Brevet FR2420125A1 — publié le 19791012

La présente invention concerne un dispositif fournissant une mesure approchée d'une quantité de chaleur dissipée par un corps de chauffe, notamment en vue d'établir une répartition de charges de chauffage entre des occupants d'un immeuble à chauffage collectif Les pouvoirs publics s'intéressent à toutes-les solutions visant à réduire la consommation d'énergie, surtout dans le domaine du chauffage qui représente une bonne partie de la consommation actuelle de pétrole. C'est ainsi qu'ils se sont penchés sur la manière de sensibiliser les utilisateurs sur le gaspillagé existant dans ce domaine. Le meilleur moyen consiste a rendre ces memes utilisateurs responsabies en leur donnant le moyen de contrôler et modifier leur consommation. Par ce biais, un double but peut être atteint, car le cott actuel du chauffage est tel qu'il existe en outre un problème d'équité dans la répartition des charges; ceci est d'autant plus vrai qu'est grande la dispersion des températures ambiantes satisfaisant chacun. On se rend compte de l'importance de ce fait quand on sait qu'une différence de 10C de température intérieure, représente une différence de l'ordre de 7% sur la consommation d'énergie. Pour permettre cette répartition de charges de chauffage, on peut évIdemment penser à l'utilisation d'un compteur de calories par appartement. Cependant, cette solution n'est malheureusement pas adaptée aux immeubles déjà construits, du fait du principe meme de desserte des appartements par colonnes montantes et par type de pièce; ce système de centrale suppose en effet plusieurs installations de compteurs coûteuses par logement. C'est la raison pour laquelle on utilise depuis quelque temps un dispo;fJif d'estimation de consommation d'énergie thermi- que, essentiellement constitué d'un évaporateur à liquide coloré, à poser sur chaque radiateur ; le r8le de cet évaporateur est d'intégrer le plus fidèlement possible la quantité de chaleur émise par le radiateur. Un tube , contenant le liquide colore, est fixé à côté d'une graduation propre à chaque modèle de radiateur et une correction de la lecture suivant un diagramme déterminé doit être apportée afin de tenir compte de l'exposition de la pièce. Une interprétation de la lecture est donc nécessaire, ce qui présente un gros inconvénient. En effet, l'indication livrée par cet évaporateur n'a aucune signification directe pour le consommateur, qui n'est donc pas invité, par cette indication, à reconsidérer ces besoins en énergie. En outre, la précision de cet évaporateur reste assez limitée, de sorte que le problème de l'équité de la répartition des charges de chauffage n'est pas résolu de façon satisfaisante. La présente invention a précisément pour but d'une part de sensibiliser le consommateur au problème de ses dépenses en énergie en lui donnant en clair l'indication de ces dépenses, et d'autre part de rendre plus équitable la répartition des charges de chauffage, par le moyen d'une précision nettement améliorée de 1' indicateur de consommation. A cette fin le dispositif de l'invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend un circuit oscillant à fréquence f variable, incluant ut composant S sensible à la température et disposé à proximité du corps de chauffe, ce circuit oscillant produisant, pendant une unité de temps t, un nombre d'impulsions de sortie nT variant avec la température T du corps de chauffe, un circuit de comparaison et de blocage connecté au circuit oscillant pour délivrer, pendant ladite unité de temps t, un nombre d'impulsions de sortie nT,8 représentant l'excédent, par rapport à un nombre prédéterminé d'impulsionsng,du nombre d'impulsions nT de sortie du circuit oscillant, ledit nombre prédéterminé ng correspondant au nombre d'impulsions produites par le circuit oscillant lorsque la température du corps de chauffe est gale à une température limite 9, un circuit de correction et de conversion connecté au circuit de comparaison et de blocage et délivrant sur sa sortie une fraction prédéterminée du nombre des impulsions