BE901781A - Commande automatique de poele de chauffage (bois, charbon) gerant combustion, ventillation et sortie de gaz suivant la temperature ambiante desiree. - Google Patents

Abstract

Appareil permettant d'obtenir d'un poele à bois ou au charbon, automatiquement, une température dans une chambre d'habitation, qui correspondant à celle sélectionnée par l'utilisateur, en agissant: sur la clé commandant la sortie des gaz brulés et celle commandant l'entrée d'air de combustion et sur les moteurs commandant la ventilation d'air autour du poele. En plus, il gère le "feu continu", assurant la combustion minimale en empechant toutefois l'extinction. Enfin, le dispositif prévient par des témoins lumineux et/ou par un avertisseur sonore: l'extinction ou le mauvais fonctionnement par manque de combustible, ou le dépassement de la température admise.

Description

  DESCRIPTION.

  
Brevet d'invention de Joseph MELIN, rue des Déportés, 15,
4800- Verviers.

  
"Commande automatique de poële de chauffage (bois, charbon) gérant combustion, ventilation et sortie de gaz suivant la température ambiante désirée."

  
Plan de la description

  
1. Présentation générale.

  
1 . 1:. But
1.2. Moyens
1.3. Avantages
2. Fonctionnement
2.1. Fonctionnement global
2.2. Ordinogramme de fonctionnement
3. Principes de fonctionnement
3.1. Principes généraux
3.2. Modifications à apporter au poële
3.3. Variantes et modifications possibles 4 . Résumé 

  
1. Présentation générale.

  
Comme son nom l'indique., il s'agit d'une commande automatique

  
 <EMI ID=1.1> 

  
tat", mais le dispositif fait plus qu'un simple thermostat :
non seulement il est prévu pour faire débiter au poële un nombre de calories suffisant pour chauffer idéalement une pièce d'habitation (ni trop ni trop peu) -partie thermostatmais il gère également le poële en feu continu, permettant tout juste au combustible de brûler sans s'éteindre et prévient l'utilisateur lorsqu'il convient de recharger le poële en combustible, soit lorsque celui-ci manque, soit lorsqu'il est insuffisant (trop pauvre) pour assurer dans la pièce la température demandée.

  
Enfin une fonction spéciale peut être adaptée qui permet de fermer l'arrivée d'air et la clé de cheminée et de prévenir l'utilisateur lorsque la température du poële dépasse le seuil admissible (autorisé par le constructeur).

  
L'originalité de l'invention réside, non seulement an la multiplicité de ses fonctions (thermostat, feu continu, avertisseur...) mais surtout en la gestion de l'appareil de chauffage pour obtenir, dans une pièce, une température conforme à celle désirée. Aussi, s'il s'agit bien, entre autres, d'un thermostat d'ambiance, il s'agit aussi d'un thermostat destiné aux appareils de chauffage qui demandent des interventions fréquentes pour assurer leur bon fonctionnement. Le dispositif réduit ces interventions au strict minimum (recharges) et agit lui-même et automatiquement sur toutes les commandesdont de tels appareils sont munis : clés de cheminées, arrivée d'air de combustion et éventuellement ventilation forcée pour mieux répartir la chaleur et pour la communiquer à l'air ambiant s'il s'agit d'un poële encastrable.

   Or, à ma connaissance, les appareils thermosatiques existant sur le marché n'agissent que sur l'arrivée d'air. De plus, ils ne font qu'assurer au poële un débit relativement constant de calories, sans se préoccuper de la température ambiante. Ce débit ne change donc pas lorsque la température ambiante diminue ou augmente, fonction assurée (entre autres) par l'appareil ici décrit.

  
Remarquons que ce dispositif s'applique sans problème à pratiquement tous les poëles (à bois surtout) de fabrication récente sans modification majeure et qu'il trouve son efficacité maximale lorsqu'il s'applique à un poële pourvu d'une ventilation d'air forcée autour du foyer, comme c'est souvent le cas. L'absence d'une telle ventilation n'empêche cependant pas le dispositif de jouer son rôle.

  
1.1. But

  
Le dispositif remplit 3 fonctions :

  
 <EMI ID=2.1> 

  
nir, dans une pièce d'habitation, une température conforme à celle.programmée (ni plus haute, ni plus basse) offrant un choix entre + 3[deg.]C et +28[deg.]C.

  
2. Sur demande, il réduit la combustion au strict minimum (fonction feu continu) empêchant toutefois le combustible de s'éteindre.

  
3. Il avertit l'utilisateur par des signaus sonores et lumineux différenciés lorsque :
a) le combustible est épuisé ou va s'éteindre (bois trop mouillé, coupé trop épais ou trop jeune, charge inappropriée) b) lorsque le combustible restant dans le creuset est incapable d'apporter suffisamment de chaleur pour assurer dans la pièce d'habitation, la température demandée.

  
 <EMI ID=3.1>  1 .2. Moyens

  
t

  
Pour arriver à ces buts, le dispositif contrôle et gère toutes les fonctions traditionnelles d'un poële moderne.

  
 <EMI ID=4.1> 

  
sortie .des gaz brûlés, rendant la combustion du foyer plus forte ou plus faible.

  
2. L'arrivée d'oxygène dans la chambre de combustion. Cette commande fait en quelque sorte double emploi avec la première. Cependant, l'arrivée d'air à la combustion,surtout si la sortie se trouve directement sous le combustible, attise considérablement ce dernier (important lorsque le combustible menace de s'éteindre) ce que la clé de cheminée ne peut faire seule. De plus, cette commande permet un peaufinage de la combustion.

  
3. La ventilation forcée. Il s'agit d'un système dont sont pourvus la plupart des poëles de fabrication récente, faisant circuler l'air ambiant entre le foyer et le"manteau" du poële pour améliorer et accélérer l'échange de chaleur entre le poële, réserve de calories, et l'air ambiant.

