Brevet FR2810392A1 — publié le 20011221

L'invention concerne un dispositif d'antigrippage pour une pompe d'installation de chauffage. Dans le cadre de l'invention, le terme "pompe" doit être compris dans son sens le plus général. II s'agit d'un organe entraîné par un moteur électrique et entraînant lui-même un fluide, habituellement de l'eau chaude. Dans installations de chauffage, une pompe est parfois aussi appelée "circulateur". De même, le terme "installation de chauffage" doit être aussi compris dans un sens général : chaudière domestique dite "de chauffage central" chaudière mixte (permettant également la production d'eau chaude), chaufferie etc. Pour fixer les idées, et sans limiter en quoi que ce soit la portée l'invention, on se placera, ci-après, dans le cas de l'application préférée de l'invention, à savoir une chaudière à eau chaude, à usage domestique, munie d'un organe que l'on appellera "pompe". Dans l'art connu, les chaudières destinées au chauffage central à eau chaude comportent une pompe qui fait circuler l'eau en circuit fermé, via des conduites, dans des radiateurs ou dispositifs équivalents : plancher chauffant, etc. La pompe est alimentée en énergie électrique. Habituellement, elle fonctionne en permanence, sauf panne du secteur ou de la source d'énergie électrique. Pour le moins, elle est en fonctionnement pendant la majeure partie de la saison de chauffe. Par contre, en dehors de cette période, c'est-à-dire pendant une période que l'on appellera arbitrairement estivale, la pompe est stoppée pour ne pas dépenser inutilement de l'énergie électrique. Durant cet arrêt prolongé, on constate parfois l'apparition d'un phénomène parasite connu sous le nom de "gommage" de la pompe. En effet il n'est pas usuel de purger le circuit fermé d'alimentation en eau précité et le rotor de la pompe, restant immergé dans l'eau, a tendance à se gripper. L'usager peut naturellement, de son propre chef, remettre de temps temps la pompe en fonction, pour un court instant, en actionnant un commutateur de commande de pompe, par exemple un commutateur dit "été/hiver", dont est généralement muni ce type d'installation. Cependant cette opération est ressentie comme une contrainte, du fait d'une périodicité à respecter. En outre, elle exige la présence physique d'un operateur, ce qui n'est pas toujours possible. Aussi, le besoin s'est fait sentir d'automatiser cette opération pour éviter pour casser la formation de dépôts qui sont à l'origine du grippage. Les chaudières récemment mises dans le commerce offrent diverses fonctions évoluées, pilotées par des circuits électroniques, voire des circuits numériques de traitement de l'information (microprocesseur microcontrôleur), programme enregistré dans des mémoires. Ces fonctions visent notamment à l'obtention d'une meilleure régulation du chauffage. Les circuits électroniques sont implantés sur des cartes de circuit imprimé ou dans des modules de commande. Ils nécessitent généralement un ou plusieurs circuit(s) d'horloge ou bases de temps. II est donc tout à fait aisé d'en dériver des signaux de commande et de prévoir des circuits alimentés par ces signaux, ce de façon à ajouter une fonction minuterie utilisée pour la commande du commutateur de pompe précité ou de l'organe qui en fait fonction. Cette minuterie met en marche périodiquement la pompe pendant la période estivale, ce qui permet d'éviter le gommage précité. La disposition de l'art connu qui vient d'être rappelée remplie donc bien la fonction qui lui est assignée. Cependant, celle-ci n'est mise en oeuvre que sur chaudières récentes ou ne peut être mise en oeuvre que sur des chaudières cours de fabrication, comportant des circuits électroniques de commande. Or, il existe un parc très important de chaudières, de conception plus ancienne, mais qui fonctionnent de façon satisfaisante et sont appelées, pour la plupart à fonctionner encore pendant plusieurs années. Leur remplacement est donc pas envisagé par leur utilisateur. II ne peut pas être non plus envisagé, dans la majorité des cas, ne serait ce que point de vue économique, d'incorporer un dispositif électronique de régulation complexe, similaire à celui implanté sur les chaudières mises récemment sur le marché. Cette modification de la chaudière imposerait en effet une intervention lourde et onéreuse, en sus du coût du dispositif