Brevet FR2465389A1 — publié le 19810320

La présente invention concerne un dispositif permettant de retarder le début du régime de charge d'un appareil de chauffage à accumulation muni d'une sonde de mesure de température, ledit dispositif comportant entre autres un circuit comparateur de tensions dont la première entrée est couplée à la sortie d'une source fournissant une rampe de tension, la seconde entrée étant couplée à une sonde de température de l'appareil de chauffage. On sait que les appareils de chauffage à accumulation sont prévus pour stocker des calories dans un volume d'eau ou une ma tière réfractaire pendant une partie de la nuit où le secteur étant peu chargé, l'énergie électrique fournie est facturée à tarif réduit. Le passage de la tarification "jour" à la tarification "heures creuses" et vice-versa, qui s'effectuait naguère au moyen d'une horloge installée chez l'usager, est maintenant réalisé, à peu près généralement, par l'envoi d'un signal de télécommande superposé à la tension du secteur, provoquant ainsi la fermeture ou ltouverture d'un relais bistable et l'apparition d'une tension sur un "fil pilote" pendant la période "heures creuses" ; cette tension est utilisée pour mettre en service le compteur "heures creuses" et pour actionner des relais destinés à brancher les appareils de chauffage. Toutefois, la commutation par télécommande a pour effet néfaste d'imposer au secteur une charge instantanée importante par le branchement simultané d'un grand nombre d'appareils de puissance unitaire élevée. Afin de pallier cet inconvénient, différents systèmes destinés à échelonner dans le temps le branchement des appareils ont été proposés, tel que celui décrit par exemple dans la demande de brevet français nO 2 301 146 ; dans ce système, le branchement de l'appareil est différé par la prise en compte de la chaleur résiduelle et éventuellement de la température extérieure. Si le but particulier destiné à éviter l'inconvénient précite est atteint, un tel système présente d'autres inconvénients, par ticulièrement ceux résultant de coupures de courant accidentelles; en effet, rien n'est prévu pour la remise à zéro des programmateurs électro-mécaniques ou électroniques, ce qui fait qu'une interruption de courant pendant un certain laps de temps introduit un décalage permanent dans la programmation ; en outre, l'utilisa- tion du dispositif est limité au décalage du branchement d'un appareil sans autre possibilité d'action sur ce dernier. Un des buts de l'invention est de réaliser un dispositif permettant à l'usager d'agir personnellement sur certaines conditions de fonctionnement de l'appareil auquel il est branché. Un autre but de l'invention est de minimiser les conséquences d'incidents dûs à des coupures accidentelles ou à la défaillance de certains composants. Selon l'invention, le dispositif permettant de retarder le début du régime de charge d'un appareil de chauffage à accumulation muni d'une sonde de mesure de température, ledit dispositif comportant entre autres un circuit comparateur de tensions dont la première entrée est couplée à la sortie d'une source fournissant une rampe de tension, la seconde entrée étant couplée à une sonde de température de l'appareil de chauffage, est notamment remarquable en ce qu'il comporte un second circuit comparateur dont les deux entrées sont respectivement couplées, l'une à la sonde précitée, et l'autre à un système potentiométrique de réglage de température de l'appareil de chauffage, les sorties des premier et second comparateurs étant couplées par l'intermédiaire d'une porte "ET" à un interrupteur statique disposé en série avec l'appareil de chauffage, et en ce que le système potentiométrique est couplé par un réseau de correction à la sortie de la source fournissant la rampe de tension. Outre la fonction de décalage déjà connue, le dispositif selon l'invention permet de contrôler à distance la température de l'appareil de chauffage, cette information de réglage de température étant prise en compte pour modifier en conséquence l'instant où 11 appareil est branché sur le secteur au cours de la période d'heures creuses. Le dispositif comporte en outre différentes fonctions automatiques de sécurité à l'encontre des coupures de courant et d'une défaillance éventuelle de la sonde, et dispose de commandes manuelles permettant à l'usager de faire face à certaines situations particulières. La description qui va suivre en regard des schémas annexés, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente un schéma synoptique