  
Une telle ventilation est pratiquement indispensable lorsqu'on a affaire à des poëles dits "encastrables", où la surface chaude est limitée (la face avant). Avec un tel système, le poële chauffe plus par convection (d'air) que par radiation (de chaleur).

  
En résumé, l'invention se comporte donc tout comme si une personne connaissant bien le poële et munie d'un thermomètre idéalement placé, agissait sur toutes ces commandes pour obtenir dans la chambre une température constante, programmée à l'avance ou pour faire tenir le feu le plus longtemps possible et prévenant lorsqu'il faut remettre du combustible.....ou fermer la porte d'entrée de la maison. Cette dernière chose est à peu près la seule que le dispositif ne fait pas (remettre le combustible-et fermer la porte-)

  
 <EMI ID=5.1> 

Claims (4)

Remarque : Le dispositif gère toutes ces fonctions de façon autonome. Cependant, une commande ad hoc permet de retrouver un fonctionnement en mode "manuel" (pour les grillades, par exemple)

1) Pour des raisons de prix de revient, on peut prévoir un basculemen du clapet "f" par électro-aimant.

La simplicité d'un tel montage nous dispense d'un dessin.

1. Il existe des systèmes thermostatiques mécaniques sur certains poëles, assurant dans une certaine marge de températures, une chauffe constante du poële mais non

de l'air ambiant (à ma connaissance du moins)

Ces dispositifs sont,de toute façon, loin de remplir toutes les fonctions décrites plus haut.

A 2. Si le dispositif inventé peut s'adapter sur toutes sortes d'appareils de chauffage surtout à bois et au charbon, les contraintes du marché (séprématie des poëles à bois modernes et des"brûle-tout") font que le dispositif a surtout été conçu pour équiper un poële à bois"récent".

Pour ne pas alourdir l'exposé, nous ne parlerons désormais principalement que de ce type d'appareils, en conservnat à l'esprit que, mutatis mutandis,le dispositif peut s'appliquer à d'autres types d'appareils.

1. Plus grand confort. Cet avantage devient évident puisque :

a) La température de la pièce est automatiquement constante. La température de réaction du thermomètre électronique est de plus beaucoup plus rapide qu'un thermomètre mécanique. La plage de réaction est également plus étroite (précision au 1/10ème de degré près) b) Les interventions, incessantes sans l'appareil, sont maintenant réduites au strict minimum (recharges) c) Si le poële a été bien conçu et chargé, le dispositif permet de retrouver , après une nuit, une température minimale dans la pièce et des braises pour ranimer le feu (gestion "feu continu"). d) Les risques d'extinctions intempestives sont-exclus (l'utilisateur est prévenu par un signal lumineux et sonore).

2) Pour la fermeture hermétique de l'entrée d'air de combustion, des bourrages pourront être prévus (non dessinés) tels que ceux utilisés sur les poëles pour obturer les entrées d'air aux portes, bacs, etc...)

2 entrées.

Voyons à présent les alarmes et la temporisation. Ces fonctions sont réalisées par N4, N5, N6, N7, N1 et N3. (CF. ordinogramme pp.8 et suivantes de la description.)

La sortie de N2 donne "1" pour "1" à la première entrée (S2) ou "1" à la deuxième entrée (S4) Ce "1" déclenche la temporisation formée par la résistance de 1K, 8M2,

le condensateur de 220/[pound], et la diode. Ce temporisateur est chargé"d'attendre" les 10 minutes prévues à l'ordinogramme avant de déclencher les avertisseurs sonores et lumineux.

Comment ? Un "+9V" à la sortie de N2 charge d'abord le 220 � à travers la 1K. La diode empêche l'impulsion positive de se transmettre directmement à l'entrée de N4. mais autorise sa remise à zéro immédiate. Après plus ou moins dix minutes( durée réglable : en doublant la 8M2, on double la durée de. temporisation et idem pour le 220 , on retrouve en "a" une tension suffisante pour amorcer le trigger

de Schmidt (N4) monté en multivibrateur, donnant à sa sortie un état haut pendant 15 secondes et un état bas pendant 60 autres secondes (les durées des cycles sont directmement

<EMI ID=25.1>

transmet alors ces impulsions aux deux autres triggers N5 et N6.

Ces deux triggers oscillent à leur tour pour autant que les autres entrées soient à l'état logique haut, soit, pour N6, si S4 est à "1" et pour N5, si S2 est à "1". Ces deux triggers N5 et N6 produisent le battement cadencé de l'alarme sonore (bip-bip), N5 oscillant deux fois plus vite que N6 (220K au lieu de 470k).

N5 transmet son battement à N7 à travers N3, deuxième porte "or" qui déclenche N7 si l'interrupteur 11 est fermé.

<EMI ID=26.1>

vers N1, porte "and" qui ne donnera "1" à sa sortie que:-si S1 est à "1" elle aussi.

Si l'on sait que -N7 fournit la fréquence de base de l'avertisseur sonore (plus ou moins 250 Hz)

-N6 la cadence Bip bip de l'ala&#65533;me ta <tp -N5 la cadence plus rapide si TF < TF min. -N4 donne un état haut pendant 15 secondes et un état bas pendant une minute environ, <EMI ID=27.1>

pide si : S1 est fermé. S1 coupe l'alarme sonore (pour la nuit, par exemple) et allume une"led" indiquant la mise hors circuit de l'avertisseur.

Le témoin lumineux "recharge" s'allume en parallèle avec l'avertisseur sonore (au même rythme que les bipbip) tandis que le témoin "charge insuffisante" s'allume en parallèle avec le bip de N5 mais aussi même si la température four est bonne (cf; point 2.6. de l'ordinogramme p. 8)

<EMI ID=28.1>

Il s'agit ici de la variante qui doit permettre

de fermer la clé de cheminée, l'arrivée d'air et faire fonctionner l'alarme en continu (plus de bip-bip) dès que la température du four dépasse le seuil maximal admissible déterminé par le constructeur (du poêle).

