Brevet FR2644231A1 — publié le 19900914

L'invention se rapporte à un appareil de chauffage par convection de l'air d'un local et au procéde de régulation de cet appareil. Pour rechauffer l'air d'un local à usage domestique ou industriel, il est notamment connu d'utiliser des convecteurs dans lesquels l'air passe - soit (FR-A-2.300.298) sur un élément de chauffage à faible inertie thermique comprenant au moins une résistance électrique nue, sur un Ensemble de chauffage qui, sans étre du type dit par accumulation, est à grande inertie thermique et comprend au moins un corps de chauffe (tel un tuyau à ailettes, un radiateur panneau plat ou à ailettes, un radiateur en fonte ou en aluminium) dans lequel est prévu un fluide caloporteur tel de i'.hWile chauffez par toùt moyen connu et, par exemple, par une résistance électrique généralement enrobée, logeant dans ce fluide. Par ensemble. de chauffage par accumulation, on entend un ensemble qui permet en quelque sorte, d'une part, de stocker, sans regul-ation exterieure, l'énergie calorifique produite par un doyen de chauffage electrique pendant une période de moindre colt de l'énergie électrique et, d'autre part, de restituer ultérieurement à son environnement, sans apport d'énergie extê-rieure ni régulation et notamment pendant la période de coût majeur de l1énergie électrique, l'énergie calorifique accumulee pendant la periode précitée. Pour favoriser la convection et en améliorer le rendement, ces convecteurs sont généralement disposés dans une gaine sensiblement verticale ouverte au moins à proximité de ses deux extrémités pour y former une entrée d'air à réchauffer et une sortie de l'air réchauffé, cette gaine etant délimitée par un habillage ou étant réservée dans une paroi. Toutefois, à chacun de ces convecteurs, on reproche généralement un mauvais rendement - les appareils à résistance nue chauffent trés vite l'air mais refroidissent egalement tres vite et le confort s'en ressent, - les appareils à fluide caloporteur sont puissants mais ne sont pas souples ; du fait de l'inertie thermique du corps de chauffe et du fluide, ils mettent beaucoup de temps à se réchauffer eux-mémes puis lorsque la pièce est suffisamment chaude, ils continuent de dissiper la chaleur qu'ils avaient emmagasinée. On constate alors un-e derive en température importante inconfortable surtout en demi-saison; Notamment, sur le plan énergétique, le plus mauvais moment avec l'appareil à fluide caloporteur classique est celui où, après le refroidissement de l'appareil, le thermostat d'ambiance surveillant la température du local redemande de la chaleur. En effet, il faut alors-chauffer le fluide puis le corps de chauffe avant que celui-ci puisse chauffer ltair. Si, dans le local considere, les pertes thermiques sont importantes, le corps de chauffe ne se sera peut être pas encore refroidi lorsque le thermostat d'ambiance redemandera la chaleur, donc il n'y aura qu'un maintien de température à realiser. Mais. en revanche, lorsque les pertes thermiques sont faibles, par exemple en demi-saison, le corps de chauffe sera plus souvent froid lorsque le thermostat d'ambiance redemandera la chaleur. La temperature de consigne sera donc-difficile et longue à obtenir puis à l'arrêt, le corps de chauffe ayant accumulé une certaine quantité d'énergie aura tendance à monter la température plus fort que nécessaire faussant ainsi l'écart de température qu'il y a obligatoirement entre la température de consigne et celle obtenue dans le local apres l'arrêt de l'appareil électrique. On sait que plus la température ambiante est stable, mieux est l'utilisateur et ainsi que cela découle de ce qui précède, avec les appareils connus à ce jour, par moments, il fait trop chaud alors qu'à d'autres il fait trop froid. Pour pallier à ce dernier inconvenient, il est connu de prévoir un chauffage électrique d'appoint ce qui augmente bien sûr l'investissement nécessaire et le coût en énergie. Un tel chauffage d'appoint a déjà été, de manière connue, intégré à la gaine du convecteur à corps de chauffe abritant un fluide caloporteur (FR-A-2.325.000). Ce chauffage d'appoint consiste alors en une resistance disposee au dessus du corps de chauffe precité. Elle est commandée evidemment par un thermostat. Tel que cet appare-il est conçu, la fonction de cette résistance qui reçoit l'air ayant déjà passé sur le corps de chauffe reste absolument la même que celle qu'aurait un chauffage d'appoint totalement indépendant et présente donc les memes inc-onvenients. Un des résultats que l'invention vise à obtenir est un appareil du type précité qui remedie à ces inconvénients. A cgt effet, elle a pour objet un tel appareil notamment carácterise en ce que le dispositif chauffage à faible inertie thermique est dispose juste au dessous de l'ensemble de chauffe à grande inertie thermique. Elle a également pour objet le procedé de régulation de cet appareil. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-avres faite à titre d'exemple non limitatif en regard du dessn ci-annexé -qui représente schématiquement : - - figure t : l'appareil vu de face avec sa. paroi frontale partiellement arraché, - figures 2 à 4 : des courbes expliquant la régulation de cet appareil. En se reportant au dessin, on voit qu'avec un appareil 1 de chauffage par convection de l'air d'un local, l'air A passe sur un ensemble de chauffe qui, sans être du type dit par accumulation, est à grande inertie thermique 2 et comprend au moins un corps de chauffe 3 tel un tuyau 4 à ailettes 5, éventuellement scellé, dans lequel est prévu un fluide caloporteur 6, tel de l'huile, chauffe par tout moyen connu 7, tel au moins une resistance électrique à basse charge plongee dans ce fluide. Afin de guider le mouvement ascendant de l'air, au fur et à mesure de son chauffage et d'augmenter ainsi le rendement, cet ensemble de chauffe à grande inertie thermique est de préférence monté dans une gaine verticale 8, dans laquelle il s'etend dans toute la longueur de la gaine. La gaine a par exemple la forme d'un caisson pårallelepipedique et est ouverte au moins à proximite de ses extrémités inférieure et supérieure pour former respectivement l'entrée 9 de l'air à réchauffer et la sortie 10 de l'air chauffé. De manière également connue, dans la gaine 8 est monté un dispositif 11 de chauffage à faible inertie thermique s'étendant sur toute la longueur de la gaine et comprenant principalement au moins un élément chauffant tel une résistance électrique nue, de préférence blindée. L'appareil de chauffage met en oeuvre un ensemble 12 de contrôle de la température du fluide caloporteur intérieur au corps de chauffe, un ensemble 13 de contrôle de la temperature ambiante, un interrupteur marche arrêt 14 ainsi que des moyens 15 de raccordement à une alimentation électrique tels un bordier. Le thermostat d'ambiance peut être intégre à l'appareil mais cela n'est pas obligatoire. Au lieu de s'opérer par simple convection, la circulation de l'air dans la gaine peut être forcée par exemple à l'aide d'une turbine placée à l'entrée de la gaine. L'ensemble 2 de chauffe à grand inertie et le dispositif de chauffage 11 à faible inertie sont évidemment montés de manière à permettre leur dilatation. Par exemple le corps de chauffe de l'ensemble de chauffe sera monté dans la gaine par un support rigide 16 à l'une de ses extrémités et par un support flexible 17 à son autre extrémité, ce support flexible consistant par exemple en une tole dont seul un des bords est fixe au caisson. Les ouvertures d'entrée et de sortie de la gaine sont obtures de préférence par des grilles 18, 19. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le dispositif de chauffage 11 à faible inertie thermique est dispose juste au dessous de l'ensemble 2 de chauffe à grande inertie thermique. De ce fait, le dispositif de chauffage ll à faible inertie conourt au préchauffage du corps de chauffe 3 de l'ensemble 2 de chauffe à grande inertie situe au dessus de lui. La puissance du dispositif de chauffage 11 à faible inertie est évidemment en rapport avec la masse du corps de l'ensemble 2 de chauffe. Le dispositif de chauffage 11 à faible inertie thermique peut - fonctionner en même temps que l'ensemble de chauffe à grande inertie thermique ou, - être coupé dès que le corps de chauffe de cet ensemble 2 atteint une température suffisante pour etre au maximum de son efficacité ou, - fonctionne seul pour réaliser un chauffage d'appoint. La combinaison des deux modes de chauffage selon 7'invention permet d'obtenir souplesse, puissance, confort et économie d'energie puisque l'énergie dissipee par le dispositif chauffage 11 à faible inertie thermique se ressent tout de suite à la sortie'de la gaine et chauffe au passage par l'extérieur le corps de chauffe de l'ensemble de chauffe à grande inertie thermique placé au dessus qui, de ce fait, chauffe plus vite jusque la température requis. A cette température, le thermostat du fluide 12 arrête le chauffage du fluide caloporteur intérieur au corps de chauffe. Si on représente sur un graphe en abscisse le temps et en ordonnée la température, on observe (figure 2) que la courbe en pointillés representant la variation de temperature du corps de chauffe lorsque -seul son fluide caloporteur est chauffé, a une pente ascendante plus faible que la courbe en trait plein, représentant l'élévation de la temperature du corps de chauffe lorsqu'en plus du moyen 7 de chauffage du dit fluide est acti On constate donc que la montée en température du corps de chauffe est dans ce dernier cas plus rapide. En figure 3, on a représenté en trait plein, l'élévation de