Brevet FR2717887A1 — publié le 19950929

APPAREIL DE CHAUFFAGE POUR LE CHAUFFAGE DE LOCAUX OU D'UN FLUIDE. La présente invention concerne. les appareils de chauffage pour le chauffage, soit de locaux, soit d'un fluide susceptible lui-même de servir au chauffage de locaux La présente invention s'applique à des appareils de chauffage individuel mais également à des installations de type chauffage central pour le chauffage de différentes pièces dans une maison ou dans un immeuble. Le chauffage de locaux s'est fait jusqu'à aujourd'hui selon deux principes différents. Le premier principe et, le plus ancien, consiste à réaliser une installation de type chauffage central constituée de radiateurs reliés entre-eux d'une pièce à l'autre par des canalisations conduisant un fluide généralement de l'eau. Ce fluide est chauffé par une chaudière placée de préférence dans une pièce prévue à cet effet. Les chaudières peuvent être des chaudières à bois ou à fuel ou à gaz. Le fluide chauffé par la chaudière circule dans les radiateurs au moyen d'un système de pompe. Le deuxième principe, déjà ancien repose sur un chauffage individuel de chaque pièce et consiste à placer des convecteurs électriques dans chacune des pièces pour en réchauffer l'atmosphère. La première solution est lourde en investissement lors de l'installation mais présente l'intérêt d'être relativement économique en ce qui concerne la consommation d'énergie nécessaire pour réchauffer l'atmosphère. La deuxième solution est plus économique lors de l'installation mais en revanche est très coûteuse en énergie. La présente invention permet d'apporter une solution n'ayant pas les inconvénients des solutions connues à ce jour et reposant sur un principe différent. En effet la présente invention permet d'avoir les avantages des solutions connues à ce jour sans en avoir les inconvénients. Elle permet en particulier de présenter de faibles coûts à l'installation et une faible consommation d'énergie pour un rendement égal à celui que l'on obtient par un chauffage de type électrique (avec des convecteurs électriques) c'est à dire, un rendement très proche de 1. La présente invention a plus particulièrement pour objet un appareil de chauffage de locaux principalement caractérisé en ce qu'il comprend une pièce constituée d'un matériaux de type céramique contenant un fluide et au moins un générateur haute fréquence pour bombarder d'électrons la céramique et le fluide et, provoquer ainsi un rayonnement thermique ambiant résultant de l'augmentation de la température que subissent la céramique et le fluide. Selon une autre caractéristique de l'invention la pièce possède un évidement ménagé dans son épaisseur constituant un canon à électrons pour les électrons fournis par le générateur haute fréquence (ou les générateurs). Selon une autre caractéristique de l'invention l'appareil de chauffage comporte en outre une commande de réglage de la puissance des générateurs haute fréquence. Selon un autre aspect de l'invention, l'appareil comprend en outre des moyens de pilotage automatique des commandes de réglage de la puissance des générateurs haute fréquence. Selon une autre caractéristique de l'invention la pièce en céramique se présente sous une forme de type parallélépipèdique contenant le fluide à réchauffer et, est placée dans un caisson ajouré permettant par convection, le rechauffement de l'air. Selon une autre caractéristique de l'invention la pièce a une forme de type cylindrique et, est placée dans une cuve contenant le fluide à réchauffer de manière à constituer ainsi une chaudière. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, qui est donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et en regard des dessins - la figure 1 représente un élément de chauffage selon un premier mode de réalisation, - la figure 2 représente l'élément de chauffage de la figure 1 vue en coupe, - la figure 3 représente un deuxième mode de réalisation d'un élément de chauffage selon l'invention, - la figure 4 représente le schéma général des moyens de pilotage du réglage de la puissance d'un (ou des) générateur(s) haute fréquence, - la figure 5 représente les moyens de commande de réglage de la puissance d'un générateur haute fréquence, - la figure 6 représente une unité de contrôle selon la figure 4, - la figure 7 représente des moyens de mesure de température selon la figure 4, - la figure 8 représente des moyens de gestion d'erreurs selon la figure 4, On va maintenant décrire de façon détaillée deux modes de réalisation d'un appareil de chauffage selon l'invention. Selon un premier mode de réalisation, l'appareil de chauffage