BE1000575A4

BE1000575A4 - Systeme de regulation de temperature d'eau chaude pour des chaudieres a gaz murales a melange instantane.

Info

Publication number: BE1000575A4
Application number: BE8700579A
Authority: BE
Inventors: Biagini Giuliano; Bartolozzi Roberto
Original assignee: Nuovo Pignone Spa
Priority date: 1986-05-23
Filing date: 1987-05-22
Publication date: 1989-02-07
Also published as: CA1274006A; ATA131787A; GB2190990B; FR2599162B1; US4709854A; LU86893A1; NL8701234A; ES2006490A6; FR2599162A1; IT1188694B; IT8620544A0; GB8711660D0; DE3716798A1; GB2190990A; IT8620544A1

Abstract

Dans ce système la valeur de la température détectée par un capteur (21) inséré à la sortie du circuit secondaire (14) de l'échangeur de chaleur est comparée avec une valeur de référence et la valeur de différence est appliquée à l'entrée d'un amplificateur (24) dont la sortie est appliquée a une (25) des entrées d'un sélecteur (26) de puissance minimale à l'autre entrée duquel est envoyée la valeur de différence entre la température de l'eau du système de chauffage et la température de référence maximale tolérable. La sortie du sélecteur commande alors la valve (3) de modulation de débit de gaz ainsi que la valve (2) de commande tout ou rien par une comparaison avec un signal proportionnel à la puissance thermique minimale fournie par la chaudière.

Description


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  DESCRIPTION 
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 SYSTEME DE REGULATION DE TEMPERATURE D'EAU CHAUDE POUR DES CHAUDIERBS A GAZ MURALES A MELANGE INSTANTANE 
La prdsente invention concerne un système pour la régulation de la température de l'eau chaude dans une chaudière à gaz murale à   melange   instantané comportant deux échangeurs de chaleur.

   Ca système non seulement sert maintenir en permanence la tempErature ä un niveau constant, celui de la valeur de référence préétablie, quelle que soit la quantité d'eau chaude consommée par l'utilisateur en fournissant ainsi une alimentation constante sans variations brusques de temperature, ce qui est particulièrement important-en ce qui concerne l'eau pour le bain et pour la douche, mais peut également 
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 limiter le débit du gaz envoyé ä la chaudière dans le cas où la puissance thermique demandée par l'eau chaude est supérieure à la puissance de sortie maximale de la 

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 chaudière ou est inferieure au minimum necessaire pour maintenir la stabilité de la flamme. 



  , Comme il est bien connu, une chaudière à gaz murale ä mélange instantané consiste en un brüleur alimenté successivement par une valve de commande tout ou rien, commandée électriquement, et une valve de modulation da débit de gaz, commandée également électriquement, ce brüleur cédant de la chaleur, par   l'intermediaire   d'un échangeur de chaleur ä ailettes, ä l'eau du système de chauffage domestique entraînée en circulation par une pompe ä travers le circuit des radiateurs ou à travers une valve ä trois voies jusqu'au circuit primaire d'un second échangeur de chaleur ou échangeur d'eau chaude dans le circuit secondaire duquel circule l'eau chaude. 



   Chaque chaudière est munie d'un système de regulation dont le but est de maintenir l'eau chaude à la sortie da la chaudière ä la valeur de   référence   ou de consigne préétablie voulue en assurant ainsi à l'utilisateur une alimentation en eau chaude exempte de variations déplaisantes de température provoquées par des perturbations extérieures qui ne sont pas compensées parfaitement par les systemes da regulation comme par exemple, de façon caractéristique, les variations du débit 
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 da l'eau consommée, les variations de la temperature da l'eau pénétrant dans la circuit secondaire de l'échangeur de chaleur pour eau chaude,   etc.

