Brevet FR2539238A1 — publié le 19840713

La présente invention a pour objet une méthode et un dispositif de commande pour appareil utilisé potir porter et maintenir un -fluide à une température prédéterminée. Elle est applicable, notamment, dans les chauffeeau électriques à accumulation. Les chauffe-eau électriques à accumulation du type courant se présentent, comme illustré sur le schéma de la figure 1 annexe, sous la forme d'un réservoir 1, en général cylindrique, pourvu d'une enveloppe 2 d'isolation thermique. A la partie inférieure de ce réservoir sont prévus un orifice 3 d'arrivée de l'eau froide et un orifice 4 de départ de l'eau chaude. Dans le réservoir 1, en contact direct ou non avec l'eau, on dispose un élément résistif de chauffage 5 et une sonde de température 6. L'élément résistif 5 et la sonde 6 sont connectés à un dispositif de commutation thermostatigue extérieur 7 lui-même connecté, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un dispositif 8 de commande d'alimentation et/ou de protection.Ce dispositif est connecté à l'alimentation réseau et il est commuté, soit manuellement, soit automatiquement par les impulsions transmises par le réseau lors des changements de périodes de tarification. Gracie à ce dispositif, on peut donc ne commander la mise sous tension de l'élément résistif 5 que lors des périodes à tarification réduite, ctest-à-dire, d'une façon générale: pendant la nuit, de 23 heures à 7 heures, par exemple. Durant cette période, lorsque la température de l'eau contenue dans le réservoir 1 devient inférieure à la température désirée et affichée sur le dispositif de commutation thermostatique 7 diminuée d'une quantité tt, le signal transmis par la sonde 6 commande le passage de ce dispositif de commutation 7 à l'état passant. L'élément résistif 5 est alors mis sous tension et assure le réchauffage de l'eau contenu dans le réservoir 1.Lorsque la température de cette eau devient égale à la température désirée, le signal transmis par la sonde 6 commande le basculement du dispositif de commutation 7 et l'élément résistif 5 n'est plus alimenté. A la fin de la période de tarification réduite, des impulsions transmises par le réseau commandent le dispositif d'alimentation 8 qui interrompt alors toute liaison électrique entre le dispositif de la figure 1 et le réseau. Il est alors bien évident que la température de l'eau contenue dans le réservoir va décroître plus ou moins lentement en fonction, notamment, de l'utilisation (tout volume d'eau chaude prélevée est immédiatement remplacé par un volume identique d'eau froide), des qualités d'isolation thermique de l'enveloppe 2, et de l'importance des pertes de chaleur par conduction au niveau des canalisations. Cette décroissance va se poursuivre au moins Jusqu'au débout de la prochaine période de tarification réduite. Une telle installation présente de nombreux inconvénients. Ainsi, le dispositif de commutation thermostatique 7 présente à la fois une certaine inertie et de l'hystérésis : on a vu précédemment que l'élément résistif de chauffage 5 n'est plus alimenté lorsque l'eau du réservoir atteint la température désirée, ou température de crête, et qu'il est remis sous tension lorsque la température de l'eau du réservoir devient inférieure à cette température de crête diminuée d'une quantité Qt. Cet écart de température tt peut être supérieur à 10 ou même 150 I1 peut arriver que cette température provoquant la remise sous tension de l'élément résistif 5 soit atteinte très peu de temps avant la fin de la période à tarification réduite.La durée de cette mise sous tension est alors insuffisante pour que la température de l'eau du réservoir atteigne une valeur satisfaisante. I1 s'ensuit une gêne pour l'utilisateur qui, le plus souvent, a besoin de l'eau à 12 température prédéterminée dans l'heure qui suit la fin de la période à tarification réduite. Cette gêne est d'autant plus ressentie que l'utilisateur sait que, quelques heures auparavant,l'eau était,inutilement, à la température désirée. Pour s'affranchir en partie de cet inconvénient, l'utilisateur est amené à afficher sur le dispositif de commutation thermostatique 7, une température de crête supérieure à la température désirée. Il en résulte une surconsomma- tion d'énergie électrique pour obtenir finalement un résultat bien aléatoire. En effet, les pertes de chaleur augmentent avec la température de l'eau dans le réservoir. En outre, la température de cette eau en fin de période à tarification réduite dépend beaucoup trop de la température de l'eau au début de cette période, toutes choses égales par ailleurs, pour être assuré que la température de l'eau en fin de période à tarification réduite ait une valeur bien déterminée. De plus, on sait que le vieillissement de l'installation due en grande partie à l'entartrage augmente de façon prohibitive avec la tempé- rature de crête choisie. La présente invention a donc pour objet une méthode et un dispositif de commande qui permet de pallier ces inconvénients. La méthode de commande de l'invention est caractérisée en ce qu'elle consiste à calculer à chaque instant la température qu'atteindrait le fluide considéré à la fin d'une période déterminée si l'appareil utilisé pour obtenir cette température était mis sous tension à cet instant et à commander cette mise sous tension uniquement lorsque cette température est égale à une température prédéterminée. Le dispositif de commande de l'invention est caractérisé par le fait qu'il comprend, notamment, un microprocesseur qui reçoit un signal fourni par une sonde de température et identifiant la température actuelle du fluide, une mémoire morte dans laquelle on emmagasine les caractéristiques de l'appareil utilisé, et un circuit de réglage et d'affichage de la température prédéterminée. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant exposés de façon plus détaillée dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent - la figure 1, déjà citée, le schéma de principe du fonctionnement d'un chauffe-eau du type connu - la figure 2, le schéma de principe d'un exemple de réalisation d'un dispositif de commande conçu conformément à la présente invention utilisé en relation avec le chauffe-eau de la figure 1 ; - - la figure 3, des chronogrammes illustrant la variation dans le temps de la température de l'eau dans le réservoir du chauffe-eau de la figure 1 et dans le réservoir du chauffe-eau de la figure 2. On décrira d'abord, en se reportant à la figure 2 un exemple de réalisation d'un dispositif de commande de chauffe-eau conçu conformément à la présente invention. On retrouve dans le schéma de la figure 2, le réservoir 1 et l'enveloppe 2 du chauffe-eau de la figure 1, ainsi que les canalisations d'arrivée (3) et de départ (4) de l'eau, l'élément résistif de chauffage 5, la sonde de température 6 et le dispositif de commande d'alimentation et de protection 8 précédemment décrits. Le dispositif de commande de l'invention comprend une unité de eommande centrale UC qui peut être réalisée sous la forme d'un microprocesseur de type connu ou sous la forme d'une unité logique câblée. A ce microprocesseur sont associées une unité de stockage de données MM qui peut être une mémoire morte du type ROM,EPROM ou anaUgue,et une horloge HG dans le cas où le type de microprocesseur choisi ne comprend pas déjà cette fonction. Le dispositif de la figure 2 comprend également un relais RS, de préférence un relais statique, un circuit TC de réglage et d'affichage de la température de crête de l'eau contenue dans le réservoir 1 et un circuit AL d'alimentation. Dans la mémoire MM sont enregistrés ie programme du microprocesseur UC ainsi que les différents paramètres caractérisant le chauffe-eau, c'est-àdire sa puissance électrique et le volume du réservoir. La sonde de température 6 est connectée directement à une entrée non référencée du microprocesseur UC. Ce dernier reçoit donc un signal transmis par cette sonde et identifiant la température actuelle de l'eau du réservoir. En pratique, le signal fourni par la sonde 6 est un signal analogique de niveau faible. I1 est alors amplifié et converti en un signal numérique d'amplitude suffisante par un circuit d'adaptation et de conversion intercalé entre la sonde 6 et le microprocesseur UC. Un tel circuit est connu et n'entre pas dans le cadre de l'invention. Pour simplifier, on supposera donc que le signal fourni par la sonde 6 est directement exploitable par le microprocesseur UC. L'élément résistif de chauffage 5 est alimenté par le réseau via le relais statique RS et le dispositif de commande d'alimentation et de protection 8. Le relais statique RS est commandé par le microprocesseur UC et le dispositif de commande et de protection 8 peut être commuté, comme on l'a vu précédemment, soit manuellement, soit automatiquement par les impulsions transmises par le réseau lors des changements de périodes de tarification. Le circuit d'alimentation AL est un circuit de type connu dont les entrées non référencées sont connectées au réseau et qui fournit une tension continue convenant à l'alimentation du microprocesseur UC. Pour simplifier le schéma de la figure 2, on n'a pas représenté les différentes liaisons entre le circuit A et 7es autres circuits dont le fonctionnement nécessite une tension d'alimentation qui leur est fournie par ce circuit AL. Ainsi, dans l'exemple considéré, dès la début de la période à tarification réduite le microprocesseur qui connaît la température actuelle ta de l'eau du réservoir, information fournie par la sonde-6, l'heure actuelle TD, l'heure TF de fin de la période à tarification réduite et la température de crête tm de l'eau du réservoir fournie par l'utilisateur a ide du circuit de réglage TC calcule la température th à laquelle sera portée l'eau du réseau voir à l'heurs TF si l'élément résistif de chauffage 5 était alimenté dès cet instant actuel, c'est-à-dire à l'heure TD.Pour cela il effectue le calcul d'une formule de la forme th = (TF'- TD). 