simplifié des fonctions principales du dispositif appliqué à la commande d'un chauffe-eau à accumulation. La figure 2 représente, en fonction du temps, trois rampes de tension appliquées à la première entrée du comparateur et correspondant respectivement à trois températures de l'eau chaude stockée dans le chauffe-eau. La figure 3 représente le détail d'un réseau résistif modifiant le début du régime de charge en fonction de la température d'eau chaude désirée. La figure 4 représente un schéma synoptique détaillé englobant les fonctions principales et annexes du dispositif selon l'invention. Sur la figure 1, le chauffe-eau à accumulation, muni d'une conduite d'alimentation 2 et d'une conduite de puisage 3, est équipé d'une résistance 4 de chauffage (ou thermoplongeur) et d'une sonde 5 de mesure de température constituée par une résistance à coefficient de température négatif. Un interrupteur 6 à bilame, en contact thermique avec l'eau, est disposé en série avec le thermoplongeur 4 qui est raccordé à deux bornes 7 et 8 du réseau par un relais interrupteur bipolaire 9, les extrémités de la bobine 10 de ce dernier étant raccordées aux bornes 7 et 8 du secteur,llune directement, et l'autre par un triac 11. L'entrée d'un compteur électronique 12 est couplée à un oscillateur 13, tandis que la sortie est reliée à l'entrée d'un circuit convertisseur numérique-analogique 14 ; par ailleurs, l'entrée de mise à zéro du compteur 12 est raccordée par un inverseur logique 15 et un circuit atténuateur-redresseur -16 à la borne 17 "fil pilote" de l'installation électrique. La sonde 5 du chauffe-eau 1 est reliée, d'une part à la borne positive 18 d'une source de tension Vb, et d'autre part aux entrées négatives réunies de deux circuits comparateurs 19 et 20, l'entrée positive du premier étant connectée à la sortie du convertisseur 14, et l'entrée positive du second étant couplée par un réseau correcteur 21 à une entrée de contrôle dudit circuit convertisseur 14. Une résistance 22 est disposée entre les entrées négatives réunies des comparateurs 19 et 20 et une masse 23, cette dernière constituant le pôle négatif de la source vb. L'entrée positive du compateur 20 est par ailleurs reliée au curseur d'un potentiomètre 24 de réglage de temperature disposé entre le + vb et la masse. Les deu entrées d'une porte "ET" 25 sont raccordées aux sorties des comparateurs 19 et 20, la sortie de ladite porte étant couplée à la gâchette du triac li Le dispositif de la figure 1 fonctionne de la façon suivante en dehors des heures creuses, par exemple entre six heures et vingi- deux heures, la tension à la borne 17 du fil pilote est à zéro, ce qui donne un niveau "1" en sortie de l'inverseur logique 15 ; dans ces conditions, le compteur 2 ne fonctionne pas et la tension de sortie du convertisseur 14, appliquée à l'entrée positive du comparateur 19 est voisine de zéro, donc inférieure à la tension de l'entrée négative déterminée par le diviseur de tension constitué par la sonde 5 et la résistance 22 ; dans ces conditions, la sortie du comparateur 19 fournit un niveau "O" à l'entrée correspondante de la porte "ET" 25. De son côté, le comparateur 20 fournit en sortie un niveau "O" ou "1" selon que la tension de son entrée positive, déterminée par la position du potentiomètre de réglage chauffage 24, est inférieure à celle de l'entrée négative. On peut voir dans ces conditions que le niveau de sortie de la porte 25 ne peut être que "O" puisque l'entrée reliée à la sortie du comparateur 19 est en permanence à ce niveau ; de la sorte, le triac-ll est bloqué, la bobine 10 n'est pas excitée et l'interrupteur 9 se trouve en position "ouvert". A vingt-deux heures (fig. 2); la tension du fil pilote 17 s'établit à 220 volts, ce qui, après atténuation, redressement et inversion, donne un niveau "O" à l'entrée de-mise à zéro du compteur 12 ; ce dernier peut alors compter les impulsions fournies par le générateur 13, ce qui entraîne en sortie du convertisseur 14 l'apparition d'une rampe de tension VR croissant linéairement en fonction du temps, rampe qui est appliquée à l'ventrée du comparateur 19 ; il est à noter que cette rampe est en réalité constituée par une succession de marches d'escalier, telle que montrée sur la portion agrandie figurée dans le cercle 26. Lorsque la tension de rampe VR sur l'entrée positive du comparateur 19 devient supérieure à celle de la borne négative (VS, fig. 1), la sortie de celui-ci bascule à "1" ; or, la tension VS sur la borne négative dépend de la valeur de la sonde résistive 5, ce qui