Brevet FR2516276A1 — publié le 19830513

La présente invention concerne les dispositifs thermostatiques utilisés pour la commande et la régulation en fonction de la température ambiante, d'appareils de chauffage, tels que les convecteurs, les radiateurs, les chaudières et analogues. Plus particulièrement, l'invention est relative aux dispositifs de ce genre dans lesquels l'élément sensible à la température est un bulbe qui constitue le récipient d'un fluide dilatable et qui est relié à un organe de commutation electrique par l'intermédiaire d'un capillaire associé à cet organe de commutation pour établir ou couper un circuit électrique en fonction de la dilatation thermique du fluide. I1 est connu, par exemple, par l'ouvrage intitulé " Chauffage et Conditionnement électriques des locaux " par Roland Wolf, pages 336 à 343 édité par Eyrolles en 1974, d'adjoindre à un thermostat d'une part une résistance d'accélération ou d'anticipation destinée à réduire l'amplitude des écarts de température dans le local chauffé ou conditionné, et, d'autre part, une résistance de compensation qui est chargée de réduire la dérive de température introduite par la résistance d'accélération. Dans le cas des thermostats à bulbe, ces résistances sont placées au voisinage du bulbe et influent ainsi sur la dilatation du fluide contenu dans celui-ci. Cependant, compte tenu des dimensions du bulbe d'une part et des résistances d'autre part, celles-ci ne peuvent échauffer qu'un faible volume de fluide et leur efficacité sur une modification de la dilatation est donc médiocre. De plus, les résistances sont nécessairement séparées dans l'espace et ne peuvent donc agir sur le même volume de fluide contenu dans le bulbe. L'invention a pour but de fournir un thermostat à bulbe et capillaire qui soit dépourvu des inconvénients précités et dont les résistances d'accélération et de compensation agissent avec une efficacité maximale sur le fluide dilatable. L'invention a donc pour objet un thermostat à bulbe et capillaire destiné en particulier, à la régulation de la température ambiante de locaux chauffés par un appareil de chauffage tel qu'un convecteur, radiateur, chaudière ou autre, comportant un organe de commutation électrique sur lequel agit le fluide dilatable contenu dans le bulbe et le capillaire pour fermer ou ouvrir un circuit électrique commandant l'alimentation en énergie dudit appareil de chauffage, en fonction de la température régnant dans le local, ledit thermostat étant en outre pourvu d'au moins une résistance destinée à modifier l'allure de régulation du thermostat, celui-ci étant caractérisé en ce que ledit capillaire comporte un tron çon enroulé en hélice et en ce que ladite résistance présente un corps cylindrique dont une surface de révolution est en contact d'échange thermique avec une surface de révolution du tronçon en hélice du capillaire. Il résulte de ces caractéristiques que la résistance peut agir sur un volume important du fluide contenu dans le capillaire avec lequel elle est en échange thermique intime. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la dite résistance présente un corps creux cylindrique à l'intérieur duquel est placé le tronçon en hélice du capillaire du thermostat. Cette caractéristique permet d'obtenir le résultat visé par l'invention moyennant l'utilisation de résistances du commerce comportant un corps cylindrique creux, généralement en porcelaine ou analogue, sur lequel est enroulé un fil résistant de valeur ohmique donnée. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention, ladite résistance cl'porte deux sections de fil enroulées sur le même corps creux, l'une servant de résis tance d'accélération et l'autre de résistance de compensation, grâce à une prise médiane en contact électrique avec un point intermédiaire du fil résistif. Dans l'article précité, les thermostats pourvus à la fois d'une résistance d'accélération et d'une résistance de compensation, comportent un inverseur en tant qu'organe électrique de commutation. Or, on sait que le plus souvent les contacts électriques sont les éléments fragiles d'un thermostat dont ils réduisent en général la durée de vie. Pour remédier à cet inconvenient, l'invention prévoit selon une autre de ses caractéristiques, de relier la section de la résistance faisant office de résistance d'accélération en parallèle aux bornes de l'appa- reil de chauffage par l'intermédiaire d'au moins un élé- ment redresseur. Cette caractéristique permet ainsi d'utiliser un organe de commutation électrique, ne comportant qu'un simple contact interrupteur à deux plots seulement. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide de dessins représentant seulement des modes d'éxécution, sur lesquels - la Fig.l est une vue schématique d'un thermostat à bulbe conforme à un premier mode de réalisation de l'invention; - les Fig.2,3 et 4 sont des vues analogues montrant d'autres modes de réalisation de l'invention; - la Fig.5 est également une vue schématique d'un thermostat utilisé dans le cadre d'une autre application des caractéristiques de l'invention. Sur la Fig.1, on a représenté un premier mode de réalisation de l'invention. Le corps 1 du thermostat renfermant un organe interrupteur électrique schématisé en 2 est raccordé à un bulbe 3 contenant un fluide dilatable. Ce bulbe est raccordé au corps 1 par un capillaire 4 dont l'extrémité opposée au bulbe 3 est agencée de manière à pouvoir actionner le contact 2 lorsqu'une température déterminée de consigne est atteinte par l'air se trouvant au voisinage du bulbe 3. Cette température de consigne est réglable à l'aide d'un bouton 5. De tels thermostats sont connus dans la technique et il est donc superflu d'en donner une description détaillee ici. Suivant l'invention, le capillaire 4 comporte un tronçon 6 enroulé en hélice de préférence à spires jointives. Ce tronçon est entouré d'un manchon isolant 7 d'une résistance 8 dont le fil résistif 9 est enroulé autour du manchon 7. Les extrémités de ce fil résistant 9 sont connectées à des bornes 10 et 11, tandis qu'une prise in termédiaire 12 à position réglable constitue une troisième borne de la résistance 8. Celle-ci comprend ainsi une section 8a pour former une résistance d'accélération et une section 8b qui forme partiellement la résistan=ede compensation. On remarquera que ces sections de résistance ne forment ainsi qu'une seule unité associée au tronçon 6 du capillaire et en contact intime d'échange thermique avec le fluide qui se trouve dans le capillaire.. La borne 10 de la section d'accélération 8a est reliée à l'une des bornes de la résistance 13 de l'appareil de chauffage (un convecteur par exemple), c'est-àdire entre l'interrupteur 2 du thermostat et cette résistance 13 par l'intermédiaire d'une diode 14. L'interrupteur 2 est raccordé en série avec la résistance 13 et un contact de sécurité thermique 15 qui ouvre lue circuit d'alimentation de la résistance 13 au cas où une température dangereuse serait atteinte au niveau de celui-ci. Un interrupteur bipolaire 16 de marche/arrêt relie l'ensemble du circuit au secteur par les bornes 17 et 18. La borne opposée 11 du fil 9 est reliée au point de jonction entre l'interrupteur 2 du thermostat et le contact de sécurité thermique 15 par l'intermédiaire d'une diode 19 qui est montée en tête bêche par rapport à la diode 14. La prise intermédiaire 12 est connectée par une diode 20 à la borne de la résistance 13 qui est reliée à la borne 18 du secteur. I1 est à noter que la diode 14 peut éventuellement être omise. Le fonctionnement du montage de la Fig.l est le suivant. Quant l'interrupteur 2 du thermostat est fermé, la résistance 13 provoque l'échauffement du corps de chauffe de l'appareil de chauffage, tandis qu'un courant ne peut circuler que dans la section d'accélération 8a du fil résistant 9. Le circuit de ce courant est le suivant: borne 18, interrupteur 16, diode 20, section Sa, diode 14, interrupteur 2, contact de sécurité 15, interrupteur 16, borne 17. Bien entendu, les diodes 14 et 20 redressent le courant, de sorte que la section 8a n'est alimentée qu'en courant mono-alternance. Comme la diode 19 est polarisée en sens inverse par rapport à la diode 20, aucun courant ne peut circuler dans la section 8b du fil résistant. Une certaine puissance thermique est donc rayonnée sur le capillaire pour provoquer l'effet d'accélération (ou d'anticipation) de l'ouverture de l'interrupteur 2 du thermostat. Par contre, lorsque l'interrupteur 2 est ouvert, la résistance 13 n'est plus alimentée de sorte que le corps de chauffe de l'appareil de chauffage refroidit. Cependant, il subsiste un faible courant mono-alternance qui peut circuler dans l'ensemble du fil résistant 9 par le circuit suivant : borne 17,interrupteur 16, contact de sécurité 15, diode 19, section 8b, section 8a, diode 14, résistance 13, interrupteur 16, borne 18. Aucun courant ne circule dans la diode 20 qui est polarisée en sens inverse par rapport à la diode 19. Le courant relativement très faible qui circule donc dans la résistance 13 du corps de chauffe est négligeable et ne peut provoquer l'échauffement de celui-ci. L'interrupteur 2 du thermostat provoque l'alimentation par tout ou rien de la résistance 13 avec un