Brevet FR2955923A1 — publié le 20110805

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [1] L'invention concerne un procédé de commande d'une chaudière et une chaudière pour la mise en oeuvre dudit procédé. [2] L'invention concerne plus particulièrement les chaudières « basse température ». ÉTAT DE LA TECHNIQUE [3] Une chaudière à gaz comporte typiquement un brûleur qui génère des fumées de combustion, un échangeur de chaleur pour échanger des calories entre les fumées de combustion et un fluide calorifique circulant dans le circuit de chauffage et un conduit d'évacuation des fumées froides. Les conduits d'évacuation sont des cheminées collectives ou individuelles permettant d'acheminer les fumées vers l'extérieur de l'habitation. Le tirage peut se faire de manière naturelle ou avec une ventilation contrôlée. [4] Pour des raisons écologiques et économiques, les nouvelles générations de chaudières présentent une puissance minimale réduite et une plage de modulation étendue. Ainsi, ces chaudières à grande modulation fonctionnent plus fréquemment en continu, ce qui permet de limiter le nombre d'enclenchement / désenclenchement et, par conséquent, d'augmenter la durée de vie des composants d'allumage et électronique. En outre, ces chaudières présentent un rendement accru en raison de l'amélioration du pouvoir calorifique compte tenu du rapport élevé entre le dimensionnement de l'échangeur de chaleur et la puissance minimale de la chaudière, de la diminution des pertes au démarrage compte tenu du faible nombre d'enclenchements et de la diminution des pertes de maintien en température grâce à la marche continue. Enfin, les fumées sont rejetées à des températures inférieures et présentent donc un impact écologique moindre. [005] Toutefois, lorsque ces chaudières fonctionnent à une faible puissance, les fumées de combustion refroidies qui sont évacuées présentent une température qui est proche de leur point de rosée. Aussi, au contact avec les parois des conduits d'évacuation, les fumées froides ont tendance à se condenser. Afin de remédier à ces inconvénients, il est connu d'équiper les conduits d'évacuation de dispositifs permettant de récupérer les condensats ou de dispositifs permettant de réduire la condensation dans le conduit d'évacuation, en le chauffant par exemple. Toutefois, ces dispositifs sont coûteux, quelquefois peu économe en énergie, et parfois difficiles à intégrer à des logements, en particulier lorsqu'il s'agit d'opérations de rénovation d'installation de chauffage. OBJET DE L'INVENTION [6] L'invention vise à remédier à ces problèmes en proposant un procédé de commande d'une chaudière permettant de résoudre le problème de condensation des fumées refroidies, dans les cheminées d'évacuation. [7] À cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose un procédé de commande d'une chaudière comportant un brûleur générant des fumées de combustion, un échangeur de chaleur pour transmettre des calories des fumées de combustion à un fluide de chauffage et un conduit pour évacuer les fumées refroidies. Selon l'invention, l'on compare une température Tf de fumées refroidies à une température de seuil Ts et l'on module la puissance instantanée du brûleur en fonction d'une température du fluide de chauffage Tr, d'une température de consigne Tc et de ladite comparaison ; la puissance instantanée du brûleur étant augmentée lors du passage de la température Tf en dessous de la température Ts pour Tr=Tc. [8] Ainsi, la puissance du brûleur est ajustée en fonction de la température des fumées refroidies de sorte que leur température reste suffisante pour qu'elles ne se condensent pas dans le conduit d'évacuation. [9] Dans un mode de réalisation, le procédé prévoit que, pour Tr=Tc, la puissance instantanée du brûleur est maintenue constante lorsque la température Tf est égale à la température Ts. [0010] Avantageusement, le procédé comporte une étape de mesure de la température Tf des fumées refroidies de sorte à réguler précisément la puissance du brûleur en fonction d'une température réelle mesurée des fumées. [0011] Dans un mode de réalisation, l'étape de modulation de la puissance instantanée comporte une phase de détermination d'une puissance de consigne Pc du brûleur en fonction d'une température du fluide de chauffage Tr et d'une température de consigne Tc et une phase de correction de la puissance de consigne Pc lorsque la température Tf est inférieure à la température seuil Ts. [0012] Dans un autre mode de réalisation, l'étape de modulation de la puissance instantanée comporte une phase de détermination de la puissance de consigne Pc du brûleur en fonction d'une température du fluide de chauffage Tr et d'une température de consigne Tc et une phase de correction de la température de consigne Tc lorsque la température Tf est inférieure à Ts. [0013] Avantageusement, le procédé comporte une étape de détermination de la température seuil Ts en fonction de la puissance du brûleur. Ainsi, le brûleur est commandé de manière plus précise puisqu'en pratique le débit de fumées refroidies dans la cheminée d'évacuation et donc la