Brevet FR2523394A1 — publié le 19830916

La présente invention concerne un dispositif ce régulation de température ainsi que son application à un bac chauffant indépendant dont la température réglable doit être maintenue de façon précise à la valeur prédéterminée choisie,notrmment pour l'activation de pousses végétales en culture hors sol. La nécessité d'accroître certaines productions végétales a conduit à développer la culture hors sol et l'or connaît déjà des installations comprenant des reseaux superposés de bac chauffants dont la température est maintenue constante par la présence de sondes Thermiques et sensibles reliées, au moyen de cordons électriques, a des thermostats disposés cars une armoire de distribution électrique Desservant l'ensemble des bac chauffants. De telles installations ont évidemment l'avantage de per- mettre le réglage et la maintien automatique aise et à une même température prédéterminée de nombreux bacs à partir d'une armoire de distribution électrique unique, mais ne sont pas du tout adaptées aux réglages de températures uifférentes selon la nature et les variétés des pousses choisies, de sorte qu'en dépit de l'intérêt de telles installations elles ne con- viennent qu'a des cas bien particuliers En outre elles pre- sentent des inconvénients d'encombrement, et de imarque de sou- plesse dans leur utilisation, l'ensemble des bacs devant tou- jours se trouver à des températures identiques. On pourrait éventuellement modifier de telles installations afin d'imposer des valeurs de températures différentes en fonc- tion de la position des bacs mais l'on se heurte non seulement au problème de l'encombrement, chaque sonde thermique sensible étant impérativement reliée à un thermostat donné de l'armoire de distribution électrique, mais encore à celui du contrâle précis de la température. En effet il n'existe pas actuellement ce dispositif ue con- trôle de la régulation de la température susceptible d'être incorporé dans un bac destiné à la culture nors sol Les dis- positifs sensibles nécessitent un dispositif' annexe et relati- vement encombrant qui finalement fait réapparaître les mêmes difficultés que celles qui viennent d'être exposées, les autres dispositifs ne permettent pas un contr 8 le efficace de la régu- lation de la température, dès que le milieu dont la températu- re est à contrôler se modifie comme par exemple dans le cas 2 2523394 A'une culture hors sol lême dans le cas particulier' de la culture d'une seule espèce végétale déterminée il n'était pas possible de faire varier les paramètres d'un dispositif de régulation de la température en fonction aes mcdifications du milieu chaque bac engendrant aes écarts de température par rapport aux tolérances admissibles. L'objet de la présente invention est un aispositif de ré- gulation précis de la température d'un milieu chauffé au moyen d'au moins un élément chauffant et comportant un dispositif d'affichagae de la température désirée caractérisé en ce qu'il comprend une première sonde détectant la température Tl du milieu chauffant et une seconde sonde détectant la températu- re T 2 de l'élément chauffant, de telle sorte que tout dépasse- ment, de la température Tl captée par la première sonde, coupe le circuit de l'élément chauffant et que tout dépassement de la température T 2 captée par la seconde sonde coupe le circuit d'alimentation du circuit chauffant. L'un des principaux avantages du dispositif est de permet- tre une certaine tolérance ue mise en place des sonues, amenui- sant les effets des écarts plus ou moins importants entre la température réelle du milieu et la température captée Tl, le contrôle de la température T 2 de l'élément chauffant permet- tant la coupure automatique du circuit d'alimentation de l'é- lément chauffant pour une température T 2 déterminée en fonction de la température maximale que peut supporter la paroi chauf- fée par l'élément chauffant en vue de porter le milieu avec lequel elle est en contact à la température Tl Une telle dis- position est particulièrement importante lorsque la paroi