Brevet FR2475701A1 — publié le 19810814

Méthode de régulation du chauffage d'une enceinte et dispositif a régulation pour le chauffage d'une enceinte La présente invention concerne une méthode de régulation du chauffage d'une enceinte qui contient un milieu à réchauffer, par exemple de l'eau, et un dispositif à régulation pour le chauffage d'une enceinte. Elle concerne plus particulièrement le stockage de 11 énergie solaire par le milieu contenu dans ladite enceinte. On utilise pour cela un fluide dit "caloporteur" qui s'imprègne de la chaleur d'une source constituée par un capteur solaire, au moyen d'un échangeur, et la cède au milieu situé dans l'enceinte au moyen d'un autre échangeur. L'invention concerne également le dispositif appliquant cette méthode. Le stockage de l'énergie solaire, par exemple pour le chauffage de l'eau dans un chauffe-eau solaire qui constitue alors "l'enceinte" précédemment mentionnée, nécessite un système de régulation pour assurer le transfert de calories entre le capteur et l'eau à chauffer quand la température du capteur est plus élevée que celle de l'eau et l'arrêt de ce transfert dans le cas contraire. La technique connue utilise actuellement un thermostat différentiel à deux bulbes dont l'un mesure la température du capteur solaire, l'autre la température de sortie du fluide caloporteur après son passage dans le chauffeeau, c'est-à-dire au bas de l'échangeur disposé dans ce chauffe-eau, car le fluide caloporteur circule dans cet échangeur de préférence en descendant de manière à céder d'abord sa chaleur à liteau la plus chaude.Quand la température du capteur est supérieure à la température de sortie du chauffe-eau, la circulation est établie, et elle est arrêtée dans le cas contraire. Ce type de thermostat présente une inertie de fonctionnement de plusieurs degrés centigrades. D'autre part, il a un inconvénient majeur ; en cas de soutirage d'une quantité d'eau chaude, même faible, la partie basse du chauffe-eau voit de l'eau chaude remplacée par de l'eau froide et la circulation est rétablie même si la température moyenne de l'eau est plus élevée que la température du capteur solaire, parce que la température du fluide à la sortie est abaissée par l'eau froide du bas du chauffe-eau. I1 peut s' ensuivre un refroidissement de l'eau en haut de l'échangeur au lieu d'un réchauffement, si la température du capteur se situe entre la température moyenne de l'enceinte et la température de sortie du fluide caloporteur. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. Elle a notamment pour objet une méthode de régulation du chauffage d'au moins une enceinte de stockage de calories par un fluide caloporteur, selon laquelle on fait circuler ce fluide dans un circuit dans lequel il reçoit d'abord des calories d'une source de chaleur, puis cède ses calories à l'enceinte à réchauffer, la circulation du fluide étant commandée en fonction de la température tA du fluide à la sortie de la source de chaleur et de la température du fluide en un autre point, caractérisé par le fait que la température t3 du fluide à l'entrée de l'enceinte est mesurée et que la circulation du fluide dans l'enceinte est coupée et rétablie lorsque la température tA devient respectivement, inférieure et supérieure à une température t3 + Dt, Dt étant un écart de température d'autant plus grand que la différence. t3 - tç est plus petite, tç étant la température du fluide mesurée à la sortie de l'enceinte. L'invention a également pour objet un dispositif appliquant la méthode selon l'invention. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre de deux exemples de réalisation de la méthode selon l'invention, en regard des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement un exemple de réalisation de la méthode selon l'invention aussi bien que d'une autre méthode - la figure 2 est un schéma électrique d'un circuit de régulation électrique utile dans certains cas et n'appliquant pas la méthode selon l'invention - la figure 3 représente le schéma électrique d'un circuit de régulation appliquant la méthode selon l'invention. La figure 1 représente un chauffe eau utilisant l'énergie solaire. Sur la figure 1 on a représenté un capteur solaire CS qui contient l'échangeur El à la sortie duquel se trouve une sonde de température A qui relève une température tA. Le fluide sortant de 1' échangeur suit la conduite 9 jusqu'à l'échangeur E2 qui est placé à l'intérieur d'une enceinte thermiquement isolée 10. A l'entrée de l'échangeur E2 se trouve une sonde de température B qui relève une température tB et à la sortie une sonde de