Brevet FR2762074A1 — publié le 19981016

RESEAU DE CHAUFFAGE CENTRAL La présente invention a pour objet un réseau de chauffage central à eau chaude. Elle concerne la régulation automatique de la température dans des pièces d'un immeuble. Avec un tel réseau on utilise des circuits électroniques de télécommande de vannes de régulation de température mise en place sur au moins un radiateur dans chaque pièce. On connaît les réseaux de chauffage central comportant une chaudière, ou plus généralement une arrivée d'eau chaude, ou même de vapeur, et un conduit qui amène l'eau chaude en parallèle à plusieurs radiateurs disséminés dans les pièces d'un immeuble, d'une habitation. A la partie basse des radiateurs, une collecte de l'eau chaude refroidie est réalisée, et une conduite d'évacuation de l'eau chaude refroidie renvoie cette eau vers la chaudière pour qu'elle y soit à nouveau chauffée. Le système fonctionne ainsi en circuit fermé. I1 est toutefois envisageable dans le cadre de l'invention que le système ne fonctionne pas en circuit fermé: dans ce cas l'eau chaude refroidie est distribuée plus loin sans retourner à la chaudière. Le principe de la régulation de température consiste à placer sur l'arrivée d'eau chaude, sur chaque radiateur qui doit en être muni, une vanne de régulation. On pourrait envisager, même aussi dans l'invention, de placer la vanne sur l'évacuation d'eau chaude refroidie. Cette vanne est classiquement commandée par un capteur de température et par un comparateur qui compare la température mesurée à une valeur de consigne. Dans les systèmes simples, mécaniques, disponibles sur le marché, la valeur de consigne est appliquée par un calage en position du capteur. Le capteur est constitué par un objet qui se dilate par effet thermique. La dilatation thermique est elle-même le moteur qui ouvre et qui ferme la vanne. Ce type de régulation présente l'inconvénient qu'il ne peut pas être centralisé: on ne peut imposer d'un organe central une température limite, ou minimum, dans une pièce quelconque. Pour les locaux collectifs par exemple, il peut être utile de réduire le chauffage dans des pièces particulières sans avoir à se déplacer auprès de tous les radiateurs. I1 peut même être utile d'éviter de permettre aux utilisateurs de ces locaux de régler le chauffage d'une manière anarchique. I1 est envisageable de télécommander de telles vannes en leur adjoignant un moteur électrique. Cette solution envisageable présente l'inconvénient qu'il faut alimenter électriquement le moteur électrique et lui envoyer les signaux de commande. Cela est impossible, si l'on veut éviter d'avoir à tirer des fils électriques à travers l'immeuble. Dans le cas où une alimentation électrique serait disponible à proximité des radiateurs, il resterait à transmettre les signaux soit par courant porteur, soit par émission radio-frequences. La première solution implique de relier un dispositif de commande d'un radiateur de chauffage central à une prise de courant du secteur. Ceci n'est possible que si la distribution du courant n'est pas en haute tension alternative. Ceci implique en outre la mise en place de connexions électriques dont le coût peut être important. La deuxième solution, avec des émissions radioélectriques, présente l'inconvénient d'encombrer le spectre des fréquences et est peu propice à une utilisation dans les habitations collectives. De plus le problème d'alimentation en énergie électrique n'est pas résolu. L'invention à pour objet de remédier à ces problèmes en partant de la constatation que les radiateurs d'une telle installation sont équivalents à des grosses résistances électriques. Dans ces conditions le réseau de chauffage central se comporte, du point de vue électrique, comme une mise en parallèle de nombreuses grosses résistances sur deux conducteurs peu résistifs: d'une part le tuyau d'amenée d'eau chaude, d'autre part le tuyau d'évacuation d'eau chaude refroidie. Dans l'invention on décide tout simplement de soumettre le tuyau d'eau chaude à une tension, par exemple une tension positive, alors qu'on soumet le tuyau d'eau froide à une autre tension, par exemple une tension nulle, ou même la masse. De ce fait, en prenant une différence de tension égale 5 volts environ, on peut d'une part alimenter chaque vanne électriquement. D'autre part en superposant en plus sur ces tensions continues, ou alternatives, d'alimentation des signaux de commande des vannes, on peut en les munissant d'un micro-processeur décoder ces signaux et commander les vannes en conséquence. L'invention a donc pour objet un réseau de chauffage central comportant: - des radiateurs, - des tuyaux d'amenée et d'évacuation d'eau chaude pour relier entre eux les radiateurs, et - des vannes d'alimentation en eau de chacun de ces radiateurs, ces vannes étant montées à la liaison entre les tuyaux et les radiateurs, caractérisé en ce qu'il comporte, - pour chaque radiateur, un micro-contrôleur , un moteur de vanne relié au micro-contrôleur, des liaisons électriques du micro-contrôleur aux tuyaux d'amenée et d'évacuation d'eau, - une centrale de commande en liaison fonctionnelle avec le micro-contrôleur, et - une alimentation électrique en liaison électrique avec les tuyaux d'amenée et d'évacuation d'eau. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont données qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent: - figure 1: un réseau de chauffage central conforme à l'invention; - figure 2: une représentation schématique du comportement électrique du réseau de la figure 1; - figure 3: un exemple pratique de télécommande des vannes du réseau de la figure 1 par courant porteur. La figure 1 montre un réseau 1 de chauffage central. Ce réseau comporte des radiateurs tels que 2 et 3, des tuyaux d'amenée 4 et d'évacuation 5 de l'eau chaude. On n'a pas représenté une chaudière qui débiterait l'eau chaude et qui récupèrerait, en circuit fermé, l'eau chaude refroidie, à partir de la conduite 5. Cette chaudière peut par ailleurs être remplacée par une alimentation externe, notamment dans les régions où les réseaux d'eau chaude sont réalisés à partir de l'énergie géothermique. Chaque radiateur concerné par la régulation est muni d'une vanne 6 dont la rotation provoque la fermeture d'un clapet 7 en série avec un raccord 27 monté sur le tuyau 4 d'amenée d'eau chaude. Selon la position de ce clapet 7, l'eau chaude peut être débitée à plus ou moins grand débit dans les radiateurs 2 ou même être coupée. Les vannes 6 des radiateurs sont montées donc à une liaison entre les tuyaux 4, ou 5, et les radiateurs. L'invention est principalement caractérisée en ce qu'elle comporte, pour chaque radiateur, un microcontrôleur 8, un moteur de vanne 9, et une liaison électrique 10, ll du micro-contrôleur aux tuyaux d'amenée et d'évacuation d'eau 4 et 5 respectivement. Le micro-contrôleur 8 est ainsi alimenté électriquement par les connexions 10 et 11 et par les tuyaux 4 et 5 qui sont eux-mêmes conducteurs de l'électricité. Dans la pratique, les tuyaux 4 et 5 sont généralement réalisés en cuivre. Selon une version préférée, une centrale de commande 12 émet des signaux par courant porteur (continu) sur les tuyaux 4 et 5 et donc ces signaux sont véhiculés par les connexions 10 et 11. Le microcontrôleur 8 est capable de recevoir ces signaux, de les décoder et d'appliquer les commandes correspondantes sur le moteur 9 auquel il est relié. Le moteur 9 reçoit son alimentation électrique des tuyaux 4 et 5, directement ou à travers le micro-contrôleur 8. En variante, la centrale de commande 12 est capable d'être en relation fonctionnelle radioélectrique (ceci est montré par une flèche brisée) avec le micro-contrôleur 8 qui comporte également dans ce cas une antenne d'émission et de réception radioélectrique. Dans les deux cas la commande du moteur 9 par le micro-contrôleur 8 est de type connu. Bien entendu le réseau selon l'invention comporte une alimentation électrique 13. Dans l'exemple, l'alimentation électrique 13 est une alimentation électrique continue de l'ordre de 5 volts. Cette alimentation 13 est aussi relié électriquement aux tuyaux 4 et 5. On a pu mesurer que le courant qui circulait dans l'installation, au repos, était de l'ordre de quelques milliampères. La figure 2 montre, de ce point de vue, le fonctionnement électrique du réseau ainsi constitué. Les tuyaux 4 et 5 se comportent électriquement comme des petites résistances réparties 14 à 17. Par contre, les radiateurs 2 et 3 se comportent comme des grosses résistances 18 et 20 respectivement. Le comportement du système est tel, qu'en pratique il existe une différence de potentiel suffisante sur les connexions 10 et 11 (au moins 2,5 volts) pour alimenter et commander le micro-contrôleur 8 et le moteur 9. De façon à améliorer encore le système, on a prévu deux perfectionnements importants qui peuvent être utilisés l'un sans l'autre mais qui seront de préférence utilisés tous les deux en même temps. D'une part, à l'endroit où est monté la vanne 6 sur extrémité 21 du radiateur 2, on monte un joint isolant électrique 22, ce joint isolant électrique est réalisé sous la forme d'une bague en caoutchouc ou en plastique. Des brides 28 de maintien de l'extrémité 21 du radiateur 23 et de l'extrémité du tuyau d'amenée d'eau chaude 4, ou du tronçon 27, sont par exemple reliées entre elles par un montage en fibres de carbone isolant électriquement. Dans ce cas, les résistances 18 et 20 ne sont plus des grosses résistances, elles deviennent des résistances très importantes: seul l'eau, ou le fluide (vapeur), qui circule dans le radiateur contribue à dissiper de l'énergie électrique. Dans ce cas, on a une isolation électrique entre le radiateur et au moins un des tuyaux d'amenée ou d'évacuation d'eau. De préférence le branchement du radiateur à l'autre tuyau est aussi muni d'un joint isolant électrique. Pour perfectionner l'invention, on prévoit par ailleurs, qu'au raccordement à la chaudière, les tuyaux 4 et 5 soient aussi isolés électriquement l'un de l'autre. D'autre part, on trouve plus utile de réaliser une pièce mono-bloc 24 comportant la vanne 6, le clapet 7, le moteur 9 de vanne, le