   Dans les   cas actuels de la technique, il existe déjà divers types de systemes de 

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 regulation allant des dispositifs mécaniques jusqu'aux dispositifs électroniques munis d'une commande tout ou rien ainsi que jusqu'aux dispositifs électroniques munis d'une commande proportionnelle, soit dans le circuit primaire, soit dans le circuit secondaire de 1'échangeur de chaleur d'eau chaude, mais aucun de ces dispositifs existants n'est capable de maintenir totalement la température de l'eau chaude constante en permanence ä la sortie. 



   Les dispositifs du premier type sont en fait incapables, bien que d'une conception notablement compliquée, d'atteindre l'objectif préétabli par suite da limitations inhérentes qui affectent le   Systeme   mécanique par suite de phénomènes d'hystérésis et de frottement. En outre, dans ces systèmes, la régulation est uniquement proportionnelle et, de ce fait, la presence d'une erreur est obligatoire même dans les conditions de fonctionnement normales. D'autre part, les dispositifs du second type, bien qu'utilisant un   regulateur   électronique, n'ont pas de bonnes performances car l'actionneur final, du fait qu'il est du type tout ou rien, ne permet pas de proportionner la puissance thermique ä la valeur requise pour maintenir la température de sortie correcte. 



   Les dispositifs du troisième type ont tendance ä maintenir constante la temperature du fluide primaire et   ceei   serait äquivalent ä maintenir constante la temperature à      la sortie du circuit secondaire de 

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 l'échangeur de chaleur d'eau chaude, ceci uniquement dans le cas d'un echangeur de chaleur idéal. En réalité, les échangeurs de chaleur que l'on peut réaliser actuellement sont loin   d'entre   idéals et, en outre, la système de régulation du type purement proportionnel entraîne une diminution   supplementaire   des performances, ce qui a stimulé les recherches faites pour obtenir une amélioration par utilisation da dispositifs du quatrième type. 



   Ces derniers dispositifs ajustent la température de l'eau chaude efficacement au point voulu,   c'est-ä-dire   ä la sortie de l'échangeur de chaleur d'eau chaude et sont ainsi virtuellement capables d'assurer les performances requises. Leur limitation se situe dans leur utilisation dans la boucle de régulation d'une commande du type proportionnel qui ne permet pas d'annuler l'erreur en r6gime stable. Ce type de commande est, en fait, caractérisé par une équation liant la différence entre la temperature de   référence   et la température sous contrôle, différence qui est appelée erreur e, à la puissance thermique W à la sortie de la chaudière, puissance qui est du type : 
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   oü   K est le gain dans la boucle de   regulation   ou boucle de commande. 



   Lorsque la quantité d'eau chaude soutirée du circuit secondaire da l'échangeur de chaleur augmente, il est 

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 évidemment   necessaire,   pour maintenir la température constante, d'augmenter la puissance fournie. D'après   l'equation   précédente, on peut voir que cette augmentation de la puissance requise entraîne une augmentation de   l'erreur, c'est-ä-dire   une variation de la température de sortie qui est d'autant plus faible que le gain K est grand mais qui, toutefois, ne peut pas augmenter au-delà d'une certaine valeur sans se traduire par une oscillation du système. 
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  Las dispositifs typiques conçus selon ce concept présentent l'apparition d'une oscillation de la temperature de l'eau à la sortie par rapport ä la valeur preetablie avec une variation correspondante du débit de l'eau lui-même entre les valeurs minimale et maximale d'utilisation normale, cette oscillation étant supérieure ä dix degrés, ce qui est une valeur trop prononcée pour assurer le niveau requis de confort. 



   Le but de la présenta invention décrite dans cet exposé est de résoudra ce problème et de fournir ainsi un système de regulation de la temperature de l'eau chaude dans une chaudière murale instantanée ä chauffage au. gaz qui, en maintenant en permanence l'erreur ä une valeur nulle et en procurant une réponse rapide aux variations, assure en permanence le maintien de la temperature de 1'eau chaude ä une valeur constante, quel que soit le debit auquel elle est consommée. 



