Brevet FR2793104A1 — publié le 20001103

PROCEDE DE PILOTAGE D'UN ELEMENT CHAUFFANT D'APPAREIL ELECTRIQUE DE CHAUFFAGE DE LIQUIDE L'invention se rapporte au domaine électroménager, plus précisément aux appareils électriques de chauffage de liquide comprenant un élément chauffant de type résistance électrique. L'invention est notamment destinée à des appareils tels des bouilloires ou des friteuses électriques, ou encore à des bouilleurs de cafetières électriques. L'invention vise en particulier un procédé de pilotage de l'alimentation d'une résistance électrique chauffante d'appareil de chauffage de liquide, une thermistance étant fixée à proximité de ladite résistance électrique, de façon que la valeur de résistance de la thermistance constitue une image de la température de la résistance électrique. Un appareil du type auquel s'applique idéalement l'invention a été précédemment décrit dans la demande de brevet français FR-99.03999. Les appareils électriques de chauffage de liquide, plus particulièrement les bouilloires, tels qu'ils sont conçus généralement à 1'heure actuelle, sont équipés de systèmes de sécurité mécaniques qui coupent l'alimentation électrique de l'élément chauffant au-delà d'un certain seuil de température dudit élément chauffant, et qui sont constitués par exemple de coupecircuit bi-métalliques, et de détecteurs thermiques de vapeur susceptibles d'interrompre le chauffage du liquide. Ces systèmes qui fonctionnent suivant un procédé de détection et de commande basé uniquement sur le dépassement d'un seuil de température ne donnent pas entière satisfaction, premièrement parce que l'inertie thermique des détecteurs ajoutée à celle de l'élément chauffant conduit à une coupure tardive de l'alimentation en cas de fonctionnement anormal, ce qui a pour conséquence, d'autant plus si l'élément chauffant fonctionne sous puissance élevée, d'augmenter les risques de détérioration prématurée de l'élément chauffant ; deuxièmement parce que le seuil de coupure est imposé par la nature des détecteurs, et n'est donc pas modifiable. Par exemple l'utilisation d'une bouilloire en altitude est rendue pénalisante puisque les détecteurs ne sont pas adaptés à une température d'ébullition plus faible que dans les conditions d'utilisation les plus courantes. L'invention a pour principal objet de réaliser une commande de l'alimentation de l'élément chauffant qui permette de garantir une coupure rapide de l'alimentation de l'élément chauffant en cas de conditions de fonctionnement anormales, à savoir un fonctionnement a vide, avec une quantité de liquide insuffisante, ou en cas d'inclinaison excessive de l'appareil qui provoque un fonctionnement à vide d'une partie de l'élément chauffant, ou encore en cas d'entartrage important de l'élément chauffant. Ce but est atteint par l'invention, qui dispose que le procédé de pilotage comporte une phase de test initial consistant à successivement : a) autoriser l'alimentation électrique de la résistance chauffante durant un premier intervalle de temps lors de la mise en marche de l'appareil, prise comme l'état initial ; b) couper l'alimentation durant un deuxième intervalle de temps ; c) contrôler la variation de température vue par la thermistance, entre l'état initial et ftât à la fin du deuxième intervalle ; d) interdire l'alimentation si cette variation de température dépasse une première valeur de seuil prédéterminée ; e) autoriser l'alimentation dans le cas contraire. Grâce à cette disposition, une montée en température trop rapide de l'élément chauffant est détectée et interprétée de façon à délivrer un signal de coupure, la détection étant effectuée au terme d'une phase de coupure, en utilisant l'inertie thermique de l'élément chauffant, donc sans risque de détériorer l'élément chauffant si la durée du premier intervalle de temps est choisie suffisamment faible. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : -la figure 1 est une vue en perspective d'un élément chauffant auquel peut s'appliquer l'invention ; -la figure 2 est un graphe représentant une séquence d'alimentation suivant le procédé objet de l'invention ; A la figure 1, on a représenté l'élément chauffant 1 d'une bouilloire électrique, constitué d'une résistance sérigraphiée 6 présentant au moins une piste résistive formée sur une plaque 7 électriquement isolante et bonne conductrice thermique. La plaque isolante 7 est solidaire d'un support métallique 8, de préférence en acier inoxydable, et constitue le fond du réservoir de la bouilloire, de façon que la plaque isolante 7 et le support 8 soient en contact thermique et que la piste résistive 6 soit électriquement isolée du support métallique 8. Une thermistance 10, par exemple une résistance à coefficient de température négatif appelée CTN , est fixée sur la plaque isolante 7 à proximité de la résistance électrique formée par la piste résistive 6 ; sa résistance varie en fonction des variations de température de la piste résistive 6 et de la plaque isolante 7 ; la valeur de sa résistance constitue ainsi une image de la température de la résistance électrique 6. Selon l'invention, l'alimentation électrique de la résistance chauffante 6 est pilotée suivant un procédé qui comporte