proprement dit. Le problème dit de "gommage" de la pompe reste donc entier pour le parc ancien de chaudières ou installations de chauffage à chaude. L'invention vise à remplir ce besoin qui se fait sentir, tout palliant les inconvénients des dispositifs de l'art connu, et dont certains viennent d'être rappelés. L'invention se fixe pour but un dispositif d'antigrippage de pompe d'installation de chauffage, pouvant notamment être monté a posteriori sur une installation existante, car compatible avec les installations anciennes, de structure simple, de montage aisé et peu onéreux. Pour ce faire, selon une caractéristique importante, le dispositif se présente sous la forme d'un circuit électronique comprenant trois sous- ensembles principaux : une alimentation électrique, une base de temps ou minuterie et un commutateur cornmandable. Le commutateur commandable est disposé en parallèle sur un commutateur de commande de la pompe préexistant, par exemple un commutateur dit "été-hiver". Lorsque la minuterie délivre un signal de commande, le commutateur commandable se substitue au commutateur de commande de la pompe et permet son alimentation en énergie électrique. Dans un mode de réalisation préférée, le commutateur commandable est constitué par un relais électromagnétique à contacts galvaniques Dans un mode de réalisation préférée encore, l'alimentation en énergie électrique est dérivée simplement de la source d'alimentation électrique de la pompe, habillement le secteur alternatif. Toujours dans un mode de réalisation préféré, les composants électroniques et/ou électriques des trois sous-ensembles précités sont implantés sur une carte à circuit imprimé contenu dans un boîtier, avantageusement étanche, ou forment un module compact, exemple en les coulant dans une résine dite de "poteillage". L'ensemble destiné à être assujetti à un des composants de la chaudière, par exemple une conduite d'eau chaude, ou sur le châssis de celle-ci, par vissage ou par tout autre moyen standard, voire être simplement posé. Les seuls organes extérieurs à cet ensemble sont constitués par des fils électriques destinés à etre raccordés aux bornes du commutateur de commande de la pompe, et, le echéant, des fils d'alimentation de l'alimentation électrique, destinés à etre raccordés à la source d'alimentation électrique de la pompe, et des moyens fixation optionnels. L'invention a donc pour objet principal un dispositif d'antigrippage pour une pompe d'installation de chauffage, la dite pompe etant alimentée par une source d'énergie électrique via au moins un commutateur de commande de pompe pouvant prendre deux états, un premier ouvert arrêtant le fonctionnement de ladite pompe et un second fermé la mettant en fonctionnement, caractérisé en ce qu'il comprend des circuits de génération d'un signal de commande périodique à rapport cyclique déterminé, des circuits d'alimentation en énergie électrique de ces circuits et des circuits de commutation commandables par ledit signal de commande périodique, et en ce qu'il comprend moyens de liaison électrique destinée à connecter lesdits moyens de commutation commandables en parallèle ledit commutateur à deux états, manière à alimenter en énergie électrique ladite pompe indépendamment dudit état pris par celui-ci et à la mettre en fonctionnement selon ledit rapport cyclique dudit signal de commande périodique. L'invention va maintenant être décrite de façon plus détaillée en se référant aux dessins annexés, parmi lesquels - figure 1 est un organigramme fonctionnel illustrant schématiquement un exemple de réalisation d'un dispositif d'antigrippage de pompe de chaudière selon l'invention ; - figure 2 est un bloc diagramme d'un exemple pratique de dispositif d'antigrippage de pompe de chaudière selon un mode de réalisation préféré de l'invention; - figure 3 illustre schématiquement le dispositif d'antigrippage de pompe de chaudière de la figure 2, en vue de côté et en coupe ; et - figure 4 est un chronogramme d'un signal de commande utilisé dans dispositif des figures 2 et 3. Dans ce qui suit, sans en limiter en quoi que ce soit la portée, on se placera ci-après dans le cadre de l'application préférée de l'invention, sauf mention contraire, c'est-à-dire dans le cas d'une chaudière domestique de chauffage central à eau chaude comportant une pompe électrique alimentée par le secteur. La