est formée d'un matériau plastique ne pouvant supporter une éléva- tion de température au delà d'une certaine limite. Un autre avantage de ce dispositif est aussi d'éviter toute surchauffe lorsque les conditions de transfert de chaleur ayant varié de façon importance entre le milieu dont on capte la température et la sonde captent cette température, notam- ment dans le cas ou le milieu subit une importante trarisfor- mation chimique ou biologique C'est ainsi qu'il peut arriver qu'en dépit de l'apport d'énergie à l'élément chauffant, le milieu chauffé n'atteint plus la température Tl aussi rapi- dement que dans les conditions initiales Dans ce cas la température de l'élément chauffant croît jusqu'à ce que la seconde sonde atteigne la température T 2 La coupure brusque du circuit d'alimentation ae l'élément chauffant permet d'évi- ter d'une part la détérioration de cet élément et d'autre part une surchauffe du bain lors de la reprise rapide du chauffage. Une autre caractéristique de l'invention est de choisir pour sonde de détection des températures 71 et T 2 des résis- tances variables à coefficient de température l'une positive l'autre négative permettant d'adapter aisément le dispositif de régulation des températures aux paramètres des milieux chauffants et chauffés l'alimentation du circuit de chauffage s'effectuant en courant alternatif en vue de faciliter le contrôle des cyclesde chauffage et d'arrêt. Un autre objet de l'invention est l'application d'un tel dispositif de régulation à un bac pour culture hors sol, du type comprenant un élément chauffant compris entre un couver- cle inférieur et le fond du bac, ce dernier recevant un milieu quelconque liquide granuleux ou végétal à maintenir à tempéra- ture donnée; caractérisé en ce que la première sonde de tem- pérature TI du milieu contenu dans le bac se trouve dans un logement environné par ledit milieu, la sonde étant directe- ment reliée à l'intérieur de ce logement à un thermostat dont une partie au moins est encastrée entre le fond du bac et le couvercle inférieur, de telle sorte que seule la partie du thermostat comprenant le moyen d'affichage de la température Tl émerge avec les fils d'alimentation de l'élément chauffant contrôlé par une seconde sonde, du double fond. Un tel agencement présente l'avantage même dans le cas ou les bacs se présentent sous la forme de cuvettes peu profon- des mais allongées, de disposer aisément le thermostat dans une partie latérale du double fond et la sonde en tout point désiré et notamment à l'aplomb du centre du bac lorsque l'on a besoin de se référer à la température précise de ce point. Une autre caractéristique de l'invention réside en la pré- vision dans le fond du bac d'un logement de la seconde sonde, de préférence dans une zone médiane du bac, ce logement se présentant sous la forme d'un faible relief sur le fond de celui-ci, de telle sorte que l'espace compris entre la paroi interne du couvercle inférieur et la paroi inférieure du fond du bac reste réduit et déterminé par les seules épaisseurs du moyen chauffant et de son support disposé sur la paroi inter- 4 2523394 ne du couvercle inférieur, la sonde de contrôle de la tempé- rature de l'élément chauffant étant reliée thermiquement à celui-ci. Unavantage de cette disposition réside dans le fait que l'on peut se référer à la température d'un point particuliere- ment précis situé au niveau de chauffe du fond du bac et situé en un lieu médian dans une partie du bac o les températures risquent de croître rapidement et doivent être surveillées afin d'éviter toutes réactions nuisibles. Ainsi chaque bac peut être réglé à des températures bien déterminées variant selon les utilisations thoisies sans que l'on soit tributaire de raccordements de plus ou moins grandes longueurs entre armoire d'alimentation électrique commune et bacs, le dispositif de régulation thermique à doublé contrôle permettant de tenir aisément compte du milieu, des formes et de la nature des parois de transfert de chaleur. En outre, lorsque les éléments chauffants sont des