température C qui relève une température tc. Le fluide est ramené par les conduites 11 et 12 vers l'entrée de l'échangeur El dans le capteur CS. La pompe 3 assure la circulation qui est réglée par un té 4, et un clapet 2 empêche la circulation du fluide dans le mauvais sens. La pompe 3 est commandée par le thermostat différentiel 8 qui reçoit les indications des trois sondes A, B et C. Le circuit de circulation du fluide caloporteur est naturellement pourvu d'un purgeur automatique 5, d'un vase d'expansion à membrane 6 et d'une soupape de sécurité 7 avec manomètre, ainsi que d'une vanne de remplissage 13 et d'un robinet de vidange 14.Dans l'exemple représenté, le fluide caloporteur est de l'eau additionnée d'un liquide antigel et d'un produit anti-corrosif. L'eau à chauffer arrive froide dans l'enceinte 10 par un robinet 15 et elle en sort chaude par la conduite 16. Le capteur B est placé à l'entrée du fluide caloporteur dans le chauffe-eau, de sorte qu'il mesure la température de l'eau au point le plus chaud. On peut alors effectuer les commandes comme suit, sans appliquer la présente invention Si la température tA est supérieure ou égale à la température tB (1) et si la température t3 est supc-iéure à la température tç (2), le fluide caloporteur peut circuler. Par contre la circulation est arrêtée dès que (1) tA est inférieure à tB ou (2) tB est inférieure ou égale à tC, car il est inutile de consommer de l'énergie quand il n'y a plus de transfert de calories. Ainsi quand la température tA de la source de chaleur représentée par le capteur solaire CS est élevée (tant que le soleil chauffe le capteur), lorsque l'eau du chauffe-eau 10 est froide, on a tA supérieure à t3 supérieure à tc. La pompe 3 fonctionne et fait circuler le fluide caloporteur. t3 et tc remontent et si - aucune eau chaude n'est soutirée il arrive un moment où les températures tB et tC sont égales. La pompe s'arrête, aucun transfert de calories- ne se faisant plus dans l'échangeur E2. Si l'on soutire de l'eau chaude, l'eau froide arrive dans le chauffe-eau, tC devient inférieur à t3 et la pompe est remise en route. Si le soleil disparait la température tA diminue et, lorsqu'elle devient inférieure à tB, la pompe s'arrête pour ne pas refroidir l'eau du chauffe-eau par le fluide caloporteur même si tB est encore supérieur à tc. La circulation ne reprendra que lorsque- tA sera redevenu supérieur à t3 et tB supérieur à tC. Le schéma électrique du thermostat 8 est représenté sur la figure 2. Le secteur S est appliqué au primaire d'un transformateur TR entre des points 21 et 22. Aux extrémités 2:5 et 26 du secondaire sont connectées respectivement les anodes de deux diodes D4 et D5 dont les cathodes sont connectées entre elles tandis que le point milieu 27 de ce secondaire est mis à la masse de manière à constituer un redresseur double phase classique. Les cathodes de D4 et D5 sont connectées d'une part à l'anode d'une diode D6 et d'autre part à la masse à travers un diviseur constitué par deux résistances R4 et R5 en série. La cathode de la diode D6 est connectee à un régulateur RG qui fournit un potentiel constant positif à un point P constituant la borne d'alimentation positive du circuit.Un condensateur C2 filtre le courant redresse fourni au régulateur qui est par ailleurs mis à la masse. Le point commun des résistances R4 et R5 est connecté à une première entrée d'un amplificateur A3. La seconde entrée de cet amplificateur est connectée au point commun de deux résistances R7 et R6 en série entre la masse et le point P. L'amplificateur A3 est alimenté entre le point P et la masse, et un condensateur C3 est connecté entre sa seconde entrée et sa sortie. On a représenté en A, B et C les trois sondes de température de la figure 1, qui sont constituées dans exemple représenté par trois séries de diodes au silicium. Ces trois sondes sont alimentées entre la masse d'un côté et le point P de l'autre à travers un potentiomètre P1 pour A, une résistance R8 pour B et un potentiomètre P2 pour C. Les potentiomètres P1 et P2 permettent d'équilibrer l'aliien- tata on des sondes pour mesurer avec précision les différences de température. Le point commun au potentiomètre P1 et à la sonde A est connecté à une première entrée, positive, d'un amplificateur Al. Le point commun à la résistance R8 et à la sonde B est connecté à travers une résistance R9 à la seconde entrée, négative, de l'amplificateur Ai. Un condensateur C4 entre la seconde entrée et la sortie, ainsi que les alimentations entre la masse et le point P, complètent les circuits de l'amplificateur Al. Le point commun