Cette fonction ne jouera bien entendu que sur des appareils de chauffe, en tôle par exemple, risquant de se détériorer par surchauffe.

En plus de la version de base (pointillé), il faut un inverseur (N8 - une porte "et" et deux portes "ou" + bien entendu le comparateur A6 décrit en 1.4.)

N10, porte "or" ferme la clé lorsque S6 ou S3 est

à 1.

L'alarme s'allume en continu (pas de bip-bip) et immédiatement (pas de temporisation) en connectant S6 et la sortie de N3 commandant l'alarme, à une deuxième "or" (N11).

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lumineux s'allumera(cf. commande LED).

La commande "air" est elle aussi modifiée. Une porte "et" (N12) reçoit la sortie de N2 et la sortie de N8, montée en inverseur. Lorsque S6 vaut "1", la sortie N8 est à "zéro" . La sortie N12 est donc égale à "zéro" et l'entrée d'air de.combustion se ferme, quel que soit l'état de la sortie de N2. Ainsi le dépassement du seuil maximal est prioritaire sur toutes les autres fonctions(ce qui est normal) Dessin 2.3. Temporisation- Mise en marche.

Il s'agit ici de la modification à apporter au cerveau logique si l'on veut réaliser les fonctions décrites au paragraphe 3.3. p.p 14 et suivantes de la description.

Le schéma décrit est simple :. S4 et S5 (cf. dessins 1.1 et 1.2) sont les entrées d'un trigger de Schmidt qui oscille lorsque S4 et S5 sont à "1", c'est à dire, lorsque

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(température programmée moins 1 degré et la température ambiante.)La sortie du trigger donne un état bas pendant 10 minutes et un état haut pendant 10 autres minutes( et ainsi de suite).

<EMI ID=31.1>

un état opposé sur la sortie de cette dernière qui commande les ventilateurs, l'entrée d'air et les alarmes, lorsque

<EMI ID=32.1>

che des ventilateurs et du temporisateur d'alarme (N6), ouverture de l'entrée d'air (via N2)

Si la température monte au-dessus de la température programmée, S4 passe à "0", N13 reste au repos (sortie="1"), et S5 étant à "1", la sortie de N14 passe à "0" : arrêt du des dispositifs cités plus haut.

Dessins 3 : Les circuits de sortie

Quelques mots : les circuits intégrés de technologie C.MOS ne peuvent délivrer des courants de plus de quelques milliampères: Un interface s'avère donc nécessaire entre les circuits logiques et les voyants lumineux et sonores, moteurs et autres sorties.

Dessin 3.1. Sortie par relais

Cette sortie a l'avantage de la souplesse. Fonc-tionnant comme de simples interrupteurs commandes par le cerveau logique, ils peuvent alimenter n'importe quel dispositif. D'in fonctionnement élémentaire, nous ne nous attarderons pas sur ce schéma.

Lorsque les sorties des portes logiques C1, C2 ou

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(sauf les courants de fuite) ne circule entre l'émetteur et le collecteur.

Lorsque la sortie logique passe à l'état haut, le

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conductrice, le relais est alimenté et fait coller le contacteur.

La consommation du relais ne doit pas dépasser le courant collecteur du 1711 sans quoi, il faudra prévoir un

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il ne devrait pas y avoir de problème.

Ce type de sortiepeut, bien entendu, alimenter les moteurs continus des arrivées et sorties de gaz et les moteurs alternatifs des ventilateurs. Les différentes connections sont écrites aux schémas 3.2 et 3.3.

Dessin 3.2. Branchement des contactsrelais- Commande air combustion et clé cheminée.

Il s'agit ici de faire tourner dans un sens ou dans l'autre un petit moteur continu commandant, par engrenages interposés, un clapet de fermeture, commandant luimême l'arrivée d'air de combustion ou la sortie des gaz brûlés (clé de cheminée).

Les contacts sont ainsi branchés en double inverseur, alimentant le moteur en + ou en -, ou - et + suivant l'état du relais (travail ou repos), à travers les interrupteurs de fin de course. Ces interrupteurs sont obligatoires pour éviter la surchauffe des moteurs et la fatigue des engrenages.

Ouverts par un taquet placé sur un engrenage solidaire du clapet (cf. dessin "réalisation mécanique") ces interrupteurs doivent arrêter le moteur en fin de course quand il tourne dans un sens mais permettre le retour dans l'autre sens. C'est la raison expliquant la présence des deux diodes montées en parallèle sur les interrupteurs. Si "a" est ouvert (fin de course), la diode D1 permet cependant au courant de passer dans l'autre sens. Le moteur est ainsi prêt à repartir jusqu'à l'ouverture de "b".

Les protections habituelles des étincelles de contact par circuit RC n'ont pas été décrites ici. Sauf nécessité absolue après les tests sévères, les courants (quelques mA) et les tensions (quelques volts) mis en oeuvre ne justifienn pas de telles précautions.(Notons qu'un variante n'utilisant pas de relais pour la rotation des moteurs est prévue au dessin 4.3.)

Dessin 3.3. Branchement des contacts relais- Commande ventilateurs.

-Sans commentaires- (Une orotection par circuit RC pourrait, ici, être efficace pour éviter l'usure des contacts)

Notons que certains types de poëles nécessitent une ventilation continue, les encastrables notamment, qui risquent de voir leur rendement tomber à zéro ou même de brûler les bobinages des moteurs peuvent prévoir une alimentation tantôt en 110 volts, tantôt en 220 volts.

Dessin 3.4. Commande témoins lumineux.

