Brevet FR2513058A1 — publié le 19830318

La présente invention se réfère à un programmateur prévu pour assurer l'alimentation rationnelle d'un chauffe-eau électrique-à accumula- tion ou appareil du même genre, pendant le régime ou période de nuit au cours duquel le coût de l'énergie électrique est réduit. Dans un chauffe-eau-classique, dès que l'horloge prévue à cet effet déclenche le régime de nuit les résistances sont branchées à travers le thermostat et comme en général l'eau se trouve alors. relativement froide, la puissance consommée est à son maximum, ces qui entraSne-un très fort et très brusque appel de courant. L'invention vise à éviter cet inconvénient. Le programmateur qui en fait l'objet est agencé de manière à détecter la température de l'eau ou autre et à ne faire débuter le chauffage qu'avec un retard d'autant plus grand que cette température est plus enlevée. On étage ainsi en quelque sorte les appels de courant des divers appareils branchés sur le réseau sans que cela nuise à leur bon fonctionnement, puisque ceux branches le plus en retard sont précisément les plus chauds, c'est-à-dire ceux qui exigent le moins d'énergie et par conséquent le moins de temps pour parvenir à leur température maximale. Le programmateur suivant l'invention comporte préférablement un moteur chronométrique mis en marche par l'horloge pour tourner exactement d'un tour de son arbre de sortie, des contacts chronométriques commandées en succession par ce moteur et des contacts thermostatiques commandés en fonction de la température du chauffe-eau, chacun de ces contacts thermostatiques, réglés pour des températures croissantes, étant en série avec un contact chronométrique, le tout de façon à déterminer dans le temps une série de phases ou étages au cours de chacun desquels un contact thermostatique, réglé pour une température supérieure à celle de fonctionnement du précédent, intervient pour chauffer le chauffe-eau jusqu'à cette température s'il ne s'y trouve déja. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est un schéma général d'un programmateur suivant l'invention et des appareils ou dispositifs qui lui sont associés. Fig. 2 indique sous forme schématisée la commande par cames des contacts chronométriques. Fig. 3 illustre de meme manière le dispositif d'actionnement des contacts thermostatiques. Fig. 4 est un diagramme opératoire. Si l'on se réfère tout d'abord au schéma de fig. 1, la référence 1 y désigne une ligne-d'alimentation correspondant à une phase du réseau triphasé, tandis que 2 indique la ligne neutre de celui-ci. La référence générale 3 corres-pond au programmateur suivant l'invention. On trouve en 4 un ballon de chauffe-eau électrique à accumulation normalement destiné à etre chauffé pendant la nuit seulement (mais qui peut l'être de jour par manoeuvre appropriée, si on le désire). Ses résistances chauffantes, schématisées en 5, sont commandées par le thermostat de régulation usuel représenté pàr le rectangle 6 et auquel le courant arrive par les lignes 7 et 8 reliées aux lignes d'alimentation 1 et 2 précitées à travers le programmateur 3. L'installation comprend encore l'horloge classique 9 du réseau de distribution, associée aux appareils ne devant en principe fonctionner que la nuit, ainsi que le relais 10, ou relais jour-nuit, qui lui est associé. Enfin pour commander le programmateur 3 en fonction de la température de l'eau dans le ballon 4, on a prévu dans celui-ci un é1- ment thermo-sensible 11, par exemple à liquide dilatable, qui agit à distance, par exemple par l'intermédiaire d'une canalisation 12 jouant le rôle de télétransmission, sur un dispositif d'actionnement 13 mulon décrira plus loin. L'horloge 9 est établie à la façon habituelle pour fermer un contact 14 pendant la période dite de courant de nuit qui correspond à une tarification réduite. Ce contact est relié d'une part à un conducteur 15 luimême relié à la ligne de phase 1, d'autre part à un autre conducteur 16 qui aboutit à l'enroulement de commande 17 du relais 10, l'autre extrémité de cet