fait que l'instant où intervient le basculement du comparateur 19 pendant la période d'heures creuses varie en fonction de la température de l'eau stockée ; plus cette dernière est chaude, plus le déclenchement interviendra tard dans la nuit, et vice-versa. Si au moment du basculement du comparateur 19, la température de l'eau est inférieure à la température de consigne déterminée par le potentiomètre 24, les deux entrées de la porte 25 sont à un niveau "1" et le triac 11 alimente le relais 10, fermant ainsi l'interrupteur 9. La coupure se produit de nouveau soit par retour à "O" de la sortie du comparateur 20 lorsque la température de consigne est atteinte, soit à six heures au moment où la tension de rampe VR retombe à zéro ; il va de soi que l'ensemble de l'installation est calculé pour que la première de ces deux situations soit toujours réalisée. Le dispositif selon l'invention permet à l'usager de fixer la température de l'eau entre par exemple 50 et 800 en agissant sur le potentiomètre 24 ; en partant d'une même température résiduelle, il est évident que le temps de chauffage nécessaire pour atteindre ces deux températures extrêmes est très différent et il est nécessaire de calculer l'installation en tenant compte de la plus haute température désirée afin que celle-ci soit atteinte dans tous les cas avant le retour au tarif "jour Le circuit correcteur 21 du dispositif selon l'invention permet de décaler la tension VR en fonction de la position du potentiomètre 24 ; on peut voir sur la figure 2 trois rampes de tensions correspondant respectivement aux températures de consigne 50, 65 et 800 C; il est aisé de constater que pour une même valeur de Vs, correspondant à la température résiduelle, le déclenchement se produit d'autant plus tôt dans la période d'heures creuses que la température choisie est plus élevée, ce qui permet d'échelonner sur un plus large intervalle de temps le début du régime de charge de chaque appareil d'un ensemble d'abonnés. Sur la figure 3, dont les références sont communes avec celles de la figure 1, le circuit convertisseur 14 est constitué de fa çon connue, par une matrice de résistances 27a à 27g branchées aux sorties du compteur 12, une résistance 28 étant par ailleurs disposée entre le point commun auxdites résistances et la masse. Le circuit correcteur 21 selon l'invention comporte un pont de résistances 29-30, branché entre le + Vb et la masse, dont le point commun est relié,d'une part à la borne positive du comparateur 20, et d'autre part au point commun des résistances 27a à 27g par deux résistances 31 et 32 dont les extrémités réunies sont connectées au curseur du potentiomètre 24 Lorsque le potentiomètre 24 est déplacé vers le haut, c'està-dire du côté des températures de consigne élevées, la tension au point commun des résistances 27a et 27g augmente,décalant ainsi le niveau d'origine de la tension VR (fig. 2) vers le haut pour obtenir l'effet d'avance au déclenchement désiré. Sur la figure 4, dont les références sont communes avec celles des figures 1 et 3, la borne positive 18 d'un générateur de tension Vb 33 est reliée à l'anode d'une diode 34 dont la cathode est réunie à la borne positive d'alimentation positive du compteur 12, un condensateur électro-chimique 35 étant par ailleurs disposé entre cette dernière et la masse. La première entrée d'une porte "OU exclusif 11 36 est branchée à la sortie du circuit atténuateur-redresseur 16, l'autre entrée étant couplée à la borne 7 du secteur par un second circuit atténuateur-redresseur 37. La sortie du circuit 16 est également reliée à la première entrée d'une porte "ET" 38 dont la seconde entrée complémentée est connectée par une résistance 39 au + Vb, un condensateur chimique 40 étant disposé entre ladite entrée et la masse la sortie de la porte 39 est reliée à l'une des entrées d'une porte "OU" 41, l'autre entrée de ladite porte étant connectée, d'une part au + Vb par un interrupteur de "relance" 42 à action fugitive, et d'autre part à la masse 23 par une résistance 43. La sortie de la porte 41 est connectée à l'anode d'une diode 44 dont la cathode est reliée à l'entrée "mise a 1" (SET) d'une bascule bistable de relance 45, un condensateur électro-chimique 46 étant par ailleurs disposé entre ladite entrée et la masse. Les deux entrées d'une porte "NON-ET" 47 sont respectivement couplées à l'entrée positive du comparateur 19 et à la sortie du comparateur 20 par deux circuits différentiateurs comportant deux condensateurs 48 et 49 et deux résistances 50 et 51, ces dernières étant