Brevet FR2543274A1 — publié le 19840928

PERFECTIONNEMENTS AUX RADIATEURS A ACCUMULATION La présente invention se rapporte aux radiateurs électrique s à accumulation et plus particulièrement concerne des appareils de ce type équipé de moyens propres a réguler aussi bien la charge du noyau d'accumulation que sa décharge, de jour comme de nuit. Le but de l'invention est de proposer un appareil capa ble, pour ce qui concerne la charge, de choisir la quantité d'énergie à emmagasiner en fonction de paramètres prédéterminés et, en ce qui concerne la décharge, de restituer l'énergie emmagasinée en relançant éventuellement le noyau accumulateur. L'invention a également pour but de réaliser un appareil permettant une charge pendant une durée déterminée, de préférence pendant les heures dites creuses de nuit, et une restitution pendant le restant de la journée avec une éventuelle relance du noyau,soit, au choix, de la totalité de la puissance installée (version dite 24 heures), soit d'une fraction de ladite puissance (version dite 8 heures) cette fraction étant avantageusement'l/3 c'est-à-dire correspondant à la mise en service d'une seule résistance chauffante dans le cas d'appareils fonctionnant en triphasé avec trois résistances branchées chacune sur l'une des trois phases. A cet effet, l'invention a pour objet un radiateur electrique à accumulation caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour limiter la puissance accumulative utile,ou puissance installée,en fonction des déperditions du local où est installé l'appareil, des moyens pour emmagasiner pendant une période déterminée de la journée une quantité d'énergie va riable dépendant de l'part entre la température du noyau de l'appareil et une première température de référence, et des moyens pour relancer éventuellement tout ou partie de la puissance installée, au cours de la période de restitution s'étendant sur le reste de ladite journée, en fonction de la différence entre la température du noyau et une seconde température de référence. De préférence la période de charge correspond aux heures dites creuses, le début et la fin de cette période étant commandés par les signaux d'horloge du réseau de distribution électrique. Pendant la charge, ladite première température de référence est un premier seuil maximal de température affiché de l'une des trois manières suivantes a) par l'utilisateur par l'intermédiaire d'un poten tiomètre dit de charge. b) à partir d'un circuit de régulation extérieur au local. c) à partir d'une sonde de température extérieure au local. De manière analogue, pendant les éventuelles relances ladite seconde température de référence est un second seuil maximal de température affiché de l'une des trois manières suivantes a) par l'utilisateur par l'intermédiaire d'un poten tiomètre dit de relance, la température maximale du noyau étant alors fixée par les positions conju guées des potentiomètres de charge et de relance. b) à partir d'un circuit de régulation extérieur au local, la température maximale du noyau étant fixée par ce circuit et modulée par le potentiomètre de relance. c) à partir d'une sonde de température extérieure au local, la température maximale du noyau étant fixée par cette sonde et modulée par le potentiomètre de relance. L'utilisateur peut au choix, grâce à un commutateur multiposi tions, sélectionner l'une des trois températures maximales de référence pour la charge de nuit avec pour chacune une possibilité de relance de jour,soit de la totalité, soit d'une fraction de la charge et en fonction d'un autre seuil maximal de température choisi parmi trois possibilités correspondant à celles offertes pour la charge de nuit. Un tel appareil est capable d'assurer lui-même son niveau de charge en fonction des besoins thermiques du local et de la température de référence choisie et d'assurer le niveau de restitution en fonction des besoins en ajustant les niveaux de restitution de l'énergie emmagasinée, ou les relances en heures pleines éventuelles, au strict nécessaire et au niveau choisi par l'utilisateur. L'invention permet donc de diminuer les puissances installées, en éliminant pratiquement les surpuissances et donc les gaspillages. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un radiateur selon l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels - Fig. 1 représente le schéma électrique de principe d'un radiateur à accumulation équipé d'un dispositif de régulation selon l'invention - Fig. 2 représente le schéma électrique détaillé du circuit de régulation de l'appareil de la Fig. 1 - Fig. 3 illustre les possibilités de réglage des relances de jour dans le cadre de l'utilisation d'un potentiomètre de charge - Fig. 4 est un diagramme de deux courbes idéales de.charge d'un appareil selon l'invention en fonc tion de la température extérieure et pour deux modes de marche : 8 h et 24 h respectivement, et - Fig. 5 illustre le choix du niveau de. décharge à partir duquel la relance est possible suivant l'af fichage du potentiometre de charge. Sur la Fig. 1 on a représenté en 1 les éléments chauffants du noyau accumulateur, en 2 la sonde de température du noyau, en 3 le boîtier de régulation de la charge et de la décharge du noyau, en 4 le potentiomètre de charge du noyau, en 5 le thermostat d'ambiance incorporé à l'appareil, en 6 les inter rupteurs li de marche/arrêt du circuit de restitution par turbine 7, 12 de marche/arrêt du circuit de charge et I3 de marche/ arrêt du chauffage additionnel (relance du noyau), en 8 la réglette de télécommande et en 9 la barrette d'alimentation en courant électrique (triphasé ou monophasé). Le boîtier de régulation 3 est représenté plus en détail, en ce qui concerne son schéma électrique, sur la Fig. 2. Ona représenté en R1, R2, R3 les trois relais de mise en service des trois éléments chauffants l (dédoublés sur la Fig. l). Les trois relais R1, R21 R3 sont excités à l'aide de deux transistors T1 et T2 commandés par un premier photocoupleur Pc1 lui-même commandé à partir d'un signal d'horloge H déterminant les heures creuses de nuit ou du signal Th délivré par le thermostat d'ambiance 5 (Fig. 1). Le photocoupleur Pcl est interposé entre les transistors T1 et T2 et la sortie d'un amplificateur différentiel A dont l'entrée inverseuse est connectée à la sonde de noyau 2. L'entrée non-inverseuse de l'amplificateur Al est reliée par l'intermédiaire d'un amplificateur opérationnel A2, monté en suiveur de tension,à un commutateur à six positions (rotacteur) dont on a représenté en C le curseur mobile avec son contact de travail CT. Le curseur C est double et comporte deux contacts CT solidaires dans leur déplacement et susceptibles de coopérer chacun avec un jeu de six contacts fixes a,b, c1d,e, f. Les contacts a et b correspondent à un fonctionnement dit normal de l'appareil, c'est-à-dire sans régulation de l'extérieur (sans tenir compte de paramètres extérieurs au local), soit en version 8 heures (contact a), soit en version 24 heures (contact b). A cet effet, les contacts a,b sont sùsceptibles de relier le curseur Cc du potentiomètre de charge 4 à l'amplificateur A2 Les contacts c et d correspondent à un fonctionnement de l'appareil avec un circuit de régulation extérieur Re, soit en version 8 heures (contact c), soit en version 24 heures (contact d). Enfin, les contacts e et f correspondent à un fonctionnement de l'appareil avec régulation par l'intermédiaire'd'une sonde de température extérieure au local Se, soit en version 8 heures (contact e), soit en version 24 heures (contact f). La réglette 8 de télécommande de l'appareil (Fig. 1) permet de raccorder le boîtier 3 à la sonde extérieur Se par les bornes de connexions 13 et 14. Les bornes 15 et 16 permettent le raccordement au circuit Re de régulation extérieure et les bornes 17 et 18 permettent le raccordement éventuel à un thermostat d'ambiance mural ThM (en subsitution au thermostat incorporé 5) placé en un endroit choisi. Dans le boîtier 3 est également incorporé un potentiomètre PR dit de relance dont le bouton de commande est accessible à l'utilisateur. Ce potentiomètre PR est inséré dans la liaison suiveur de tension A2 - amplificateur A1 de manière à modifier et régler le niveau de tension appliqué a l'entrée noninverseuse de l'amplificateur Al. Le potentiomètre PR est mis en ou hors service par un transistor T3 lui-même commandé par un second photocoupleur PC2 excité par le signal d'horloge H. Le photocoupleur PC2 est également relié à l'un des contacts de travail CT du rotacteur C (contact CT de droite sur la fig. 2).Ce contact CT permet de relier le photocoupleur Pc2 à un transistor T4 de commande du transistor T1 lorsque CT est en regard des contacts a,c,et e. Enfin, on a représenté en 19 un transformateur abaisseur de tension destiné à l'alimentation