1 Le microprocesseur effectue à chaque instant la comparaison de la température finale th et de la température de crête tm. Dès que ces deux valeurs sont identiques ou, dans le cas exceptionnel où la valeur th précédemment calculée est inférieure à la température tm,-il transmet un ordre de commande au relais statique RS qui commute et devient alors passant : l'élément résistif 5 est donc normalement alimenté dès cet instant et assure le chauffage de l'eau du réservoir. De cette façon, à la fin de la période à tarification réduite, la température de l'eau du réservoir est égale à la température de crête tm. Le chronogramme 2 de la figure 3 illustre les variations de la température de l'eau du réservoir lors du fonctionnement qui vient d'être décrit, le chronogramme 1 illustrant les variations de cette température dans les systèmes de chauffage actuels. Dans ce dernier cas, on voit que, la température actuelle a au débout TO de la période à tarification réduite étant au plus égale au seuil de déclenchement du dispositif de commutation thermostatique 7 (figure 1), l'élément résistif de chauffage est alimenté à l'heure TO : la température de l'eau du réservoir augmente et atteint la température de crête tm. Le chauffage est interrompu et la température de l'eau décroît.A l'heure TF, c'est-à-dire à la fin de la période à tarification réduite, cette température est égale à tb nettement inférieure à la température de crête im. Par l'utilisation du dispositif de l'invention (chronogramme 2), on retarde la mise sous tension de l'élément résistif afin que la température de l'eau du réservoir atteigne la température de crête tm à l!heure TF. I1 est bien évident que, si l'on a supposé qu'un seul cycle de réchauffage pouvait avoir lieu pendant la période à tarification réduite, le fonctionnement du dispositif de l'invention est identique si plusieurs cycles de réchauffage peuvent se produire pendant cette période. Dans ce cas, co- nomie d' énergie réalisée est encore plus importante puisque le microprocesseur UC n'autorise qu'un seul cycle de réchauffage qui est celui qui a pour résultat de porter l'eau à la température tm à l'heure TF. On a représentd sur le schéma de la figure 2 un circuit de commande CM connecté par des liaisons en traits interrompus au microprocesseur UC et au dispositif de commande d'alimentation 8. Un tel circuit de commande manuelle est utilisé pour commander le réchauffage de l'eau en dehors des périodes à tarification réduite au gré de l'utilisateur. Grâce au dispositif de l'invention, l'utilisateur a donc à sa disposition, à l'heure TF, de l'eau à la température désirée et ceci qu'elle que soit la température de cette eau à l'heure TO de début de la période à tarification réduite, donc quelle qu'ait pu être la consommation d'eau chaude le jour précédent. Dans la description qui précède, on a choisi, à titre d'exemple, l'utilisation du dispositif de l'invention pour la commande d'un chauffe-eau. I1 est bien évident que cette description n'a été donné qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Ainsi, la même méthode et le même dispositif peuvent être utilisés pour la commande de tout appareil de chauffage ou de réfrigération de tout fluide. REVENDICATIONS 1. Méthode de commande pour appareil utilisé pour porter et maintenir un fluide à une température prédéterminée, caractérisée en ce quelle consiste à calculer à chaque instant, à partir de la température du fluide à cet instant et des caractéristiques de l'appareil utilisé, la température qu'atteindrait ledit fluide à la fin d'une période considérée si ledit appareil était mis en fonctionnement à cedit instant, et à ne commander la mise en fonctionnement de 1 'appareil que lorsque -ladite température qu'atteindrait le fluide est égale à ladite température prédéterminée (tm). 2. Méthode de commande telle que définie en 1, caractérisée par le fait que ledit appareil (1) est un chauffe-eau électrique à accumulation et que ladite période considérée est la période à tarification réduite. 3. Dispositif de commande pour appareil utilisé pour porter et conserver un fluide à une température prédéterminée, caractérisé-en ce qu'il comprend, notamment, une unité de commande centrale (JC) qui reçoit un signal issu d'une sonde de température (6) et identifiant la température actuelle (ta) du fluide, une unité de stockage de données (MM) dans laquelle on emmagasine les caractéristiques de l'appareil utilisé (1), et un circuit de réglage et d'affichage (TC) de ladite température prédéterminée (lit), cas éléments étant arrangés de manière que ladite unité de commande centrale ( 4. Dispositif de commande tel que défini en 3, caractérisé par le fait que ladite unite centrale de commande (UC) est un microprocesseur 5. Dispositif de commande tel que défini en 3 caractérisé par le fait que ladite unité centrale de commande (UC) est une unité logique câblée. 6. Dispositif de commande tel que défini en 4, caractérisé par le fait que ladite unité de stockage de données (MM) est une mémoire morte du type ROM, EPROM ou analogue. 7. Dispositif de commande tel que défini en 3, caractérisé par le fait que ledit appareil (1) est un chauffe-eau électrique à accumulation et que ladite période prédéterminée est la période à tarification réduite.