résis- tances électriques se présentant sous forme d'un ruban au sein d'un film isolant plastique, ce qui permet d'obtenir ai- sément des températures homogènes sur tout l'étendue de la paroi inférieure du bac et que celui-ci contient un liquide bon conducteur de la chaleur, on peut-utiliser une sonde de contrôle de la température du bain au voisinage immédiat du dispositif de régulation, la sonde et son logement traversant la paroi du bac de façon étanche et faisant corps avec le dis- positif On réalise de la sorte des bacs susceptibles d'être utilisés de façon les plus diverses en fonction des pousses d'espèces différentes utilisées dans des bacs séparés Chaque bac pouvant contenir des séparations tout en étant chauffé par plusieurs films dont la température uniforme est contrôlée par la seconde sonde reliée thermiquement à deux films voisins par une feuille d'aluminium. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description suivante faite en référence aux dessins annexés qui représentent à titre d'exemple non limitatif un dispositif de régulation de la température et un mode de réalisation de bac chauffant indépendant dont les températures du bain et de l'élément chauffant sont contrôlées. Sur les dessins: La figure 1 est le schéma électrique du dispositif de régu- 2523394 lation de température, Les figures 2, 3 et 4 la représentation sous forme de dia- grammes des cycles de commande de l'élément chauffant en fonc- tion des températures, S La figure 5 est la représentation schématique de la paroi latérale d'un bac porteur du régulateur de température, La figure 6 une vue en coupe longitudinale d'ute portion du bac et, La figure 7 la vue en coupe transversale d'un bac à double cravees. Le circuit électrique du dispositif de régulation de la température d'un milieu quelconque liquide, granuleux ou com- prenant des cultures hors sol, cnauffé par un élément chauf- fant tel que la résistance Z 1 figure 1 comprend essentiellement: une sonde électrique 13 de la température du milieu et une sonde électrique 23 de la température de l'élément chauffant Z 1. De préférence la sonde 13 est une résistance variable à coefficient de température négatif et la sonde 23 une resis- tance variable à coefficient de température positif. La résistance variable 13 est connectée a la résistance 5 pour former la première branche d'un pont, l'autre branche étant constituée par les resistances R 2 et R 4 connectees en série de part et d'autre du potentiomètre 17 Celui-ci est commandé par exemple par l'index 12 d'affichage de la tempéra- ture désirée monté de préférence sur le boitier contenant le dispositif L'entrée négative de l'amplificateur operationnel Z 3 est branchée par la connexion 16 au potentiometre 17 et son entrée positive, par la liaison 15, à la première branche du pont composée de la résistance variable 13 et de la résis- tance R 5. Les bornes 19 et 20 au dispositif sont branchees dans l'e- xemple figuré à une tension alternative de 220 V Une diode de Zener D 7, une diode D 8 et le condensateur C 4 règlent la tension d'alimentation de l'amplificateur operationnei Z 3, la tension étant fournie par le condenstaeur C 3 reliée d'une part aux diodes D 7 et D 8 et d'autre part à la borne 19 Lorsque la tension de l'entrée positive 15 de l'amnplificateur opéra- tionnel Z 3 dépasse la tension fournie en 16 par le potentio- mètre 17, la sortie 18 de l'amplificateur opérationnel ZM s'abaisse très rapidement en raison du circuit de réaction 6 2523394 comportant la résistance R 8 La diode photo-émissive D 010 O reliée à la résistance R 6 et la diode luminescente D 9 en paral- lèle reliée à la résistance R 7 s'excitent La diode D 9 permet par un voyant apprgprié tel que 21 figure 6, de connaître l'état de fonctionnement de l'amplificateur operationnel Z 3, c'est-à-dire tout dépassement de température au milieu La ciode D 10 est couplée, comme l'indique de façon schématique les traits interrompus 22, à une paire de photo-transistors Z 2 montés en pont dans le circuit D 3 à D 6 de sorte que dès que la source lumineuse