figure 1 est un organigramme fonctionnel illustrant schematiquement un exemple de dispositif d'antigrippage 1 de pompe de chaudière P selon l'invention. La pompe P est alimentée à partir du secteur alternatif, par exemple du 220 V monophasé. Dans l'exemple décrit sur la figure 1, il est disposé sur le conducteur de phase, en cascade, un commutateur général K,, ou un disjoncteur, et un commutateur de commande de pompe K2. Ce dernier coupe l'alimentation en énergie électrique de la pompe P lorsque le chauffage est mis hors service, par exemple pendant la période que l'on a appelé estivale. Selon une caractéristique importante de l'invention, on alimente la pompe P, indépendamment de l'état, ouvert ou fermé, de l'interrupteur K2, à l'aide du dispositif d'antigrippage 1. Celui-ci comprend trois sous-ensembles principaux : une alimentation électrique autonome 10, une base de temps que l'on appellera arbitrairement "minuterie" 11 et des circuits de commutation 12 activés périodiquement par un signal de commande VS généré par la minuterie 11. L'alimentation en énergie électrique, dans un mode de réalisation préféré peut être dérivée simplement du secteur ou, plus généralement, de la source d'énergie électrique alimentant la pompe P. II suffit que le circuit d'alimentation génère en sortie une ou plusieurs tensions appropriées distribuées aux circuits 11 et 12. II peut s'agir simplement d'un assemblage à base de diode(s) de redressement, éventuellement de diode(s) Zener, pour obtenir une ou des références de tension, et de résistances, chargeant un ou plusieurs condensateur(s). La valeur de la capacité du ou des condensateur(s) doit être déterminée pour emmagasiner suffisamment d'énergie pour alimenter les circuits 11 et 12. En tant que de besoin, on peut également prévoir des circuits intégrés régulateurs de tension. On peut également prévoir un transformateur abaisseur de tension par exemple pour des raisons de sécurité, de manière à obtenir une isolation galvanique. De tels circuits d'alimentation sont bien connus de l'Homme de Métier il est inutile de les décrire plus avant. De façon usuelle, avec les technologies disponibles sur marché, les circuits électroniques consomment peu d'énergie électrique (état de veille). En outre, il est seulement utile que la pompe tourne quelques secondes par périodes de 24 heures, c'est-à-dire chaque jour, ou quelques minutes par semaine, comme il le sera précisé ci-après. Le supplément d'énergie électrique pour assurer la fonction d'antigrippage de pompe est donc tout à fait négligeable, même cumulé sur toute la période estivale. Puisque les circuits utilisés sont peu gourmands en énergie électrique, il est aussi possible de remplacer les circuits d'alimentation 10 des piles ou des batteries rechargeables. Les circuits de base de temps constituant la minuterie 11 doivent fournir, de façon cyclique, de courtes impulsions VS pour la commande des circuits de commutation 12. A titre d'exemple non limitatif, la figure 4 est un chronogramme illustrant un exemple de signal de commande utilisable dans le cadre de l'invention. II s'agit, dans l'exemple de la figure 4, d'impulsions binaires de durée 2 secondes, générées toutes les 24 H. De façon arbitraire, l'état de repos est noté "0" logique, et l'état actif "1" logique. On constate que le rapport cyclique entre les états de repos et actif est très inférieur à l'unité, mais cette valeur est suffisante pour atteindre le but que se fixe l'invention. Le circuit de base de temps peut être constitué simplement à partir de circuits intégrés disponibles du commerce. La sortance du circuit 11 doit seulement être suffisante pour pouvoir commander la commutation, pendant les impulsions de durée 2 secondes (dans l'exemple décrit). Si le circuit intégré de base de temps ne peut fournir une énergie de commande suffisante (signal VS), comme il est bien connu, un circuit d'amplification ou d'interface approprié peut être interposé entre le circuit de base de temps proprement dit et les circuits de commutation 12. Enfin, aucune précision temporelle particulière n'est requise. En d'autres termes, des dérives éventuelles dans le temps des signaux de commande VS n'ont pas d'influence sur le résultat obtenu, ou pour le moins une influence négligeable. Dans un mode de réalisation préféré encore, les circuits de commutation 12 peuvent