à la résistance R8 et à la sonde B est connecté également à une première entrée, positive, d'un amplificateur A2. Le point commun au potentiomètre P2 et à la sonde C est connecté à travers une résistance R10 à la seconde entrée de l'amplificateur A2. Un condensateur C5 entre la seconde entrée et la sortie, ainsi que les alimentations entre la masse et le point P, complètent les circuits de l'amplificateur A2. Les sorties des amplificateurs Al et A2 sont connectées à travers les diodes D8 et D9 respectivement, à une borne d'une résistance R12. L'autre borne de la résistance R12 est connectée à une première entrée d'un amplificateur A4. Le point commun entre la résistance R12 et la première entrée de l'amplificateur A4 est connecté au point commun de deux résistances R13 et R14 en série entre le point P et la masse. Il est également connecté à la masse à travers un condensateur C6. La seconde entrée de l'amplificateur A4 est connectée à travers une diode D7 et une résistance R11 à la sortie de l'amplificateur A3. Elle est également connectée au point commun de deux résistances R15 et R16 en série entre le point P et la masse. Entre la première entrée et l'amplificateur A4 et sa sortie est connecté un circuit composé d'une résistance R17 et d'une diode D10. L'amplificateur A4 est en outre alimenté entre le point P et la masse. Sa sortie est connectée à la base d'un transistor npn T3 dont le collecteur est connecté au point P et l'émetteur, à travers une résistance R18, à l'anode d'une diode électroluminescente D11. Cette diode D11 fait partie d'un photo-coupleur comprenant en outre des phototransistors npn T1 et T2 montés en Darlington.L'émetteur du transistor T2 est connecté à une première électrode principale d'un triac 29, son émetteur est connecté à l'anode d'une diode D3 dont la cathode est connectée à la gâchette du triac 29. Une résistance R3 est connectée entre la gâchette et la première électrode du triac 29. Sur deux points 23 et 24 du primaire du transformateur TR, de part et d'autre du point 21, est prélevée une tension alternative qui est redressée par les diodes D1 et D2 correspondant respectivement aux points 23 et 24. Les cathodes des diodes Di et D2 sont connectées ensemble et, à travers deux résistances R1 et R2 en série, à l'anode de la diode antiretour D3. Ceci constitue le circuit d'alimentation de la gâchette du triac 29. Un condensateur C1 est connecté entre le point commun des résistances R1 et R2 et le point commun à l'émetteur du transistor T2 et à la première électrode du triac 29.La première électrode du triac 29 est également reliée au secteur S, et sa seconde électrode à une borne du moteur 30 de la pompe 3 (figure 1). L'autre borne du moteur est reliée au secteur S et entre les bornes du moteur 30 est branchée une lampe au néon 28 qui s'allume lorsque le moteur est en fonctionnement. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant L'amplificateur Al compare les tensions aux bornes des sondes A et B et l'amplificateur A2 compare les tensions aux bornes des sondes B et C. L'amplificateur A3 génère des créneaux au double de la fréquence du secteur alternatif. L'amplificateur A4 regroupe les informations en provenance des amplificateurs Al et A2 et peut être modulé par l'amplificateur A3. Il attaque le photocoupleur D11-T1-T2 qui permet de bloquer ou d'amorcer le triac 29, avec un amorçage synchronisé au zéro des alternances, évitant toute perturbation radioélectrique, quand les amplificateurs Al et A2 donnent l'autorisation de la mise en marche du moteur 30. L'amplificateur Ail est "rebouclé" par le circuit R17-D10, c'està-dire qu'il reçoit une réaction qui le fait basculer complètement quand sa sortie est négative, le triac étant amorcé, ce qui évite de désamorcer et réamorcer le triac 29 à chaque demi-alternance. Si l'un des amplificateurs Al ou A2 (ou les deux) ne donne plus l'autorisation, l'amplificateur 4 bascule, sa sortie devient positive et la diode D11 du photocoupleur s'éclaire. Le photo-transistor T1-T2 correspondant devient passant et dérive le courant d'alimenstation de la gâchette du triac 29 qui se bloque quand le courant qui le traversait passe à zéro. L'alimentation des sondes de température A, B et C est isolée du secteur par le transformateur TR, d'une part et le photo-coupleur D11 T1-T2, d'autre part. La masse est reliée au "point communs des sondes qui sont alimentées chacune par deux fils de mêmes section et longueur pour les trois sondes afin de garder le maximum de précision dans les valeurs différentielles de fonctionnement et d'arrêt. L'organe de commande qui