électrique des circuits par l'intermédiaire d'un pont redresseur 20, d'un condensateur 21 de filtrage, d'un stabilisateur de tension 22 et d'un second condensateur 23 de filtrage. Le fonctionnement de l'installation représentée et décrite ci-dessus est le suivant. Suivant une première caractéristique de l'installation, il est possible par une simple manoeuvre du curseur du rotacteur C, de mettre l'appareil en version 8 heures ou en version 24 heures. En version dite 8 heures et en version dite 24 heures la charge du noyau s'effectue de la même manière, de préférence sur une durée de huit heures, de nuit, correspondant aux heures dites creuses (22 h à 6 h du matin). Par contre, au cours de la restitution dans la journée de l'énergie emmagasinée,il est possible en version 8 heures de relancer une fraction de la puissance installée alors qu'en version 24 heures la relance se fait sur la totalité de la puissance installée. Pour un fonctionnement en version 8 heures, les contacts CT du rotacteur sont en regard des contacts a (position I), cependant que pour un fonctionnement en version 24 heures, les contacts CT sont mis en position II (contacts b). Grâce au potentiomètre 4 de charge du noyau on règle la puissance maximale d'accumulation utilisée ou puissance accumulée. En version 8 heures, il est possible d'installer une puissance égale à 2,5 à 3 fois les déperditions (exprimées en Kwh) du local dans lequel est installé l'appareil. On a, en effet, constaté que pour ce mode de fonctionnement une puissance installée comprise dans ladite fourchette permettait d'éliminer pratiquement les surpuissances. Par contre, pour un fonctionnement en version 24 heures c'est une puissance installée de 1 à 1,2 fois les déperditions du local qui donne le meilleur rendement, compte tenu du mode de tarification (heures creuses/heures pleines) actuel. Par suite, avec un même appareil conçu selon l'invention, il est très facile pour l'utilisateur d'installer la puissance optimale en fonction du mode de fonctionnement (8 heures ou 24 heures) choisi par l'utilisateur. L e p o t e n t i o m è t r e 4 p e r m e t une ådaptation (ou correction) de la puissance d'accumulation en fonction de la saison et de la zone géographique dans laquelle est situé le local à chauffer. Comme on l'a vu plus haut, le choix entre 8 et 24 heures existe pour trois types de fonctionnement de l'installation, à savoir fonctionnement normal:rotacteur C en position I (8 h) ou II (24 h) . fonctionnement avec régulation extérieure Re: (rotacteur C en position III (CT - c) pour 8 h et en position IV (CT - d) pour 24 h) fonctionnement avec sonde extérieure Se:(rotacteur C en position V (CT - e) pour 8 h et en position VI (CT - f) pour 24 h). En version 8 heures, quelle que soit la position (I, III ou V) du rotacteur C, les trois résistances R lt , R21 R3 sont simultanément en service la nuit (heures creuses). En effet, la phase horloge H de nuit est active et excite les photocoupleurs Pci et Pcz. Le photocoupleur Pc'1 autorise la commande des transistors T1 et T2 et le photocoupleur Pc2 condamne le transistor Tv permettant ainsi au transistor Tl d'être commandé en même temps que T2. Pendant la charge de nuit le photocoupleur Pc2 condamne également le transistor T3 ce qui met hors service le potentiomètre de relance La quantité d'énergie emmagasinée est alors déterminée essentiellement par la différence entre la température du noyau (température détectée par la sonde 2) et une première température de référence constituée par un premier seuil maximal de température et affichée, soit par le potentiomètre de charge 4 (position I du rotacteur C), soit par le circuit de régulation extérieur Re (position III), soit par la sonde ex térieure Se (position V). Si, par exemple, le noyau doit être chargé en 8 heures à 100% de la puissance installée, les résistances 1 seront en permanence en service sur 8 heures. Si, par contre, le noyau ne doit pas être chargé à 100% au bout de 8 heures, les résistances 1 sont mises en service pendant une durée inférieure à 8 heures afin de limiter la quantité d'énergie emmagasinée. Cette régulation est effectuée par l'amplificateur différentiel A1 commandant ou non les transistors T1 , T2, selon l'écart entre la température de noyau et l'un des trois seuils de température de référence. Par contre (toujours en version 8 heures), de jour, une seule résistance (R3) est