   En outre, le   Systeme   est conçu pour arreter et/ou 

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 limiter l'alimentation en gaz de la chaudière dans le cas où la puissance thermique requise sort d'une certaine plage normale de fonctionnement, plus précisément lorsqu'elle est supérieure   ä   la puissance maximale qui peut 8tre fournie par la chaudière ou inférieure à la puissance minimale nécessaire pour éviter une instabilité de la flamme. 



   On obtient ce résultat principalement en insérant dans la boucle de regulation de température d'eau chaude un dispositif. du type proportionnel-intégrateurdifférentiateur   (P. I. D)   qui, gr ce ä son effet d'integration, permet de maintenir une valeur constante à sa sortie et, de ce fait, une'puissance thermique constante équivalente ä celle   necessaire   dans cette condition de fonctionnement   particuliere,   avec une erreur   d'entree   nulle.

   En d'autres termes, dans le système fonctionnant ä   l'étant   stable, quelle que soit la quantité d'eau chaude soutiree et tant que la puissance thermique requise se situe entre la limite supérieure de puissance maximale pouvant etre fournie par la chaudière et la limite inférieure de puissance minimale pouvant 8tre fournie sans entrainer une instabilité de la flamme, la temperature de l'eau chaude ä la sortie reste strictement constante ä la valeur établie. Cette caractéristique du dispositif   P. I. D, est en outre completee   par la présence de l'action de différentiation dans le régulateur qui, en informant la valve de modulation de debit de gaz en avance 

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 sur les variations ä la sortie ameliore la rapidité de réponse. 



   En bref, le système de régulation pour l'eau chaude dans une chaudière murale. ä gaz à   melange   instantané comprend un brüleur alimente par un gaz arrivant par   l'intermediaire   d'une valve de commande tout ou rien commandée électriquement puis par   l'intermediaire   d'une seconde valve de modulation de débit de gaz, commandée aussi électriquement, le brûleur cédant de la chaleur, par   l'intermediaire   d'un echangeur de chaleur à ailettes, à l'eau du système de chauffage domestique qui est entralnee en circulation par une pompe ä travers le circuit des radiateurz ou, par l'intermédiaire d'une valve ä trois voies, au circuit   prima ire d'un échangeur   de chaleur dans le circuit secondaire duquel, ou l'eau chaude circule,

   est inséré un commutateur d'écoulement qui commande la valve à trois voies mentionnée ci-dessus, ainsi qu'un capteur de temperature d'eau chaude, est caractérise selon la presente invention par le fait que le signal électrique engendré par le capteur de température d'eau chaude est compare avec un signal électrique de référence agissant comme un thermostat avec un potentiomètre et le signal d'erreur, ou différence, résultant de cette comparaison est envoyé   à 1'entrée d'un   amplificateur du type proportionnel-intégrateur-différentiateur (P. I. D.).

   La sortie de cet amplificateur est appliquee & une des entrées d'un   selecteur   de puissance minimale ä l'autre 

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 entrée duquel est envoyé le signal d'erreur ou différence entre, d'une part, la temperature de l'eau du Systeme de chauffage, détectée par un second capteur se trouvant dans le circuit primaire mentionné ci-dessus à la sortie de l'échangeur de chaleur   ä   ailettes et, d'autre part, la température de   reference   maximale admissible.

   La sortie da ce sélecteur de puissance minimale est ensuite envoyée de 
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 maniere à commander, respectivement, la seconde valve de modulation de débit de gaz par l'intermédiaire d'un amplificateur de puissance et de la première valve de commande tout ou rien, après avoir   été   comparée avec un signal électrique proportionnel ä la puissance minimale qui peut être fourni par la chaudiere. 