Quelques mots, car le fonctionnement est similaire à la commande de relais

Sortie logique = 0 : transistor bloqué.

Sortie logique = 1 : transistor conducteur : la LED s'allume. Une résistance en série limite l'intensité du courant traversant la LED à + ou - 15 mA.

Dessin 3.5 Commande avertisseur sonore Idem montage précédent : une amplification est nécessaire avant d'attaquer le petit haut-parleur.

La présence des condensateurs s'explique par le fait que nous travaillons ici en fréquences plus élevées

(+ ou - 300 Hz)

Le sigle dessiné en pointillé permet de faire l'économie du transistor, du HP et des composants annexes. Il s'agit d'un "buzzer" -en fait, un HP piézo-électrique- de marque Toko PB 2720 qui peut être raccordé directement à la sortie du Trigger de Schmidt - A essayer -.

Dessin 3.6. Commande de ventilateur par thyristor.

Variante du schéma proposé en 3.1 et 3.3, ce montage permet, en modifiant l'alimentation, de se passer du relais. Une analyse approfondie du coût des deux solutions conduira à adopter l'une ou l'autre.

Fonctionnement maintes fois expliqué (cf 3.1 et 3.4.) . Il faut un état logique haut à la sortie logique pour débloquer le 2N1711 qui amène un courant à la gachette

<EMI ID=36.1>

ducteur et fait tourner les ventilateurs. Un état logique bas bloque le transistor qui bloque le thyristor qui arrête les moteurs.

La 22K en série avec la 1K divise la tension alternative de 220 volts qui est reliée au collecteur via la diode de redressement 1N4001 (la monoalternance suffit pour cette application).

Si cette solution est adoptée, il faudra prévoir une isolation galvanique sérieuse du boitier.

Dessins 4. L'alimentation.

Dessin 4.1. Modèle classique.

Qu'en dire ? Le primaire du transfo de petite puissance délivre via le fusible de 1A (prévu pour l'alimentation des ventilateurs via les contacts des relais - cf. dessins 3.1 et 3.3 -) une tension de 9V au secondaire, tension redressée par les diodes en pont, filtrée par le 200&#65533;F et transmise telle quelle aux circuits de commande des sorties

( + qv /+ la tension excédente filtrée/ non régulés). La 10K en série avec la zéner de 9V donne au point de jonction une tension stabilisée et re-filtrée (bruit zéner) par le

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C'est cette tension qui sera appliquée aux comparateurs et aux circuits logiques, dont la consommation n'exige pas une stabilisation plus performante, (les ponts

<EMI ID=38.1>

<EMI ID=39.1>

9V.)

Une prise supplémentaire 110V pourra être prévue pour l'alimentation continue des ventilateurs qui ne peuvent être arrêtés sous peine de voir leurs bobinages grillés par une trop grande chaleur du poële (cf. remarque légende

<EMI ID=40.1>

Dessin 4.2. Alimentation par point milieu.

Cette alimentation n'est nécessaire (annule et remplace la précédente) que si l'on veut se passer des relais pour la commande des petits moteurs continus (voir plus bas).

Le raisonnement appliqué au premier montage nous dispense de commentaires superflus.

Cette alimentation délivre aussi deux tensions symétriques de + et - 9 volts par rapport à la masse.

Semle la tension "masse et + 9 volts" est stabilisée et alimente les circuits.

La tension "masse et - 9 volts" ne sert que pour l'alimentation des moteurs continus (voir ci-dessous).

Dessin 4.3. Commande moteur "air" et

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alimentation symétrique décrite ci-dessus permettent de fai-re l'économie du relais.

Le principe est simple. Lorsque la première sortie <EMI ID=42.1>

est à "1", T1 est bloqué, T2 se débloque, le moteur tourne dans l'autre sens.

Les résistances R1 et R2 limiteront éventuellement l'intensité du courant.

Dessin n[deg.] 5 Réalisation mécanique.

Pas d'échelle dans ce dessin : il faudra adapter les modèles suivant les marques de poëles.

Le principe reste...identique, qu'il s'agisse de commander la sortie des gaz brûlés ou l'entrée d'air de combustion, seules les dimensions (diamètres des buses, notamment) peuvent varier. La boite "J" qui s'adapte aux buses reste la même et seuls l'axe "e" et le clapet "f" seront dimensionnés d'après le diamètre des tuyaux.

Le principe est simple : un petit moteur continu "m" fait tourner grâce à la roue denté "c", solidaire de "b", qui entraîne enfin la roue dentée "d". Celle-ci entraîne alors l'axe "e", qui, attaché au clapet "f", fait basculer celui-ci de 90[deg.]. A ce moment, le; taquet "g" monté sur:la roue "d" touche la lamelle "h" de l'interrupteur de fin de course Il (cf. dessin et légende 3.2.) qui arrête le moteur, bloquant ainsi le clapet "f" au travers de la buse "i" qui se trouve ainsi fermée. (Le clapet "f" a été dessiné ici comme s'il s'agissait d'une "clé" de cheminée qui ne peut être complètement fermée pour des raisons évidentes -évacuation des gaz- ce qui explique que, même fermée, elle ne bouche pas complètement la buse "i").

Pour ne pas charger le schéma, le deuxième interrupteur de fin de course n'a pas été dessiné.

En bas, on retrouve, vue de face, la roue dentée (sans dents...!) "d", avec, en son centre, l'axe "e" du clapet "f". Le taquet "g" ouvre ici l'interrupteur 11. (les diodes ont été omises par souci de clarté). Lorsque la roue "d" tourne dans le sens horlogique, le taquet "g", après avoir pivoté de 90[deg.] vers la droite, vient buter contre la lamelle de 12 qui arrête le moteur et bloque le clapet "f" dans le "lit" de la buse : l'air peut ainsi entrer (ou les gaz sortir).