susceptible d'être relancée sous la commande de l'amplificateur différentiel Ai qui se déclenche en fonction de l'écart entre la température du noyau (sonde de noyau 2) et une seconde température de référence. En effet, de jour, le photocoupleur Pc2 n'est plus excité et le transistor T4 qui n'est plus condamné verrouille T1 en sorte que la relance ne concernera que la seule résistance R3 (Tl commandant les résistances R1 et R 2 et T 2 commandant la résistance R3) lorsque le thermostat d'ambiance enverra le signal actif Th et commandera le photocoupleur Pc. Ladite seconde température de référence est un second seuil maximal de température variable selon la position (I,III, ou V) du rotacteur C. Exposition I, l'amplificateur A1 tient compte pour se déclencher ou non de la différence entre la température du noyau et le seuil de température affiché par l'utilisateur sur le potentiomètre de relance PR En effet, le photocoupleur Pc2 n'étant pas excité, le potentiomètre PR détermine alors, en fonction de la position du curseur Cc du potentiomètre de charge 4, le seuil d'arrêt de la relance par comparaison (par A l) avec la sonde de noyau 2. Le potentiomètre de relance P.R permet donc de moduler le seuil maximal de température atteint par le noyau au cours de chaque relance, ce seuil étant compris à l'intérieur d'une plage de températures elle-même déterminée en fonction de la position du curseur Cc du potentiomètre de charge 4. La fig. 3 illustre ces possibilités de réglage. On a représenté en ordonnée sur cette fig. 3 la température du noyau en degres C et en abscisse le pourcentage d'utilisation du potentiomètre de charge 4. La courbe A correspond à la charge de nuit (position I ou II du rotacteur C) suivant la position du curseur Cc du potentiomètre de charge 4. A 100% d'utilisation la température maximale (image) admise du noyau est d'environ 1930C. A 508 de la course du curseur Cc cette température n'est plus que de 105 C. La courbe B représente les températures maximales admises pour le noyau lors des relances de jour avec le potentiomètre de relance PR en position de relance maximale. La courbe C correspond aux températures maximales admises pour le noyau lors des relances de jour avec PR en position de relance minimale. On constate donc par exemple qu'avec une utilisation à 100% du potentiomètre de charge 4 le potentiomètre de relance permet de moduler la température maximale atteinte par le noyau dans une plage de températures comprises entre 500 C et 1150 C environ. Avec un curseur Cc à mi-course (50%) ladite plage de températures limites du noyau se situe entre 470 C et 700 C env. Au cours de la relance, l'une des résistances 1 (R3) et la turbine de soufflage 7 sont mises en service momentanément puis hors service. En position III du rotacteur C, l'amplificateur A1 tient compte de la différence de température entre le noyau et une température de référence fournie par le circuit de ré régulation extérieur Re et elle-même modulée par le potentiomètre de relance PR suivant une plage dont l'amplitude dépend de la référence extérieure de la même manière que le cas du potentiomètre de charge (fig. 3) Enfin, en position V, l'amplificateur A1 tient compte de la différence de température entre le noyau et une température de référence fournie par la sonde extérieure Se, ellemême modulée par le potentiomètre de relance. Cette sonde est par exemple une thermistance à coefficient de température négatif placée sur la façade extérieure du local tournée au nord de préférence. Pour une thermistance donnée, la pente de la courbe de charge est fixe mais la thermistance peut être changée et adaptée aux conditions climatiques de différentes régions. En version 24 heures, quelle que soit la position (II, IV ou VI) du rotacteur C, les trois résistances Ri R2, R3 sont simultanément en service ou hors service aussi bien la nuit que le jour. De jour, en effet, la relance se fait sur les trois résistances et suivant exactement les mêmes modalités en position II, IV et VI du rotacteur C qu'en position I, III et V. La Fig. 4 représente en trait plein la courbe idéale de charge sur 8 heures de l'appareil en fonction des températures à l'extérieur du local. Sur la Fig. 4 on a représenté en ordonnée le niveau de charge du noyau de l'appareil exprimé en pourcentage et en abscisse la température extérieure au local telle que détectée par la sonde extérieure