fournie par la diode D 10 rend conducteurs les photo-transistors Z 2 dont la polarité est contrôlée par les branches du pont formées des diodes D 3, D 4, DS et D 6, l'impédance Z 2 croît. L'élément Triac D 2 est alors commuté par le condensateur C 2 branché à la borne 20 et au point commun de D 2, D 3 et D 6 entrainant la coupure du Triac Dl Ainsi l'élément chauffant Z 1 normalement alimenté en tension par le Triac D 1 connecté à la borne 20 cesse de recevoir tout courant à la coupure de D 1 par D 2. Dès que la température du milieu permet à la sonde 13 de communiquer une tension à l'entrée 15 de l'amplificateur opé- rationnel Z 3 égale ou inférieure à celle affichée par l'index 12 du potentiomètre 17 la diode phoco-émissive D 10 cesse de rendre les phototransistors Z 2 conducteurs, entraînant a nouveau la commutation du Triac D 1 par D 2. La résistance variable 23 à coefficient positif de tempéra- ture est couplée thermiquement à la résistance chauffante Z 1 de telle sorte que dès que celle-ci dépasse une température donnée: 68 C dans l'exemple considéré, l'impédance de la sonde 23 connectée au circuit Z 2, D 3 à D 6 croît considéraole- ment Cet accroissement entraîne un accroissement de la tension aux bornes du condensateur C 2 amenant comme dans le cas pré- cedent la coupure de D 1 par le Triac D 2 et l'arrêt momentané du chauffage de l'élément Z 1. Ainsi quels que soient les écarts existant entre le moment o le milieu atteint une température T 1 et le moment o la sonde-atteiit cette température le dispositif de régulation décrit permet par le contrôle de la température T 2 de l'élé- ment chauffant Z 1 d'éviter tout dépassement de la température des parois de transfert de chaleur au milieu dont la tempéra- ture est contrôlée En outre le choix des sondes de coefficient de température l'un positif l'autre négatif accroît la rapi- dité de la coupure de l'élément chauffant et du rétablissement de son circuit d'alimentation. Ainsi si l'on se reporte à la figure 2 o l'on a représen- té en A la température du milieu à contrôler,en TI la tempéra- ture à ne pas dépasser, en B les cycles de coupure et de con- duction de l'élément chauffant Zl, en T 2 la température de l'élément chauffant à ne pas dépasser et en C la température de l'élément chauffant on voit que dès que la température TO est atteinte: point ao, l'élément chauffant est commuté à l'instant bo et que dès que le bain atteint la température Tl au point a l'alimentation de Zl est coupée au point b 1 l' Dans le cas de la figure 3, les conditions du milieu ayant pu varier la température de l'élément chauffant croît comme l'indique la courbe C pour dépasser la température T 2 Cepen- dant le bain atteignant la température Tl la sonde 13 et-éven- tuellement la sonde 23 peuvent couper l'alimentation de Zl. Par contre si les conditions du milieu varient à un point tel que l'on ne puisse normalement atteindre la valeur de TI comme le montre la figure 4, la coupure du circuit d'alimenta- tion de Zl s'effectue par la sonde 23 au point C de dépassement de la température T 2 Bien que la température du bain n'attei- gne plus la température Tl on voit cependant que la valeur moyenne du bain reste toujours au voisinage de Tl dans l'ensem- ble des cas tout en évitant les dépassements de température de l'élément chauffant Zi. Ces-avantages sont mis à profit notamment dans leur appli- cation aux bacs chauffants pour les cultures hors sol sans que ceux-ci soient contrôlés par des dispositifs situés dans des installations annexes couteuses et encombrantes. A titre d'exemple d'une telle application on a représenté en 1 figure 5 un bac chauffant équipé d'un dispositif de régu- lation conforme au dispositif décrit c'est-à-dire comportant une sonde de contrôle 13 de la température du milieu chauffé par le bac 1 et une sonde de contrôle 23 de la température de la résistance chauffante Zl. Bien que le bac chauffant indépendant à thermostat incor- poré ainsi constitué puisse présenter diverses formes on a représenté en 1 figures 5 et 6 un bac de faible profondeur dont