connectées au + Vb. La sortie de la porte 47 est reliée à l'entrée "mise à O" (RESET) de la bascule 45, la sortie de cette dernière étant connectée à la première entrée d'une porte "OU" 52 dont la seconde entrée est réunie à la sortie du comparateur 19. L'entrée positive d'un circuit comparateur 53 de sécurité de coupure de sonde est branchée au point commun de la thermistance 5 et la résistance 22, tandis que l'entrée négative est reliée à un pont de résistances 54,55 disposé entre le + Vb et la masse. Les trois entrées d'une porte "NON-ET" 250 sont respectivement reliées aux sorties de la porte 52, du comparateur 53, et du comparateur 20, tandis que la sortie de ladite porte est connectée au + Vb par deux résistances 56,57 dont le point commun est réuni à la gâchette du triac 11, ce dernier étant par ailleurs shunté par un interrupteur 58 de "marche forcée. En dehors des fonctions principales déjà expliquées du dispositif, le schéma de la figure 4 comporte les fonctions annexes suivantes en cas de coupure de courant, la tension Vb tombe à zéro, la diode 34 se bloque et le compteur 12 continue d'être alimenté pendant environ deux minutes par l'énergie stockée dans le condensateur 35 ; si la coupure se produit en régime d'heures creuses, l'état du compteur 12 est conservé, et si le courant revient avant le délai de deux minutes, le compteur repart sans être remis à zéro, puisque la réapparition simultanée de la tension secteur et de la tension de fil pilote entraine un état "O" en sortie de la porte "OU" exclusif 36 branchée sur la remise à zéro du compteur.La fonction de la porte 36 est donc de dis cri- miner une coupure, qui intéresse les deux entrées à la fois, et un retour au tarif "jour" qui n'intéresse que l'entrée couplée au fil pilote et qui se traduit en sortie par un niveau B remettant le compteur à zéro. En fonctionnement normal de nuit comme de jour, la sortie de la porte "ET" 38 est à l'état "O" et aucune tension n'est appliquée à l'entrée "mise a 1" de la bascule bistable 45 ; toujours dans le cas d'une coupure brève du réseau, l'entrée complémentée de la porte 38 reste alimentée par la charge du condensateur 40, et si le courant réapparaît dans le délai de deux minutes, la sortie de la porte 38 reste à "O". Au delà d'une durée de coupure de deux minutes, l'énergie stockée dans le condensateur 35 n'est plus suffisante pour continuer d'alimenter le compteur 12, ce dernier revient à zéro, et la tension sur l'entrée complémentée de la porte 38 tombe également à zéro au bout de quelques minutes g lors du retour du courant, l'entrée de la porte 38 couplée au fil pilote passe imméF diatement à "1" tandis que 1 entrée complémentée reste un certain laps de temps à "O" en raison de la présence du condensateur 40 dont la charge est freinée par la résistance 39 ; dans ces condi- tions la porte 38 fouit temporairement en sortie un niveau "1" Qui est appliqué via la porte "OU" 41 à l'entrée SET de la bas- cule 45 dont la sortie passe à "1". Dans ces conditions, la preb mière entrée de la porte 250 est portée à "I" via la porte 52, quel que soit l'état de l'autre entrée de ladite porte reliée au comparateur 19 qui est ainsi mis hors circuit. Si les deux autres entrées de la porte 250 sont à "1", c'està-dire si la sonde n'est pas coupée et si la température de l'eau est inférieure à la température de consigne, le triac 11 est conducteur et le chauffe-eau est alimenté. La coupure du chauffe-eau peut s'effectuer de deux façons soit lorsque la température de consigne est atteinte, soit lors du retour du tarif "jour; ; dans le premier cas, le retour à "O" de la sortie du comparateur 20 est transmis par le condensateur 49 à l'entrée de la porte "NON-ET" 47, la portant momentanément à "O" et faisant apparaître un "1" sur la sortie complémentée reliée à l'entrée mise à "O" de la bascule 45. Dans le second cas, le brusque retour à zéro de la rampe de tension à 6 heures est transmis de la même façon à la porte 47 par le condensateur 48. Lorsque l'usager désire obtenir de l'eau chaude de jour apres épuisement du chauffe-eau, le bouton-poussoir "relance" 42 lui permet de mettre l'appareil en chauffe sans attendre la nuit en appliquant momentanément un niveau "1" à l'autre entrée de la porte 41. En cas de coupure du secteur, l'information de relance est gardée en mémoire une dizaine de minutes sur l'entrée "mise à 1" de la bascule 45 au moyen du condensateur 46 et de la diode d'arrêt 44. La coupure normale du chauffage intervient lorsque la température de consigne est atteinte. Le