selon l'invention et tel que représenté sur la figure 1, constitue un appareil de type radiateur et pourra être utilisé pour le chauffage individuel d'une pièce (d'un local) ou pour le chauffage central. L' appareil de chauffage comporte de préférence plusieurs générateurs haute fréquence 106 dont l'alimentation est commandée par des moyens de pilotage automatique agissant sur la commande de réglage de la puissance de chaque générateur haute fréquence 100. On a donc représenté sur les figures 1 et 2 un appareil de chauffage selon le premier mode de réalisation conforme à l'invention. Cet appareil comporte un élément de chauffage comprenant une pièce 10 constituée d'un matériau de type céramique et un ou plusieurs générateurs haute fréquence 106. La pièce a une forme générale extérieure parallélépipèdique. Elle comprend un système de cloisonnement 16 autour duquel se répartit un fluide 105 que l'on a introduit à partir d'un goulot d'entrée ménagé à cet effet et qui est par la suite obturé par un bouchon 15. Autour de ce système de cloisonnement un évidement 20 a été ménagé dans le matériau en céramique 10. Les générateurs haute fréquence 11 sont placés dans la partie arrière de pièce 10; cette partie arrière étant la partie destinée à être fixée contre un mur 18 du local à chauffer. On a représenté sur cet exemple de réalisation, illustré par la figure 1, un élément chauffant avec six générateurs hautes fréquences 11. Les sorties de ces générateurs pénètrent et traversent la face arrière de la pièce en céramique de manière à ce que les générateurs puissent bombarder d'électrons la céramique et le fluide contenus dans la céramique soit par bombardement direct d'électrons sur la céramique soit après passage dans l'évidement 20 qui constitue un canon à électrons. Ce bombardement de la céramique et du fluide provoquent ainsi un rayonnement thermique ambiant qui résulte de l'augmentation de la température que subissent à la fois la céramique et le fluide. La pièce en céramique et les générateurs haute fréquence sont placés dans un caisson ajouré 12. En effet, le caisson 12 comporte des fentes de manière à favoriser la circulation d'air et son rechauffement par convection. Des sondes immergées 21 sont prévues pour réaliser des mesures de la température en divers endroits de la pièce où se repartit le fluide. On a représenté sur la figure 3 un deuxième mode de réalisation d'un élément de chauffage selon l'invention. L'élément de chauffage 310 est selon ce mode de réalisation placé dans une cuve 311 laquelle se trouve enfermée dans un carter de protection 312 l'ensemble étant isolé par des moyens d'isolation du type laine de verre 313. L'élément chauffant est placé dans le fond de la cuve sous lequel se trouve une sortie 314 pour le fluide chaud. Une entrée de fluide froid 315 est prévue dans la partie haute de la cuve. On prévoit également une entrée d'air 316 dans cette partie haute de la cuve. La pièce en céramique 310 comporte en outre un circuit de traversée pour le fluide formant un serpentin dont l'entrée se situe dans la partie haute et la sortie se situe dans la partie basse de cette pièce, la partie basse étant celle qui repose sur le fond de la cuve. On prévoit de façon préférentielle de répartir trois générateurs haute fréquence 306 autour de cette pièce en céramique selon trois axes faisant 120 degrés entre eux. Les générateurs haute fréquence sont reliés à une commande de réglage de la puissance portant la référence 300 sur la figure 3, cette commande étant reliée au secteur S. On pourra placer cette commande par exemple audessous du carter 312. Cette réalisation permet d'obtenir un élément chauffant apte à réchauffer un fluide tel que de l'eau contenue dans la cuve et à fournir ainsi un fluide à une température désirée pour le chauffage de locaux ou toutes autres applications. Le mode de réalisation décrit à propos des figures 1 et 2 constituent des éléments de chauffage de type radiateur, alors que le mode de réalisation décrit à propos de la figure 3 constitue un élément de chauffage de type chaudière. Tout comme dans le cas du premier mode de réalisation, on a également prévu dans ce deuxième mode de réalisation des sondes immergées 321 permettant d'obtenir une mesure de la température du fluide pendant le chauffage et de fournir ainsi des signaux de mesure de cette température aux moyens de commande de réglage 300. On a représenté sur la figure 4, le schéma général de réalisation des moyens de commande de réglage de la puissance des générateurs haute fréquence selon l'invention. Les moyens 100 (ou 300) tels qu'ils vont être décrits dans