une phase de test initial consistant à successivement : a) autoriser l'alimentation électrique de la résistance chauffante 6 durant un premier intervalle de temps T1 lors de la mise en marche de l'appareil, prise comme 1'état initial ti ; b) couper l'alimentation durant un deuxième intervalle de temps T2 ; c) contrôler la variation de température vue par la thermistance, entre l'état initial et l'état à la fin du deuxième intervalle tf ; d) interdire l'alimentation si cette variation de température dépasse une première valeur de seuil prédéterminée ; e) autoriser l'alimentation dans le cas contraire. La coupure du circuit d'alimentation de la résistance chauffante 6 est par exemple assurée par un interrupteur commandé par un microcontrôleur, qui élabore ses signaux de commande à partir de l'état ou des états successifs de la thermistance 10, et de valeurs de seuil préenregistrées. On comprend aisément qu'une élévation trop rapide de la température décelée par la thermistance 10 est significative soit d'un fonctionnement à vide partiel ou complet de l'élément chauffant 1, soit de son entartrage, une couche de tartre déposée sur l'élément chauffant 1 créant une isolation thermique relativement importante dudit élément chauffant. Un tel état est décelé de façon extrmement fiable et rapide après un temps de mise en chauffe T1 et un temps de coupure T2 très courts, ce qui préserve l'élément chauffant 1 de fonctionnements dans des conditions qui constituent 1'essentiel de ses causes d'usure prématurée. A titre d'exemple, le premier intervalle de temps d'alimentation T1 peut tre choisi d'une durée comprise entre 1,5 et 3 secondes, cette durée étant particulièrement adaptée à une piste sérigraphiée fonctionnant sous une puissance de 2 à 3 kilowatts. Le deuxième intervalle de temps T2 est lui, de préférence, d'une durée comprise entre 2,5 et 4 secondes. Suivant un premier mode de réalisation de l'invention, le procédé de pilotage de l'alimentation de la résistance chauffante 6 comporte à la suite de la phase de test, si l'alimentation est autorisée au terme du deuxième intervalle de temps T2, une phase de chauffage PC constituée d'une série d'intervalles de temps élémentaires PCi, durant laquelle la résistance chauffante 6 est alimentée, la température vue par la thermistance 10 étant observée en fin de chaque intervalle élémentaire PCi, de sorte que l'alimentation soit coupée dès que la température dépasse une valeur de consigne prédéterminée. Ce premier mode de réalisation a pour objet de réaliser un cycle de chauffe du liquide PC qui est interrompu à l'arrivée du liquide à une température définie par exemple par une consigne de l'utilisateur, inférieure à la température d'ébullition du liquide ; ou encore par un programme de chauffe correspondant à un mode particulier de cuisson, plusieurs cycles de chauffe successifs pouvant tre prévus. Alternativement, suivant un deuxième mode de réalisation, le procédé de pilotage comporte à la suite de la phase de test, si l'alimentation est autorisée au terme du deuxième intervalle de temps T2, une phase de chauffage PC constituée d'une série d'intervalles de temps élémentaires PCi, durant laquelle la résistance chauffante 6 est alimentée, la température vue par la thermistance 10 étant observée en fin de chaque intervalle élémentaire PCi, de sorte que 1'alimentation soit coupée dès que la variation de température sur un intervalle de temps élémentaire Pci est inférieure à une deuxième valeur de seuil prédéterminée. La condition de coupure d'alimentation est, dans ce dernier mode, déterminée par une inflexion de la courbe de température qui s'interprète comme l'approche d'un pallier sur cette courbe de température ; un tel pallier est significatif, dans le cas le plus commun, de l'ébullition du liquide, ou exceptionnellement, d'un dysfonctionnement de l'élément chauffant ou de son circuit d'alimentation. Ces deux cas peuvent tre discriminés de façon quasi-certaine par l'observation du niveau de température. Simultanément au signal de coupure d'alimentation de l'élément chauffant, un signal d'avertissement peut tre émis si l'évolution de la température décrit un pallier, alors que la température se situe au-dessous d'un niveau prédéterminé, par exemple de 90 C. On comprend que la condition de coupure ne dépend pas uniquement du niveau de température atteint, ce qui permet, dans le cas d'une bouilloire électrique, de rendre l'utilisation de l'appareil indifférente aux conditions extérieures de pression, qui sont, comme cela a déjà été mentionné pour les appareils actuels, pénalisantes dans le cas d'utilisations en altitude. Dans les deux modes de réalisation, l'intervalle de temps élémentaire Pci est avantageusement d'une durée de l'ordre de quelques secondes, plus précisément comprise entre 4 et 6 secondes. L'invention prévoit également que le procédé de pilotage comporte, à la suite de la phase de chauffage PC, une phase de régulation PR consistant à successivement : a) au terme d'une première période prédéterminée suivant l'instant de coupure d'alimentation en fin de phase de chauffage, observer la température vue par la thermistance 10 ; b) autoriser l'alimentation de la résistance électrique 6 pendant