Brevet FR2252722A1 — publié le 19750620

L'invention concerne un accumulateur d'eau chaude avec un réservoir d'eau isole thermiquement, avec un corps chauffant électrique et avec un régulateur de température, qui est couplé de telle sorte, qu'il ne peut produire un échauffement et un maintien à température selon une première valeur de consigne que pendant une période de charge déterminée; grâce à de tels accumu- lateurs d'eau chaude, on peut utiliser les avantages tarifaires souvent proposés pour la consommation de courant durant certains intervalles de temps (période de charge). Pour l'utilisateur, il est cependant désavantageux qu'il doive soit installer un accumulateur de très grand volume ou admettre alors que la réserve d'eau chaude ne suffise pas parfois. Dans des accumulateurs connus de ce genre, on prévoit bien un second circuit de chauffage, d'une puissance notablement supérieure, et qui est enclenché manuellement en pareil cas et porte, en un temps relativement court, la température du contenu de l'accumulateur à la température de consigne de, par exemple, 850C; cependant, le grand inconvénient de ce dispositif, c'est de devoir admettre un temps d'attente, car ce chauffage puissant n'est en règle géné- rale, enclenché qu'après qu'ait été constatée l'insuffisance d'eau chaude. Dans les accumulateurs d'eau chaude connus de ce genre, la puissance doit être ajustée à une valeur suffisante pour que la totalité du contenu de l'accumulateur soit échauffée depuis la température la plus basse possible jusqu'à la valeur de consigne, de par exemple 850C, pendant la durée du tarif horaire inférieur. Cette puissance relativement élevée entrain une sollicitation correspondante importante du réseau électrique lorsque tous les accumulateurs d'eau chaude sont enclenchés sur le réseau au début du temps d'application du tarif horaire inférieur. La présente invention a pour objet un accumulateur d'eau chaude perfectionné du genre mentionné au début, tel que la demande journalière d'eau chaude.puisse être sobrement couverte avec un appareil de volume relativement petit, entratnant par-là des pertes thermiques correspondantes minimes. La solution selon l'invention, de ce problème, pour un accumulateur d'eau chaude du genre précité, est caractérisée par un dispositif de commande à l'aide duquel la température du contenu de l'accumulateur, pendant une période de post-chauffage se situant hors de la période de charge, est maintenue à une seconde valeur de consigne inférieure à la première valeur de consigne. Il est de ce fait possible d'empêcher l'apparition d'un plus grand abaissement permanent de la température du contenu de l'accumulateur à des valeurs inférieures à la seconde valeur de consigne.C'est pourquoi il est également possible de choisir la puissance de chauffe pour l'échauffement pendant la période de charge, plus faible qulhabi- tuellement, car cet e-hauffement part d'un niveau de température plus élevé; ce qui entrasse à son tour de plus faibles pointes d'enclenchement sur le réseau. Pour le post-chauffage à la seconde valeur de consigne, on peut employer le meme corps de chauffe que pour le réchauffage pendant la période de charge. Il est toutefois plus avantageux de réaliser le corps de chauffe à deux étages de puissance commutables et d'enclencher l'étage de puissance la plus élevée pendant la période de post-chauffage. Cet étage à puissance plus élevée peut aussi être actif pendant la période de charge pour des températures inférieures à la seconde valeur de consigne l'étage à puissance plus faible assure alors seulement l'échauffement jusqu'à la première valeur de consigne. Avec une réalisation du corps de chauffe à deux étages de puissance, on a de plus comme avantage, la possibilité d'enclencher volontairement l'étage de puissance la plus élevée à l'aide d'un contacteur manuel, afin de permettre ainsi un échauffement rapide à pleine puissance, même pendant la période de charge. La coupure se fait dans ce cas automatiquement dès que la température de l'eau a atteint la première ou la seconde valeur de consigne (suivant le type réalisé). Dans un type de réalisation particulièrement simple de l'invention, on peut y arriver avec un seul régulateur, pour autant que sa valeur de consigne puisse être modifiée mécaniquement ou électriquement par le dispositif de commande; on peut alors décaler sa valeur de consigne se trouvant par exemple sur 400C vers la première valeur de consigne de par exemple 850C, grâce au dispositif de commande et de sorte que ce régulateur maintienne 11 eau à la première valeur de consigne - la plus haute - pendant la période de charge et règle sur la seconde valeur de consigne - plus basse en dehors de la période de charge. Les régulateurs électroniques sont particulièrement appropriés à ce type de réalisation, pour lesquels une modification de la valeur de consigne est possible par une simple cdmmutation de résistances. Mais toutefois, avec les régulateurs mécaniques à dilatation, on peut aussi obtenir un décalage de la valeur de consigne par voie dlectro-mécanique. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, un régulateur séparé est affecté à chacune des deux valeurs de consigne. Pour tous les modes de réalisation, il est opportun de rendre réglable manuellement la seconde valeur de consigne (pour le post-chauffage) bien que 40 C soit une valeur préférentielle. Par c-ontre, on ajustera de préférence à une valeur fixe, la première valeur de consigne, par exemple sur 80 + 10 C. Quelques exemples de réalisation de l'invention, avec deux régulateurs et deux étages de puissance seront expliqués à l'aide du dessin annexé, sur lequel: la figure 1 représente un premier mode de réalisation de l'invention, dans lequel le post-chauffage s'effectue avec un étage de puissance plus faible; les figures 2a et 2b montrent des exemples de couplage pour le corps de chauffe H de la figure 1; et la figure 3 montre un autre mode de réalisation de l'invention, qui se sert de l'étage dé puissance la plus -élevée pour le post-chauffage. Dans les figures I et 3, le corps de chauffe H de l'accumulateur d'eau chaude n'est représenté que symboliquement, pour autant qu'il est nécessaire à la compréhension du reste du circuit; en particulier, les bornes S, T servent au raccordement aux lignes -de phase correspondantes d'un réseau triphasé, la borne marquée N sert au raccordement au conducteur neutre, une autre borne est marquée X. En outre, les deux puissances de chauffage sont représentées chacune par un corps de chauffe, en fait R1 pour la petite puissance (par exemple 1,4 ou 2 k) et R2 pour la grande puissance de par-exemple 6 kW; la commutation s'effectue par un contact de repos a2 d'un premier contacteur ou relais A et le contact de travail b2 d'un second contacteur (ou relais) B. Dans la pratique, les deux étages de puissance se composent d'une combinaison variable de trois ou quatre corps de chauffe tubulaires de même puissance: la figure 2a montre par exemple trois corps de chauffe tubulaires de chacun 2 kW, dont deux (rl, r2) sont en parallèle et en série avec un troisième r3, et forment l'étage de faible puissance PI de 1,4 kW, par connexion entre phase et conducteur neutre. En employant quatre corps de chauffe tubulaires de chacun 2 kW (rl, r2, r3, r4), on a la possibilité, conformément à la figure 2b, de constituer la plus petite puissance en montant res peetivement en série deux corps de chauffe tubulaires (rl, r3 et r2, r4) et de placer les deux montages série parallèlement entre une phase (x) et le conducteur neutre. Pour constituer l'étage de puissanc-e plus élevée 32 de 6 kV, les corps de chauffe tubu- laires rl, r2, r3 sont placés par les contacts b2, entre les lignes de phase et le conducteur neutre N. Dans le type de réalisation selon la figure 1, la borne X du corps de chauffe H est reliée par le contact e du premier régulateur, directement à une borne R' qui n'est sous tension que pendant la période de charge; en outre, par le contact f du second régulateur, la borne X se trouve connectée à la borne R qui est en permanence sous la tension de la mdme phase. Le contact f est également monté en série avec un contact de travail al du premier relais A, dans le circuit d'excitation du second relais B; un contact de travail bl du second relais, inséré dans le circuit d'excitation du premier relais & est couplé en parallèle avec un commutateur à poussoir commandé manuellement, Ta. Pour expliquer le fonctionnement, on supposera que la première valeur de consigne du premier régulateur est réglée à 85 C avec le contact e et que la seconde valeur de consigne est réglée à 400C (pour le second régulateur, avec le contact f). Lors, avec l'étage de faible puissance R1, on effectue aussi bien la charge et le maintien de la température pendant la période de charge à l'aide du contact e du premier régulateur, qu'également la-charge de complément pendant la période de post-chauffage à l'aide du contact f du second régulateur.Une commutation sur l'étage de puissance supérieure R2 n'est possible que volontairement, en appuyant sur le bouton Ta, dans ce cas le relais A est excité, coupe R1 du réseau et met le relais B sous tension via ai tant que la température de l'eau, pendant la période de charge, est au-dessous de 850C (la valeur de consigne du régulateur e ) ou au-dessous de 400C (pendant la période de post-chauffage) qui est la valeur de consigne du régulateur f. La coupure de l'étage de puissance supérieure R2 s'effectue pendant la période de charge (tension en Rt) dès que la température de l'eau a atteint la valeur de consigne de 850C. Pendant la période de post-chauffage (pas de tension en R I'étage de puissance supérieure est par contre déjà coupé lorsque la température de l'eau atteint 400C, car pour cette valeur, du fait de l'ouverture du contact o, le relais B n'est plus alimenté et sa ehute entratue celle du relais A qui, par son contact a2 