Brevet FR2544472A1 — publié le 19841019

La présente invention a pour objet un chauffe-eau ou chauffe-bains à induction électronique. L'idée maîtresse a été le remplacement des chauffe-eau d'évier à gaz, ou à l'électricité par des chauffe-eau plus fiables au point de vue fonctionnement et économie d'énergie Le rendement des chauffe-eau a gaz ne dépasse pas 50% pour la plupart d'entre eux et ils sont polluants. Les chauffe-eau électriques ne sont pas polluants mais ils ne peuvent délivrer la même quantité d'eau à la même température qu'un chauffe-eau à gaz instantané. Les chauffe-eau électriques étant généralement à accumulation, il faut un certain temps pour porter l'eau à une température importante, car il faudra la mélanger avec l'eau froide et la maintenir à cette température pendant et entre les soutirages. L'idéal est donc de disposer d'un chauffe-eau électrique instantané: Or l'induction était capable de résoudre ce problème Les normes en vigueur recommandent pour les besoins de la cuisine un débit de 2 litres à la minute à une température de 600. En partant de ces données il a été possible de calculer un chauffe-eau d'évier instantané à induction avec les avantages suivants - économie d'énergie car - aucun préchauffage - aucune consommation slil n'y a pas soutirage - fonctionnement à la température désirée sans mélange d'eau froide - rendement plus de 85% - pas de robinetterie sous pression (aumentation de a durée de yie des joints) - facilité d'emploi ( commandes par touches) - lecture directe de la température de l'eau qui coule aucune pollution - facilité-d'lnstallation (au dessus ou sous l'évier) Un chauffe-eau à induction suivant l'invention comprend une électrovanne double, un corps de chauffe réalisé en acier inoxydable et recevant le champ magnétique d'un inducteur, luimême traversé par le courant d'arrivée d'eau qui est ainsi préchauffée, un générateur à induction pouvant délivrer une puissance appropriée, par exemple 8Kw avec possibilité de modulation par tout ou rien suivant des périodes de temps et un microprocesseur qui reçoit les informations du bloc de commandes des sondes d'entrée et de sortie d'eau, et qui donnera des ordres à l'electro- vanne et au générateur et informera l'utilisateur par l'intermédiaire d'un afficheur. Le bloc robinet-commandes comporte un robinet tout ou peu (jamais sous pression), un ensemble de touches étanches pour la délivrance de l'eau à la température désirée et un afficheur lumineux. Ce bloc robinet peut se monter directement sur le chauffe eau ou sur le bord d'un évier comme un simple combiné hydraulique. L'ensemble se présente par exemple sous la forme d'un parallélépipède rectangle de 52 cm de large, 70 cm de haut et de 15 cm d'épaisseur, sur lequel on peut raccorder le bloc robinetcommandes. Cette technique n'est pas limitative et elle peut etre étendue au chauffe-bain et aux chaudières électriques. Dans ce cas le circuit d'arrivée d'eau comportera un petit réservoir muni d'une résistance électrique permettant à llinduc- ter de travailler avec de l'eau à 200 et surtout avec un débit plus important que le chauffe-eau d'évier.. On peut également mettre un chauffe-eau à induction en tampon sur une installation de chauffage solaire. Les éléments d'un chauffe-eau ou chauffe-bain suivant l'invention sont les suivants A - Une électrovanne double pour la sortie eau froide et eau à chauffer, alimentée par exemple en courant alternatif 220 Vt B - Une résistance électrique .éyentuelle de préchauffage, C - Un inducteur comprenant par exemple une bobine 86y accuplée au générateurs D - Un suscepteur plongé dans le champ magnétique de l'inducteur, et comprenant une sonde. E - Un générateur qui délivre à l'inducteur le courant (25 Khz) qui lui permet de créer le champ magnétique F - Un microprocesseur qui centralise toutes les informations et commande les éléments actifs. G - Les commandes du microprocesseur et notamment sur circuit souple du type touche fugitive. n Modification de la consigne de température chaud. o Modification de la consigne de température en plus chaud. O Appel en eau chaude O Appel en eau froide 0o Arrêt du générateur. L'affichage indique en 2 digits la température de la consigne en fonction eau chaude: Clignote tant que la consigne n'est pas atteinte à + 29 C Indique la température de l'eau en fonction eau froide. J et O - Sondes de température dont l'une est plongée dans l'eau débitée et l'autre est fixée sur le suscepteur. P Fusible thermique en klixon Circuit de sécurité puissance indépendant. On a représenté à la figure 1 du dessin annexé le schéma de principe d'un chauffe-eau à induction suivant l'invention et à la figure 2 un exemple de cet ensemble. L'eau froide arrive en U à l'électrovanne A dont une conduite P est destinée à l'eau froide et l'autre Q est dirigée vers l'inducteur C, éventuellement avec interposition d'une reserve de préchauffage électrique B. L'inducteur C est soumis au champ du générateur E et l'eau chaude est délivrée au suscepteur D et par une canalisation R du robinet tout ou peu N. Les canalisations intermediaixes L et M sont calorifugées et isolées électriquement, Cette installation est commandée par un microprocesseur, F d'un type classicue et relié électriquement par un relais K à la résistance B, si elle existe, et au-générateur E, ainsi qu'à une sonde J d'eau chaude, et éventuellement une sonde I d'eau préchauffée, ainsi qu'aux contacts (non représentes) de l'électro- vanne A. Ce microprocesseur présente cino touches + et - pour augmenter ou diminuer le chauffage, une commande Ca de l'inducteur et Fa du générateur et un affichage H. V est une sonde de contrôle de température et O la touche de commande d'arrêt. Le fonctionnement est le suivant, en référence au schéma de la figure 1 du dessin. a) Régulation En fonction de la consigne demandée et des indications données par les condes J et O, il faut faire varier la commande du générateur G. Le générateur sera commandé en faisant varier le rapport cyclique de O à 1004 Periode de récurrence 0,5 s. Rapport cyclique en 50 pas de 10 ms. 1) L'information de température de la sonde J est prise en compte et comparée à la consigne. 