micro-contrôleur 8, ainsi que des connexions électriques construites d'origine 25, 26. La connexion 25 est reliée électriquement au tronçon 27 électriquement conducteur de tuyau qui comporte la vanne 6. La connexion 26 est reliée électriquement à la bride 28, ou à une connexion 11 qui vient en contact du tuyau d'évacuation 5. Le tronçon 27 peut être relié au tuyau 4 par une bride 29 de ce tuyau 4. Cette liaison n'est pas munie d'un joint isolant électrique. L'avantage de réaliser l'ensemble 24 sous une forme mono-bloc se situe dans la mise en place aisée du dispositif de l'invention dans les installations existantes. Il suffit en effet de démonter des vannes 6 existantes, dont les positions des brides 28 et 29 sont déjà normalisées et de réaliser l'ensemble 24 avec un encombrement identique, ce qui simplifie fortement l'installation. La connexion électrique de la connexion 11 au tuyau 5 peut être faite par soudure ou par vissage d'un collier. La figure 3 montre l'allure des signaux disponibles sur les tuyaux 4 et 5. Sur le plan de l'alimentation électrique, le tuyau 4 peut être porté à une tension positive continue + V volts, alors que le tuyau 5 est porté à la masse ou à la terre. On a montré en tirets sur la figure 3 que la tension distribuée par la source d'énergie électrique 13 pouvait également être une tension alternative, avec une fréquence de préférence différente de celle du secteur. On peut, en utilisant le réseau des tuyaux 4 et 5, superposer à la tension d'alimentation des signaux électriques. Ces signaux électriques peuvent être organisés selon un protocole quelconque. Dans un exemple on a choisi le protocole suivant. Ce protocole consiste à faire envoyer par le circuit 12 des impulsions 30 tendant à faire baisser la tension sur le tuyau 4. La baisse de tension est minime, elle est de préférence d'environ 20% de la tension nominale + V. L'impulsion présente donc à une date tO un flanc décroissant 31 qui sert en même d'instant de synchronisation. La signification du bit, 1 ou 0, est matérialisé par la remontée 32 de l'impulsion située après ou avant une durée calibrée T après l'instant to. On choisit ainsi par convention que la remontée 32 après la durée T est significative d'un 1, alors qu'une remontée 33 avant la durée T est significative d'un 0. Le micro-contrôleur 8 qui est alimenté électriquement possède une horloge et est capable de mesurer et la durée T, et l'instant t d'apparition de la remontée. Le micro-contrôleur 8 sait donc reconnaître le bit. Le protocole utilisé est un protocole de type série, les trains de bits envoyés sur le réseau 1 comportent selon ce protocole, une adresse de départ relative à la centrale de commande 12, une adresse d'arrivée relative au micro-contrôleur 8 (ou à la vanne 6 ce qui revient au même), et une partie de données qui comportera les consignes de réglage de la vanne 6 par le micro-contrôleur 8. La liaison peut néanmoins être de type radioélectrique entre la centrale de commande 12 et les micro-contrôleurs 8 ou autres situés dans des pièces 34 ou 35 différentes de l'immeuble. REVENDICATIONS 1 - Réseau (1) de chauffage central comportant - des radiateurs (2,3) - des tuyaux d'amenée (4) et d'évacuation (5) d'eau chaude pour relier entre eux les radiateurs, et - des vannes d'alimentation (6,7) en fluide de chacun de ces radiateurs, ces vannes étant montées à la liaison entre les tuyaux et les radiateurs, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque radiateur, - un micro-contrôleur (8) , un moteur de vanne (9) relié au micro-contrôleur, des liaisons électriques (10,11) du micro-contrôleur aux tuyaux d'amenée et d'évacuation d'eau, - une centrale de commande (12) en liaison fonctionnelle avec le micro-contrôleur, et - une alimentation électrique (13) en liaison électrique avec les tuyaux d'amenée et d'évacuation d'eau. 2 - Réseau selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte au moins un joint électriquement isolant (22) placé entre un radiateur et un des tuyaux. 3 - Réseau selon la revendication 2, caractérisé en ce que - les liaisons électriques (10,11) du microcontrôleur aux tuyaux d'amenée et d'évacuation d'eau sont réalisées de part (27) et d'autre (28) du joint isolant et toutes les deux d'un même côté par rapport au radiateur. 4 - Réseau selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que - l'alimentation électrique (13) est une alimentation électrique continue. 5 - Réseau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que - la centrale de commande (12) est en liaison électrique avec les tuyaux d'amenée et d'évacuation d'eau. 6 - Réseau selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que - la centrale de commande est en liaison fonctionnelle radioélectrique avec le micro-contrôleur. 7 - Réseau selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que - le micro-contrôleur, la vanne commandée, le joint isolant électrique et les fils d'alimentation électrique du micro-contrôleur sont réalisés en une seule pièce (24) facilement montable à l'endroit d'un robinet existant sur une installation existante.