un intervalle de temps inférieur à une seconde période prédéterminée Pri et dépendant de la température observée ; cet intervalle de temps étant également dépendant d'une valeur de température de consigne préréglée ; c) observer de nouveau la température vue par la thermistance 10 ; d) répéter de façon cyclique les étapes successives b) et c) jusqu'à atteindre une consigne d'arrt. Il est intéressant, une fois que le liquide a été emmené à la température souhaitée par l'utilisateur, de chauffer de nouveau périodiquement le liquide pour son maintien à température, et ce jusqu'à une instruction d'arrt donnée par exemple par l'arrt pur et simple de l'appareil par l'utilisateur, ou par l'atteinte d'une limite de temps. Le liquide est ainsi maintenu à température moyennant une faible consommation d'énergie et sans surveillance particulière de l'appareil. Les cycles de chauffe de la phase de régulation se reproduisent avec une périodicité qui doit tre compatible avec les normes en vigueur de protection des réseaux électriques, c'est-à-dire que la seconde période Pri est choisie de l'ordre de 25 à 30 secondes pour une résistance fonctionnant sous une puissance de l'ordre de 2 kilowatts. L'invention permet aussi bien d'accroître la sécurité de fonctionnement des appareils électroménagers de chauffage de liquide, que de faciliter leur utilisation, par des dispositions qui peuvent tre mises en oeuvre de façon très économique, notamment par de la simple programmation de microcontrôleur. REVENDICATIONS 1. Procédé de pilotage de l'alimentation d'une résistance électrique chauffante (6) d'appareil de chauffage de liquide, une thermistance (10) étant fixée à proximité de ladite résistance électrique (6), de façon que la valeur de résistance de la thermistance (10) constitue une image de la température de la résistance électrique (6), caractérisé en ce qu'il comporte une phase de test initial consistant à successivement : a) autoriser l'alimentation électrique de la résistance chauffante (6) durant un premier intervalle de temps (T1) lors de la mise en marche de l'appareil, prise comme ftât initial (ti) ; b) couper l'alimentation durant un deuxième intervalle de temps (T2) ; c) contrôler la variation de température vue par la thermistance, entre l'état initial et ftât à la fin du deuxième intervalle (tf) ; d) interdire l'alimentation si cette variation de température dépasse une première valeur de seuil prédéterminée ; e) autoriser l'alimentation dans le cas contraire. 2. Procédé de pilotage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte à la suite de la phase de test, si l'alimentation est autorisée au terme du deuxième intervalle de temps (T2), une phase de chauffage (PC) constituée d'une série d'intervalles de temps élémentaires (Pci), durant laquelle la résistance chauffante (6) est alimentée, la température vue par la thermistance (10) étant observée en fin de chaque intervalle élémentaire (Pci), de sorte que l'alimentation soit coupée dès que la température dépasse une valeur de consigne prédéterminée. 3. Procédé de pilotage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte à la suite de la phase de test, si l'alimentation est autorisée au terme du deuxième intervalle de temps (T2), une phase de chauffage (PC) constituée d'une série d'intervalles de temps élémentaires (Pci), durant laquelle la résistance chauffante (6) est alimentée, la température vue par la thermistance (10) étant observée en fin de chaque intervalle élémentaire (Pci), de sorte que l'alimentation soit coupée dès que la variation de température sur un intervalle de temps élémentaire (Pci) est inférieure à une deuxième valeur de seuil prédéterminée. 4. Procédé de pilotage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte à la suite de la phase de chauffage, une phase de régulation consistant à successivement : a) au terme d'une première période prédéterminée suivant l'instant de coupure d'alimentation en fin de phase de chauffage, observer la température vue par la thermistance (10) ; b) autoriser l'alimentation de la résistance électrique (6) pendant un intervalle de temps inférieur à une seconde période prédéterminée (Pri) et dépendant de la température observée ; c) observer de nouveau la température vue par la thermistance (10) ; d) répéter de façon cyclique les étapes successives b) et c) jusqu'à atteindre une consigne d'arrt. 5. Procédé de pilotage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le premier intervalle de temps (T1) est d'une durée comprise entre 1,5 et 3 secondes. 6. Procédé de pilotage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le deuxième intervalle de temps (T2) est d'une durée comprise entre 2,5 et 4 secondes. 7. Procédé de pilotage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les intervalles de temps élémentaires (Pci) ont une durée constante comprise entre 4 et 6 secondes. 8. Appareil de chauffage de liquide comprenant une résistance chauffante sérigraphiée, dont l'alimentation est pilotée suivant le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Bouilloire électrique comprenant une résistance électrique chauffante dont l'alimentation est pilotée suivant le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.