la longueur est au moins égale à deux fois la largeur. Ce bac comporte un double fond étanche limité par la paroi supérieure 2 du fond 3 proprement dit et par la paroi inféri- eure 4 d'un couvercle inférieur 5 Ce double fond est rendu étanche par la jonction des rebords 6 du fond 3 du bac et 7 du couvercle 5. L'étanchéité peut être obtenue soit par application direc- te des surfaces en regard des rebords 6 et 7 soit par applica- tion de ces surfaces sur un élément intermédiaire étanche ou -éventuellement sur le bord d'un élément comportant une résis- tance chauffante schématisée en 8 se présentant sous la forme d'un filin plastique servant d'isolant au ruban chauffant Zi. L'élément chauffant 8 situé au dessus d'un support isolant thermique 9 peut adhérer par tout moyen à la paroi inférieure du fond 3; vernis ou colle par exemple. Le ruban chauffant Zl est alimenté dans le mode de réalisa- tion représenté à titre d'exemple figure 1 sous une tension alternative de 220 volts, par le câble électrique 10, sous le contrôle du dispositif de régulation 11 L'index 12 de régla- ge du potentiomètre 17 permet d'afficher la température désirée qui peut par exemple être comprise entre 5 et 300 Le voyant 21 en s'allumant permet de détecter tout dépassement de la température affichée TI. La résistance variable 13 est choisie pour fonctionner dans le domaine désiré de température de façon à utiliser la partie linéaire de la caractéristique Cette résistance peut être de petites dimensions, avoir une épaisseur de 2 mm et une base carrée de 4 mm de côté Elle peut être aisément logée en tout endroit désiré du bac et de préférence dans un logement étan- che tel que 24 traversant la surface latérale du fond 3 de façon à pénétrer dans le bac tout en étant reliée directement au dispositif de régulation 11. La résistance variable 23 de contrôle-de la température de l'élément chauffant est située de préférence dans un logement 14 du relief sur le fond 3 du bac de façon à être placée dans les conditions de chauffe par le film 8 analogue 5 aux conditions de chauffe du fond 3 en tout endroit désiré. Dans le cas o l'on utilise par exemple deux films chauffants côte à côte dans deux travées 27 comme dans le cas de la figu- re 7 divisant le bac longitudinalement, on dispose la sonde 23 9 2523394 sur une feuille d'aluminium 25 en contact avec chacun des films, la sonde 23 étant reliée au boitier de régulation dans le double fond La disposition du fond des travées 27 permet d'ac- croître le transfert de chaleur à partir du film 26 qui peut éventuellement épouser la forme ondulée ou dentée du fond des travees. On obtient ainsi des types de bacs indépendants capables en raison du dispositif de régulation 11 et de la possibilité d'implantation des sondes 13 et 23 aux points les plus vulné- rables d Féviter de façon certaine tout dépassement de tempé- rature du milieu contrôlé même dans le cas de variations im- portantes des caractéristiques thermiques du milieu lui-,nnme comme dans le cas des cultures hors sol de tout type. 2523394 REVENDICATIONS 1 ) Dispositif de régulation de la température d'un milieu chauffé au moyen d'au moins un élément chauffant et comportant un dispositif d'affichage de la température désirée caractéri- sé en ce qu'il comprend une première sonde de température ( 13) indicatrice de la température T 1 dudit milieu et une seconde sonde de température ( 23) indicatrice de la température T 2 de l'élément chauffant(Z 1), la première sonde ( 13) provoquant l'excitation d'un circuit de contrôle (Dl O) de la commande de coupure de l'élément chauffant (Zl) pour toute température du milieu supérieure à T 1 et la seconde sonde ( 23) provoquant un changement d'impédance du circuit de commande de la coupure de l'élément chauffant (Z 1) pour toute température de celui-ci ou de son environnement supérieure à T 2, de telle sorte que la coupure de l'élément chauffant (Z 1) se produit immédiate- ment pour tout dépassement de la température T 1 du milieu contrôlé ou de la température T 2 de l'élément chauffant. ) Dispositif de régulation tel que revendiqué en 1 dont le circuit de contrôle du circuit de coupure de l'élément chauffant (ZI) comprend un amplificateur opérationnel (Z 3) dont une entrée ( 16) est connectée au potentiomètre ( 17) d'af- fichage de la température désirée T 1 du milieu chauffé et dont l'autre entrée ( 15) est connectée à la première sonde de température ( 13), tout dépassement de T 1 entraînant l'exci- tation d'une diode photo-émissive (D 10) contrôlant un élément phototransistor (Z 2) et entraînant la coupure du circuit d'alimentation (Dl) de l'élément chauffant (Z 1). 