reçues en provenance du circuit de comparaison et de blocage, et un circuit de comptage et d'affichage connecté à la sortie du circuit de correction et de conversion et affichant, dans une unité de mesure déterminée, la valeur de ladite quantité de chaleur dissipée. De préférence, le composant sensible à la température présente une résistance R5 liée à la température absolue T détectée du corps de chauffe par une relation du type Rs'= A e B/T où A et B sont des coefficients positifs caractéristiques de ce composant, et le circuit oscillant comprend un réseau d'impédances incluant, outre ledit composant, au moins deux résistances réglables Ri et Rp, l'une en série, l'autre en parallèle avec ce composant, de manière que, la fréquence f d'oscillation dudit circuit oscillant variant en fonction de la température T proportIonnellement à la fonction Rp + Ri + RS Rp (Ri + RS), le nombre d'impulsions n P soit proportionnel-à l'é- nergie émise par le radial.eur. Un mode particulier de realisation de ltinvention sera décrit ci-après, à titre indicatifs et nullement limitatif, en ré férence au dessin annexé, sur lequel la ilgure unique est un schéma électronique du dispositif de l'inw-enion. Le dispositif de la présente invention est, comme il est dit auparavant, destiné à fournir une mesure apprschée. mais toute- fois d'une précision satisfaisante, de la chaleur dissipée par un corps de chauffe ou radiateur, en vue par exemple d'établir une répartition des charges de chauffage entre des occupants d'un immeuble à chauffage collectif. Dans l'exemple choisi, qui correspond à l'utilisation normale prévue pour 11 invention, un dispositif présentant les caractéristiques décrites ci-dessous est donc installé, et de préférence scellé, sur chacun des radiateurs de chacun des occupants de l'immeuble à chauffage collectif. Ce dispositif, de type électronique, est de préférence alimenté par piles. Il comprend essentiellement un circuit oscillant 1 à fréquence f variable, un circuit de comparaison et de blocage 2 dont l'entrée 2e est connectée à la sortie 1s du circuit oscillant, un circuit de correction et de conversion 3 dont l'entrée e est connectée à la sortie 2e du circuit de comparaison et de blocage 2, et un circuit de comptage-affichage 4 dont 'entrée 4e est connectée à la sortie 3s du circuit de correction et de conversion. Ces circuits, par Ra combinaison de leur fonction, ont pour rôle de simuler, dans chacune des unités d'une succession, à durée indéterminée, d'unités de temps relativement courtes, la puissance du corps de chauffe pendant cette unité de temps, au moyen d'impulsions électriques dont le nombre par unité de temps reste sensiblement proportionnel à la puissance du corps de chauffe quelle que soit cette dernière; en déterminant le nombre de ces impulsions, en le divisant par la constante de proportionnalité entre la puissance du corps de chauffe exprimé dans une unité choi sie et le nombre d'impulsions correspondant pour chaque unité de temps, et en tenant compte de la durée effective de l'unité de temps, le dispositif de l'invention peut ainsi afficher l'énergie dissipée par le corps de chauffe, expriméeane une unité choisie. Expérimentalement, on a pu déterminer que la pu-ssance thermique P d'un corps de chauffe, porté à une température moyenne absolue T (c'est-à-dire exprimée en OI? et dissipant de la chaleur dans un milieu ambiant à la température absolue C, s'exprime par la fonction : r = K (T-e) où K et x sont des coefficients posftIe, x étant compris, pour les radiateurs ou corps de chauffe usuels, entre 1,15 et 1,35. Le dispositif de l'invention simule la valeur variable de la puissance P en tenant compte uniquement de la température T-; ceci signifie que ce dispositif, en fonctionnement, est réglé sur des valeurs déterminées de K, et s. La structure et le fonctionnement détaillés de ce dispositif sont les suivants : Le circuit oscillant 1 comprend un oscillateur 5, par exemple un circuit CD 4047 commercialisé par la Société RCA, associé de façon classique à un réseau d'impédances