FR2874419A1 - Air conditioning plant heating device for enclosure, has flame tube with one end extending into burner and another end having exhaust fan to evacuate burnt gas, where tube is closed using diaphragm/stopper to give friction loss within tube - Google Patents

Air conditioning plant heating device for enclosure, has flame tube with one end extending into burner and another end having exhaust fan to evacuate burnt gas, where tube is closed using diaphragm/stopper to give friction loss within tube Download PDF

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Abstract

The device has a heat exchange zone (1) for providing heat exchange between air of an enclosure and a flame tube (3). The tube has one end extending into a burner (4) supplied with combustible gas and another end with an exhaust fan (5) to evacuate burnt gas obtained by combustion of the gas, where speed of the fan is fixed. The tube is closed partially using a diaphragm or a stopper (14) to create friction loss within the tube.

Description

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DISPOSITIF DE CHAUFFAGE POUR UNE INSTALLATION DE CONDITIONNEMENT D'AIR D'UNE ENCEINTE L'invention concerne un dispositif de chauffage propre à être mis en oeuvre dans le 5 cadre d'une installation de conditionnement d'air d'une enceinte.  The invention relates to a clean heating device to be implemented in the context of an air conditioning installation of an enclosure.

De manière classique, un tel dispositif comporte une zone d'échange thermique au niveau de laquelle est acheminé, au moyen notamment d'un ventilateur, l'air de l'enceinte à chauffer, et contenant un ou plusieurs tubes de flamme permettant l'échange thermique avec cet air, afin d'amener ce dernier à la température souhaitée.  In a conventional manner, such a device comprises a heat exchange zone at which is conveyed, by means in particular of a fan, the air of the enclosure to be heated, and containing one or more flame tubes allowing the heat exchange with this air, to bring it to the desired temperature.

Ce ou ces tubes de flamme sont chacun chauffés au moyen d'un brûleur, traditionnellement alimenté en gaz combustible par un injecteur, au niveau duquel le débit de gaz est régulé par voie électronique, de même que la richesse du mélange gaz/air.  This or these flame tubes are each heated by means of a burner, traditionally supplied with fuel gas by an injector, at which the flow of gas is regulated electronically, as well as the richness of the gas / air mixture.

L'extrémité de ce ou de ces tubes de flamme, donc opposée au brûleur, comporte un ventilateur d'extraction des fumées, et notamment des gaz brûlés en direction de l'extérieur de l'enceinte, éventuellement après filtration.  The end of this or these flame tubes, therefore opposite to the burner, comprises a fan for extracting fumes, and in particular gases burnt towards the outside of the chamber, possibly after filtration.

Afin d'améliorer le confort des utilisateurs et donc des occupants de l'enceinte, la température de ce chauffage, c'est-à-dire la température de l'air soufflé dans l'enceinte, dite également température de soufflage, doit être adaptée à la charge. Pour ce faire, avec les brûleurs à combustion atmosphérique du type de celui mis en oeuvre, on agissait à ce jour par une réduction nette du débit de gaz injectés sans modifier le débit de fumées extraites. Ce faisant, le rendement thermique n'était pas maintenu au niveau optimal en petite allure, et en outre, la température de soufflage ne variait pas de manière suffisamment progressive.  In order to improve the comfort of the users and therefore the occupants of the enclosure, the temperature of this heating, that is to say the temperature of the air blown into the enclosure, also called blowing temperature, must be adapted to the load. To do this, with the combustion burners of the type used, it was to date by a net reduction of the injected gas flow without changing the flow of fumes extracted. In doing so, the thermal efficiency was not maintained at optimal level in small pace, and furthermore, the blowing temperature did not vary sufficiently gradually.