comparateur 53 délivre en permanence en sortie un niveau "1" en fonctionnement normal ; par contre si la sonde 5 est accidentellement coupée, le comparateur 53 bascule et bloque la porte ET 250, évitant une surchauffe de l'appareil. L'interrupteur 58 "marche forcée" permet de faire fonctionner le chauffe-eau en permanence en cas de dérangement des circuits électroniques et en attendant l'échange de la carte supportant ceux-ci ; dans ce cas, la température du chauffe-eau est limitée uniquement par l'action du bilame 6 (fig. 1). Le branchement et la coupure de la résistance de chauffage du chauffe-eau s'effectuent au moyen de l'interrupteur 9 actionné par la bobine 10 ; la-.mise en oeuvre de ces moyens électro-mca- niques constitue la solution la plus économique vis-à-vis de certaines normes de sécurité exigées des installations électriques; il va de soi que des moyens purement électroniques mettant en oeuvre des interrupteurs statiques de puissance peuvent être substitués à ceux du dispositif décrit. - REVENDICATIONS 1.- Dispositif permettant de retarder le début du régime de charge d'un appareil de chauffage à accumulation muni d'une sonde de mesure de température, ledit dispositif comportant entre autres un circuit comparateur de tensions dont la première entrée est couplée à la sortie d'une source fournissant une rampe de tension, la seconde entrée étant couplée à une sonde de température de l'appareil de chauffage, caractérisé en ce qu'il comporte un second circuit comparateur dont les deux entrées sont respectivement couplées, l'une à la sortie précitée, et l'autre à un système potentiométrique de réglage de température de l'appareil de chauffage, les sorties des premier et second comparateurs étant couplées par l'intermédiaire d'une porte "ET" à un interrupteur disposé en série avec l'appareil de chauffage, et en ce que le système potentiométrique est couplé par un réseau de correction à la sortie de la source fournissant la rampe de tension. 2.- Dispositif selon la revendication 1 dans lequel la source fournissant la rampe de tension est une matrice de résistances couplées à un compteur binaire, caractérisé en ce que la borne de remise à zéro dudit compteur binaire est reliée à la sortie d'une porte "OU" exclusif dont les entrées sont couplées par deux circuits atténuateurs-redresseurs respectivement à une borne "fil pilote" et à une borne "secteur" de l'installation électrique. 3.- Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la borne positive d'alimentation du compteur binaire est connectée à un condensateur de forte valeur relié par une diode à la borne positive d'une source d'alimentation du dispositif. 4.- Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une bascule bistable dont l'en trée de "mise à 1" (SET) est couplée à la sortie d'une porte "ET" dont une entrée directe est connectée au circuit atténuateurredresseur "fil pilote", l'autre entrée, complémentée, étant couplée à un réseau à forte constante de temps connecté à la source d'alimentation du dispositif. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le couplage entre la porte "ET" et l'entrée de "mise à 1" de la bascule comporte une porte "OU", une diode, et un condensateur de forte valeur. 6.- Dispositif selon l'ensemble des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'une entrée de la porte "OU" est reliée à la sortie de la porte "ET", l'autre entrée de la porte "OU" étant connectée à la source d'alimentation par un interrupteur à poussoir. 7.- Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'entrée de "mise à O" (RESET) de la bascule est reliée à la sortie d'une porte "NON-ET" dont les entrées sont couplées par deux circuits différentiateurs respectivement à la sortie du générateur de rampe de tension et à la sortie du second circuit comparateur spécifié en 1. 8.- Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la sortie de la bascule bistable est reliée à l'une des entrées d'une porte "OU" dont l'autre entréeest connectée à la sortie du premier circuit comparateur spécifié en 1, la sortie de ladite porte étant reliée à 1'une des entrées de la porte "ET" dont la sortie est couplée avec l'interrupteur de chauffage de l'appareil. 9.- Dispositif selon l'ensemble des revendications 9 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un troisième circuit comparateurs dont les entrées sont couplées, l'une à la sonde de mesure de température et 'autre à un pont de résistances, la sortie dudit circuit comparateur étant reliée à une entrée de la porte "ET" spécifiée sous 8