Brevet FR3091575A1 — publié le 20200710

Description Titre de l'invention : Système de contrôle de pression dans un circuit hydraulique de chauffage [0001] La présente invention s'applique au domaine du chauffage et concerne plus particu- lièrement une installation produisant de la chaleur dans un local an moyen d'un fluide caloporteur, en général de l'eau, transitant par un circuit et passant par des émetteurs de chaleur de type radiateurs ou convecteurs. L'énergie calorifique est initialement produite dans un dispositif prévu à cet effet, par exemple une chaudière, puis est communiquée au fluide caloporteur qui véhicule l'énergie thermique à l'intérieur de l'espace du local, par l'intermédiaire des dispositifs émetteurs aptes à la distribuer par émission dans l'atmosphère, réchauffant ainsi les pièces dans l'habitation. [0002] Dans de telles installations, l'une des problématiques bien connues réside dans la variation du volume d'eau en fonction de la température : l'eau injectée dans le circuit, qui est en principe un circuit fermé, subit en effet des variations de volume qui dépendent des fluctuations de température du fluide caloporteur. Ainsi, à titre d'exemple, pour un circuit dont la contenance en eau est de l'ordre de 40001, le volume occupé par l'eau peut augmenter d'environ 140 1 entre une température basse de 10° C - qui est approximativement celle de l'eau fournie par le réseau - et une température haute de 90° C, température atteinte après chauffage du liquide par la chaudière. [0003] C'est en raison de ce problème d'expansion volumique que la présence des vases d'expansion dans ces circuits est nécessaire : ils servent tout d'abord et principalement à compenser dynamiquement les changements de volume instantanés que subit la niasse d'eau au cours du fonctionnement à des températures très différentes. La seconde fonction de ces vases d'expansion, qui s'exerce complémentairement à la première mais de manière plus statique, est de maintenir la pression dans l'installation quand celle-ci est complètement refroidie. Dans cette hypothèse, la pression existant dans le vase d'expansion, qui est aussi celle que ce dernier exerce dans le circuit de chauffage, a pour objectif d'empêcher une dépression dans l'installation, laquelle peut favoriser la pénétration d'air, source ensuite de corrosion dans l'installation. [0004] La corrosion dans les systèmes de chauffage en raison de l'entrée d'oxygène dans l'eau du circuit, principalement lors des phases de contraction du liquide dues aux diminutions de température, est un problème récurrent et pénalisant qui peut potentiellement affecter la fiabilité des circuits de chauffage, et diminuer la durée de vie de leurs composants. Les vases d'expansion sont la réponse traditionnelle à ce problème, puisqu'ils limitent en pratique les entrées d'oxygène lorsqu'ils fonctionnement cor- 2 rectement, ce qui implique cependant que la pression gazeuse, d'air ou d'azote, soit maintenue à un niveau adéquat dans le vase. [0005] TI s'ensuit que si l'entretien des vases d'expansion n'est pas correctement assuré, par apport régulier de gaz, ou si la membrane est défaillante, la pression gazeuse peut vite se révéler insuffisante puisqu'elle a naturellement tendance à baisser. In fine, elle revient à la pression atmosphérique et le vase d'expansion, qui se remplit de l'eau du circuit, ne peut plus jouer son rôle de régulateur/compensateur de pression dans le circuit de chauffage. [0006] Le contrôle du fonctionnement d'un tel composant apparaît donc primordial dans une double perspective, d'une part la bonne marche d'un système de chauffage, nécessitant un suivi qui devrait être permanent, et d'autre part la pérennité des composants du système, garante de la fiabilité de l'ensemble. Il semble donc intéressant de mettre en place un environnement technique propre à permettre la surveillance de l'installation au travers de ce composant. [0007] C'est l'objectif de la présente invention qui propose, en réponse aux problématique évoquées auparavant, un système de contrôle de pression dans un circuit hydraulique de chauffage comportant classiquement des émetteurs chauffant alimentés en eau chaude par une chaudière, ledit circuit étant doté d'au moins un vase d'expansion comportant, dans une enveloppe fermée, un volume de gaz et un volume d'eau relié au circuit hydraulique et séparés par une membrane. Ce système de contrôle est tel, selon l'invention, que le vase d'expansion est équipé de premiers moyens de mesure de la pression dans le volume de gaz, reliés à une unité de traitement apte à gérer les valeurs de pression mesurées. [0008] L'invention rend donc possible une gestion dynamique et intelligente d'un système complet de chauffage hydraulique, le cas échéant en temps réel, et permet aussi l'évaluation du bon fonctionnement de l'ensemble, voire du risque de détérioration de certaines parties de l'installation. L'unité de traitement peut comporter des algorithmes de diagnostic alimentés par les