Brevet FR2874419A1 — publié le 20060224

DISPOSITIF DE CHAUFFAGE POUR UNE INSTALLATION DE CONDITIONNEMENT D'AIR D'UNE ENCEINTE L'invention concerne un dispositif de chauffage propre à être mis en oeuvre dans le 5 cadre d'une installation de conditionnement d'air d'une enceinte. De manière classique, un tel dispositif comporte une zone d'échange thermique au niveau de laquelle est acheminé, au moyen notamment d'un ventilateur, l'air de l'enceinte à chauffer, et contenant un ou plusieurs tubes de flamme permettant l'échange thermique avec cet air, afin d'amener ce dernier à la température souhaitée. Ce ou ces tubes de flamme sont chacun chauffés au moyen d'un brûleur, traditionnellement alimenté en gaz combustible par un injecteur, au niveau duquel le débit de gaz est régulé par voie électronique, de même que la richesse du mélange gaz/air. L'extrémité de ce ou de ces tubes de flamme, donc opposée au brûleur, comporte un ventilateur d'extraction des fumées, et notamment des gaz brûlés en direction de l'extérieur de l'enceinte, éventuellement après filtration. Afin d'améliorer le confort des utilisateurs et donc des occupants de l'enceinte, la température de ce chauffage, c'est-à-dire la température de l'air soufflé dans l'enceinte, dite également température de soufflage, doit être adaptée à la charge. Pour ce faire, avec les brûleurs à combustion atmosphérique du type de celui mis en oeuvre, on agissait à ce jour par une réduction nette du débit de gaz injectés sans modifier le débit de fumées extraites. Ce faisant, le rendement thermique n'était pas maintenu au niveau optimal en petite allure, et en outre, la température de soufflage ne variait pas de manière suffisamment progressive. En d'autres termes, avec les dispositifs de l'art antérieur, on influait indirectement sur la richesse du mélange par un palier unique entre les puissances minimale et maximale par un simple changement sur le débit de gaz. Le réglage de la richesse optimum ne pouvait être maintenu dans les deux états (petite et grande allures) car la puissance minimale était obtenue avec un excès d'air. En outre, l'écart entre la puissance maximale et la puissance minimale était limité. On aboutissait en effet à une valeur de puissance minimale correspondant sensiblement à 60 % de la puissance maximale, compte tenu du fait que les vannes de régulation deux étages ne permettent pas de descendre en dessous de 60%. Ce type de réglage n'est donc pas optimum, d'une part en terme d'adaptation de la puissance produite et de la température de soufflage par rapport au besoin, et d'autre part en terme de qualité du mélange air/gaz tout au long de la variation de puissance. De fait, l'invention propose un dispositif du type en question, dans lequel la vitesse du ventilateur d'extraction est fixe, en l'espèce correspondant à sa vitesse nominale ou maximale, et dans lequel on crée une perte de charge au sein du ou des tubes de flamme, par la mise en oeuvre d'un diaphragme au sein du des) tube(s) de flamme en amont dudit ventilateur, obturant de manière régulée ledit (lesdits) tube(s). Selon l'invention, le réglage de l'obturation du (des) tube(s) de flamme, et donc le réglage du débit d'air comburant est géré par un servomoteur, connecté à l'automate assurant également la gestion du mélange air/gaz au niveau de l'injecteur du brûleur. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif, à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une représentation schématique illustrant le fonctionnement général 20 du dispositif conforme à l'invention. La figure 2 est une représentation plus détaillée du fonctionnement effectif notamment du tube de flamme. Apparaît donc sur la figure 1, tout d'abord la zone (1) au niveau de laquelle s'effectue l'échange thermique entre l'air ambiant, c'est-à-dire l'air de l'enceinte à conditionner, acheminé au niveau de cette zone (1) par un ventilateur (2), et un tube de flamme (3), dont le chauffage est réalisé par un brûleur, dont on a représentée la torche par la référence (4). On observera, que si certes dans l'exemple décrit, le tube de flamme (3) mis en oeuvre est de forme courbe, il est bien évident qu'il peut adopter toute configuration, l'objectif étant d'optimiser au maximum l'échange thermique entre le tube de flamme (3) et l'air introduit dans la zone d'échange thermique (1). L'extrémité du tube de flamme (3) comporte un ventilateur d'extraction des fumées (5), et plus exactement des gaz brûlés résultant de la combustion du gaz injecté au niveau du brûleur (4). Ce ventilateur (5) fonctionne au moyen d'un moteur électrique (6). Dans le cadre de la présente invention, aucune autre intervention n'est possible au niveau du moteur (6) à l'exception de sa mise en marche ou de son arrêt. En d'autres termes, le moteur (6) tourne toujours à sa vitesse nominale. Celui-ci active donc le ventilateur d'extraction (5) permettant l'évacuation des gaz brûlés par une cheminée ou un conduit (7). On a représenté par la référence (8) l'injecteur du gaz combustible au niveau du brûleur. Le débit du gaz au niveau de cet injecteur est géré par deux vannes, respectivement une vanne (9) à commande dite PWM pour "Pulse Wave Modulation", et une vanne de sécurité (10). La vanne PWM (9) assure la modulation du débit de gaz injectés de manière proportionnelle au signal transmis par un automate programmable (13). En parallèle, le réglage du débit d'air comburant est commandé par l'automate programmable (13) assurant également la gestion du mélange air/gaz au niveau de l'injecteur du brûleur. Cette vanne PWM (9) est elle-même régulée par un organe EF49 (11), luimême sous la dépendance de l'automate programmable (13). Cet organe EF 49 (11) est en fait constitué par un circuit électronique intégré assurant l'interface de câblage