En d'autres termes, avec les dispositifs de l'art antérieur, on influait indirectement sur la richesse du mélange par un palier unique entre les puissances minimale et maximale par un simple changement sur le débit de gaz. Le réglage de la richesse optimum ne pouvait être maintenu dans les deux états (petite et grande allures) car la puissance minimale était obtenue avec un excès d'air. En outre, l'écart entre la puissance maximale et la puissance minimale était limité. On aboutissait en effet à une valeur de puissance minimale correspondant sensiblement à 60 % de la puissance maximale, compte tenu du fait que les vannes de régulation deux étages ne permettent pas de descendre en dessous de 60%.  In other words, with the devices of the prior art, one indirectly influenced the richness of the mixture by a single step between the minimum and maximum powers by a simple change on the gas flow. The setting of the optimum richness could not be maintained in both states (small and large speeds) because the minimum power was obtained with an excess of air. In addition, the gap between maximum power and minimum power was limited. This resulted in a minimum power value corresponding substantially to 60% of the maximum power, given that the two-stage control valves do not allow to go below 60%.

Ce type de réglage n'est donc pas optimum, d'une part en terme d'adaptation de la puissance produite et de la température de soufflage par rapport au besoin, et d'autre part en terme de qualité du mélange air/gaz tout au long de la variation de puissance.  This type of adjustment is therefore not optimum, firstly in terms of adaptation of the power produced and the blowing temperature compared to the need, and secondly in terms of the quality of the air / gas mixture. throughout the power variation.

De fait, l'invention propose un dispositif du type en question, dans lequel la vitesse du ventilateur d'extraction est fixe, en l'espèce correspondant à sa vitesse nominale ou maximale, et dans lequel on crée une perte de charge au sein du ou des tubes de flamme, par la mise en oeuvre d'un diaphragme au sein du des) tube(s) de flamme en amont dudit ventilateur, obturant de manière régulée ledit (lesdits) tube(s).  In fact, the invention proposes a device of the type in question, in which the speed of the extraction fan is fixed, in this case corresponding to its nominal or maximum speed, and in which a pressure drop is created within the or flame tubes, by the implementation of a diaphragm within the flame tube (s) upstream of said fan, closing in a controlled manner said (said) tube (s).

Selon l'invention, le réglage de l'obturation du (des) tube(s) de flamme, et donc le réglage du débit d'air comburant est géré par un servomoteur, connecté à l'automate assurant également la gestion du mélange air/gaz au niveau de l'injecteur du brûleur.  According to the invention, the adjustment of the shut-off of the flame tube (s), and therefore the adjustment of the combustion air flow, is controlled by a servomotor, connected to the PLC, which also manages the air mixture. / gas at the burner injector.

La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif, à l'appui des figures annexées.  The manner in which the invention can be realized and the advantages which result therefrom will emerge more clearly from the exemplary embodiment which follows, given for information only, in support of the appended figures.

La figure 1 est une représentation schématique illustrant le fonctionnement général 20 du dispositif conforme à l'invention.  Figure 1 is a schematic representation illustrating the general operation of the device according to the invention.

La figure 2 est une représentation plus détaillée du fonctionnement effectif notamment du tube de flamme.  Figure 2 is a more detailed representation of the actual operation including the flame tube.

Apparaît donc sur la figure 1, tout d'abord la zone (1) au niveau de laquelle s'effectue l'échange thermique entre l'air ambiant, c'est-à-dire l'air de l'enceinte à conditionner, acheminé au niveau de cette zone (1) par un ventilateur (2), et un tube de flamme (3), dont le chauffage est réalisé par un brûleur, dont on a représentée la torche par la référence (4).  Thus appears in Figure 1, first of all the zone (1) at which the heat exchange takes place between the ambient air, that is to say the air of the enclosure to be conditioned, conveyed at this zone (1) by a fan (2), and a flame tube (3), the heating of which is carried out by a burner, the torch of which has been represented by the reference (4).

On observera, que si certes dans l'exemple décrit, le tube de flamme (3) mis en oeuvre est de forme courbe, il est bien évident qu'il peut adopter toute configuration, l'objectif étant d'optimiser au maximum l'échange thermique entre le tube de flamme (3) et l'air introduit dans la zone d'échange thermique (1).  It will be observed that, while certainly in the example described, the flame tube (3) used is of curved shape, it is quite obvious that it can adopt any configuration, the objective being to optimize the maximum heat exchange between the flame tube (3) and the air introduced into the heat exchange zone (1).