température du corps de chauffe et en trait mixte l'élévation de température de l'air circulant dans l'appareil de chauffage. Conformément à l'invention, on détermine une température T1 dite primaire du corps de chauffe de l'ensemble à grande inertie thermique à partir de laquelle la température de l'air circulant dans l'appareil de chauffage est sensiblement constante. Conformement à l'invention, tant que le corps de chauffe de l'ensemble à grande inertie thermique n'a pas atteint une température sensiblement égale à une valeur correspondant à celle T1 pour laquelle la temperature de l'air circulant dans l'appareil de chauffage est sensiblement constante, on alimente en énergie l'ensemble 2 de chauffe et -le dispositif de chauffage 11. En figure 4, on a représenté la courbe d'évolution de la température du corps de chauffe pendant une période P nécessaire pour obtenir la température désirée du local. Conformément à l'invention, pendant toute la periode P nécessaire à l'obtention de la température désirée du local, on alimente au moins l'ensemble 2 de chauffe à grande inertie thermique jusqu'à ce que sa température soit sensiblement egale à une température maximale fixée T2 dite secondaire, largement inférieure à la température maximale Tm accessible par l'appareil de chauffe - lorsque cette température secondaire T2 est atteinte, on coupe l'alimentation en énergie jusqu'à une température T3 dite tertiaire sensiblement inférieure à la température secondaire T2 mais supérieure à la température primaire T1, - lorsque la température du corps de chauffe atteint la température tertiaire T3 et si la température du local n'est pas atteinte, on alimente en énergie le corps de chauffe jusqu' la température secondaire T2, - lorsque la température du local souhaitée est atteinte, le dispositif de regulation coupe l'alimentation en énergie d'au moins l'ensemble 2 de chauffe à grande inertie thermique. Dès qu'une commande de mise en fonctionnement de l'appareil de chauffage est validée, on mesure la température du corps de chauffe de l'ensemble de chauffe à grande inertie thermique et en fonction de la valeur mesurée et des valeurs des temfrératures primaire T1, secondaire 12, tertiaire T3 préde-finles, on commande l'alimentation en energie d'au moins l'un des éléments de chauffage que sont l'ensemble 2 de chauffe et le dispositif dè chauffage 11. Ce procédé de régulation permet un gain de temps sur la mise en température de la pièce d'environ 50 % et une economie d'énergie sur de longues périodes de chauffe. Ainsi que cela découle du procedé de regulation de la commande de l'appareil de chauffage selon l'invention, lors du chauffage de l'air du local dans lequel se situe l'appareil, meme si la température ambiante souhaitee n'est pas encore obtenue, l'arrêt du chauffage du fluide caloporteur intérieur au corpsde chauffe de l'ensemble de chauffe n'aura pas d'incidence puisque la chaleur accumulée dans le fluide caloporteur et le corps de chauffe se dissipe doucement et permet de poursuivre le chauffage de l'air qui passe sur le corps de chauffe. Lorsque la température ambiante denandée est atteinte, le thermostat d'air coupe non seulement le chauffage de fluide caloporteur intérieur au corps de chauffe mais aussi le dispositif de chauffage ll à faible inertie placé sous l'ensemble 2 de chauffe à grande inertie thermique. L'ensemble 2 se refroidit donc lentement jusqu'à ce que le thersi-ostat d'ambiance redemande de la chaleur. Dés cette denande de chaleur par le thermostat d'ambiance, l'ensemble 2 et le dispositif de chauffage 11 entrent en action. Le chauffage du fluide caloporteur intérieur au corps de chauffe ne travaille plus comme decrit dans. l'état de la techn que. En effet, le dispositif de chauffage 11 à faible inertie thermique chauffe tout de suite l'air entrant sous le corps de chauffe qui de ce fait ne réchauffe plus de l'air froid mais de l'air préchauffe et atteint donc plus vite la température requisse. Egalement, l'utilisateur bénéficie d'air chaud dès la mise en fonctionnement du chauffage. Si, notamment, en demi-saison, les besoins calorifiques sont faibles et par exemple seulement de quelques watts, pour compenser la derive en temperature admise (qui dans le meilleur des cas, est de 1/2 à 1/4 de C selon que la régulation est mecanique ou électrQnique), seule le dispositif de chauffage à faible inertie thermique fera ressentir ses effets et le thermostat coupera rapidement l'ensemble 2 de chauffe et le dispositif de chauffage avant même que le corps de chauffe de l'ensemble 2 de chauffe soit chaud ce qui réduira la dérive en température et améliorera le confort, car une certaine quantité de chaleur aura quant même Eté accumulez dans le dit corps de chauffe 3 et sera restituée à l'air sans que l'utilisateur s'en rende compte (car