Brevet FR2459963A1 — publié le 19810116

ta présente invention concerne un indicateur incrémental de la quantité d'eau chaude contenue dans un réservoir complètement rempli en permanence d'eau et contenant une quantité variable d'eau chaude stratifiée à la artie supérieure dudit réservoir. On sait qu'il existe une stratification marquée entre les couches d'eau chaude et roide d'un chauffe-eau, le niveau de séparation se déplaçant en fonction du soutirage de l'eau chaude ou du réchauffement de l'eau froide. Un moyen classique de réchauffage de l'eau du réservoir est constitué par des résistances de chauffe dont l'alimentation électrique est contrôlée par un thermostat. L'alimentation est souvent faite à partir d'un circuit mis sous tension pendant des heures dites creuses, l'usager ayant toutefois la possibilité de brancher le chauffe-eau pendant les heures à plein tarif. Un autre moyen de réchauffage peut entre constitué par des capteurs d'énergie solaire, avec un apport complémentaire électrique. Il est avantageux pour un utilisateur d'avoir une indication du volume d'eau chaude disponible, en particulier dans les cas suivants - Si, un certain temps avant une prochaine utilisation nécessitant un certain volume d'eau chaude, on constate que le volume d'eau chaude est trop faible, on peut mettre en route le chauffage à plein tarif ou d'apport complémentaire. - Sans indication de niveau, l'utilisateur a tendance, dans le doute, à brancher le chauffage à plein tarif, alors que le volume d'eau chaude disponible aurait été suffisant. - Un manque brusque d'eau chaude non prévu peut occasionner des désa gréments. - Avec une indication permanente du niveau d'eau chaude, on peut chiffrer le volume d'eau chaude de différents usages, da"s le but d'essayer de faire des économies judicieuses. Il existe des dispositifs détecteurs de niveau utilisant la variation de la conductibilité thermique entre une sonde et un élément chauffant lorsque l'ensemble est baigné par un liquide ou par un gaz. Dans le brevet français 2 299 630, la sonde est une thermistance. Dans le brevet français 2 atO o88, la sonde est un tnermocouple, et plusieurs éléments de détection sont logés dans un tube et répartis verticalement dans le réservoir. Dans le brevet français 2 275 756, la sonde est une résistance logée dans un tube et bobinée sur toute la hauteur à surveiller. Ces dispositifs sont onéreux, en particulier en ce qui concerne la partie affichage du résultat. De plus, ils ne sont pas directement applicables pour la détection du niveau d'interface entre deux liquides de meme nature, mais à des températures différentes. La présente invention a pour but de fournir un indicateur économique du niveau d'eau chaude d'un appareil tel qu'un chauffe-eau domestique. Selon l'invention, des capteurs de température sont disposés d'une manière connue en soi, en relation thermique avec l'eau du réservoir et à des niveaux allant en croissant à partir de la base du réservoir. De plus, lesdits capteurs sont alimentés en série par un courant sensiblement constant et sont choisis pour présenter au passage du courant qui les traverse, une impédance qui varie significativement selon que le capteur est en relation thermique avec de l'eau chaude ou avec de l'eau froide. nfin, en dérivation avec l'impédance variable de chaque capteur est branché un dispositif lumineux sensible à la tension qui apparat aux bornes de l'impédance lorsque cette dernière a une valeur élevée. Selon certaines caractéristiques de l'invention, les capteurs de température sont des thermistances à coefficient de température posi tif ou des interrupteurs à lames souples en matériau magnétique à bas point de Curie, soumis à l'influence du champ d'un aimant permanent, et les dispositifs lumineux sont des diodes électro-luminescentes. Dans une réalisation préférée de l'invention, les dispositifs lumineux sont rangés les uns au-dessus des autres dans un ordre qui est l'inverse de tordre de rangement des capteurs de température correspondants, à partir de la base du réservoir. D'autres caractéristiques de l'invention apparattront dans la description qui va suivre, donnée à titre indicatif, accompagnée des dessins qui représentent - La figure 1, un chauffe-eau électrique vu en coupe, muni d'un indicateur de niveau suivant l'invention. - La figure 2, un diagramme de variation de la résistance d'un capteur de température en fonction de la température. - La figure 3, une réalisation particulière de l'indicateur suivant l'invention. Sur la figure 7, on a représenté en (1) un réservoir muni d'une arrivée d'eau froide (2) et d'un départ d'eau chaude (3). L'arrivée d'eau froide se fait en bas du réservoir et le tube de départ (3) est prolongé à l'intérieur du réservoir jusqu'à la partie supérieure. De plus, un déflecteur (4) sur lgarrivée d'eau froide (2) évite que cette dernière soit projetée vers le haut du réservoir. De la sorte, il se produit une stratification de 11 eau suivant sa température, avec de l'eau froide dans la partie inférieure