rapport cyclique donné dont la duree E représente llin- tervalle d'alimentation et durée T la somme de l'intervalle E et de l'intervalle de coupure, de sorte que l'énergie thermique rayonnée par le corps de chauffe croît en fonction du rapport cyclique E/T. Mais l'énergie rayonnée par la totalité du fil résistant 9 tinterzupteur 2 ouvert) croît en fonction inverse de ce rapport, de sorte que le capillaire 4 et le bulbe 3 reçoivent une somme d'énergie rayonne par le corps de chauffe et par le fil résistant 8 qui est sensiblement constante, ce dont il résulte un effet compensateur pendant le refroidissement du corps de chauffe de l'appareil de chauffage. Bien entendu, comme on le voit sur la variante de la Fig.2, les connexions des sections 8a et 8b et des diodes 14,19 et 20 peuvent être modifiées,toutes choses égales par ailleurs, pour attribuer la fonction d'accélération à la section 8a et la fonction de compensation à la section 8b. La Fig.3 représente une autre variante dans laquelle les fonctions des sections 8a et 8b sont inversées par rapport à la Fig.l. Si la résistance 8 est placée verticalement, le manchon 7 forme une canalisation dans laquelle l'air chauffé peut librement circuler. La permutation des sections 8a et 8b peut donc entraîner des résultats légèrement différents au niveau de la régulation de la température. La Fig.4 représente une autre variante duthermostat suivant l'invention. Dans ce cas, les diodes 14,19 et 20 sont branchées comme sur la Fig.2, de sorte que les sections 8a et 8b ont chacune leur fonction propre, respectivement d'accélération et de compensation. En outre, une thermistance 21 à coefficient de température négatif est monté en parallèle sur la section 8b. Cette thermistance a pour but de modifier la puissance dissipée par la section 8b en étant placée dans le flux d'air chaud dégagé par le corps de chauffe ou contre la tôle de celui-ci, afin d'améliorer l'effet de compensation qu'assure cette section 8b. En effet, quand les intervalles E pendant lesquels le contact 2 est fermé diminuent, la température moyenne de l'appareil de chauffage et l'échauffement que celui-ci produit sur le thermostat décroissent, alors que la valeur ohmique de la thermistance 21 augmente de sorte que la section 8b dégage plus de chaleur. Ainsi, par un choix judicieux des valeurs des sections 8a et 8b et de la thermistance 21, on peut obtenir un échauffement constant du thermostat quel que soit le rapport cyclique d'alimentation E/T de l'appareil de chauffage, ce qui supprime la dérive de température. La Fig.4 montre également qu'un rhéostat 22 peut être inséré entre la diode 19 et le point de jonction de l'interrupteur 2 et du contact de sécurité 15. Cette résistance permet d'ajuster avec précision l'effet de la thermistance 21 sur la section de compensation 8b. Ainsi, grâce à l'invention, les résistances d'accélération et de compensation sont placées en contact intime d'échange thermique avec un tronçon de grande longueur du capillaire du thermostat, d'ou il résulte une meilleure efficacité pour la réduction des amplitudes de régulation et des dérives de température. De plus, la résistance 8 peut être placée à l'intérieur de l'appareil de chauffage. Par ailleurs, on obtient moyennant une seule résistance des valeurs de rayonnement sur le capillaire différentes et ce,moyennant un simple interrupteur de thermostat. La Fig.5 représente une autre application de l'invention dans laquelle la résistance 8 est utilisée d'une autre façon que précédemment, en étant associé à un commutateur 23 de régime de chauffage, placé près de l'appareil de chauffage 13 ou à distance de celui-ci. Ce commutateur peut notamment être incorporé dans un programmateur centralisé, par exemple, celui qui est décrit dans la demande de brevet français nO 80 03 559 déposé le 19 Février 1980 au nom de la Société Finimétal. Le contact mobile de ce commutateur est relié à un fil unique 24 appelé " fil pilote ".Le contact fixe a du commutateur est libre, le contact b est relié par une diode 25 montée dans le sens passant à un conducteur 18a relié lui-meme au neutre du secteur ( borne 18). Le contact c est branché à travers une diode 26 dans le sens bloquant à ce même conducteur 18a. Le fil pilote 24 est relié respectivement par des diodes 27 et 28 en opposition,aux extrémités de la résistance 8 dont le curseur est connecté au fil de phase (borne 17). En positionna du commutateur 23, aucun ordre n'est transmis sur le fil pilote 24 et le point de consigne du thermostat 2 n'est pas décalé. En position d du commutateur 23, il s'établit un courant mono-alternance par le trajet