la suite peuvent bien sûr être utilisés dans le cas du mode de réalisation représenté sur la figure 3. Les moyens de commande que l'on a représenté sur cette figure 4 comportent un ensemble de bloc de chauffage 40, 41, 42, 43 aptes à fournir la puissance d'alimentation des générateurs haute fréquence placés dans les appareils. Sur cette figure on a représenté quatre blocs de chauffage, bien entendu il s'agit là que d'un exemple non limitatif. Ces blocs de chauffage peuvent être sélectionnés au moyen d'un microcontrôleur 44 par adressage du bloc à travers un circuit de multiplexage 48. Le microcontrôleur 44 gère le réglage de la puissance de chacun des blocs à partir des données de température que lui fournit l'unité de mesure des températures 45. Cette unité recevant toutes les mesures données par les sondes immergées dans l'appareil et également par la (ou les) sonde(s) de protection placée(s) à l'extérieur de l'appareil. Le microcontrôleur est apte à comparer la température fournie par chacune des sondes à une température de consigne et, lorsque les températures de mesure ont atteint et dépassé la température de consigne, couper l'alimentation des générateurs ou diminuer la puissance. Les moyens de pilotage de la puissance comportent en outre une unité de gestion des erreurs 47 et une unité de contrôle 46. Le microcontrôleur 44 est relié au bloc de chauffage par un bus de commande C permettant de transmettre à chaque bloc de chauffage une donnée de réglage de la puissance. Cette donnée pourra être par exemple, soit une commande de coupure de l'alimentation, soit une commande de réglage à mipuissance, soit une commande de réglage au maximum de puissance selon les résultats de comparaison entre la température mesurée et la température de consigne. On va maintenant détailler la réalisation d'un bloc de chauffage (40) selon un exemple préféré de réalisation de l'invention. Ces détails sont illustrés par le schéma de la figure 5. Chaque bloc de chauffage permet, comme on l'a vu, de fournir l'alimentation en puissance à un générateur haute fréquence placé dans l'appareil. On dispose d'autant de blocs de réglage tels que représentés sur cette figure 5 que de générateurs placés dans l'appareil. Un bloc de chauffage comporte un circuit de commande numérique 50 permettant de réaliser une conversion numérique analogique des données du bus de commande C. il comporte également un circuit d'isolation par optocoupleur 51 permettant d'obtenir une parfaite isolation entre le circuit de commande numérique 50 et le circuit de commande de puissance 52. Le circuit de commande de puissance 52 est relié au secteur, il s'agit d'un circuit classique en soi qui permet à partir des signaux de commande de réglage de la puissance de fournir la puissance désirée au générateur haute fréquence par l'intermédiaire d'un transformateur haute tension 53. On prévoit en outre entre le branchement sur le secteur et la commande de puissance 52 de placer un écrêteur 54 (0-5 volt) permettant de déceler une panne secteur. On prévoit également de placer un deuxième écrêteur 55 (0-5 volt) entre le circuit 52 et le circuit 53 et un troisième écrêteur 56 (0-5 volt) entre le transformateur et le générateur haute fréquence. Les signaux de sortie de ces écrêteurs permettent de déceler une anomalie dans l'alimentation en puissance du générateur haute fréquence. Ces signaux sont recueillis par un concentrateur de signaux d'erreur 57 qui permet de faire une conversion analogique numérique et de transmettre les données d'erreurs au moyen d'un bus de données d'erreurs BE au circuit de gestion 110. Le circuit de commande numérique 50, destiné à recevoir une donnée de commande du microcontrôleur, est sélectionné par un signal de sélection délivré par une des sorties du multiplexeur 48. On a représenté sur la figure 6 le schéma de réalisation de l'unité de contrôle qui permet de déclencher le fonctionnement de l'appareil. Cette unité de contrôle comporte un clavier 60 comportant un bouton d'alimentation générale permettant de mettre l'appareil en marche ou de l'arrêter, un bouton 62 permettant de sélectionner la température désirée, c'est à dire la température de consigne et, un bouton de mode de fonctionnement antigivre ou chauffage. Un circuit de codage 64 permet à partir des signaux issus du clavier 60 d'obtenir un mot de codage de contrôle pour le microcontrôleur 44. On a représenté sur la figure 7 un exemple de réalisation du circuit de mesure des températures. Ce circuit comporte un circuit 70 permettant de recevoir les signaux de mesure S1, S2, S3 des sondes immergées 21 et de convertir ces