puissance du brûleur présente une influence importante sur la condensation des fumées. [0014] Avantageusement, l'on régule le débit de gaz et/ou d'air de combustion dans le brûleur afin de moduler la puissance du brûleur. [0015] Selon un second aspect, l'invention concerne une chaudière comportant un brûleur générant des fumées de combustion, un échangeur de chaleur pour transmettre des calories des fumées de combustion à un fluide de chauffage et un conduit pour évacuer les fumées refroidies, ladite chaudière comporte une unité de commande comprenant des moyens de comparaison d'une température de fumée Tf à une température de seuil Ts et des moyens pour moduler la puissance instantanée du brûleur en fonction d'une température du fluide de chauffage Tr, 3 d'une température de consigne Tc et de ladite comparaison agencés pour augmenter la puissance instantanée du brûleur lors du passage de la température Tf en dessous de la température Ts pour Tr=Tc. [0016] Avantageusement, la chaudière comporte un ou plusieurs capteurs de température permettant de mesurer la température Tf des fumées refroidies. [0017] De préférence, la chaudière comporte des moyens de calcul permettant de déterminer la température seuil Ts en fonction de la puissance instantanée du brûleur. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES [0018] D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente une chaudière équipée d'une unité de commande selon l'invention ; - la figure 2 représente un algorithme de modulation selon un premier mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 3 représente un algorithme de modulation selon un second mode de réalisation de l'invention. EXEMPLE DE RÉALISATION [0019] La chaudière représentée sur la figure 1 comporte un brûleur 1 générant des fumées de combustion, un échangeur de chaleur 2 et un conduit ou cheminée 5 pour évacuer les fumées refroidies 4. [0020] Le brûleur 1 est alimenté en air comburant par un premier conduit d'amenée 6 et en gaz combustible par un second conduit d'amenée 7. Chacun de ces conduits d'amenée 6, 7 débouche dans une chambre d'admission 8 disposée en amont d'une chambre de mélange 9. Le débit d'air au travers du conduit d'alimentation 1 en air est usuellement assuré par un ventilateur 12 alors que le gaz comburant est délivré sous pression. Afin d'assurer le fonctionnement optimal du brûleur, l'installation comporte un dispositif de régulation des débits de gaz, non représenté, permettant de réguler le débit de gaz comburant en fonction du débit d'air. Un tel dispositif est par exemple décrit dans les demandes de brevet français FR 2 775 782, FR 2 875 289 ou FR 2 921 461. [0021] La puissance instantanée du brûleur 1 est proportionnelle au débit des gaz. Ainsi, pour moduler la puissance du brûleur 1, on régule le débit de gaz. Pour augmenter la puissance instantanée du brûleur 1, l'on augmente les débits de gaz et pour diminuer la puissance du brûleur 1, l'on diminue les débits de gaz. Aussi, dans le mode de réalisation représenté, on module la puissance instantanée du brûleur 1 en régulant la vitesse du ventilateur 10. [0022] Par ailleurs, les fumées de combustion émises par le brûleur 3 passent au travers de l'échangeur de chaleur 2 dans lequel elles transmettent des calories au fluide de chauffage 3. Le fluide de chauffage 3, le plus souvent de l'eau, est mis en circulation, au moyen d'une pompe 13, dans un circuit de chauffage qui alimente des radiateurs ou un plancher chauffant, par exemple. [0023] À la sortie de l'échangeur 2, les fumées refroidies 4 sont dirigées vers un conduit ou cheminée d'évacuation 5. [0024] La chaudière comporte une unité de commande 11 comprenant des moyens électronique ou analogique de calcul et de comparaison et un algorithme de régulation, intégré. [0025] La chaudière comporte également un ou plusieurs capteurs 12 mesurant la température du fluide de chauffage 3 et connecté(s) à l'unité de commande 11. La chaudière comporte au moins un capteur de température 12 positionné en sortie de l'échangeur 2 et délivrant une température du fluide Tr et peut également comporter un capteur de température positionné à l'entrée de l'échangeur 2. [0026] En outre, selon l'invention, l'installation de chauffage est également équipée d'un ou de plusieurs capteurs 14 de température, permettant de mesurer une température Tf des fumées refroidies, connectés à ladite unité de commande 11. Ce(s) capteur(s) peuvent par exemple être disposés à l'entrée du conduit d'évacuation 5 ou à sa sortie. [0027] En fonctionnement, l'unité de commande 11 compare la température Tf de fumées refroidies 4 à une température de seuil Ts et module la puissance instantanée du brûleur 1, en faisant varier les débits de gaz, en fonction d'au moins une température du fluide de chauffage Tr, d'une température de consigne Tc et de la comparaison entre les températures Tf et Ts. [0028] Notons que, de manière classique, l'unité de commande 11 détermine la température de consigne Tc du fluide de chauffage en fonction de la température extérieure Text et/ou de la température d'ambiance Tamb dans le local à