réenclenche l'étage de puissance inférieure R1. En ajoutant la liaison dessinée en tirets, entre les bornes R' et R, ainsi qu'un contact de travail a3 du relais A, il est possible, meme pendant la période de post-chauffage - donc par exemple, toute la journée - de ménager un échauffement avec l'étage de puissance supérieure jusqu'à 850C en appuyant sur le bouton Ta; dans ce cas, pour la coupure du relais B, c'est ltouverture du premier régulateur et de son contact e qui la détermine, étant supposé qu'il se trouve à sa valeur de consigne de 850C, Dans l'exemple-de réalisation selon la figure 3, le corps de chauffe H avec ses liaisons aux bornes du réseau, est identique à celui de la réalisation selon la figure 1; de mêmes le premier relais A est encore couplé au réseau par un contact bl du relais B. Toutefois, le relais B est mis en parallèle sur un troisième relais C, par le contact de travail al; par le contact du second régulateur, le relais C est branché entre les bornes N et R (version en tirets). La borne X du corps de chauffe H est connectée à la borne R par le contact de travail c2 du troisième relais; parallèlement au contact bl dans le circuit du premier relais A, se trouve un contact de travail cl/c2 du troisième relais C. Dans le fonctionnement de ce type de réalisation (liaison directe entre les-points 1 et 2, sans relais D), le résultat obtenu c'est que, sans différence des périodes considérées, la recharge est effectuée essentiellement avec l'étage de puissance supérieure R2 jusqu'à l'accession à la seconde valeur de consigne o. Ceci est à imputer au fait que en passant au-dessous de la valeur de consigne de ce régulateur, met le relais C sous tension, en sorte que le corps de chauffe H se trouve sur la phase R par c2, le relais A reçoit la tension par cl et coupe ainsi R1 et la puissance supérieure R2 est enclenchée par ai agissant sur le relais B; le contact c3 veille à ce que les relais C et B - après fermeture du régulateur et leur excitation - ne soient pas reprivés de tension et retombent du fait du relais D - alors mis sous tension - qui ouvre d. Par le contact bl, dans le circuit de A, cette situation se maintient jusqu 'a' ce que la deuxième valeur de consigne soit atteinte et que le régulateur correspondant ouvre f à nouveau, faisant ainsi retomber les relais C et B. Dans cette réalisation, 11 étage de puissance inférieure R1 n'est utilisé que pour la charge, à la valeur de consigne du premier régulateur e, pendant la période de charge (tension en R') et audessus de la valeur de consigne du second régulateur f. Parfois, il est cependant désiré de limiter le post-chauffage avec l'étage de puissance supérieure, à la période de post-chauffage. Une telle possibilité de choix peut Qtre obtenue à l'aide d'un quatrième relais D, qui peut étre connecté entre les bornes X et N par un commutateur S à commande manuelle; un contact de repos de ce contacteur se trouve entre les points 1 et 2 à la place de la liaison en tirets.Tant que S demeure dans la position ouverte, rien ne change, mais I'enclenchememlt du relais D, comme exposé précédemment, a pour conséquence d'empêcher la mise en oeuvre de l'étage de puissance supérieure B2 pendant la période de charge (tension en R'); on peut alors l'obtenir volontairement en appuyant sur la touche Ta ( pour autant que la température de l'eau se trouve au-dessous de la valeur de consigne du régulateur f ), car ensuite les relais C et B s'excitent aussi pendant la période de charge, c'est-B-dire quand le relais D est déjà excité. Dans les modes de réalisation de l'invention avec deux étages de puissance différente, il est avantageux de disposer l'étage de puissance inférieure dans la région du fond du réservoir et l'étage de puissance supérieure audessus, en particulier sur l'axe longitudinal du réservoir: le capteur du second régulateur, ajusté sur la valeur de consigne inférieure, peut alo-rs être couplé au contenu du réservoir, de telle sorte que le régulateur ne commence seulement à réagir que lorsqu'une certaine fraction - par exemple la moitié inférieure - du réservoir est remplie d'eau froide. Le point de coupure de ce régulateur sera alors opportunément réglé pour que le post-chauffage soit déjà terminé lorsque l'eau du réservoir, dans une certaine fraction du volume supérieur - par exemple le tiers supérieur - a atteint la valeur de consigne du second régulateur. RETENDICATIONS 1. Accumulateur d'eau chaude avec un réservoir d'eau isolé thermiquement, avec un corps chauffant électrique et avec un régulateur de température, qui est couplé de telle sorte qu'il ne peut produire un échauffement et un maintien à température avec une première valeur de consigne que pendant une période de charge déterminée, caractérisé par un dispositif de commande à l'aide duquel la température du contenu de l'accumulateur, pendant une période de post-chauffae se situant hors de la période de charge, est maintenue 8 une seconde valeur de consigne inférieure à la première valeur de consigne. 