Les branchements du moteur, des interrupteurs et des diodes ont déjà été commentés au dessin 3.2 et ses légendes correspondantes.

Remarques

2,9205V pour 20[deg.]C de température ambiante (2,93). 1K1 + <3>,9 Quelle que soit la position du curseur du 1K5, on retrouvera toujours sur l'entrée "+" de A5, la tension correspondant à Tp-1, c'est à dire celle de la KTY multipliée par 0,9968, soit une tension correspondant à 4,09[deg.] pour 5[deg.] à la KTY et 29,01[deg.]C pour 30[deg.]C à la KTY soit, au pire, une erreur de moins de 3%, seuil d'erreur très satisfaisant pour notre application. Déclencher A5 à 19,03[deg.]C ou 18,97[deg.]C n'affecte en rien les performances attendues.

<EMI ID=22.1>

variations trop "pointues" de A5. Dessin 1.3. : Comparateur température four -version 1.

Câblé sur le même C.I LM324, ce comparateur travaille cette_fois avec une thermorésistance- placée le plus loin possible du foyer- CTN de 15K.( un fil résistant de constantin bobiné sur un cylindre en porcelaine ferait, en modifiant éventuellement la résistance en série, tout aussi bien l'affaire). Cette résistance diminue avec l'augmentation de température. On retrouve ainsi sur les entrées non inverseuses de A1 et A2 une tension inverément proportionnelle à la température. La non linéarité de la CTN n'est pas gênante pour notre application, bien qu'il s'agisse de mesurer une gamme de températures très étendue : four presque éteint, fonctionnant bien et fonctionnant "trop" bien. En effet, les comparateurs n'ont qu'à avertir le "cerveau" logique lorsque la température du four dépasse un certain

.seuil, il n'a pas, ici, à mesurer ctte température, comme c'était le das pour la température ambiante. Ajoutons encire le fait qu'une précision rigoureuse n'est pas non plus nécessaire.

Les entrées inverseuses de Al et A2 reçoivent la tension de seuil sélectionnée à l'aide de deux ajustables de 10K placés en parallèle. L'mne sert pour la détection de la température minimale admissible avant l'extinction du combustible, l'autre vérifie la bonne marche de celui-ci. (cf;, point 1.4. et 2.5. de l'ordinogramme, description p.p. 8 et suivantes). Le rôle des 5M6 a déjà été expliqué.

Dessin 1'.4. Comparateur température four. -Version 2.

But : avertir du dépassement du seuil admissible de la température du four.

Identique à la version 1 pour A1 et A2 et leurs composants associés, on a ici un comparateur supplémentaire, A6, monté sur le même principe. Les ajustables parallèles de 10K sont ici remplacées par un unique 4K7 équivalent. pour attaquer A6.

Dessins 2 : Cerveau logique.

Dessin 2.1. Cerveau logique -version 1 A gauche, les sorties des 4 amplis opérationnels (A1....A4) décrits aux légendes et dessins 1.1 et 1.3.(version de base). A droite, les entrées des circuits de sortie.

Allons au plus facile et commençons par S3. Cette sortie est l'état logique haut si ta est supérieure ou égale à tp+1, en d'autres termes si la température ambiante (ta) est supérieure à la température programmée (tp) plus 1[deg.]C. Dans ce cas, l'ordinogramme de la description (p.8, numéros 10 et 13) prévoit de fermer la clé de cheminée. Cette fonction est réalisée en connectant S3 à la commande

<EMI ID=23.1>

S4 commande les ventilateurs (mis en marche si S4=1, donc si la température ambiante descent en dessous de la température programmée).

La commande "air de combustion" s'ouvre( entrée d'air au maximum) si S4 est à "1" (ta plus petite que tp) ou si le four risque de s'éteindre (TF plus petite que

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2) Cette temporisation fera d'ailleurs l'objet d'un brevet séparé, spécialement étudié pour la commande d'un brûleur de chaudière (mazout ou gaz) de chauffage central.

4. Résumé.

En résumé, l'appareil consiste en un système électronique comparant la température du foyer d'un poële et la température ambiante d'un pièce d'habitation à divers seuils déterminés.

Selon que ces diverses températures sont inférieur res ou supérieures à ces seuils, la partie électronique agit par moteurs interposés sur les commandes du poële : ventilation forcée d'air, entrée d'air de combustion et sortie des gaz brûlés, ouvrant ou fermant ces commandes, pour obtenir dans la pièce une température se rapprochant au mieux de la température désirée.

Un système composé de témoins lumineux et d'avertisseurs sonores prévient l'utilisateur lorsque le feu va s'éteindre et lorsqu'il ne reste plus assez de combustible dans le foyer pour assurer la température demandée (-en variante, l'électronique peut aussi prévenir lorsque le poële s'emballe et dépasse le seuil admissible). En mode "feu continu", l'appareillage électronique fait durer la combustion au maximum en l'empêchant toutefois de s'éteindre.

Pour réaliser ces fonctions, deux capteurs de température, l'un mesurant la température du foyer, l'autre celle de la pièce, sont reliés à un ensemble de comparateurs

<EMI ID=15.1> de type TL 084. Les sorties de ces comparateurs délivrent des états logiques hauts ou bas qui, après avoir été analysés par la partie intelligente du dispositif, fonctionnant à l'aide de portes logiques C.MOS, sont transmis aux circuits de commande qui gèrent le sens de rotation des moteurs ouvrant ou fermant les clapets d'arrivée d'air et de sortie des gaz brûlés, allumant ou éteignant les ventilateurs, avertisseurs sonores et lumineux suivant le cas. Légendes explicatives

Nous décrivons ici le schéma de base et quelques options ou améliorations possibles. Il est impossible de prévoir toutes les adaptations possibles aux divers tyypes

de poëles. Cette remarque est surtout valable pour la partie mécanique. Quoi qu'il en soit, seules des modifications mineures seront nécessaires pour adapter le dispositif " à toutes les sauces" puisque les parties "comparateurs" et"cerveau logique" ne changeront pas.