L'extrémité du tube de flamme (3) comporte un ventilateur d'extraction des fumées (5), et plus exactement des gaz brûlés résultant de la combustion du gaz injecté au niveau du brûleur (4).  The end of the flame tube (3) comprises a smoke extraction fan (5), and more precisely burnt gases resulting from the combustion of the gas injected at the burner (4).

Ce ventilateur (5) fonctionne au moyen d'un moteur électrique (6). Dans le cadre de la présente invention, aucune autre intervention n'est possible au niveau du moteur (6) à l'exception de sa mise en marche ou de son arrêt. En d'autres termes, le moteur (6) tourne toujours à sa vitesse nominale.  This fan (5) operates by means of an electric motor (6). In the context of the present invention, no other intervention is possible at the engine (6) with the exception of its starting or stopping. In other words, the motor (6) always runs at its nominal speed.

Celui-ci active donc le ventilateur d'extraction (5) permettant l'évacuation des gaz brûlés par une cheminée ou un conduit (7).  This activates the exhaust fan (5) allowing the evacuation of flue gas through a chimney or duct (7).

On a représenté par la référence (8) l'injecteur du gaz combustible au niveau du brûleur. Le débit du gaz au niveau de cet injecteur est géré par deux vannes, respectivement une vanne (9) à commande dite PWM pour "Pulse Wave Modulation", et une vanne de sécurité (10).  There is shown by reference (8) the injector of the fuel gas at the burner. The flow rate of the gas at this injector is managed by two valves, respectively a valve (9) PWM called control for "Pulse Wave Modulation" and a safety valve (10).

La vanne PWM (9) assure la modulation du débit de gaz injectés de manière proportionnelle au signal transmis par un automate programmable (13). En parallèle, le réglage du débit d'air comburant est commandé par l'automate programmable (13) assurant également la gestion du mélange air/gaz au niveau de l'injecteur du brûleur.  The PWM valve (9) modulates the injected gas flow in proportion to the signal transmitted by a programmable controller (13). In parallel, the control of the combustion air flow is controlled by the programmable controller (13) which also manages the air / gas mixture at the burner injector.

Cette vanne PWM (9) est elle-même régulée par un organe EF49 (11), luimême sous la dépendance de l'automate programmable (13). Cet organe EF 49 (11) est en fait constitué par un circuit électronique intégré assurant l'interface de câblage entre l'automate programmable (13), l'alimentation électrique, mais également la vanne de gaz (9), un servomoteur (15), décrit plus en détail ultérieurement, ainsi que des organes de contrôle de pression et de température, du type pressostats et thermostats.  This PWM valve (9) is itself regulated by an EF49 device (11), itself under the control of the programmable controller (13). This EF 49 (11) is in fact constituted by an integrated electronic circuit providing the wiring interface between the PLC (13), the power supply, but also the gas valve (9), a servomotor (15) ), described in more detail later, as well as pressure and temperature control members, such as pressure switches and thermostats.

Un tel organe comporte une mémoire de type EPROM, stockant un algorithme de contrôle du signal proportionnel de commande de la vanne PWM (9) en fonction de la puissance de chauffage demandée par l'automate (13).  Such a member comprises an EPROM type memory, storing an algorithm for controlling the proportional control signal of the PWM valve (9) as a function of the heating power required by the controller (13).

La vanne de sécurité (10) assure la fermeture de l'alimentation en gaz lorsque l'installation est à l'arrêt. Ce verrouillage est dit de sécurité, car de par la mise en oeuvre de deux vannes en série, on assure la redondance de l'isolation de l'injection du gaz à l'arrêt de l'installation. Cette vanne (10) est elle-même régulée par un boîtier de sécurité (12), également sous la dépendance de l'automate (13).  The safety valve (10) closes the gas supply when the installation is stopped. This locking is said to be safe because, by the use of two valves in series, the redundancy of the insulation of the gas injection is ensured at the shutdown of the installation. This valve (10) is itself regulated by a safety box (12), also under the control of the controller (13).