   L'invention est illustree plus clairement dans lesdessins annexés qui représentent un mode de réalisation pratique préférentiel à titre purement illustratif et non limitatif :
Sur ces dessins :
Ja figure 1 est une vue schematique d'une chaudière ä gaz murale instantanée munie d'un double échangeur de chaleur et comprenant le systèma de regulation de température d'eau chaude selon la présente invention ; et la figura 2 est un diagramme de circuit logique du système un regulation illustre sur la figure 1. 



   En se référant aux figures, on voit que le chiffre 1 désigne le brüleur d'une chaudière qui est chauffée par un 

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 gaz arrivant par   l'intermediaire   d'une valve 2 de commande tout ou rien et d'une valve de modulation 3 qui sont commandees électriquement par l'intermédiaire de conducteurs 4 et 5 par la boucle de regulation 6.

   La chaleur produite par le brüleur 1 est cédée, dans un échangeur de   chaleur 7 a ailettes a   l'eau du système de chauffage qui est   entra ! née   en circulation par une pompe 8 dans le circuit 9 des radiateurs 10 quand la valve 11 ä trois voies est placée dans la position représentée en traits interrompus sur la figure   1,   ou dans le circuit primaire 12 d'un échangeur de chaleur 13 quand la valve 11 est placée dans la position représentée en'trait plein sur la figure 1. Dans le circuit secondaire 14 de l'échangeur de chaleur 13 mentionné ci-dessus, circule, à contrecourant de   1'eau   du système de chauffage du circuit primaire 12, l'eau chaude qui est destinée ä alimenter les divers robinets 15.

   Dans le circuit secondaire 14, ä la sortie de l'échangeur de chaleur 13, est alors inséré un capteur 16 qui est destiné à détecter la température de l'eau chaude et dont le signal   electrique   est envoyé, par   l'intermediaire   d'un conducteur 17, au circuit de régulation 6 ainsi qu'un commutateur 18 d'écoulement qui commande, par l'intermediaire du conducteur 19, la valve 11 trois voies et qui opère la commutation de cette 
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 dernibre, comme représenté Sur la figure 1, quand l'ouverture d'un robinet 15 se traduit par un ecoulement d'eau chaude que détecte le débitmètre lui-même 

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Au circuit de regulation 6 est également envoyé, par   l'intermediaire   du conducteur 20,

   le signal électrique proportionnel ä la température de l'eau chaude détectée par un second capteur 21 de température inséré dans le circuit primaire 12 de l'échangeur de chaleur 13 ä la sortie de l'échangeur de chaleur 7   aiglette5  
Plus spécifiquement (voir figure 2), le signal électrique proportionnel à la température de l'eau chaude détectée par le capteur 16 est acheminé, par l'intermédiaire du conducteur 17, vers un comparateur 22 
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 où il est compare avec un signal de référence électrique engendre par un potentiomètre 23 et jouant ainsi le röle d'un thermostat. 



   Le signal de différence ou signal d'erreur ä la sortie du comparateur 22 est alors envoyé sur   l'entree   d'un amplificateur 24 du type proportionnel-intégrateurdifférentiel dont la sortie, laquelle a une valeur électrique proportionnelle    à la   puissance thermique requise, est envoyée à l'entrée 25 d'un sélecteur 26 de puissance minimale qui la compare avec le signal de puissance autorisée maximale engendré dans le circuit commençant ä   l'entree   27 du   selecteur   26. 



   Le circuit prélève le signal électrique proportionnel ä la température de l'eau du système de chauffage qui circule dans le circuit primaire 12 da 
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 l'échangeur de chaleur 13 et qui est détecté par le capteur 21 et le compare dans le comparateur 28 avec une 

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 valeur électrique de référence qui est introduite par   l'intermediaire   du potentiomètre 29 et qui représente, dans la même Schelle que celle du capteur, la temperature maximale qui ne devrait pas   6tra     dépassée   pour des raisons de securite (légèrement inférieure ä la température dldbullition de l'eau).