Dessins 1 Les comparateurs.

Dessin 1.1. : Comparateur température ambiante - version 1.

Ces comparateurs sont construits autour d'un amplificateur opérationnel du type LM 324. (4 amplis dans un seul boitier). Le pont de mesure est alimenté en 6V2 stabilisé par la zéner polarisée par la résistance de 10 k qui limite son

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la diode. Dans la première branche du pont, on trouve une résistance de 10 k Ohms polarisant la zéner KTY 10. C'est cette dernière qui sert de capteur de température, donnant une tension zéner linéaire de 10 mV par degré Kelvin. A 20[deg.]C, la tension disponible à ses bornes est donc de 2,93 volts, tension transmise aux entrées des deux amplis A3 et A4.

L'entrée non inverseuse de A4 est alimentée par l'intermédiaire du potentiomètre P1 de 1K5. C'est lui qui donnera au thermostat la température à atteindre dans la pièce d'hab,itation. Les valeurs des résistances en série avec lui ont été calculées de façon à obtenir aux bornes de ce potentiomètre, une tension variant de plus ou moins 2,73 à 3,03 volts.

<EMI ID=17.1>

pondent à des températures comprises entre 0 et + 30[deg.]C. L'ajustable de 470 Ohms permet le réglage fin des seuils de variation, au moins au quart de degré près.(1[deg.]C = 1 rotation de 450 d'angle de l'ajustable de 470 Ohms). On retrouve ainsi sur la sortie S4, une tension positive (état logique "haut") si la tension à l'entrée inver-

<EMI ID=18.1>

seuse, en d'autres termes si la tension aux bornes de la

KTY est inférieure à celle présente sur le curseur du potentiomètre. Dit autrement, S4 atteint le niveau logique "1" si la température ambiante de la pièce est inférieure à celle programmée à l'aide du potentiomètre de 1K5.

Cette sortie S4, qui doit être capable de déceler des différences de températures de 1/10ème de [deg.]C, est connectée à la partie logique (voir plus loin.)

La résistance de 5M6 placée entre la sortie et l'entrée non inverseuse sert à amortir l'hystérésis. En son absence, une variation minime de température suffit pour déclencher l'ampli. Les tests à réaliser dans les conditions réelles d'utilisation détermineront sa valeur finale, si besoin est.

L'ampli opérationnel A3 avertit du dépassement de

la "Tp+1", c'est à dire, la température programmée plus 1[deg.]C. Cette information permet au "cerveau" logique de fermer la clé de cheminée. Pour obtenir cette Tp+1, l'entrée inverseuse est alimentée par un pont diviseur de tension identique

au précédent. Le potentiomètre P2 de 1K5 est couplé au premier et varie dans le même sens que lui. L'ajustable de 470 Ohms réglera finement la tension pour obtenir sur le curseur une tension qui soit supérieure de 10mV à la tension disponible sur l'autre curseur.

<EMI ID=19.1>

haut (amortissement hystérésis).

Remarque : L'avantage du capteur KTY10 est sa précision et sa linéarité parfaites. Cependant le prix d'un tel capteur grève lourdement le prix de revient de l'ensemble. On peut dès lors prévoir, pour la mesure de la température am-

<EMI ID=20.1> four du dessin n[deg.] 1.3.), soit une simple diode d'un type courant, dont la tension moyenne à ses bornes, qui avoisine les 0,6V, dépend elle aussi de la température de façon assez linéaire. Dans ce dernier cas, il faudra intercaler un amplificateur à grand gain (type 741), qui se chargera d'amplifier la différence entre une tension de 0,6V variant en fonction inverse de la température et la tension de lq diode, variant en fonction directe, avant d'attaquer le LM324.

Dessin 1.2. : Comparateur température ambiante -version 2.

Ce comparateur comprenant tous les éléments de la version 1, nous n'y reviendrons pas. On retrouve simplement un amplificateur opérationnel supplémentaire, A5, chargé de donner sur sa sortie S5 un état logique haut, lorsque la température ambiante atteint Tp-1, c'est à dire, la température programmée (par le potentiomètre P1) moins 1[deg.]C. Cette information est nécessaire pour la fonction"économique" du dispositif (voir description pages 14 et suivantes et dessin n[deg.] 2.3.).

Pour obtenir cette Tp-1, on applique à l'entrée non inverseuse la tension issue de la KTY10. A l'entrée inverseu-

<EMI ID=21.1>

2.Le cerveau logique.

2.2. Ordinogramme de fonctionnement.

Les fonctions remplies par le dispositif sont résumées à la page suivante. <EMI ID=7.1> Lorsque le dispositif se met en marche., il s'interroge: " la température du four est-elle suffisante pour éviter l'extinction? "(.1) - Si non, il ranime la flamme (2), attend 10 minutes (3) pour permettre au combustible de se ranimer puis, si la température est toujours trop basse (4), il allume le témoin indiquant qu'il convient de recharger le poële (5) et simultanément commande l'avertisseur sonore qui émet alors un bip bip rapide, (6.) à condition que le dispositif n'ait pas été commuté sur " feu

<EMI ID=8.1>

pas déranger les dormeurs). Si, au terme des 10 minutes d'attente, la température du foyer est remontée à un niveau suffisant (4), le dispositif coupe, l'arrivée d'air de combustion (9).