2) L'écart entre l'indication de la sonde J et la consi gne est ajouté algébriquement à la commande. 3) Si l'écart est inférieur à + 2"C la commande reste inchangée. 4) On considèrera que 22 C = 1 pas. Variations possibles de 100 C à 600 C pour le débit moyen avec 50% des pas. Les premiers cycles de mesure donneront donc une image du débit et entraîneront une variation de la commande en conséquence, 5) Si la sonde O indique une température supérieure de plus de 5 C par rapport à J on variera la commande d'autant. Cette mesure servira surtout dans les utilisations de faible débit. b) Demande eau chaude: Une impulsion sur la touche Ca touche 8 commande l'électrovanne A en position eau chaude. Le générateur G est commandé ls après, ainsi que le cycle de régulation. La -cons;tge sera la dernière demandée si aucune modification n'est faite Une impulsion sur la toucbe'commande l'arrêt du généra teur; et la fermeture de l'électrovanne 1st aprest On ne peut commander ca -- > A Fa sans repasser par c) Modification de la consigne La modification de la consigne nrest accessible que dans la fonction demande d'eau chaude. Modification par les touches - et Impulsion brève, la consigne s'incrémente de 1 C, si l'information est maintenue, défilement (CF réglage montre à quartz). Consigne maximum 600C. Consigne minimum 100C. L'affichage indique la consigne demandée. d) Demande eau froide Une impulsion sur la touche Qa commande l'électrovanne en position eau froide. On affiche alors la température réelle de l'eau. On ne peut modifier Fa -- > ca sans repasser par 0. e) Affichage - 2 digits : - en position ex indique la consigne Tant que la température désirée n'est pas atteinte à + 30C l'affichage clignote; - en position indique la température de l'eau; quel que soit le moment et la fonction en cours en appu yant simultanément sur les touches 0 et etOindique la température réelle de l'eau; - si une anomalie du paragraphe 8 est détectée, se met à 00 et clignote. f) Sécurités : La sonde O détectera également une élévation de température trop importante au niveau du suscepteur. Si la température à ce point dépasse 900C, arrêt induction et signaler anomalie. Si l'information des sondes O ou J indique des températu- res anormales 50C ou 1000C cela indique une panne de câblage (circuit ouvert ou en C/C) un défaut de la sonde ou de l'interface, arrêt induction et signaler anomalie. L'ensemble électrovanne A, inducteur C, sïsce-te-r D, générateur G et éventuellement résistance de préchauffage 3 peut se loger dans un carter enveloppant aéré comme représenté à la figure 2 et le microprocesseur H peut lui être raccordé ou monte détaché près du point d'utilisation. L'inducteur C et le suscepteur D peuvent être noyés dans une résine apportant une protection thermioue supplémentaire. Le circuit de puissance peut éventuellement être monte sur le canalisation d'eau froide en amont du suscepteur afin d'etre refroidi automatiquement et obtenir ainsi une récupération d'énergie-et une augmentation du rendement. I1 doit être entendu que le schéma de l'installation n'a été donné qu'à titre d'exemple et qu'il est susceptible de modifications, telles que celles visant la sécurité et l'auto- mation, sans s'écarter du domaine de l'invention qui porte sur l'application nouvelle d'un chauffage par induction à un chaude eau instantané à l'aide d'un microprocesseur programmé. - REVENDICATIONS 1.- Chauffe-eau instantané caractérisé en ce quil comporte une électrovanne double(A)reliée soit directement au robinet de puisage, soit à des éléments de chauffe qui comprennent un corps de chauffe recevant le champ magnétique d'un inducteur(C; un suscepteur(0) et un générateur (E) à induction modu lée fournissant-le courant de l'inducteur, et un microprocesseur électronique relié aux sondes de controle d'eau chaude et froide du suscepteur et de l'électrovanne et présentant les touches de commande des différents éléments de l'installation. 2.- Chauffe-eau suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend en outre une résistance (B) de préchauffage. 3.- Chauffe-eau suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le microprocesseurreçoit les informations du bloc de commandes des sondes d'entrée et de sortie d'eau et donne les ordres à l1électrovanne (A) et au générateur (G) et informe l'utilisateur par l'intermédiaire d'un afficheur (H). 4.- Chauffe-eau suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend une touche(-)modifiant la consignede température en moins chaud, une touche (+) modifiant la consigne de température en plus chaud, une touche (Ca) de mise en route des éléments de chauffe et d'appel d'eau chaude, une touche (Fa) d'appel d'eau froide à l'électrovanne (A) , une touche d'arrêt (O), et un voyant d'affichage,