enroulement étant reliée à la ligne neutre 2 par un conducteur 18. On comprend qu'ainsi, lorsque pendant la nuit l'horloge 9 ferme son contact 14, l'enroulement 17 est excité et provoque la fermeture du contact 19 qui lui est associe dans le relais 10. L'une des bornes de ce contact 19 est reliée à la ligne de phase 1 par un conducteur 20. De l'autre part un conducteur 21 qui va au programmateur 3, comme expliqué ci-après. Le programmateur 3 comporte quatre bornes d'entrée 22, 23, 24, 25 et deux bornes de sortie 26, 27. La borne 22 ou borne d'entrée principale, est reliée exterieurement au conducteur 21 précité et intérieurement à deux conducteurs 28, 29. Le premier 28 est relié à son tour à la borne de sortie 26 à travers le contact 30 d'un relais intérieur 31 travaillant à l'ouverture. Osant au second 29, il aboutit à la première borne ou borne d'entrée de trois contacts 32, 33, 34 (contacts chronométriques principaux) commandés en succession par des cames (non indiquées dans le schéma de fig. 1) montées sur l'arbre 35 d'un moteur chronométrique 36 prévu de façon à tourner d'un tour complet lors de chaque cycle de fonctionnement, comme on le comprendra mieux ci-apres. La borne 23, ou première borne d'entrée auxiliaire, est reliée extérieurement au conducteur 16, donc à la sortie de l'horloge 9, et intérieurement à deux conducteurs 37 et 38. Le premier aboutit à l'une des extrémités de l'enroulement 39 du relais 31, le second 38 à un autre contact 40 (premier contact chronométrique auxiliaire) commandé par l'arbre à cames 35, ce contact, ferme pendant le jour, le reliant à un autre conducteur 41 lui-mEme relié à l'une des bornes du moteur chronométrique 36. La borne 24, ou seconde borne d'entrée auxiliaire du programmateur est reliée extérieurement à la ligne de phase 1 et intérieurement à un conducteur 42 qui aboutit à un cinquième contact 43 (second contact chronométrique auxiliaire) commandé par l'arbre à cames 35 et qui le relie au conducteur 41 mentionné plus haut. La quatrième borne d'entrée 25 est reliée à la ligne neutre 2 par un conducteur extérieur 44. A l'intérieur du programmateur 3 un conducteur 45 la relie à la borne de sortie 27. A ce conducteur 45 se raccordent un conducteur 46 venant de la seconde borne du moteur chronométrique 36 et un autre 47 relié d'autre part à la seconde borne de l'enroulement 39 du relais 31. Les bornes de sortie 26 et 27 sont respectivement reliées aux lignes 7 et 8 d'alimentation des résistances 5 du chauffe-eau à travers le thermostat de régulation 6. De la partie du conducteur 28 située entre le contact 30 du relais 31 et la borne de sortie 26 part un conducteur 48 relié d'autre part à ce qu'on peut appeler les bornes de sortie de quatre contacts 49, 50, 51, 52, ou contacts thermostatiques, propres à être amenés successivement à l'ouverture par le dispositif d'actionnement 13 en régime thermique croissant (ou à la fermeture en régime décroissant), ainsi qu'on le verra plus loin. La borne d'entrée du premier 49 (contact initial) est directement reliée au conducteur 29. Quant à celles des trois autres 50, 51, 52, elles le sont respectivement aux bornes de sortie des contacts à came 32, 33 et 34. Comme à l'ordinaire le mécanisme chronometrique de l'horloge 9 est relié au réseau (lignes 1 et 2) par des conducteurs 53, 54 de manière à être synchronisé avec l'heure officielle. Fig. 2 montre une réalisation possible des contacts à came 32 et 43. Le profil des cames individuelles 55 à 59 sera mieux compris au cours des explications qui vont suivre. Les contacts sont représentés à la position de jour ; seul est fermé le contact 40, les autres étant ouverts. Fig. 3 représente un exemple de réalisation du dispositif d'actionnement 13. La canalisation 12 débouche dans une chambre 60 fermée par une membrane inférieure 61 dont le centre porte un dé 62. Ce dernier repousse une butée 63 portée par un support mobile 64 guidé de façon à se déplacer à peu près verticalement. Ce support peut notamment être fixé à un levier d'assez grande longueur pour