   Le signal de différence ou signal d'erreur à la sortie du comparateur 28 est ensuite amplifié d'un facteur élevé K par l'amplificateur 30 de telle sorte que le   signal à l'entrée   27 du selecteur 26   : représente   aussi une puissance qui prend des valeurs   élevées   tant que la temperature   détectée   par le capteur 21. est   inferieure   ä la température de   reference   maximale introduite par le potentiomètre 29 tandis qu'elle diminue   jusqu'ä   zero lorsque le niveau de temperature détecté atteint la valeur   autorisde   maximale.

   Par consdquent, dans le premier cas, le   selecteur   26 de puissance minimale laisse passer A l'état intact le signal de l'amplificateur
24 et, dans le second cas, celui de l'amplificateur 30 qui est zéro, en ignorant, dans ce dernier cas, une demande eventuelle de plus grande puissance effectuee par. le système et en remplissant ainsi la fonction de protection qui cesse automatiquement dès que la température de l'eau chaude détectée par le capteur 21 n'a plus la valeur maximale autorisde. 



   La sortie 31 du sélecteur 26 est ensuite acheminée, par l'intermédiaire de l'amplificateur 32 da puissance et du conducteur 5 mentionne ci-dessus, de manière ä 

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 commander la valve 3 de modulation de débit de gaz qui fournit, par consequent, au brûleur 1 un gaz dont le débit est proportionnel au signal électrique envoyé à catte valve. De plus, la sortie 31 commande la valve 2 de de commande tout ou rien par une comparaison, dans le comparateur 33, avec un signal électrique proportionnel à la puissance minimale qui devrait être fournie au   brüleur   1 pour maintenir la stabilité de la flamme ; ce signal est engendré par le potentiomètre 34. Pour des valeurs de la sortie 31 inférieures ä ce signal, la valve tout ou rien 2   mentionnde   ci-dessus arrete l'alimentation en gaz.

Claims

REVENDICATION 1. Système de regulation da température d'eau chaude dans une chaudière ä gaz murale ä mélange instantané comprenant un brüleur (1) limenté par un gaz arrivant par l'intermédiaire d'une première valve (2) de commande tout ou rien, commandée électriquement, et d'une seconde valve (3) da modulation de gaz, commandée aussi électriquement, ledit brûleur cédant de la chaleur, par 1'intermédiaire EMI13.1 d'un échangeur de chaleur.

(7) a ailettes, a l'eau du système de chauffage qu'une pompe (8) fait circuler dans un circuit (9) de radiateurs ou, par l'intermédiaire d'une valve (11) à trois voies, au circuit primaire (12) d'un échangeur de chaleur (13) dans le circuit secondaire (14) duquel, où circule l'eau chaude, est inséré un commutateur d'écoulement (18) qui commande la valve à trois voies ainsi qu'un capteur (16) de température d'eau chaude, EMI13.2 caractérisé par le. fait que le signal électrique engendré par ce capteur (16) de température d'eau chaude est comparé avec un signal da référence électrique introduit par un potentiomètre (29) et que le signal d'erreur ou de différence obtenu est envoyé à l'entree d'un amplificateur (24) du type proportionnel-intégrateurdifférentiateur (P. I.

D.) dont la sortie est reliée à une (25) des entrees d'un selecteur (26) de puissance minimale, EMI13.3 a l'autre entree duquel est envoyé le signal d'erreur ou de différence entre la température de l'eau du systeme da chauffage détectée par le second capteur (21) du circuit <Desc/Clms Page number 14> EMI14.1 primaire (12) z la Sortie de l'échangeur de chaleur (7) ä ailettes, et la température de référence tolérable maximale, la sortie de ce sélecteur (26) de puissance minimale dtant transmise da manière ä commander la seconde valve de modulation da débit gaz par l'intermédiaire d'un amplificateur da puissance (32), et à la première valve (2)

da commande tout ou rien après avoir été comparde avec un signal électrique proportionnel a la puissance thermique minimale qui peut 8tre fournie par la chaudière.