3 ) Dispositif de régulation tel que revendiqué en 2 dont 1-e circuit d'alimentation (Dl) de l'élément chauffant (Z 1) est coupé par un élément triac ( 02) commuté par l'accroissement d'impédance de la seconde sonde ( 23) contrôlant la températu- re T 2 de l'élément chauffant (Z 1). 4 ) Dispositif de régulation tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1 à 3 dont la première sonde de température ( 13) du milieu chauffé à la température T 1 est une résistance variable à coefficient de température négatif et la seconde sonde de température ( 23) de l'élément chauffant (Z 1) est une résistance variable à coefficient de température positif. 5 ) Dispositif de régulation tel que revendiqué dans l'une il 2523394 quelconque des revendications 3 et 4 dont le circuit d'alimen- tion de l'élément chauffant (Zl) est connecté aux bornes ( 19, ) d'une source de courant alternatif au moyen d'un premier triac(Dl) commandé par un second triac (D 2) placé sous le contrôle de l'impédance d'un phototransistor (Z 2) commandé par le dépassement de température TI et sous le contrôle de l'impédance de la seconde sonde ( 23) contrôlant le dépassement de la température T 2 de l'élément chauffant (Zl). ) Application du dispositif de régulation revendiqué à l'une quelconque des revendications 1 à 5 à un bac pourvu d'un fond chauffant en vue d'assurer le maintien à une température donnée du milieu contenu dans le bac, et quel que soit la na- ture de ce milieu, liquide, granuleux ou végétal caractérisé en ce que la première sonde ( 13) de la température du milieu contenu dans le bac ( 1) se trouve environnée par ledit milieu, la sonde étant directement reliée au dispositif de régulation ( 11) dont une partie au moins est encastrée entre le fond ( 3) du bac et un couvercle inférieur ( 4) de telle sorte que seule la partie du dispositif ( 11), comprenant le moyen d'affichage de la température TI à ne pas dépasser et commandant le poten- tiomètre ( 17), émerge à l'extérieur des parois avec les fils d'alimentation ( 10) de l'élément chauffant ( 8) dont la tempé- rature est contrôlée par la seconde sonde ( 23). ) Application du dispositif de régulation tel que reven- diqué en 6 dont le fond ( 3) du bac comporte un logement ( 14) en relief pour l'insertion de la seconde sonde ( 23), ce loge- ment étant dimensionné pour que la sonde ( 23) soit disposée pour recevoir le même rayonnement thermique que le fond ( 3) du bac, l'élément chauffant ( 8) étant appliqué contre la paroi inférieure du fond ( 3). ) Application du dispositif de régulation tel que reven- diqué dans l'une quelconque des revendications 6 et 7 dont la sonde ( 13) est insérée à l'extrémité d'un logement tubulaire ( 24) traversant de façon étanche la partie latérale du fond ( 3) de telle sorte que la sonde ( 13) se trouve à un niveau bien déterminé du milieu à contrôler. ) Application du dispositif de régulation tel que reven- diqué dans l'une quelconque des revendications 6 à 3 dont la sonde ( 23) de contrôle de la température de l'élément chauffant ( 8) se trouve en contact thermique par l'intermédiaire d'une 12 2523394 feuille métallique ( 25) reliant deux portions ( 26) du film chauffant ( 38). ) Application telle que revendiquéedans l'une quelcon- que des revendications 6 à 9 dont le fond ( 27-) de la paroi transmettant la chaleur et dont la température doit rester inférieure à une température T 2 est ondulée ou en dents de scie, la sonde ( 23) étant logée sous une partie formant relief.