Se. On voit ainsi que pour une température extérieure de Oo C, le noyau est chargé au bout de 8 heures à 87 - 90% de sa capacité (déterminée et affichée par le potentiomètre de charge 4, comme expliqué plus haut). Pour une température extérieure de - lO0C, le noyau est chargé à sa capacité maximale (puissance installée). On a représenté en tiretés la courbe idéale de charge en version 24 heures. Avec une température extérieure de OOC le noyau est chargé à 97% de sa capacité (puissance installée) au bout de la période de charge qui est toujours de 8 heures (comme en version 8 heures). Pour une température de + 100 C, il est chargé à 828 environ (alors qu'il ne l'est qu'à 57% environ en version 8 heures, mais avec une puissance installée supérieure). Ces deux courbes sont idéales en ce sens qu'elles permettent l'ajustement des niveaux de charge et de restitution d'énergie emmagasinée au strict nécessaire. Elles correspondent à une thermistance à CTN déterminé. C'est le genre de courbes qui est obtenu en plaçant le rotacteur C en position V ou VI. Pour une thermistance à CTN différent, on obtiendra des courbes qui seront les mêmes mais translatées. Les corrections de charge en fonction de la température extérieure se font automatiquement grâce au circuit de régulation de la Fig. 2. Au cours de la période de restitution en version 8 heures, le thermostat d'ambiance 5 met en service et hors service la turbine de soufflage 7 selon les besoins affichés. En version 24 heures, le thermostat 5 commande, quel que soit le moment, la turbine 7 également en fonction des besoins affichés, en dehors de la période de charge. La Fig. 5 représente des courbes de niveau de décharge du noyau à partir duquel la relance sera possible compte tenu de la position du réglage du potentiomètre de charge 4. Ce potentiomètre détermine la puissance accumulée. On a représenté six positions (1 à 6) de ce thermostat en abscisse cependant qu'en ordonnée estporté le pourcentage de la charge du noyau. Les quatre courbes représentées correspondent à quatre positions du curseur Cc du potentiomètre de charge 4, respectivement réglage au 1/4, à 1/2, aux 3/4 et au seuil maximal. Les courbes de fonctionnement correspondent aux positions I et II du rotacteur C (version 8 ou 24 heures). Pour chaque position du curseur Cc, la correction du niveau de restitution (relance) se fait automatiquement grâce au circuit de la Fig. 2 et suivant l'allure des courbes de la Fig. 3 . Il est à noter que l'appareil ne nécessite pas de convecteur auxiliaire d'appoint pour la relance. Un tel appareil présente donc une très grande souplesse d'adaptation au local à chauffer et d'utilisation tout en évitant les surpuissances, les gaspillages et en ajustant les niveaux de restitution de l'énergie emmagasinée ou les éventuelles relances en heures pleines au strict nécessaire et au niveau choisi par l'utilisateur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes notamment en ce qui concerne les moyens électroniques de commande, de mise en et hors service des résistances chauffantes suivant les différents paramètres pris en compte. REVENDICATIONS 1. Radiateur électrique à accumulation caractérisé ce qu'il comporte des moyens pour limiter la puissance accumula t i ve ut il e e n f o n c t i o n des dép e r di tions du local où est installé l'appareil, des moyens pour emmagasiner pendant une période déterminée de la journée une quantité d'énergie variable dépendant de l'écart entre la température du noyau de l'appareil et une première température de référence et des moyens pour relancer éventuellement tout ou partie de la puissance installée, au cours de la période de restitution s'étendant sur le reste de ladite journée en fonction de la différence entre la température du noyau et une seconde température de référence. 2. Radiateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la période de charge correspond aux heures dites creuses, le début et la fin de cette période étant commandés par les signaux d'horloge (H) du réseau de distribution électrique. 3. Radiateur suivant la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les moyens pour limiter la puissance utile, ou puissance accumulée, est un potentiomètre de réglage de charge (4). 