Selon une caractéristique fondamentale de l'invention, est positionné au sein du tube de flamme (3), en amont du ventilateur d'extraction (5) par rapport au sens de progression des gaz brûlés, un diaphragme ou obturateur d'extraction (14), susceptible d'obturer en tout ou en partie et de manière continue (et non pas discrète) ledit tube.  According to a fundamental characteristic of the invention, is positioned within the flame tube (3), upstream of the exhaust fan (5) with respect to the direction of progression of the flue gases, a diaphragm or extraction shutter (14). ), capable of closing all or part and continuously (and not discrete) said tube.

Ce faisant, il est possible de jouer sur la perte de charge au sein du tube de flamme par la mise en oeuvre d'un tel diaphragme. Celui-ci est de fait actionné par un servomoteur (15), lui aussi sous la dépendance de l'automate (13).  In doing so, it is possible to play on the pressure drop within the flame tube by the implementation of such a diaphragm. This is actually actuated by a servomotor (15), also under the control of the controller (13).

Cette perte de charge inhérente au diaphragme induit une réduction du débit des fumées extraites. Ce faisant, elle permet d'adapter le débit desdites fumées, ou indirectement le débit d'air neuf agissant en tant que comburant au débit d'injection du gaz (carburant), et donc d'ajuster en permanence la richesse du mélange. En d'autres termes, le mélange idéal entre l'air comburant et le gaz combustible est dosé de manière idéale tout au long de la plage de variation de puissance, de telle sorte à obtenir le rendement optimal de l'installation, quelle que soit la demande en puissance thermique.  This loss of pressure inherent in the diaphragm induces a reduction in the flow rate of the fumes extracted. In doing so, it makes it possible to adapt the flow of said fumes, or indirectly the fresh air flow acting as an oxidant to the injection rate of the gas (fuel), and thus to continuously adjust the richness of the mixture. In other words, the ideal mixture of the combustion air and the combustible gas is ideally dosed throughout the power variation range, so that the optimal performance of the installation, whatever the the demand for thermal power.

Le réglage dynamique dudit mélange est obtenu au moyen d'une liaison électrique entre le servomoteur (15) et la vanne PWM (9) de réglage de débit de gaz. Ce faisant, le signal d'ouverture ou de fermeture de la vanne PWM (9) est dépendant uniquement de la position du servomoteur (15), elle-même commandée par l'automate programmable (13), le tout via l'organe EF49 (11). Les positions extrêmes du diaphragme ou obturateur (14) sont réglées de manière à avoir le maximum de fumées extraites en grande puissance et le minimum en petite puissance.  The dynamic adjustment of said mixture is obtained by means of an electrical connection between the servomotor (15) and the PWM valve (9) for adjusting the gas flow rate. In doing so, the opening or closing signal of the PWM valve (9) depends solely on the position of the servomotor (15), itself controlled by the PLC (13), all via the EF49 device. (11). The extreme positions of the diaphragm or shutter (14) are adjusted so as to have the maximum of fumes extracted in high power and the minimum in small power.

L'installation comporte également deux pressostats, respectivement un pressostat gaz (16), situé entre la source d'alimentation (18) en gaz et les vannes de sécurité (10) et PWM (9), et un pressostat air (17) situé au voisinage du conduit (7) d'évacuation des gaz brûlés. Ce dernier est destiné à surveiller la pression desdits gaz brûlés à ce niveau, de telle sorte qu'elle soit toujours inférieure à la pression de l'air traité au sein de l'enceinte de chauffage (1), et ce, pour des raisons évidentes de sécurité.  The installation also comprises two pressure switches, respectively a gas pressure switch (16), located between the gas supply source (18) and the safety valves (10) and PWM (9), and an air pressure switch (17) located in the vicinity of the flue gas discharge duct (7). The latter is intended to monitor the pressure of said gases burned at this level, so that it is always lower than the pressure of the air treated in the heating chamber (1), and this, for reasons obvious security.