vient d'être décrit est utilisable correctement quand la circulation a été établie et qu'il subsiste des différences de température entre les divers points du circuit. Cependant il présente l'inconvénient d'interdire le démarrage de la circulation du fluide caloporteur lorsque les températures tB et tç sont égales. Cet inconvénient pourrait être levé par un circuit annexe qui permettrait d'inhiber manuellement l'interdiction de circulation tant que la circulation ne s'est pas établie, et n'a pas créé les différences de température nécessaires à sa continuation, ou par un circuit électronique de temporisation automatique. Malheureusement, dans certains cas la constante de temps d'un tel circuit ne peut être augmenté autant que les constantes de temps thermiques de l'installation l'exigeraient, sauf à réaliser des circuits électroniques complexes, donc coûteux.C'est pourquoi, selon l'invention, on utilise le signal de sortie de l'amplificateur A2, c'est-à-dire le signal représentatif de la différence tB-tC non pour commander directement le fonctionnement du moteur 30, mais pour constituer un signal de correction qui se retranche du signal de sortie de la sonde A appliquée à l'entrée positive de l'amplificateur Al. Pour cela on utilise le circuit de la figure 3 qui comporte, par rapport à celui de la figure 2, les modifications suivantes la liaison entre la sortie de l'amplificateur A2 et la résistance R12, à travers la diode D9, est supprimée. Le condensateur C5 aux bornes de l'amplificateur A2 est supprimé et remplacé par une résistance R23 qui coopère avec la résistance Riz'pour définir le gain de cet amplificateur. Le signal de sortie de ce dernier est appliqué à l'entrée positive de l'amplificateur Al à travers une résistance R22, le signal fourni par la sonde A étant appliqué à cette même entrée à travers une résistance R21. Il en résulte que la circulation du fluide dans 1' enceinte est coupée et rétablie lorsque la température tA devient respectivement inférieure et supérieure à une température t3 + Dt, Dt étant un écart de température d'autant plus grand que la différence tB - tC est plus petite. L'écart Dt peut valoir 100C lorsque tB ntest pas supérieur à tc, et décroître jusqu'à 1 ou 20C lorsque la différence tB - tC atteint 200 C. Le système à triac décrit ci-dessus a l'avantage de pouvoir fonctionner plusieurs fois par minute et utilise le maximum d'énergie solaire disponible à la sortie du capteur. REVENDICATIONS 1/ Méthode de régulation du chauffage d'au moins une enceinte de stockage de calories (10) par un fluide caloporteur, selon laquelle on fait circuler ce fluide dans un circuit dans lequel il reçoit d'abord des calories d'une source de chaleur (CS), puis cède ses calories à une enceinte de stockage de calories (10), la circulation du fluide étant commandée en fonction de la température tA du fluide à la sortie de la source de chaleur, d'une température t B à l'entrée de l'enceinte et de la température t C du fluide à la sortie de l'enceinte, caractérisée par le fait que la circulation du fluide dans l'enceinte est coupée et rétablie lorsque la température t A devient respectivement, inférieure et supérieure à une température tB + Dt, Dt étant un écart de température d'autant plus grand que la différence t B - t C est plus petite. 2/ Dispositif à régulation pour le chauffage d'au moins une enceinte de stockage de calories (10) comportant : - une source de chaleur (CS), - un échangeur de chaleur amont (El) en contact thermique avec cette source, - un échangeur de chaleur aval (E2) en contact thermique avec l'enceinte (10) à chauffer, - un circuit (3, 9, 11, 12) de fluide caloporteur commandable assurant la circulation d'un fluide caloporteur dans et entre ces deux échangeurs, - une sonde de température amont A disposée à la sortie de l'échangeur amont, - une sonde de température intermédiaire B à l'entrée de l'échangeur aval (E2), - une sonde de température aval C disposée à la sortie de l'échangeur aval, - et un organe de commande (8) commandant ledit circuit (3, 9, 11, 12) caractérisé par le fait que ledit organe de commande (8) comporte des moyens pour couper et rétablir la circulation du fluide lorsque la température tA mesurée par la sonde A devient respectivement inférieure et supérieure à une température t3 + Dt, Dt étant un écart de température d'autant plus grand que la différence tB - tC est plus petite, tB et tc étant les températures du fluide mesurées par les sondes B et C respectivement. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'écart Dt décroit en fonction de la différence tB - tc.