que les petits déplacements dudit support puissent ne correspondre qu a un très petit angle. Le support 64 est rappelé vers le haut par un ressort 65. I1 porte quatre vis de réglage 66, 67, 68, 69 qui viennent respectivement agir à l'ouverture sur les contacts 49, 50, 51, 52. Ces vis sont réglées de manière que lorsque l'eau du ballon 4 est relativement froide, les quatre contacts sont fermés. Quant elle est tiède, 49 est ouvert.Quant elle est relativement chaude 50 s'ouvre à son tour. Lorsqu'elle est modérément chaude, c'est au tour de 51 de s'ouvrir. Enfin si elle est treks chaude 52 passe à l'ouverture. En d'autres termes les contacts 49 et 52 s'ouvrent en succession à mesure que la température de l'eau s'élève dans le ballon. Il est toutefois a noter que pour réaliser un bon fonctionnement, la température d'ouverture de 52 doit être inférieure au maximum fixé par le thermostat de régulation 6, à défaut de quoi, comme on le comprend, 52 n'interviendrait jamais. Pour exposer le fonctionnement on se réfèrera à la fois à fig. 1 et au schéma de fig. 4 qui montre les positions des divers contacts en fonction de l'heure légale (indiquée en haut du schéma) et du déroulement du régime de nuit dont la position dans le temps et la durée figurent dans le bas. Dans l'exemple représenté ce régime s'étend sur huit heures (O à 8) entre 22 heures et 6 heures. Les temps de fermeture des divers contacts sont indiqués par des tracés noirs. Pour simplifier les explications on se limitera d'abord au fonctionnement du moteur chronométrique 36, lequel ne dépend que des contacts 14, 19, 40 et 43. On parlera donc plus loin des autres contacts. Pendant le régime de jour le contact 14 de l'horloge 9 est ouvert et il en va par conséquent de même du contact 19 du relais jour-nuit 10. Le contact 43 est lui aussi ouvert. Par conséquent le moteur n'est pas alimenté en dépit de la position fermée du contact 40. A 22 heures (dans le cas représenté à titre d'exemple) l'horloge 9 ferme son contact 14. Le moteur 36 est donc alimenté à travers le premier contact chrpnométrique auxiliaire 40 (fermé en permanence, sauf entre 5 et 6 heures, voir fig. 4) et il commence son cycle de rotation d'un tour complet de l'arbre 35. A 4 heures le second contact chronométrique auxiliaire 43 se ferme et par la borne d'entrée 24 il amène directement au moteur -le courant de la ligne de phase 1 en établissant une dérivation en parallèle sur le contact 14 de l'horloge. A 5 heures le contact 40 s'ouvre, mais comme 43 est alors fermé, cela n'arrête pas le moteur 36 qui continue son cycle de rotation. A 6 heures le régime de nuit est terminé et l'horloge 9 ouvre son contact 14 en isolant donc à nouveau la borne 23. Cela est toutefois sans effet sur la rotation du moteur 36 puisqu'il est alors alimenté directement par le contact 43 ferme. En même temps le contact 40 se referme, mais sans que cela ait un effet quelconque sur le moteur (on discutera plus loin de l'effet de la fermeture simultanée de 40 et 43 sur les relais 10 et 31). Le moteur continue à tourner de 6 à 7 heures, soit durant une heure après la fin du régime de nuit. A 7 heures le contact 43 s'ouvre et le moteur, dont l'arbre 35 a alors tourné très exactement d'un tour complet, s'arrête en laissant les cames à la position précise ou elles se trouvaient avant le début du régime de nuit. On notera que le moteur 36 tourne ainsi pendant une heure de plus que la durée du régime de nuit. Le fonctionnement du moteur chronométrique 36 ayant ainsi été expliqué il convient de se tourner vers celui des contacts qui coopèrent non plus avec lui, mais avec les résistances 5. On notera tout d'abord que pendant le jour la borne 23 n'est pas reliée à la ligne de phase 1, de sorte que le relais intérieur 31 n'est O pas excité et que son contact 30 est fermé. Si donc on veut exceptionael- lement faire fonctionner les résistances pendant le jour, il suffit d'alinenter la borne 22 en fermant à la nain le contact 19 du relais 10, convenablement prévu à cet effet, voire en utilisant à cet effet