résistance/capacité, ce réseau comprenant un condensateur C de capacité C en parallèle avec une sonde S. La sonde S est elle-même en parallèle avec une résistance réglable Rp et en série avec une autre résistance réglable Ri. La sonde S est un composant sensible à la température, disposé à proximité immédiate du corps de chauffe de manière à avoir la meme température T que ce dernier. Cette sonde S, d'un type très couramment employé, présente une résistance R5 définie par l'équation Rs = A e B/T où A et Dans les conditions décrites, la fréquence f d'oscillation du circuit 1 est donnée par la formule k Rp+ Ri + RS f = C Rp (Ri + Rs)ou k est une constante positive dont la va- leur dépend de l'oscillateur utilisé. Pendant un intervalle de temps de t secondes, le nombre n T des impulsions 112 de sortie du circuit oscillant 1 est égal à C Rp+Ri+Ae B/T , et varie donc k Rp(Ri+Ae t BT, Rp(Ri+Ae ) avec la température T du corps de chauffe. Ces impulsions sont fournies au circuit 2. Ce circuit 2 comprend (figure) : un premier compteur 6 recevant et comptant les impulsions I12, ce compteur étant par exemple un compteur 12 bits de référence MC 14040 B commercialisé par la société MOTOROLA; une première porte logique ET 7 dont les entrées sont reliées à certaines au moins des sorties positives Q1, Q2' du premier compteur 6; une porte logique OU 8 dont une première entrée est connectée à la sortie de la porte ET 7; une bascule 9, par exemple un circuit de référence MM 74C74 commercialisé par la Société NATIONAL SEMICONDUCTOR, dont ltentrée de travail D est reliée à la sortie de la porte OU 8 et dont la sortie de travail Q est montée en réaction sur la bascule en étant connectée à la deuxième entrée de la porte OU 8; un circuit de base de temps comprenant un oscillateur 10 à fréquence fixe, par exemple un circuit CD4047 déjà mentionné, avec un réseau d'impédance classique et un compteur 11, par exemple un circuit MC 14040 B déjà mentionné, ce circuit de base de temps délivrant, aux compteurs 6 et 11 et à la bascule 9, des signaux de remise à l'état initial à fréquence fixe et séparés par des intervalles de temps t constituant chacun une unité de temps pour l'ensemble du dispositif; enfin, une autre porte logique ET 12 dont une première de deux entrées est connectée à'la sortie le du circuit oscillant 1, tandis que sa seconde entrée est connectée à la sortie Q de la bascule 9, et que sa sortie constitue la sortie 2S du circuit -2, reliée à l'entrée 3e du circuit 3. Le fonctionnement de ce circuit 2 de comparaison et de blocage est le suivant : Le compteur 11 du circuit de base de temps compte les im pulsions à-fréquence fixe délivrées par l'oscillateur 10. Sa sortie Q12 de poids le plus élevé est connectée directement à l'entrée RAZ de remise à zéro du compteur 6 et, par l'intermédiaire de l'in -verseur 13, à l'entrée E1FF de remise en l'état initial de la bascule 9. En outre, l'entrée RAZ du compteur il est activée lorsque sont activées les sorties Q2 et Q12 de ce compteur, connectées à cette entrée RAZ par l'intermédiaire d'une troisième porte ET 14. La sortie Q1 du compteur 11 délivre à la bascule 9 le signal d'horloge R.Le compteur 6 compte les impulsions 112. Lorsque sont simultané ment activées les sorties (Q1 à Q8 sur le dessin) de ce compteur auxquelles sont connectées les entrées de la porte ET 7, un signal est produit à la sortie de cette porte 7, qui traverse la porte OU 8 et qui, par le montage en réaction de la bascule 9, maintient à "1" la sortie Q de celle-ci. La seconde entrée de la porte ET 12 est donc également maintenue à "1", et toutes les impulsions I12 dès lors reçues, dans la même unité de temps t, sur la première en trée de la porte ET 12, se retrouvent à la sortie de cette porte et constituent les impulsions 123 de sortie du circuit 2 de compa raison et de blocage. Dans ce contexte, les sorties positives (Q1...Q8) du compteur 6 que lton relie aux entrées de la porte ET 7 sont choi sies de manière que la somme de leur poids, c'est-à-dire la somme des nombres exprimés en base 10 auxquels leur activation