A, de liteau tiède dans une zone de transition B et de l'eau chaude à la partie supérieure C. En partant d'un réservoir plein d'eau chaude, au fur et à mesure que l'on soutire de l'eau chaude sur le départ (3), la zone de transition B remonte vers le haut du réservoir. Pour avoir de nouveau de l'eau chaude, un élément de chauffe (non représenté) est mis dans un tube (5) en forme de doigt de gant, pénétrant dans le réservoir. Cet élément de chauffe peut entre électrique, et commandé par un thermostat (non représenté) mis dans un autre tube (6) en forme de doigt de gant. De préférence, les tubes (5 et 6) sont fixés perpendiculairement à une plaque amovible (7), elle-m & e fixée sur une ouverture du fond du réservoir. De plus, le réservoir est muni d'un calorifugeage (non représenté) pour éviter les déperditions de chaleur, ce qui fait que m8me au toucher, on ne peut pas se rendre compte de la quantité d'eau chaude contenue dans le réservoir. Suivant l'invention, des capteurs de température (8) sont disposés en relation thermique avec l'eau du réservoir, par exemple en plaquant ces capteurs contre la face extérieure du réservoir (la distance entre la paroi du réservoir et un capteur ayant été exagérée sur la figure 1 pour la commodité du dessin). Les capteurs, ici au nombre de 4, sont répartis à des niveaux allant en croissant à partir de la base du réservoir, par exemple suivant une génératrice du réservoir supposé cylindrique. De plus, ces capteurs sont alimentés en série par un courant sensiblement constant, obtenu par exemple à partir du secteur alternatif 220 V en insérant dans le circuit une résistance (9) de forte valeur, par exemple de 18 000 n. Dans le cas de la figure i, les capteurs (8) sont des thermistances à coefficient de température positif dits CTP et sont choisis pour présenter, au passage du courant sensiblement constant qui les traverse, une résistance qui varie significativement selon que le capteur considéré est en relation thermique avec de l'eau chaude ou de l'eau froide. Enfin, en dérivation avec chaque thermistance (8), on a branché un dispositif lumineux (10) sensible à la tension apparaissant aux bornes d'une thermistance chaude. Ce dispositif lumineux (10) est ici une Diode Electro-Luminescente, encore appelée LED. On comprend que, lorsqu'une thermistance est à un niveau où il y a de l'eau chaude de l'autre côté de la paroi du réservoir, cette thermistance a une valeur ohmique importante, et le courant traversant cette thermistance provoque une chute de tension assez importante pour allumer la Diode Electro-Luminescente correspondante. Par contre, si le soutirage d'eau chaude a amené de l'eau froide en face de la thermistance, cette dernière a une valeur ohmique faible et la chute de tension correspondante ne permet pas d'allumer la Diode Electro-Luminescente. Lorsque la zone de transition B sera en face de la thermistance, la Diode Electro-Luminescente aura un faible éclat. Sur la figure 2, on a représenté la caractéristique typique d'une thermistance pouvant étre utilisée dans le cas présent. La courbe de la résistance en fonction de la température de cette thermistance montre que pour une température inférieure à 300 C. environ (point D de la courbe), la résistance est inférieure à 120 n. Pour un courant traversant la thermistance de l'ordre de 12 mA, la tension aux bornes de la Diode Electro-Luminescente est inférieure à 1,5 V et cette dernière ne s'allume pas. (Le courant dans la Diode est alors négligeable). Pour une température comprise entre 30 C et 500 C, la résistance augmente, jusqu'à car exemple 500 n tour le oint 3 de la courbe correspondant à 50 C. La tension de seuil d'allumage de la Diode Electro-Luminescente (nar exemple 1,o V) est atteinte avant d'avoir atteint 7e point E de la courbe. Lorsque la Diode blectro-Iuriines^ente est allumée, la tension à ses bornes reste constante. il en résulte que même si la résistance continue à monter (par exemple à 10 COO n pour 700 5), le courant d'alimentation reste à peu près constant car il se partage entre la thermistance et la diode. Simplement, l'éclat de la diode augmente. Le courant d'alientation est choisi pour pouvoir être supporté en entier par les Diodes ?jlectro-Luminescentes. Dans le cas oi il y a une dizaine d'ensembles thermistance Diode Electro-Luminescente alimentés en série, on voit que le courant d'alimentation sera toujours limité principalement par la résistance (9) et que l'allumage ou l'extinction de diodes provoquerait des variations de moins de 10 K du courant pour un secteur alternatif à 220 V. Par ailleurs, il n'est pas nécessaire de redresser le courant alternatif, l'allumage en simple alternance des diodes étant suffisant. Les indicateurs lumineux (10) peuvent bien entendu être reportés à distance. Dans la réalisation particulière représentée schématiquement sur la figure 3, les capteurs de température (8) sont des interrupteurs à lames souples (12) placés sous ampoule (encore appelés ILS) du type dont les lames sont à bas point de