un enroulement supplémentaire du relais, ou encore en commutant l'entrée de l'enroulement normal 17 de ce dernier de la borne 23 à la ligne 1. D'autre part, pour la clarté des explications, on supposera que les contacts 49 à 52 ont été réglés par les vis 66 à 69 (fig. 3) pour s'ouvrir respectivement à 45, 55, 65 et 75 C, le thermostat de régulation 6 étant prévu pour 800C. En fig. 1 tous ces contacts 49 à 52 sont ouverts, l'eau étant donc supposée pour la clarté du dessin à une température de plus de 75 C, ce qui est évidemment rare en pratique. Ceci posé, au début de la période de nuit (à 22 heures, fig. 4) la fermeture du contact d'horloge 14 entraine le fonctionnement du relais jour-nuit 10 et la fermeture de son contact 19 ainsi que la mise sous tension de la borne d'entrée 23. Le relais intérieur 31 est donc excité et il ouvre son contact 30 en coupant le passage du courant par le conducteur 28 qui devient ainsi inopérant pendant tout le régime de nuit. Si l'eau du ballon 4 est à moins de 45"C, tous les contacts thermostatiques 49-à 52 sont fermés (au contraire de fig. 1). Les résistances 5 sont donc alimentées par la borne d'entrée 22, le conducteur 29, le contact 49 (contact initial), la borne de sortie 26, la ligne 7, le thermostat 6, la ligne de retour 8, la borne 27, le conducteur 45, la borne 25 et le conducteur 44. Le contact 49 agit alors à la façon d'un thermostat de régulation auxiliaire pour amener l'eau a 450C et l'y maintenir en s'ouvrant des que cette température est atteinte. Si au contraire l'eau est déjà à plus de 45"C, le contact 49 est ouvert et le reste, de sorte que les résistances 5 ne sont pas alimentées. Au bout de deux heures, soit donc à O heure, le contact 32 est fermé par sa came 55 (fig. 2). La borne d'entrée 22 se trouve ainsi reliée au contact 50. Si l'eau du ballon est à moins de 550C ce contact est fermé et par conséquent, même si 49 s'est ouvert, les résistances 5 continuent à être alimentées. Là encore le contact 50 fonctionne en thermostat pour amener et maintenir l'eau à 550C. Si l'eau est déjà à plus de 550C, 50 est ouvert et le courant n'arrive pas aux résistances 5. Deux heures après, par conséquent à 2 heures, le contact 33 est fermé par sa came 56. Là à nouveau l'on retrouve le même genre de fonctionnement : l'eau est amenée et maintenue à 650C, si elle ne se trouve pas déjà à une température supérieure. Enfin deux heures plus tard, à 4 heures, le contact 34 est fermé par sa came 57 et l'on retrouve encore une fois le même fonctionnement que ci-dessus, iais avec une température de 75"C. On a donc bien réalisé ainsi un chauffage étagé de l'eau du ballon en fonction de sa température initiale, une eau tres froide étant chauffée pendant les huit heures du régime de nuit, une eau un peu plus chaude pendant les six dernières heures, et ainsi de suite, jusqu'au cas d'une eau à 75 OC qui n'est plus chauffée du tout. On comprend d'ailleurs qu'on pourrait éventuellement diviser la période de régime de nuit non pas en quatre étages ou phases, mais bien en cinq (par exemple de 1h 36mn si l'on conserve l'égalité des durées, ce qui n'a rien d'obligatoire), au cinquième étage correspondant un contact à came supplémentaire, ou contact chronométrique final, auquel ne serait associé aucun contact thermostatique tel que 32, 33 ou 34. En pareil cas au cours de la cinquième phase ou étage les résistances 5 seraient sous la seule dépendance du thermostat de régulation 6 qui amènerait et maintiendrait l'eau à 800C.En variante on pourrait arriver à ce même résultat en agençant un tel contact à came supplémentaire de manière qu'il coupe momentanément l'alimentation du relais intérieur 39, ce qui aboutirait là encore à ce qu'au cours d'une cinquième phase les résistances 5 soient directement alimentées sans passer par un contact thermostatique actionné par le dispositif 13. Pour compléter les explications qui précèdent, il reste à exposer en détail le rôle du second contact chronométrique auxiliaire 43 et la répercussion que son fonctionnement comporte