2. Accumulateur d'eau chaude suivant la revendication 1, caractérisé par ie fait que le corps de chauffe est commutable selon deux étages de puissance et que pendant la période de post-chauffage, l'étage de puissance supérieure est actif. 3. Accumulateur d'eau chaude suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que l'étage de puissance supérieure est actif également pendant la période de charge, à des températures inférieures à la second. valeur de consigne. 4. Accumulateur d'eau chaude suivant la revendication 2 ou 3 caractérisé par le fait que 1'8targe de puissance supérieure peut titre volontairement enclenché en tout temps au moyen d'un commutateur manuel (Ta) et est coupé automatiquement seulement après que la première ou la seconde valeur de consigne ait été atteinte. 5. Accumulateur d'eau chaude suivant l'une des revendica tuons 1 à 4, caractérisé par le fait que la valeur de consigne du régulateur de température est modifiable mécaniquement ou électriquement par le dispositif de commande et qutelle est maintenue à la première valeur de consigne pendant la période de charge. 6. Accumulateur d'eau chaude suivant l'une des revendications 1 à 4, caraetérisé par un premier régulateur (e) pour le maintien de la première valeur de consigne pendant la période de charge et par un second régulateur (f), qui est commuté dans le circuit d'alimentation du corps de chauffe (H), par le dispositif de commande, pendant la période de post-chauffage. 7. Accumulateur d'eau chaude suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé par le fait que lu seconde valeur de consigne eut titre réglée manuellenient 8. Accumulateur d'eau chaude suivant la revendication 7, ~ caractérisé par le fait que la première valeur de consigne se situe à 80 + 100C. 9. Accumulateur d'eau chaude suivant la revendication 6, comportant un corps chauffant-qui, à l'aide d'un premier contacteur, est commutable sur une puissance faible et qui, à l'aide d'un second contacteur, est commutable sur une puissance plus grande, caractérisé par le fait qu'une borne (X) du corps chauffant (H) est raccordée, par le contact (e) du premier régulateur, à une borne (Ri), qui n'est sous tension que pendant la période de charge et, par un contact (o) du second régulateur, également à une autre borne (R) se trouvant en permanence sous tension; que dans le circuit d'alimentation du; premier relais (A), il y a un contact de travail (bl) du second relais (B) et que, dans le circuit d'alimentation du second relais (B), le contact (f) du second régulateur et un contact de travail (al) du premier relais (A) se trouvent couplés en série (figure 1). 10. Accumulateur d'eau chaude suivant la revendication 92 caractérisé par le fait qu'un commutateur manuel est couplé en parallèle sur le contact de travail (bl) du second relais (B), (figure 1). 11. Accumulateur d'eau chaude suivant la revendication 10, caractérisé par le fait que le contact (f) du second régulateur est couplé en parallèle sur le contact (e) du premier régulateur, par l'intermédiaire d'un contact de travail (a3) du premier relais (A) (figure 1). 12. Accumulateur d'eau chaude suivant la revendication 6, comportant un corps chauffant qui, à l'aide d'un premier contacteury est commutable sur une puissance faible et qui, à l'aide d'un second contacteur, est commutable sur une puissance plus grande, caractérisé par le fait qu'une borne (X) du corps chauffant (H) est raccordée, par le contact (e) du premier régulateur, à une borne (R'), qui n'est sous tension que pendant la période de chargé; que le contact (o) du second régulateur se trouve dans le circuit d'alimentation d'un troisième relais (C), sur lequel le circuit d'excitation du second relais (B) est couplé en parallèle, par -l'intermédiaire d'un contact de travail (ai) du premier relais (A); qu'un contact de travail (bl) du second relais (B) et, en parallèle sur celui-ci, un contact de travail (cl/2) du troisième relais (C) se trouvent dans le circuit d'alimentation du premier relais (A) et qu'une borne (X) du corps chauffant (H) est raccordée par un contact de travail (c2) du troisième relais (C > b une borne (R > se trouvant en permanence sous tension. 13. Accumulateur d'eau chaude suivant la revendication 12, caractérisé par le fait que le contact de repos (d) d'un quatrième relais (D), couple en parallèle avec un contact de travail (c3) du troisième relais, se trouve en série avec le contact (f) du second régulateur, dans le circuit d'alimentation du troisième relais (G), et que le circuit d'excitation du quatrième relais (D), en série avec l'interrupteur manuel (S), se trouve en parafa lble sur le corps chauffant (H). 14. Accumulateur d'eau chaude suivant la revendication 13, comportant au lieu de l'interrupteur S, une connexion fixe, caractérisé par le fait que le contact de repos (d) du quatrième relais (D), est montd en parallèle avec un bouton poussoir à commande manuelle.