valeurs mesurées du paramètre contrôlé, et évaluer les conséquences potentiellement induites, dans certains intervalles de valeurs, par comparaison avec des valeurs considérées comme admissibles. En pratique, il sera possible de contrôler la pression de gonflage de la membrane du vase d'expansion, et d'optimiser ainsi le remplissage en liquide du circuit. Les mesures de pression que permet l'invention ont aussi une fonction très pratique : elles permettent de vérifier le bon dimensionnement du vase d'expansion par rapport à l'installation, et de l'optimiser si besoin est. [0009] Selon une configuration possible, le circuit hydraulique de chauffage peut comporter au moins des seconds moyens de mesure de la pression dans ledit circuit, également reliés à l'unité de traitement, laquelle est apte à traiter les valeurs issues desdits 3 seconds moyens de mesure de la pression en lien avec les valeurs mesurées par les premiers moyens de mesure. [0010] De préférence, ces premier et second moyens de mesure de la pression sont des capteurs de pression, dont le couplage dans l'installation de chauffage permet d'affiner les possibilités de diagnostic notamment relativement aux pertes de pression possibles. Ainsi, le traitement d'informations combinées en provenance de moyens de mesure de la pression localisés en des emplacements distincts de l'installation permet un temps de réaction plus rapide aux pertes de pression et dès lors d'éviter des remplissages intempestifs sur le long terme. [0011] A ces effets, le système de contrôle de l'invention comporte des moyens de com- paraison des valeurs mesurées avec des valeurs seuils mémorisées dans dès moyens de stockage de données dans l'unité de traitement et, en cas de franchissement d'un au moins desdits seuils, des moyens de transmission de messages d'alerte à destination de dispositifs de mise en connaissance des messages d'alerte. La détection de problèmes potentiels liés à dès valeurs mesurées par exemple insuffisantes suppose en effet ensuite, pour être efficace et/ou suivie d'action(s) de correction, l'existence d'un système d'alerte. [0012] Selon une configuration possible, le dispositif de mise en connaissance peut consister en des moyens d'affichage, lesquels sont dans la plupart des cas conçus sous forme d'un écran d'affichage, même si des moyens sonores ou auditifs sont toujours possibles selon le dimensionnement de l'installation de chauffage et l'urgence à agir qui peut en résulter. [0013] Par ailleurs, les moyens de transmission étant de préférence sans fil, les écrans d'affichage peuvent notamment être ceux de terminaux de type smartphones, tablettes informatiques, ordinateurs ou équivalent. Notamment dans le cas de smartphones, des applications dédiées de traitement des données en provenance des moyens de mesure peuvent être adaptées à fournir des résultats au moins de base pour aider à la compréhension des problèmes éventuellement détectés. [0014] L'invention concerne aussi un procédé de contrôle de pression dans un circuit hy- draulique de chauffage selon le système décrit ci-dessus, comportant des dispositifs émetteurs, une chaudière d'alimentation en eau chaude desdits émetteurs et au moins un vase d'expansion, ledit procédé comportant à titre essentiel les étapes suivantes : [0015] - transmission à intervalles temporels réguliers par chaque moyen de mesure de pression d'une valeur de pression mesurée ; [0016] - comparaison de chaque valeur transmise à un seuil correspondant mémorisé par l'unité de traitement ; [0017] - si un seuil est franchi, envoi d'une alerte à un dispositif de mise en connaissance de messages d'alertes. [0018] La chaîne opérationnelle dont il a été fait état auparavant se retrouve bien en l'occurrence : dès qu'une mesure de pression suspecte, c'est-à-dire susceptible de révéler un fonctionnement non conforme ou un dysfonctionnement du système est faite, un avertissement est envoyé. Le système est donc surveillé en permanence, et il est corrigé en cas de besoin par une action appropriée réalisée dans les meilleurs délais après qu'une alerte ait été donnée. [0019] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, qui se rapporte à un exemple de réalisation donné à titre indicatif et non limitatif. [0020] Cet exemple particulier de configuration est notamment décrit en référence à l'unique figure 1 jointe, qui montre les phases de fonctionnement d'un vase d'expansion représenté schématiquement et qui est tel que ceux qui peuvent être utilisés dans le cadre de la présente invention. [0021] En référence à cette figure 1, le vase d'expansion 1, connu en soi et utilisé à l'appui du système de contrôle de comporte dans une enveloppe 7 solide et étanche, une membrane 2 interposée entre un volume 3 du vase 1 relié au circuit hydraulique de chauffage (non représenté) en un port 5 de passage de liquide, et un volume 4 rempli de gaz, comportant également un port 6 permettant de modifier la pression de gaz dans le volume 4, par exemple via une valve de