Supposons à présent que la température du foyer soit correcte ( retour au point 1 )il s'agit alors de chauffer l'air ambiant. Si la température de l'air est supérieure de plus de 1[deg.] à la température demandée (10), le dispositif coupe tout : air, ventilation et clé de cheminée

<EMI ID=9.1>

case départ et recommence. Cette question ne se pose pas si le foyer doit fonctionner en feu continu (14) auquel cas le programme se contente d'une boucle sans fin, réglant uniquement la combustion minimale du four, toutes les autres fonctions étant au minimum.

<EMI ID=10.1>

est inférieure à la température demandée plus 1[deg.] (inférieure à 21[deg.]C par exemple si le thermostat a été programmé sur 20[deg.]C) la clé de cheminée, reste ouverte (15)

Si la température ambiante est maintenant supé&#65533; rieure à celle demandée (16.) l'arrivée d'air de combustion

(17) et la ventilation (18) sont "off", puis, retour à la case départ. Si non, il s'agit alors de chauffer la pièce

en ouvrant air (19) et ventilation (20). La clé de cheminée était déjà ouverte en 15).Le dispositif attend maintenant une dizaine de minutes (21) - durée bien entendu réglable et adaptable - pour donner au poële le temps de chauffer la pièce d'habitation. Si, au terme de ces 10 minutes, la température est toujours trop basse (22) il allume le témoin "charge insuffisante"(23) et l'alarme (24) qui émet

<EMI ID=11.1>

ture du four ne soit pas OK (25). Qu'est-ce à dire? En fait, les témoins et alarmes ne fonctionnent que si le combustible ne brûle pas correctement. Si au contraire, le combustible brûle correctement et que la température du four est correcte, la baisse de température ambiante provient d'une autre cause (porte ouverte, température extérieure trop basse d'où capacité calorifique du poële insuffisante par rapport au volume d'air à chauffer, température demandée trop élevée - 30[deg.] par exemple.) Dans ce cas, inutile de prévenir l'utilisateur : il n'y a aucune intervention à faire sur le poële. Le dispositif prévoit alors d'allumer quand même la lampe témoin sans faire fonctionner l'alarme

(26). L'utilisateur sait ainsi qu'il convient de "fermer la porte d'entrée", c'est-à-dire que le poële fonctionnant

bien est incapable d'assurer la température demandée.

Remarque: les actions sont ici décrites en mode séquentiel pour faciliter la compréhension. En réalité, dans la pratique, toutes ces fonctions sont réalisées en parallèle c'est-à-dire en mëme temps. Ainsi, si pendant l'attente de

10 minutes prévues au (21), la température atteint les 20[deg.] demandés, les commandes d'air et de ventilation se remettent immédiatement au minimum et le compteur d'horloge se remet

à zéro, sans attendre la fin des 10 minutes comme on pourrait le croire à l'analyse du schéma.

A 3. Principes de fonctionnement.

2.1. Fonctionnement global.

L'appareil consiste en deux parties: electronique et mécanique. La partie mécanique ouvre et ferme les clapets d'arrivée d'air de combustion et de sortie de gaz brûlés (clé de cheminée) suivant les ordres donnés par la partie électronique. Cette partie mécanique représente, avec la sonde thermostatique (cf. plus loin) la seule partie si- <EMI ID=6.1>

de celui-ci. Le reste est entièrement confiné dans un boîtier d'environ 15 X 7 X 4 cm.

En résumé, on a une partie électronique située dans un boîtier qui mesure et compare différentes températures et agit ensuite sur les parties mécaniques situées sur l'appareil de chauffage :-ventilateurs (s'ils existent sur l'appareils de chauffage)

-moteur commandant la clé de cheminée -moteur commandant l'arrivée d'air de combustion. - /) Les témoins lumineux et les avertisseurs sonores font partie du cerveau électronique situé au sein du boîtier de commande.

2. Fonctionnement.

2. Plus économique. Le dispositif évite les surchauffes et grâce à lui, la recharge de combustible n'a lieu qu'au moment opportun. Ces deux facteurs diminuent forcément

la consommation de combustible.

Remarques :

3) Il faudra probablement prévoir, en tout cas pour la commande de sortie des gaz, une isolation thermique au bâti du moteur "m", qui pourra alors être monté sur un support isolant. Dans tous les cas, la boite.. "J" devra être ajourée pour permettre l'évacuation de la chaleur par ventilation.

3.3. Variantes et améliorations possibles.

Une fonction prévue dans le schéma électronique permet de réaliser une économie sur la consommation de combustible.

Un poële consiste surtout en un accumulateur de calories (chaleur). Lorsque la température ambiante atteint la température désirée, les commandes d'air et de ventilation se coupent. Mais le poêle est maintenant chaud. Cette chaleur va petit à petit se communiquer à l'air ambiant et va en augmenter la température, dépassant ainsi la température ambiante programmée. Le retard de réaction, si minime soit il, de la sonde thermostatique qui coupera air et ventilation après que la température ait atteint le seuil désiré, ajoute encore au gaspillage.

Dans le montage décrit dans la partie technique, ce retard est minime (30 secondes au plus) et la précision du thermomètre ambiant électronique est telle que la plage de réaction (plus ou moins 2 degrés en-deça ou au-delà de la température programmée) peut être très étroite (1/10ème de degré).

Cependant, cette rapidité et cette précision n'enlève pas le défaut dû à l'inertie calorifique du poële qui restitue la chaleur accumulée après la coupure de l'arrivée d'air par exemple.

Pour palier cet inconvénient, il faut prévoir un système qui coupe l'air avant que la température désirée ne soit atteinte. Ce système temporisateur est prévu dans la partie technique et répond au schéma suivant. (Pour la clarté de l'exposé, nous dirons que la température désirée est de 20[deg.] C.

&#65533; 1er cas : La température ambiante est supérieure ou égale à 21[deg.]C. Le cerveau ferme la clé de cheminée, l'arrivée d'air et la ventilation.