entre l'automate programmable (13), l'alimentation électrique, mais également la vanne de gaz (9), un servomoteur (15), décrit plus en détail ultérieurement, ainsi que des organes de contrôle de pression et de température, du type pressostats et thermostats. Un tel organe comporte une mémoire de type EPROM, stockant un algorithme de contrôle du signal proportionnel de commande de la vanne PWM (9) en fonction de la puissance de chauffage demandée par l'automate (13). La vanne de sécurité (10) assure la fermeture de l'alimentation en gaz lorsque l'installation est à l'arrêt. Ce verrouillage est dit de sécurité, car de par la mise en oeuvre de deux vannes en série, on assure la redondance de l'isolation de l'injection du gaz à l'arrêt de l'installation. Cette vanne (10) est elle-même régulée par un boîtier de sécurité (12), également sous la dépendance de l'automate (13). Selon une caractéristique fondamentale de l'invention, est positionné au sein du tube de flamme (3), en amont du ventilateur d'extraction (5) par rapport au sens de progression des gaz brûlés, un diaphragme ou obturateur d'extraction (14), susceptible d'obturer en tout ou en partie et de manière continue (et non pas discrète) ledit tube. Ce faisant, il est possible de jouer sur la perte de charge au sein du tube de flamme par la mise en oeuvre d'un tel diaphragme. Celui-ci est de fait actionné par un servomoteur (15), lui aussi sous la dépendance de l'automate (13). Cette perte de charge inhérente au diaphragme induit une réduction du débit des fumées extraites. Ce faisant, elle permet d'adapter le débit desdites fumées, ou indirectement le débit d'air neuf agissant en tant que comburant au débit d'injection du gaz (carburant), et donc d'ajuster en permanence la richesse du mélange. En d'autres termes, le mélange idéal entre l'air comburant et le gaz combustible est dosé de manière idéale tout au long de la plage de variation de puissance, de telle sorte à obtenir le rendement optimal de l'installation, quelle que soit la demande en puissance thermique. Le réglage dynamique dudit mélange est obtenu au moyen d'une liaison électrique entre le servomoteur (15) et la vanne PWM (9) de réglage de débit de gaz. Ce faisant, le signal d'ouverture ou de fermeture de la vanne PWM (9) est dépendant uniquement de la position du servomoteur (15), elle-même commandée par l'automate programmable (13), le tout via l'organe EF49 (11). Les positions extrêmes du diaphragme ou obturateur (14) sont réglées de manière à avoir le maximum de fumées extraites en grande puissance et le minimum en petite puissance. L'installation comporte également deux pressostats, respectivement un pressostat gaz (16), situé entre la source d'alimentation (18) en gaz et les vannes de sécurité (10) et PWM (9), et un pressostat air (17) situé au voisinage du conduit (7) d'évacuation des gaz brûlés. Ce dernier est destiné à surveiller la pression desdits gaz brûlés à ce niveau, de telle sorte qu'elle soit toujours inférieure à la pression de l'air traité au sein de l'enceinte de chauffage (1), et ce, pour des raisons évidentes de sécurité. Le dispositif conforme à l'invention permet ainsi, par un moyen simple et économique, d'assurer une régulation proportionnelle de la puissance thermique envoyée dans l'enceinte à traiter, et ce de manière continue entre une valeur minimum et la puissance nominale maximum. Ce faisant, une bonne précision de contrôle de la température de soufflage peut être obtenue, susceptible ainsi de garantir un bon confort des personnes présentes dans l'enceinte. Le dispositif maintient tout au long de sa plage de régulation des conditions de combustion optimales, notamment sur le plan du rendement thermique. Ce dispositif est ainsi tout à fait adapté aux installations dénommées selon l'expression anglaise rooftop , c'est à dire constituées de modules positionnés sur le toit de l'enceinte à chauffer. REVENDICATIONS 1. Dispositif de chauffage pour une installation de conditionnement d'air d'une enceinte, comprenant une zone d'échange thermique (1) de l'air de l'enceinte à conditionner, dans lequel circule un ou plusieurs tubes de flamme (3) prolongeant chacun un brûleur (4) alimenté en gaz combustible, l'autre extrémité dudit (desdits) tube(s) de flamme (3) étant munie d'un ventilateur d'extraction (5) des gaz résultant de la combustion du gaz combustible, caractérisé en ce que la vitesse du ventilateur d'extraction (5) est fixe, et en ce que ledit (lesdits) tubes de flamme (3) est (sont) obturable(s) partiellement de manière régulée au moyen d'un diaphragme ou obturateur (14), de telle sorte à créer une perte de charge au sein du (des) tube(s) de flamme. 2. Dispositif de chauffage pour une installation de conditionnement d'air d'une enceinte selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réglage du débit d'air comburant au niveau de l'injecteur de gaz du brûleur est commandé par un automate programmable (13) assurant également la gestion du mélange air/gaz au niveau de l'injecteur du brûleur, et en ce que le diaphragme ou obturateur (14) est actionné par un servomoteur (15), placé également sous la dépendance de l'automate programmable (13). 3. Dispositif de chauffage pour une installation de conditionnement d'air d'une enceinte selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la puissance thermique transmise à l'air traité est variable de manière continue depuis une valeur minimum jusqu'à la puissance nominale maximum. 4. Dispositif de chauffage pour une installation de conditionnement d'air d'une enceinte selon la revendication 3, caractérisé en ce que la température de soufflage est contrôlée de manière très précise par ajustement de la perte de charge, elle- même inhérente au degré de fermeture ou d'obturation du(des) tube(s) de flamme.