gonflage. Ces volumes 3,4 sont par essence variables, pour que le vase d'expansion 1 puisse remplir son double rôle, la membrane 2 qui les délimite pouvant à cet égard adopter une forme variable selon les pressions existant dans les volumes 3, 4 de part et d'autre de la membrane 2, comme montré en figure 1. [0022] On rappelle que la double fonction dont il a été fait état auparavant concerne d'une part la compensation des variations de volume que subit la masse d'eau dont une fraction remplit le volume 3, variations qui sont fonction de la température de l'eau, et d'autre part le maintien de la pression dans l'installation de chauffage lorsque l'eau est complètement refroidie. C'est ce qui est illustré dans les trois schémas du vase d'expansion 1 apparaissant dans l'unique figure. [0023] Dans la représentation sur la gauche de la figure 1, avant connexion au circuit de chauffage et gonflage par des moyens externes de mise en pression, la membrane 2 est représentée en position sensiblement médiane, la pression étant alors du même ordre (par exemple la pression atmosphérique) de chaque côté de ladite membrane 2. Cette représentation, hors mise en fonctionnement dans le circuit, est destinée à illustrer la structure d'un tel vase 1. [0024] La représentation en partie médiane de la figure fait apparaître la membrane 2 collée à la paroi du vase 1 dans ce qui était le volume 3 dans l'état de la figure précédente. Elle illustre un second état dans lequel une surpression est apportée côté gazeux, donc dans le volume 4. Cela s'effectue par exemple par gonflage au travers de la valve 6. Dans ce cas, qui survient par exemple lorsque le liquide de chauffage a refroidi et que son volume s'est contracté, une pression prédéterminée est maintenue dans la totalité du circuit hydraulique. Le but final, qui est d'empêcher la pénétration d'air que peut par exemple induire l'existence d'une dépression dans le circuit, est atteint puisque la valeur de pression appliquée correspond à la pression dans le circuit. [0025] Dans la représentation la plus à droite, la pression est restée sensiblement la même que dans la précédente, mais le liquide de chauffage est monté en température et a par conséquent subi une expansion. Le volume 3 « utile » est donc par exemple revenu à une valeur du même ordre que celle qui apparaît dans la figure de gauche, mais avec un autre équilibrage des valeurs de pression. [0026] En substance, la pression d'eau sur tous les systèmes de chauffage est contrôlée avec des moyens de type manomètre, qui sont reliés à un système de traitement des informations collectées dans le circuit. Cette configuration ouvre la possibilité de la mise en oeuvre d'une alerte lorsque le niveau de pression est insuffisant, à l'adresse des utilisateurs/opérateurs des installations de chauffage. [0027] Le système permet également le contrôle, de manière sinon continue du moins régulière, des fluctuations de la pression d'eau dans l'installation, toujours via les moyens de mesure de pression de type manomètre, dans le but d'informer l'utilisateur en cas de variations trop importantes. Une telle information a pour point de départ un contrôle de la pression de gonflage du vase d'expansion. La gestion du bon fonctionnement de l'installation s'effectue de fait notamment par mesure de cette donnée clé que constitue la pression dans un vase d'expansion, le cas échéant associée à une ou plusieurs autres mesures faites ailleurs dans le circuit hydraulique de chauffage. [0028] La mesure initiale est associée, dans le cadre de l'invention, à un système de contrôle qui confère une forme d'intelligence à l'installation de chauffage dans la mesure où le traitement ultérieur par l'unité de traitement permet d'établir des diagnostics quasi immédiats et, par conséquent, de traiter les problèmes éventuels dès leur survenue. Le couplage de ces possibilités avec les instruments actuels du quotidien, par exemple les smartphones équipés d'applications dédiées multi-usages, permet une gestion fine des installations à différents niveaux d'expertise : des simples utilisateurs à qui l'existence d'un problème est signalé aux installateurs/réparateurs qui peuvent comprendre où se situe ledit problème, voire disposent d'analyses automatisées des informations qui orientent vers des pannes précises et des actions à entreprendre. [0029] Il est à noter qu'en combinaison avec les possibilités de mesure et par conséquent d'alerte qui résultent de l'invention, lesquelles ont pour objectif de faire baisser, sans forcément les supprimer totalement, l'occurrence de problèmes de corrosion, ceux qui surviennent encore peuvent être traités par la mise en place de filtres magnétiques. 6 [0030] L'exemple très schématique illustré par la figure ne peut être considéré comme exhaustif de l'invention, qui englobe au contraire les variantes de forme et de conception et doit être comprise dans la perspective d'un système plus vaste de contrôle de pression dans un circuit de chauffage classique. 7