signaux en signaux numériques. Un circuit 71 permet de recevoir le signal U de la sonde de protection en température des utilisateurs, placée à l'extérieur de l'appareil et de convertir ce signal en un signal numérique. Les signaux numériques issus des circuits 70, 71 sont transmis à un circuit 72 de codage du mot de température qui est fourni au microcontrôleur 44. Sur la figure 8 on a représenté un exemple de réalisation du circuit de l'unité de gestion des erreurs. Cette unité comporte essentiellement des moyens d'affichage des codes de panne 81 fournis par le microcontrôleur 44 et des moyens d'isolation par optocoupleur 82 recevant les données d'erreurs issues du circuit 57 pour les transmettre au microcontrôleur. A titre d'exemple on a utilisé pour une réalisation particulière un microcontrôleur 8 bits du type 68 705 R3. Les sondes de mesure ont été réalisées par des sondes de mesure de température de type thermocouple. Le circuit de commande de puissance est un circuit à base de triac que l'on peut trouver dans le commerce. Le circuit 57 permet de fournir les codes d'erreurs sur le bus BE à l'aide de circuits logiques à trois états (0, 1, haute impédance). L'affichage des codes de panne se fait à l'aide de diode LED en codage hexadécimal. Le fluide est de l'eau. REVENDICATIONS 1. Appareil de chauffage pour le chauffage de locaux, caractérisé en ce qu'il comprend une pièce (10,310) constituée d'un matériau de type céramique contenant un fluide (105,305) et, au moins un générateur haute fréquence (11) pour bombarder d'électrons la céramique et le fluide et, provoquer ainsi un rayonnement thermique ambiant résultant de l'augmentation de la température que subissent la céramique et le fluide 2. Appareil de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce possède un évidement (20,320) ménagé dans son épaisseur constituant un canon à électrons pour les électrons pénétrant dans l'évidement, la sortie du générateur haute fréquence ou les sorties des générateurs aboutissant dans cet évidement. 3. Appareil de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (100,300) de commande de réglage de la puissance des générateurs haute fréquence en fonction d'un signal de mesure et, en ce qu'il comporte des moyens (21,321) de mesure de la température du fluide fournissant le signal de mesure de température. 4. Appareil de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'appareil comporte plusieurs générateurs haute fréquence dont les sorties sont réparties de manière à obtenir une excitation homogène du matériau et également du fluide 5. Appareil de chauffage selon l'une quelconque des revendications, caractérisé en ce que la pièce (10) comprend un système de cloisonnement permettant au fluide d'être en contact le plus possible avec la céramique. 6. Appareil de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce (10) a une forme de type parallélépipèdique avec une face arrière destinée à être en regard avec une paroi sur laquelle l'appareil pourra être fixé, les sorties des générateurs étant placées dans cette face arrière et un caisson de protection (12) ajouré. 7. Appareil de chauffage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le coté intérieur de la face arrière de la pièce est recouvert d'un matériau réflecteur (17). 8. Appareil de chauffage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau réflecteur est constitué par une plaque métallique. 9. Appareil de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce (10) possède une ouverture pour le remplissage du fluide. 10. Appareil de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la pièce (310) en céramique est placée dans le fond d'une cuve cylindrique (311) comportant une entrée et une sortie de fluide, un circuit de circulation (316,317) pour le fluide à chauffer à travers l'élément chauffant, un carter de protection (312) de la cuve et des moyens d'isolation thermique (313) placés entre la cuve et le carter. 11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que la pièce comporte dans son épaisseur un serpentin permettant une circulation du fluide dans le matériau en céramique. 12. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de commande (100,300) comportent une unité de contrôle (46), un microcontrôleur (44), des moyens de mesure des températures (45), des moyens de gestion d'erreurs (47), des moyens de sélection (48) de chaque élément de chauffage. 13. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de mesure des températures comportent des sondes immergées (21,321), des éléments de chauffage et des sondes placées sur la surface extérieure de ces éléments.