Le dispositif conforme à l'invention permet ainsi, par un moyen simple et économique, d'assurer une régulation proportionnelle de la puissance thermique envoyée dans l'enceinte à traiter, et ce de manière continue entre une valeur minimum et la puissance nominale maximum. Ce faisant, une bonne précision de contrôle de la température de soufflage peut être obtenue, susceptible ainsi de garantir un bon confort des personnes présentes dans l'enceinte. Le dispositif maintient tout au long de sa plage de régulation des conditions de combustion optimales, notamment sur le plan du rendement thermique. Ce dispositif est ainsi tout à fait adapté aux installations dénommées selon l'expression anglaise rooftop , c'est à dire constituées de modules positionnés sur le toit de l'enceinte à chauffer.  The device according to the invention thus makes it possible, by a simple and economical means, to proportionally regulate the thermal power sent into the enclosure to be treated, and this continuously between a minimum value and the maximum power rating. In doing so, a good accuracy of control of the blowing temperature can be obtained, thus likely to ensure a good comfort of the people present in the enclosure. The device maintains optimal combustion conditions throughout its control range, particularly in terms of thermal efficiency. This device is thus quite suitable for the installations referred to as rooftop, ie consisting of modules positioned on the roof of the enclosure to be heated.

Claims (4)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de chauffage pour une installation de conditionnement d'air d'une enceinte, comprenant une zone d'échange thermique (1) de l'air de l'enceinte à conditionner, dans lequel circule un ou plusieurs tubes de flamme (3) prolongeant chacun un brûleur (4) alimenté en gaz combustible, l'autre extrémité dudit (desdits) tube(s) de flamme (3) étant munie d'un ventilateur d'extraction (5) des gaz résultant de la combustion du gaz combustible, caractérisé en ce que la vitesse du ventilateur d'extraction (5) est fixe, et en ce que ledit (lesdits) tubes de flamme (3) est (sont) obturable(s) partiellement de manière régulée au moyen d'un diaphragme ou obturateur (14), de telle sorte à créer une perte de charge au sein du (des) tube(s) de flamme.  1. Heating device for an air conditioning installation of an enclosure, comprising a heat exchange zone (1) of the air of the enclosure to be conditioned, in which one or more flame tubes circulates (3). ) each extending a burner (4) supplied with fuel gas, the other end of said flame tube (s) (3) being provided with a fan (5) for extracting the gases resulting from the combustion of the gas characterized in that the speed of the exhaust fan (5) is fixed, and in that said (said) flame tube (3) is (are) closable (s) partially in a controlled manner by means of a diaphragm or shutter (14), so as to create a pressure drop within the flame tube (s). 2. Dispositif de chauffage pour une installation de conditionnement d'air d'une enceinte selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réglage du débit d'air comburant au niveau de l'injecteur de gaz du brûleur est commandé par un automate programmable (13) assurant également la gestion du mélange air/gaz au niveau de l'injecteur du brûleur, et en ce que le diaphragme ou obturateur (14) est actionné par un servomoteur (15), placé également sous la dépendance de l'automate programmable (13).  2. Heating device for an air conditioning installation of an enclosure according to claim 1, characterized in that the control of the combustion air flow at the burner gas injector is controlled by a programmable controller. (13) also ensuring the management of the air / gas mixture at the burner injector, and in that the diaphragm or shutter (14) is actuated by a servomotor (15), also placed under the control of the controller programmable (13). 3. Dispositif de chauffage pour une installation de conditionnement d'air d'une enceinte selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la puissance thermique transmise à l'air traité est variable de manière continue depuis une valeur minimum jusqu'à la puissance nominale maximum.  Heating device for an air conditioning installation of an enclosure according to one of claims 1 and 2, characterized in that the thermal power transmitted to the treated air is continuously variable from a minimum value to 'at the maximum rated power. 4. Dispositif de chauffage pour une installation de conditionnement d'air d'une enceinte selon la revendication 3, caractérisé en ce que la température de soufflage est contrôlée de manière très précise par ajustement de la perte de charge, elle- même inhérente au degré de fermeture ou d'obturation du(des) tube(s) de flamme.  4. Heating device for an air conditioning installation of an enclosure according to claim 3, characterized in that the blowing temperature is controlled very precisely by adjusting the pressure drop, itself inherent in the degree of closing or sealing the flame tube (s).
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