l'appareil sera pratiquement froid au toucher). REVENDICATIONS 1. Appareil (1) de chauffage par convection de l'air d'un local, dans lequel appareil l'air (A) passe sur au moins un ensemble de chauffe qui, sans etre du type par accumulation, est à grande inertie thermique (2) et comprend au moins un corps de chauffe (3) tel un tuyau (4) à ailettes (5), éventuellement scellé, dans lequel est prévu un fluide caloporteur (6), tel de l'huile, chauffe par tout moyen connu (7), tel -au moins une résistance électrique à basse charge plongée dans ce fluide, afin de guider le mouvement ascendant de l'air, au fur et à mesure de son chauffage et d'augmenter ainsi le rendement, cet ensemble de chauffe à grande inertie thermique est notamment monté dans une gaine verticale (8), dans laquelle il s'étend sensiblerent horizontalement, la gaine (8) a notamment la forme d'un caisson parallélépipédique, ouverte au moins à proximité de ses extrémités inférieure et supérieure pour former respectivement l'entrée- (9) de l'air à rechauffer et la sortie (10) de l'air chauffé, dans laquelle gaine (8) est en tout cas monté au moins un dispositif de chauffage (11) à faible inertie thermique s'etend-ant sensiblement horizontalement et comprenant principalement au moins un élément chauffant tel une résistance électrique nue, cet appareil etant CARACTERISE en ce que le dispositif de chauffage ( à faible inertie thermique est disposé juste au dessous de l'ensemble (2) de chauffe à grande inertie thermique. 2. Procède de régulation d'un appareil de chauffage selon la revendication 11 comprenant un appareil de chauffage dans lequel l'air (A) passe sur au moins un ensemble (2) de chauffe qui, sans être du type par accumulation, est- à grande inertie thermique et comprend au moins un corps de chauffe (3) tel un tuyau (4) à ailettes (51, éventuellement scellé, dans lequel est prévu un fluide caloporteur (6), tel de l'huile, chauffe par tout moyen connu (7), tel au moins une résistance électrique à basse charge plongée dan-s ce fluide, afin de guider le mouvement ascendant de 1 1air, au- fur et à mesure de son chauffage et d'augmenter ainsi le rendement, cet ensemble de chauffe à grande inertie thermique est notamment monté dans une gaine verticale (8), dans laquelle il s'étend sensiblement horizontalement, la gaine (8) a notamment la forme d'un caisson parallelepipedique, ouverte au moins à proximite de ses extrémites inferieure et superieure pour former respectivement l'entrée (9) de l'air a réchauffer et la sortie (10) de l'air chauffé, dans laquelle gaine (8) est en tout cas monté au moins un dispositif de chauffage (11) à faible inertie thermique s'étendant sensiblement horizontalement et comprenant principalement au moins un élément chauffant tel une résistance électrique nue, cet appareil de chauffage met également en oeuvre un ensemble (12) de contrôle de la temperature du fluide caloporteur intérieur au corps de chauffe, un ensemble (13) de controle de la température ambiante, un interrupteur marche arrêt (14) ainsi que des moyens (15) de raccordement à une alimentation électrique tels un bornier, ce procédé étant caractérisé en ce qu on détermine une température (Tl) dite primaire du corps de chauffe de ltensemble à grande inertie thermique à partir de laquelle la température notamment maximale de l'air circulant dans l'appareil de chauffage est sensiblement constante et tant que le corps de chauffe de l'ensemble à grande inertie thermique n'a pas atteint une température sensiblement égale à une valeur correspondant à celle (T1) pour laquelle la température de l'air circulant dans l'appareil de chauffage est sensiblement constante, on alimente en énergie l'ensemble (2) de chauffe et le dispositif de chauffage (11). 3. Procedé selon la revendication 2 caracterise en ce que, pendant toute la période (P) nécessaire à l'obtention de la tempèrature désirée du local, on alimente au moins l'ensemble (2) de chauffe à grande inertie thermique jusqu'à ce que sa température soit sensiblement égale à une température maximale fixée (T2) dite secondaire, largement inferieure à la température maximale (Tm) accessible ou par l'appareil de chauffe - lorsque cette température secondaire (T2) est atteinte, on goupe l'alimentation en énergie jusqu'à une temperature (T3) dite tertiaire sensiblement inférieure à la température secondaire (T2) mais supérieure à la température primaire -(T1), - lorsque la température du corps de chauffe atteint la teflpérature tertiaire (T3) et si la température du local n'est pas atteinte, on alimente en énergie le corps de chauffe jusqu'à la -température secondaire (T2), - lorsque la température du local souhaitée est atteinte, le:dispositif de régulation coupe l'alimentation en energie d'au mois l'ensemble (2) de chauffe à grande inertie thermique.