sur les deux relais 10 et 11. Si le moteur chronométrique 36 était parfait, on pourrait l'agencer de façon que son arbre 35 ait fait exactement un tour à la fin de la période de nuit (soit à 6 heures, fig. 4). Mais en pratique il s'agit d'un moteur synchrone et comme la fréquence du réseau n'est pas rigoureusement constante, il peut avancer ou retarder dans une mesure notable par rapport à l'heure légale. C'est pourquoi on se donne une heure de battement (entre 6 et 7 heures) pour lui faire terminer son cycle. I1 va sans dire que cette marge de sécurité pourrait être augmentée ou diminuée suivant les cas. Pendant la marge de sécurité en question les deux contacts chronométriques auxiliaires 40 et 43 sont simultanément fermés. I1 est facile de voir qu'ainsi la seconde borne d'entrée 23 est reliée à la ligne de phase 1. Donc l'enroulement 17 du relais jour-nuit 10 est excité et le contact 19 se ferme en reliant la ligne de phase 1 à la première borne d'entrée 22. Toutefois cela n'a aucun effet sur l'alimentation du chauffe-eau 4 car simultanément l'enroulement 31 du relais intérieur 31 est lui aussi excité, de sorte que le contacns'ouvre. Comme tous les contacts thermostatiques sont alors normalement ouverts , le courant n'arrive pas normalement à la borne de sortie 26. Les seules conséquences possibles sont les suivantes 10 Pendant le temps qui correspond à la marge de sécurité (de 6 à 7 heures dans le cas représenté) on ne peut faire fonctionner le chauffe-eau en régime de jour par fermeture du contact 19 du relais jour-nuit, puisque le contact 30 est ouvert. Mais il est rarissime qu'on éprouve le besoin de procéder ainsi alors que l'eau a été chauffée à plein pendant le régime de nuit qui vient juste de se terminer. 20 Si à la fin du régime de nuit (soit à 6 heures) le chauffe-eau n'avait pas atteint la température maximale prévue (750C) le contact 52 serait resté fermé et par conséquent les résistances 5 seraient encore alimentées pendant une durée de régime de jour d'au plus 1 heure (de 6 à 7 heures). Mais 1à encore il faudrait supposer soit qu'il y ait eu une panne de secteur de longue durée pendant le régime de nuit, soit qu'on ait prélevé une quantité d'eau chaude exceptionnelgment forte pendant cette même période, ce qui n'est pas normal. I1 doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Programmateur automatique destiné à commander rationnellement le fonctionnement d'un appareil de chauffage électrique à accumulation, tel qu'un chauffe-eau, pendant la période ou régime de nuit, ce programmateur étant associé à une horloge qui commande un relais du type dit jour-nuit de façon que le contact de ce relais, ouvert pendant le jour, se ferme au début de ladite période et s'ouvre à la fin de celle-ci, caractérisé en ce qu'il comprend des contacts thermostatiques (50, 51, 52) réglés pour des températures croissantes du chauffe-eau (4, 5, 6) ou autre et des contacts chronométriques (32, 33, 34) qui se ferment les uns apyres les autres durant ladite période, chaque contact thermostatique étant branché en série avec un contact chronométrique entre l'entrée (22) et la sortie (26) du programmateur (3) de manière quelles contacts thermostatiques interviennent les uns à la suite des autres dans l'ordre croissant des températures pour alimenter le chauffe-eau ou autre. 2. Programmateur suivant la revendication 1, caractérisé par la combinaison des éléments ou dispositions suivants, dont certains au moins sont connus soit à l'état isolé, soit dans des combinaisons différentes de celle ci-apres - une borne d'entrée principale (22) - un moteur chronométrique (36) - des moyens eommnndés par l'horloge (9) et/ou par le moteur lui-même pour que l'arbre (35) dudit moteur tourne exactement d'un tour complet lors de chaque cycle de fonctionnement, la durée du cycle étant au moins égale à celle de la période ou régime de nuit - une série de contacts chronométriques (32, 33, 34) commandés par l'arbre du moteur de façon à se fermer les uns à la suite des autres, la fermeture du premier de