2ème cas : La température ambiante est comprise antre 20 et 21[deg.]C. Le cerveau ouvre la clé de cheminée et laisse l'arrivée d'air et la ventilation fermées.

3ème cas : La température est inférieure à 19[deg.]C. Le cerveau ouvre tout.

4èmé cas : La température est comprise entre 19 et 20[deg.]C. a) Le cerveau ouvre tout pendant dix minutes (durée réglable après tests)

b) Après ces dix minutes

-si la température est inférieure à 19[deg.]C, le cerveau laisse tout ouvert jusqu'à ce qu'elle atteigne 19[deg.]C. A ce moment, il coupe air et ventilation. Le degré restant devra être fourni par la chaleur accumulée par le poële pendant les dix minutes. -si la température est supérieure à 19[deg.]C, le cerveau coupe tout et attend dix minutes. Trois cas peuvent alors se présenter : -1- Si pendant ces dix minutes, la température diminue encore jusqu'à devenir inférieure à 19[deg.]C, il conserve la flamme (arrivée d'air) et fait fonctionner le(s) ventilateur(s). -2- Si au contraire, la température atteint 20[deg.]C, 1 cerveau coupe air et ventilation et on retourne au deuxième cas ci-dessus. -3- Si la température est toujours comprise entre 19 et 20[deg.]C, le cycle recommence : 10 minutes ouvert/10 minutes fermé, jusqu'à ce qu'on arrive à la temparature désirée.

Ainsi, si les durées de temporisation sont bien calculées, il devient presque impossible de dépasser les 20[deg.]C programmés.

r Remarques : 1) Ce dispositif supplémentaire n'a pas été inclu dans l'xposé général pour ne pas l'alourdir. De plus, il pourrait ne pas faire partie de l'ensemble commercialisé si le prix de revient devient trop important.

3.Les circuits de sortie. 3.2. Modifications à apporter au poële.

Il est impossible de résoudre en quelques lignes tous les cas particuliers. Voyons ce qu'il convient d'ajouter à un système de chauffage de fabrication récente:

a. La sonde de température four

Suivant le type, elle pourra supporter différentes températures. Une thermorésistance type CTN peut monter jusque quelque 120[deg.], une résistance bobinée en constantin peut monter un peu plus haut, un thermocouple supporte allègrement plusieurs centaines de degrés.

L'emplacement de la sonde devra donc être minutieusement choisi de façon à ne pas dépasser les températures limites et à éviter la corrosion pour les

deux premiers types de capteurs. De toutes façons, il faut évidemment que la température enregistrée par la sonde reflète le plus fidèlement possible, non pas la température accumulée par l'ensemble du poële, mais bien la température intrinsèque des gaz situés à l'intérieur du foyer de chauffe.

Dans tous les cas, la sonde ne fait que 5 à 10 cm

<EMI ID=12.1>

n'importe où. Prévoir l'isolation électrique des deux fils de sortie.

b. La ventilation.

Pour ceci, rien à changer. Le variateur de vitesse

<EMI ID=13.1>

le conserver pour la commande manuelle. Dans ce cas, il faut prévoir un interrupteur extérieur supplémentaire qui commandera le(s) ventilateur(s) tantôt au variateur, tantôt au thermostat).

Il suffira de connecter les fils du ou des moteurs des ventilateurs (fonctionnant sur 220 Volts en alternatif) au boîtier du thermostat à l'emplacement ad hoc. c.L'arrivée d'air de combustion

Dans beaucoup de cas, cette arrivée est constituée par une buse en tôle de quelques cm de diamètre. Cette buse permet souvent de capter l'air nécessaire à la combustion dans une autre pièce (cave par exemple) évitant de prendre

à la pièce à chauffer de l'air chaud dont elle risque de manquer.

Le dispositif prévoit une commande qui s'adapte sur cette buse. D'un diamètre légèrement inférieur ou supérieur, cette ajoute s'encastre simplement sur la buse d'origine (+ vis de calage). La commande comprend le clapet de fermeture, le moteur, les engrenages et les interrupteurs de fin de course nécessaires à l'ouverture et à la fermeture de l'arrivée d'air. Les deux fils qui sortent de cette commande sont reliés au boîtier.

Cette commande étant placée avant la commande manuelle d'origine, permet, lorsqu'elle est en position ouverte, de gérer le poële manuellement comme le constructeur l'avait prévu.. Un interrupteur du thermostat prévoit cette éventualité d'un retour en mode manuel.

d. La clé de cheminée.

Disposition identique au point C ci-avant.

Notons cependant que, puique les commandes manuelles peuvent être conservées et que les dispositifs manuel et automatique sont placés en série, il faut ouvrir ces commandes pour permettre l'utilisation du thermostat et vice versa, ouvrir les commandes automatiques pour l'utilisation manuelle.

En bref :

Partent du poële :

- les 2 fils des moteurs des ventilateurs d'origine. - les 2 fils de la sonde thermométrique. - les 2 fils du moteur commandant la sortie des gaz brûlés. - les 2 fils du moteur commandant l'arrivée d'air <EMI ID=14.1> Ces fils sont rassemblés sur un connecteur situé sur le poële. Une gaine rassemble tous les conduits au boitier.

3.1. Principes généraux.

Deux sondes thermostatiques donnent en permanence au dispositif la température du foyer et la température ambiante. Ces températures sont alors comparées aux températures programmées..Selon qu'elles sont supérieures ou inférieures aux seuils déterminés, un cerveau logique commande alors les dispositifs ouvrant et fermant les voyants, alarmes, commande d'air, de ventilation et de gaz brûlés.

Trois parties donc : 1.Les sondes et les comparateurs.

4) Pour les poëles dont l'entrée d'air se commande par une grille, un système identique peut être imaginé. La pluralité des cas rend inutile la réalisation d'un dessin exemplatif.