4. Radiateur suivant les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que ladite première température de référence pendant la charge est un seuil de température affiché par l'utilisateur par l'intermédiaire du potentiomètre de charge (4) 5. Radiateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première température de référence pendant la charge est un seuil de température affiché à partir d'un circuit de régulation extérieur au local et pilotant plusieurs radiateurs d'un ensemble. 6. Radiateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première température de référence pendant la charge est un seuil de température affiché par une sonde extérieure au local, de préférence disposée sur une façade du local tournée vers le nord. 7. Radiateur suivant les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que ladite seconde température de référence pendant l'éventuelle relance est un seuil de température affiché par l'utilisateur par l'intermédiaire d'un potentiomètre de relance (PR) autorisant une plage de températures limites du noyau pendant les relances, ladite plage étant elle-même modulée en fonction de la position dudit potentiomètre de charge (4). 8. Radiateur suivant les revendications 1 et 5 caractérisé en ce que ladite seconde température de référence pendant l'éventuelle relance est un seuil de température affiché à partir du circuit de régulation extérieur et modulé par l'utilisateur par l'intermédiaire d'un potentiomètre de relance (PR). 9. Radiateur suivant les revendications 1 et 6 caractérisé en ce que ladite seconde température de référence pendant l'éventuelle relance est un seuil de température affiché par la sonde extérieure et modulé par l'utilisateur par l'intermédiaire d'un potentiomètre de relance (PR). 10. Radiateur suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un commutateur multipositions(Cj permettant de charger la nuit le noyau en fonction de l'écart entre la température du noyau et l'une au choix des trois températures de référence affichées respectivement par - 1) un potentiomètre de charge (4); - 2) un circuit de régulation extérieur au local (Re); - 3) une sonde de température (Se) extérieure au local; et permettant de relancer éventuellement de jour le noyau en fonction de l'écart entre la température du noyau et l'une au choix des trois températures de référence affichées respectivement par - 1) un potentiomètre de relance (PR) dans les limites déterminées par ledit potentiomètre de charge (4 ); - 2) ledit potentiomètre de relance (PR) dans des limites déterminées par ladite régulation exté rieure (Re); - 3) ledit potentiomètre de relance (PR) dans des limites déterminées par ladite sonde extérieure (Se). 11. Radiateur suivant les revendications 1,2 et 10 caractérisé en ce que lesdits moyens pour commander la charge et les éventuelles relances du noyau en fonction desdites références de température sont constitués par un amplificateur différentiel (A l) dont une première entrée est reliée à une sonde de température du noyau (2) et dont une seconde entrée est reliée par l'intermédiaire d'un étage suiveur de tension (A2) audit commutateur multipositions (C), la sortie dudit amplificateur différentiel (Ai) commandant l'excitation des résistances de chauffage (1) sous l'autorisation d'un premier photocoupleur (pli) commandé par lesdits signaux d'horloge (H) ou par les signaux (Th) d'un thermostat d'ambiance, un second photocoupleur (Pc2) commandé par lesdits signaux d'horloge (H) étant chargé de mettre hors service la nuit ledit potentiomètre de relance (PR) interposé entre ledit suiveur de tension (A 2) et ledit amplificateur différentiel (au). 12. Radiateur suivant les revendications 10 et 11 caractérisé en ce que pour chacune des trois susdites températures de référence de charge et des trois susdites températures de référence de relance qui leur correspondent respectivement, ledit commutateur multipositions (C) comporte deux positions (a,b d'une part ; c,d d'autre part ; e,f enfin), l'une autorisant la relance d'une fraction seulement de la puissance installée et, l'autre, autorisant la relance de la totalité de ladite puissance installée. 13. Radiateur suivant la revendication 12 caractérisé en ce que la relance de tout ou partie de la puissance installée s'effectue par l'intermédiaire d'un contact de travail (CT) dudit commutateur (C) relié audit second photocoupleur (Pc2) et de contacts fixes associés (a,c,e) reliés à un transistor (T 4 ) d'autorisation d'alimentation d'une partie des résistances de chauffage (1).