chauffer et de la température désirée dans le local à chauffer. [0029] Tant que la température des fumées refroidies Tf est supérieure à la température de seuil Ts, l'unité de commande 11 module la puissance du brûleur 1 de sorte que la température du fluide de chauffage Tr atteigne la température de consigne Tc. [0030] Toutefois, lorsque la température Tf des fumées refroidies devient inférieure à la température seuil Ts, pour laquelle le risque de condensation des fumées dans le conduit d'évacuation 5 devient réel, la puissance du brûleur 1 est augmentée afin d'éviter que les fumées refroidies ne se condensent. [0031] En particulier, lorsque la température du fluide de chauffage Tr a atteint la température de consigne Tc et que la température des fumées refroidies Tf passe en dessous de la température de seuil Ts, l'unité de commande 11 augmente alors la puissance instantanée de sorte à ce que la température Tf 6 des fumées refroidies redevienne égale ou légèrement supérieure à la température de seuil Ts. [0032] De même, lorsque la température du fluide de chauffage Tr est en dessous de la température de consigne Tc ou légèrement en dessus et que la température des fumées refroidies Tf passe en dessous de la température de seuil Ts, alors la puissance instantanée du brûleur 1 est également augmentée de manière suffisante pour que la température Tf des fumées refroidies redevienne égale ou légèrement supérieure à la température de seuil Ts. [0033] En raison de cette augmentation de puissance du brûleur 1 lié au maintien de la température des fumées refroidies au-dessus du seuil Ts, la température du fluide de chauffage Tr peut devenir nettement supérieure à la température de consigne Tc. Dans ce cas, on compare la différence relative Tr - Tc à une valeur K prédéterminée et l'on dés enclenche le brûleur 1 lorsque la différence Tr û Tc devient supérieure à la valeur K. [0034] Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, on pourra en outre prévoir que, lorsque la température Tf est égale à la température Ts, la puissance instantanée du brûleur 1 est maintenue constante ; lorsque la température du fluide de chauffage Tr a atteint la température de consigne Tc par exemple. [0035] Dans un mode de réalisation, la température seuil Ts est une constante. Toutefois, dans un mode de réalisation avantageux, afin de commander plus précisément la chaudière, la température seuil Ts est une variable qui est déterminée en fonction de la puissance du brûleur 1. La courbe de température de seuil Ts en fonction de la puissance du brûleur 1 est croissante. En effet, lorsque la puissance du brûleur 1 augmente, la quantité de fumée 4 dans la cheminée augmente de telle sorte que la température des fumées refroidies 4 circulant dans le conduit d'évacuation 5 peut se rapprocher du point de rosée des fumées sans pour autant que celles-ci se condensent. Au contraire, lorsque la puissance du brûleur 1 diminue, la quantité de fumée diminue et leur température diminue donc davantage lors de leur passage dans la cheminée d'évacuation 5. Ainsi, dans ce cas, la température des fumées refroidies 4 doit s'éloigner davantage du point de rosée des fumées afin d'éviter leur condensation dans le conduit d'évacuation 5. [0036] L'unité de commande 11 comporte donc des moyens de calcul permettant de déterminer la température seuil Ts en fonction de la puissance instantanée du brûleur 1. [0037] Les figures 2 et 3 illustrent, à titre d'exemples, des algorithmes simplifiés de modulation de la puissance instantanée du brûleur 1. [0038] Dans une première phase A de l'algorithme représenté sur la figure 2, l'on calcule une puissance de consigne Pc du brûleur 1 en fonction de la température de consigne Tc du fluide de chauffage et de la température réelle Tr du fluide de chauffage à l'entrée et/ou à la sortie de l'échangeur. [0039] Dans une seconde phase B, l'on compare la température des fumées Tf obtenue par le capteur 14 avec la température de seuil Ts. Lorsque la température Tf est supérieure ou égale à la température de seuil Ts, la puissance de consigne Pc déterminée lors de la phase A est directement transmise comme signal de commande au brûleur 2. Au contraire, lorsque la température Tf est inférieure à la température Ts, l'on procède à une phase de correction de la puissance de consigne Pc déterminée précédemment en phase A afin de déterminer une puissance de consigne corrigée Pc'. Cette phase de correction C est exécutée en fonction de la puissance de consigne Pc et de la température de fumée Tf. En pratique, la puissance de consigne corrigée Pc' est augmentée d'une grandeur suffisante pour que la température de fumée Tf redevienne supérieure ou égale à la température de seuil Ts. La puissance de consigne corrigée Pc est alors transmise comme signal de commande au brûleur 1. On note que, lorsque la puissance de consigne Pc déterminée en phase A est représentative d'un brûleur 1 éteint ou en veille, aucune correction n'est alors apportée à ladite puissance de consigne Pc. [0040] Dans une quatrième phase D, le signal de commande du brûleur 1, transmettant une