respecti ve correspond, est égale au nombre n0 d'impulsions que produit le circuit oscillant 1 lorsque la sonde S-est à la température ambian te 8, choisie par exemple à 293 K, ctest-à-dire à 200C; ne est donc égal à C .t. R +Ri+Ae / k Ainsi le nombre nT-# des impulsions 123, -apparaissant pendant une unité de temps t, est l'excédent que présente nT par rapport à ne, c'est-à-dire la quantité C .t. R +Ri+AeB/T - Rp+Ri+Ae T T) Rp (Ri+AeB 5) Les impulsions 123, au nombre de nT-# par unité de temps, parviennent au circuit 3 de correction et de conversion. Ce circuit 3 comprend au moins un, et par exemple deux circuits de multiplica- tion 15 A, 15 B. Ces circuits, dont l'utilisation est courante, permettent de multiplier le nombre des Impulsions qu'il reçoivent par un certain taux choisi Z compris entre O et-i. Ces circuits de multiplication sont par exemple les circuits de référence MC 14527 B commercialisés par la Société MOTOROLA.En employant deux de ces circuits le tâux # peut être compose de deux chiffres st choisi entre 1 et 99%. Les deux chiffres du taux taux choisi sont composés en decimal codé binaire (code BCD par affichage de leurs composantes a, ss,&gamma;,#, A la sortie des circuits 15 , 15 3, le nombre des impul- sions I3 par unité de temps est donc .nT Les impulsions 13 parviennent ensuite sur au moins un, et par exemple deux compteurs 16 A, 16 B en série, par exemple du type MC 14040 B.Si les sorties Qm, Qm' utilisées de ces compteurs ont l'ordre m, respectivement m', le nombre des impulsions I34 de sortie du circuit 3 est égal à #.2-m-m' * par unité de temps t. Ces impulsions I34 parviennent alors au circuit de comptage et d'affichage 4, totalement connu en soi. Ge circuit comporte un étage de comptage 17 en code BCD, un étage 18 de décodage BCD/7 segments, un étage 19 de OU exclusifs et un étage 20 d'affichage numérique par cristaux liquides. Le signal carré nécessaire au bon fonctionnement des étages 19 et 20 peut être prélevé sur la sortie Q6 du compteur 11. L'invention repose donc sur la simulation de la quantité: par la quantité : Ztl z psRi+.4e / j ~ ru RleB/S k k Rp(Ri+AeB/Tj) Ep(RitAe )1 où M est un coefficient constant de conversion entre des unités d'énergie, N un nombre entier positif d'unités ds temps t, y la variable temps, # le signe somme, un indice entier positifs et j la valeur que prend la température T dans lejème intervalle de temps t. Comme il est évident que le choix des facteurs constants # et 2-m-m' peut aisément tenir compte du produit constant MK, il s'agit essentiellement de choisir la sonde et les résistances pour tenir compte de l1exposant x. Bien que l'homme de part soit en mesure, sur la base de la description qui précède, de choisir convenablement les valeurs caractéristiques des composants utilisés, ces indications cidessous permettront une exécution immédiate de l'inventIon pour deux cas typiques et une exécution extrêmement aisée pour tous les autres cas; avec les valeurs C = 2,7nF ; k = 0,219 ; t = 1 S :Rp = 100M#; e = 2930 K et A = 0,0935 #? on a montré que le choix de Ri et de B permettait un ajustage très fin à tomate courbe d'émission de puissance caractérisée par l'exposant X; en partarticulier, pour pour x égal à 1,.5 1,15 1,35 1,35 on peut choisir Ri égal à 100 k# 95 k# 60 k# 65 k# ce qui fixe ç à la valeur 88 89 92 92 Avec les valeurs précédentes, la précision expérimentale relative et locale la plus faible de ltajustage réalisé, dans le domaine de T compris entre 293 et 353 K ctest-à-dire entre 20 et 8O0C, est respectivement de 1,4%; 2%; 1,0% et 1,1%; cependant il stagit là de la précision locale la plus faibie; or, d'une part, la précision moyenne sur tout le domaine 20-80 C est beaucoup plus grande et d'autre part, on peut en pratique choisir une précision locale bien meilleure dans le domaine de 40 à 6O0C le plus fréquent de la température T. Il est du reste bien entendu que le mode de réalisation décrit ci-dessus a été donné à titre d1exemple -et que des modif-ca- tions évidentes pour l'homme de l'art peuvent y être apportées sans sortir du: cadre de la présente invention. - REVENDICATIONS 1.