suivant : borne 17, interrupteur 16, partie 8a de la résistance, diode 27, fil 24, commutateur 23, diode 25,neutre. La partie 8b de la résistance est hors circuit car la diode 28 est polarisée en sens inverse par rapport à la diode 25. En position c du commutateur 23, le trajet du courant est comme suit : neutre, interrupteur 16, diode 26, commutateur 23, fil 24, diode 28, partie de résistance 8b, interrupteur 16, phase. La partie 8a de la résistance est alors hors circuit car la diode 27 est polarisée en sens inverse par rapport à la diode 26. Si on donne aux parties 8a et 8b de la résistance 8 des valeurs ohmiques différentes, on peut provoquer sélectivement deux échauffements différents du capillaire 4, ce qui entraîne deux niveaux d'abaissement différents du point de consigne du thermostat 2. 2.(Par exemple, régime réduit avec une température réduite de 3 ou 40C et régime " hors gel " correspondant a une réduction de 100C environ). On notera que ces régimes ne sont obtenus que par un seul fil pilote 24. REVENDICATIONS 1 - Thermostat à bulbe et capillaire destiné, en particulier, à la régulation de la température ambiante de locaux chauffés par un appareil de chauffage (13) tel qu'un convecteur, radiateur, chaudière ou autre, comportant un organe de commutation électrique (2) sur lequel agit le fluide dilatable contenu dans le bulbe (3) et le capillaire (4) pour fermer ou ouvrir un circuit électrique commandant l'alimentation en énergie dudit appareil de chauffage, en fonction de la température régnant dans le local, ledit thermostat étant en outre pourvu d'au moins une résistance (8) destinée à modifier llallure de régulation du thermostat, celui-ci étant caractérisé en ce que ledit capillaire (4) comporte un tronçon (6) enroulé en hélice et en ce que ladite résistance (8) présente un corps cylindrique dont une surface de révolution est en contact d'échange thermique avec une surface de révolution du tronçon en hélice (6) du capillaire (4). 2 - Thermostat suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite résistance (8) présente un corps creux cylindrique (7) à l'intérieur duquel est placé le tronçon en hélice (6) du capillaire (4) du thermostat. 3 - Thermostat suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ladite résistance (8) comporte deux sections (8a, 8b) de fil résistif (9) enroulées sur le même corps creux (7), l'une servant de résistance d'accélération (8a), l'autre (8b) de résistance de compensation, grâce a une prise médiane (12) en contact électrique avec un point intermédiaire du fil résistif (9). 4 - Thermostat suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la section (8a ou 8b) de ladite résistance (8) faisant office de résistance d'accélération est connectée aux bornes de l'appareil de chauffage (13) par l'intermédiaire d'au moins un composant redresseur (14, 20; 19, 20). 5 - Thermostat suivant la revendication 4, caractérisé en ce que chaque borne de ladite section (8a) de la résistance (8) faisant office de résistance d'accélération est connectée à un composant redresseur (14, 20; 19, 20) relié à son tour à l'une des bornes dudit appareil de chauffage (13), et en ce que les éléments redresseurs sont reliés de manière à n'autoriser la circulation que dans un seul sens du courant dans ladite section (8a). 6 - Thermostat suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'autre section (8b) de la résistance (8) est reliée par son extrémité opposée à la prise médiane à un composant redresseur (14 ou 19) qui est relié dans le sens bloquant à une ligne connectant l'interrupteur (2) du thermostat à une borne d'alimentation (17) du circuit principal (16, 17, 18) de l'appareil de chauffage (13). 7 - Thermostat suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'une thermistance (21) est connectée en parallèle sur la section (8b) de la résistance (8) faisant office de résistance de compensation. 8 - Thermostat suivant les revendications 6 et 7 prises ensemble, caractérisé en ce que ledit composant redresseur (14) connecté à l'extrémité de la section (8b) de compensation de ladite résistance (8), opposée à ladite prise médiane est reliée à ladite ligne à travers un rhéostat d'ajustage (22). 9 - Thermostat suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite résistance (3) est relieemar l'intermédiaire de diodes (26,27) convenablement polarisées à un commutateur de cor.mande (23) de régimes de chauffage différents prévu localement ou à distance, par un seul fil pilote (24), les contacts (b,c) de ce commutateur étant branchés au réseau d'alimentation par des diodes (25,26) convenablement polarisées.