puissance de consigne Pc ou une puissance de consigne corrigée Pc' selon les cas, est alors utilisée pour calculer la température de seuil Ts en fonction de la puissance de consigne Pc. Puis, la phase A est de nouveau exécutée. [0041] Par ailleurs, dans une première phase A de l'algorithme représenté sur la figure 3, l'on compare la température des fumées Tf obtenue par le capteur 14 avec la température de seuil Ts. [0042] Lorsque la température Tf est supérieure ou égale à la température de seuil Ts, l'on calcule alors, dans une phase C, une puissance de consigne Pc du brûleur 1 en fonction de la température de consigne Tc du fluide de chauffage et de la température réelle Tr du fluide de chauffage. [0043] Au contraire, lorsque la température Tf est inférieure à la température Ts, l'on procède à une phase de correction et d'augmentation de la température de consigne Tc. Cette phase de correction B est exécutée en fonction de la température de consigne initiale Tc et de la température de fumée Tf. Par la suite, la nouvelle température de consigne Tc' est utilisée pour calculer, dans une phase C', une puissance de consigne Pc' du brûleur 1 en fonction de la nouvelle température de consigne Tc' du fluide de chauffage et de la température réelle Tr du fluide de chauffage. [0044] La puissance de consigne, Pc ou Pc' selon les cas, est alors transmise comme signal de commande au brûleur 1 et utilisé dans une quatrième phase D pour calculer la température de seuil Ts en fonction de la puissance de consigne. [0045] L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l'invention sans pour autant sortir du cadre de l'invention. [0046] En particulier, l'on pourra utiliser des algorithmes de modulation de la puissance instantanée différents de ceux décrits ci-dessus sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'une chaudière comportant un brûleur (1) générant des fumées de combustion, un échangeur de chaleur (2) pour transmettre des calories des fumées de combustion à un fluide de chauffage (3) et un conduit (5) pour évacuer les fumées (4) refroidies, ledit procédé de commande étant caractérisé en ce que l'on compare une température Tf de fumées refroidies (4) à une température de seuil Ts et l'on module la puissance instantanée du brûleur (1) en fonction d'une température du fluide de chauffage Tr, d'une température de consigne Tc et de ladite comparaison ; la puissance instantanée du brûleur (1) étant augmentée lors du passage de la température Tf en dessous de la température Ts pour Tr=Tc. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour Tr=Tc, la puissance instantanée du brûleur (1) est maintenue constante lorsque la température Tf est égale à la température Ts. 3. Procédé de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de mesure de la température Tf des fumées refroidies (4). 4. Procédé de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape de modulation de la puissance instantanée comporte une phase de détermination d'une puissance de consigne Pc du brûleur (1) en fonction d'une température du fluide de chauffage Tr et d'une température de consigne Tc et une phase de correction de la puissance de consigne Pc lorsque la température Tf est inférieure à la température seuil Ts. 5. Procédé de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape de modulation de la puissance instantanée comporte une phase dedétermination de la puissance de consigne Pc du brûleur en fonction d'une température du fluide de chauffage Tr et d'une température de consigne Tc et une phase de correction de la température de consigne Tc lorsque la température Tf est inférieure à Ts. 6. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendication 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination de la température seuil Ts en fonction de la puissance du brûleur (1). 7. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on régule le débit de gaz et/ou d'air de combustion dans le brûleur (1) afin de moduler la puissance dudit brûleur (1). 8. Chaudière comportant un brûleur (1) générant des fumées de combustion, un échangeur de chaleur (2) pour transmettre des calories des fumées de combustion à un fluide de chauffage (3) et un conduit (5) pour évacuer les fumées (4) refroidies ladite chaudière étant caractérisée en ce qu'elle comporte une unité de commande (11) comporte des moyens de comparaison d'une température de fumée Tf à une température de seuil Ts et des moyens pour moduler la puissance instantanée du brûleur (1) en fonction d'une température du fluide de chauffage Tr, d'une température de consigne Tc et de ladite comparaison agencés pour augmenter la puissance instantanée du brûleur (1) lors du passage de la température Tf en dessous de la température Ts pour Tr=Tc. 9. Chaudière selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'elle comporte un ou plusieurs capteurs (14) de température permettant de mesurer la température Tf des fumées refroidies. 10. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de calcul permettant de déterminer la température seuil Ts en fonction de la puissance instantanée du brûleur (1).