- Dispositif fournissant une mesure approchée d'une quantité de chaleur-dissipée par un corps de chauffe, notamment en vue d'établir une répartition de charges de chauffage entre des occupants d'un immeuble à chauffage collectif, caractérisé en ce qu'il comprend : - un circuit oscillant 1 à fréquence f variable, incluant un composant S sensible à la température et disposé à proximité du corps de chauffe, ce circuit oscillant produisant, pendant une unité de temps t, un nombre dtimpulsions de sortie nT variant avec la température T du corps de chauffe, - un circuit de comparaison et de blocage 2 connecté au circuit oscillant 1 pour délivrer, pendant ladite unité de temps t, un nombre d'impulsions de sortie nX e représentant l'excédent, par rapport à un nombre prédéterminé d'impulsions-ne, du nombre d'impulsions nT de sortie du circuit oscillant, ledit nombre prédéterminé ne correspondant au nombre d'impulsions produites par le circuit- oscillant lorsque la température du corps de chauffe est égale à une température limite 2, - un circuit de correction et de conversion 3 connecté au eir- cuit de comparaison et de blocage 2 et délivrant sur sa sortie 3s une fraction prédéterminée du nombre des impulsions reçues en provenance du circuit de comparaison et de blocage 2, et - un circuit de comptage et d'affichage 4 connecté à la sortie du circuit de correction et de conversion 3 et affichant, dans une unité de mesure déterminée, la valeur de ladite quantité de chaleur dissipée. 2.- Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ledit composant sensible à la température S présente une résistance R liée à la température.absolue T détectée du corps de chauffe par une relation du type R5 = A e 3/T où A et B sont des coefficients positifs caractéristiques de ce composant, et en ce que le circuit oscillant 1 comprend un réseau d'impédances incluant, outre ledit composant S, au moins deux résistances réglables Pi et Rp, l'une en série, l'autre en parallèle avec ce composant, de manière que,la fréquence f d'oscillation dudit circuit oscillant va r7nnt,en fonction de la température ?, proportionnellement à la fonc tion Rp+Ri+ ,.le nombre d'impulsions nit P soit proportionnel Rp(Ri+R5) à énergie émise par le radiateur. 3.- Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit circuit de comparaison et de blocage 2 comprend - un premier compteur 6 destiné à compter les impulsions de sortie I12 du circuit oscillant 1, - une première porte logique ET 7 dont les entrées sont reliées à certaines au moins des sorties positives du premier compteur 6, la somme des poids de ces sortIes étant égale audit nombre prédéterminé ne, - une porte logique OU 8 dont une première de deux entrées est reliée à la sortie de la première porte ET 7, - une bascule 9 dont l'entrée de travail D est reliée à la sortie de la porte OU 8 et dont la sortie 9 est bouclée sur la seconde entrée de cette porte OU, - un circuit de base de temps comprenant un oscillateur à fréquence fixe 10 et un second compteur Il, ce circuit de base de temps délivrant des signaux de remise à l'état initial à fréquence fixe destinés aux premier 6 et second 11 compteurs et à la bascule 9,en vue de les remettre dans leur état initial à des intervalles de temps réguliers t constituant chacun ladite unité de temps, et - une autre porte logique ET 12, dont une première entrée est connectée à la sortie 1s dudit circuit oscillant 1, dont une seconde entrée est connectée à la sortie Q de la bascule 9, et dont la sortie, connectée audit circuit de correction et de conversion 3, forme la sortie 2s du circuit de comparaison et de blocage 2. 4.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit circuit de correction et de conversion 3 comprend au moins un circuit de multiplication 15A, 15B effectuant une multiplication du nombre des impulsions qu'il reçoit par un taux choisitiréglable entre O et 1, suivi d'au moins un compteur 16 A, 16 B effectuant une division du nombre des impulsions qu'il reçoit par une puissance de 2 choisie.