ces contacts s'effectuant un certain temps après le début de la période de nuit et celle du dernier un certain temps avant la fin de cette période et l'un des éléments ou bornes de chacun desdits contacts étant relié à la premiere borne d'entrée (22) du programmateur (3) - une série de contacts thermostatiques (50, 51, 52) dont le premier élément ou borne est relié au second élément ou borne d'un desdits contacts chronométriques, tandis que le second l'est à la première borne de sortie (26) du programmateur (3), destinée à alimenter le chauffe-eau (4, 5, 6) ou autre - et des moyens pour actionner lesdits contacts thermostatiques (50, 51, 52) en fonction de la température du chauffe-eau (4, 5, 6) ou autre, de manière qu'ils soient fermés quand celui-ci est froid et s'ouvrent en succession à mesure qu'il s'échauffe - le tout de manière que l'alimentation du chauffe-eau ou autre commence d'autant plus tard dans la période de nuit que sa température initiale est. plus élevée. 3. Programmateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un contact thermostatique initial (49) dont le premier élément est directement relié à la borne d'entrée (22) du programmateur (3), ce contact étant réglé de façon à se fermer pour une température du chauffe-eau (4, 5, 6) ou autre inférieure à celles pour lesquelles les autres contacts thermostatiques (50, 51, 52) ont été réglés, de manière que lorsque le chauffe-eau ou autre appareil se trouve à une température relativement basse, son chauffage commence dès le début de la période de nuit. 4. Programmateur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les contacts chronométriques (32, 33, 34) sont réglés de manière que le premier (32) d'entre eux ne se ferme qu'un certain temps après le début de la période de nuit pour laisser au contact thermostatique initial (49) le temps d'assurer un premier chauffage du chauffe-eau (4, 5, 6) ou autre si la température de celui-ci est particulièrement basse. 5. Programmateur suivant la revendicatlon 1, caractérisé en ce qu'il comprend un contact chronométrique final (non figuré) qui, apres que les précédents (32, 33, 34) aient fonctionné, relie directement la borne d'entrée principale (22) du programmateur (3) à sa borne de sortie (26) correspondante de façon à assurer une phase de chauffage supplémentaire réglée par le thermostat usuel (6) associé au chauffe-eau (4, 5, 6) ou autre. 6. Programmateur suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce qu'il comprend un relais intérieur (31) à contact (30) travaillant à l'ouverture et qui relie directement les bornes principales d'entrée (22) et de sortie (26) du programmateur (3), l'enroulement (39) de ce relais étant commandé par l'horloge (9) de tanière que la liaison assurée par ledit contact t30) de ce relais (31) soit fermée pendant le jour pour permettre de faire fonctionner le chauffe-eau (4, 5, 6) indépendamment du programmateur (3), si on le désire, nais soit ouverte pendant la période de nuit pour ne pas gêner le fonctionnement de ce dernier. 7. Programmateur suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que les moyens de commande du moteur chronométrique (36) comprennent - un premier contact chronométrique auxiliaire (40) actionné par l'arbre (35) du moteur et qui relie l'entrée (45) de celui-ci à la sortie (16) de l'horloge (9), par exemple par l'intermédiaire d'une première borne d'entrée auxiliaire (23) du programmateur (3), ce contact (40), normalement fermé, s'ouvrant pendant un temps limité avant la fin de la période de nuit pour se refermer à peu près immédiatement après celle-ci - et un second contact chronométrique auxiliaire (43) également actionné par l'arbre (35) du moteur et qui relie directement l'entrée de celui-ci à la ligne d'alimentation, par exemple par l'intermédiaire d'une seconde borne d'entrée auxiliaire (24) du programmateur (3), ce contact, normalement ouvert, se fermant peu avant l'ouverture du premier (40) et s'ouvrant aussitôt que le moteur (36) a terminé son cycle d'un tour complet de son arbre (35).