecteur 40. Dans cette forme de réalisation, le détecteur n'est pas en contact direct avec le fluide circulant dans lesdits conduits. Le dispositif selon l'invention est applicable au contrôle, en temps réel, de l'évolution de la charge thermique entre un circuit de fluide chaud et un circuit de fluide refroidi et circulant. Il peut être avantageusement utilisé pour : - la régulation d'un système thermique de chauffage avec circulation de fluide, - la régulation d'un système thermique refroidi avec circulation de fluide, - la régulation d'un système thermique tel que qu'un évaporateur avec circulation de fluide, - la régulation d'un système thermique du type pipe caloporteur. Lorsqu'il se produit, par exemple, une modification brutale de la charge thermique, le gradient de flux thermique différentiel peut être négatif, traduisant ainsi une demande énergétique non satisfaite. La régulation agit immédiatement sur la commande de puissance de la chaudière, anticipant la variation de température, contrairement à un dispositif thermométrique classique qui mesure la température du fluide mais qui délivre son information en fonction de l'énorme inertie du s, ystème fluide/résistances chauffantes/ échangeur. La température est un état, elle traduit le résultat du stockage et du déstockage des quantités de chaleur dans les capacités thermiques des systèmes, qui sont par nature importantes. La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation préférées décrites, mais peut subir différentes modifications ou variantes évidentes pour l'homme du métier. REVENDICATIONS 1. Installation de chauffage (10) comportant un générateur thermique pourvu d'au moins un organe de chauffage (12), d'une entrée connectée à une extrémité d'un circuit fermé de chauffage (17) dans lequel circule un fluide caloporteur et comprenant au moins un appareil diffuseur de chaleur (16), et d'une sortie connectée à l'autre extrémité dudit circuit fermé de chauffage, cette installation comportant par ailleurs des moyens de contrôle et de réglage du générateur thermique en fonction d'une valeur de consigne de la température, caractérisée en ce qu'elle comprend un capteur de flux thermique (21) comportant au moins détecteur (30, 40) pourvu d'un élément sensible aux variations de flux thermique, ce capteur étant connecté entre ladite entrée (14) et ladite sortie (15) dudit générateur thermique (11) et agencé pour fournir auxdits moyens de contrôle et de réglage (18) un signal correspondant auxdites variations de flux thermique. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le capteur de flux thermique (21) comprend deux détecteurs (30), dont l'un est monté sur ladite entrée (14) dudit générateur thermique (11) et dont l'autre est monté sur ladite sortie (15) de ce générateur thermique. 3. Installation selon la revendication 2, dans laquelle ledit capteur de flux thermique (21) comprend deux détecteurs (30) comportant chacun un élément sensible aux variations de flux (32) pris en sandwich entre une première masse thermiquement conductrice (33) et une seconde masse thermiquement conductrice (34), caractérisée en ce que pour l'un desdits détecteurs de flux thermique (30), ladite première masse thermiquement conductrice (33) est en contact avec le fluide caloporteur qui circule à travers l'entrée (14) dudit générateur thermique (11), et ladite seconde masse thermiquement conductrice (34) est en contact avec un plot thermiquement isolant (31), monté sur cette entrée, et en ce que pour l'autre desdits détecteurs de flux thermique (30) ladite première masse thermiquement conductrice (33) est en contact avec le fluide caloporteur qui circule à travers la sortie (15) dudit générateur thermique (11) et ladite seconde masse thermiquement conductrice (34) est en contact avec un plot thermiquement isolant (31) monté sur cette sortie. 4. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que deux détecteurs de flux thermique (30) sont couplés par une masse thermiquement conductrice (36). 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite masse thermiquement conductrice (36) est couplée entre ladite seconde masse thermiquement conductrice (34) de l'un desdits détecteur de flux thermique (30) et ladite seconde masse thermiquement conductrice (34) de l'autre desdits capteurs de flux thermique. 6. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite masse thermiquement conductrice (36) est isolée de ladite entrée (14) et de la sortie (15) dudit générateur thermique par deux plots isolants (31). 7. Installation selon la revendication 1, dans laquelle ledit capteur de flux thermique (21) comprend un détecteur (40) comportant un élément sensible aux variations de flux (42) pris en sandwich entre une première masse thermiquement conductrice (43) et une seconde masse thermiquement conductrice (44), caractérisée en ce que ladite première masse thermiquement conductrice (43) du détecteur est couplée à ladite entrée (14) du générateur thermique (11) par l'intermédiaire d'un élément thermiquement conducteur (45) et en ce que ladite seconde masse thermiquement conductrice (44) du détecteur est couplée à ladite sortie (15) du générateur thermique (11) par l'intermédiaire d'un élément fortement conducteur (46).