Curie. De tels appareils sont commercialisés par exemple par la Société iTC sous la référence RI 80 pour des températures comprises entre 10 et 1000 C. En présence du champ d'un aimant permanent (non représenté sur la figure 3), les lames souples sont attirées et le contact est fermé si la température est inférieure au point de Curie du matériau utilisé. Le fonctionnement est répétitif, avec une hystérésis inférieure à 50 C. omme orécéaem ent, chaque interrupteur (12) a ses bornes réunies à un dis-?ositif lumineux (10) Qui peut être une Diode .lectro-Lumines- ente, et les interrupteurs (12) sont alimentés en série à sortir du secteur alternatif avec internosition d'une résistance (9) de forte valeur. Les dispositifs lumineux (10) sont regroupés et rangés les uns au-dessus des autres en une colonne, de façon à faciliter la lecture de l'indication de niveau. De plus, on remarque que l'ordre de rangement de ces dispositifs lumineux est l'inverse de l'ordre de rangement des capteurs de température correspondants, en fonction de leur situation en hauteur. De cette façon, l'extinction des dispositifs lumineux se fait à partir du haut de la colonne quand on soutire de l'eau chaude, ce qui est plus intuitif. Enfin, on remarque que les interrupteurs (12) sont logés à l'intérieur d'un tube (13) obturé à sa partie supérieure. Ce tube contient également le circuit d'alimentation avec la résistance (9) et les fils de câblage vers la colonne des dispositifs lumineux (10). Ce tube (13) peut Qtre fixé sur la plaque amovible (7) (voir figure 1) comme les autres tubes (5 et 6). De cette façon, les capteurs de température sont en meilleure relation thermique aveç l'eau qui les entoure. Les éléments électriques peuvent Btre fixés d'une manière connue sur une perche que l'on introduit dans le tube (13). Cette disposition simplifie le montage et facilite l'entretien. Dans cette réalisation, du fait de la grande variation d'impédance des Interrupteurs à Lames Souples (12), les dispositifs lumineux peuvent être d'un type quelconque fonctionnant à basse tension, par exemple des lampes à incandescence. Bien entendu, il est possible d'apporter des modifications de détail à la présente description sans sortir du cadre de l'invention. A titre d'exemple, il est possible de choisir les composants de facon que l'intensité d'éclat des dispositifs lumineux par rapport à un dispositif témoin donne une indication sur la température de l'eau chaude. REVENDICATIONS 1. Indicateur incrénental de la quantité d'eau chaude contenue dans un réservoir complètement rempli en permanence dreau et contenant une quantité variable d'eau chaude stratifiée à la partie supé rieure dudit réservoir, caractérisé en ce que des capteurs de température (8) sont disposés, d'une manière connue en soi, en relation thermique avec l'eau du réservoir et à des niveaux allant en croissant à partir de la base du réservoir, en ce que lesdits capteurs (8) sont alimentés en série par un courant sensiblement constant et sont choisis pour présenter au passage du courant qui les traverse une impédance qui varie significativement selon que le capteur (8) est en relation thermique avec de l'eau chaude ou avec de l'eau froide, et en ce quten dérivation avec l'impédance variable de chaque capteur (8) est branché un dispositif lumineux (10) sensible à la tension apparaissant aux bornes de l'impédance lorsque cette dernière a une valeur élevée. 2. Indicateur suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les dispositifs lumineux (10) sont des Diodes Electro-Luminescentes. 3. Indicateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les capteurs de température (8) sont des thermistances à coefficient de température positif. 4. Indicateur suivant la revendication 9 ou 2, caractérisé en ce que les capteurs de température (8) sont des Interrupteurs à Lames Souples en matériau magnétique à bas point de Curie, soumis à l'influence du champ d'un aimant permanent. 5. Indicateur suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les dispositifs lumineux (10) sont rangés en colonne les uns au dessus des autres, dans un ordre qui est l'inverse de tordre de rangement des capteurs de température (8) correspondants, en fonction de leur situation en hauteur dans le réservoir. o. Indicateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alimentation à courant sensiblement constant des capteurs est obtenue à partir du secteur alternatif en insérant dans le circuit une résistance (9) de forte valeur. 7. Indicateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, équipant un chauffe-eau électrique muni sur sa base d'une plaque amovible portant perpendiculairement à sa face un tube en doigt de gant contenant un élément de chauffe et un tube en doigt de gant contenant un thermostàt, caractérisé en ce que ladite plaque (7) porte également un tube en doigt de gant (13) dans lequel- sont introduits les capteurs de température (8), avec leur alimentation électrique et avec les fils de câblage vers les dispositifs lumineux (10).