être simplement réalisés à base d'un relais électromagnétique (non représenté) actionnant un interrupteur monopolaire 120. On peut cependant remplacer le relais électromagnetique à contacts galvaniques par un commutateur électronique à base de semi-conducteurs, du type thyristor ou triac, compatibles avec les courants et tensions relativement élevés commutés. Dans le mode de réalisation illustré par la figure 1, le dispositif d'antigrippage est simplement disposé en parallèle sur commutateur de commande de pompe K2. Pour ce faire, on prévoit deux fils conducteurs, 121 et 122,à connecter sur les extrémités commutateur K2. De même, les circuits d'alimentation 10 sont branchés entre les conducteurs d'amenée de phase et de neutre, à l'aide également de deux fils conducteurs, 100 et 101, de préférence en amont du commutateur général ou du disjoncteur K,. Cette disposition permet de mettre hors service le dispositif 1 également à l'aide ce commutateur général K,, par exemple en cas de détection de court-circuit dans l'installation ou de tout autre dysfonctionnement, ou encore pour effectuer des opérations de maintenance hors tension. Du fait de la présence du dispositif 1 selon l'invention, la pompe P est mise en fonction périodiquement, par exemple deux seconde toutes les 24 heures (figure 4). On doit bien comprendre qu'aucun synchronisme avec une horloge ou une base de temps extérieure n'est requise (1e fonctionnement est entièrement asynchrone) et que le dispositif 1 peut fonctionner en permanence. En effet, même en période de chauffe, lorsque le commutateur K2 est fermé et que la pompe P fonctionne, le fait que le commutateur 120 se ferme lui aussi ne produira aucun effet particulier, puisque les deux commutateurs sont disposés en parallèle. Un exemple de réalisation pratique de dispositif d'antigrippage de pompe selon un mode de réalisation préféré de l'invention va maintenant être décrit en regards des figures 2, en vue de dessus, et 3, en vue de côté et en coupe. Ce dispositif est désormais référencé 1'. Les éléments communs aux figures précédentes portent les mêmes références et ne seront re-decrits qu'en tant que de besoin. La différence essentielle avec celui décrit en regard de la figure 1 tient au fait qu'il permet de commuter la phase et le neutre. Les composants formant les trois sous-ensembles précités alimentation 10, minuterie 11 et circuits de commutation 12' sont montés avantageusement sur une plaquette de circuit imprimé 13, elle-même disposée dans un boîtier 3, par exemple en matériau plastique. Dans mode de réalisation préféré, ce dernier est ouvert et la plaque de circuit imprimée 13 est assujettie sur le fond. L'ensemble est noyé dans une résine dite de "poteillage" ou tout autre matériau synthétique approprié. Cette disposition permet d'obtenir une bonne isolation électrique et une bonne étanchéité. Les circuits de commutation, référencés, 12', sont constitués simplement d'un relais électromagnétique RL comandant une paire de contacts 120a et 120b, coupant les fils d'amenée de phase et de neutre, 104 et 105 respectivement. Ces derniers peuvent être constitues par des pistes de circuits imprimés de la plaquette 13. Les circuits d'alimentation 10 sont placées en parallèles entre ces deux pistes, 104 et 105, de manière à recevoir la tension d'alimentation de la pompe P. Les seuls composants électriques externes au boîtier 3 sont constitués par des fils d'entrée, 103 et 102, et de sortie, 121 et 122, pour la phase et le neutre. On prévoit également des organes de connexion pour raccordement aux circuits électriques préexistants, par exemple des cosses dites "fast", 106 et 107, en entrée, et 123 et 124, en sortie. Comme précédemment, le dispositif 1' est disposé en parallèle sur le commutateur KZ (circuit en pointillés). Dans une variante non représentée, ce dernier pourrait également être de type bipolaire et couper la phase et le neutre. On prévoit avantageusement des organes mécaniques fixation 4 du boîtier 3 sur un des composants de la chaudière (non représentée), par exemple sur un des tuyaux de chauffage ou un montant 5, comme illustré sur la figure 3, ou (dans une variante de réalisation non représentée) directement sur un panneau du châssis de cette dernière, par exemple par vissage. Cet organe 4, dans l'exemple de la figure 3, est constitué par un collier 40 enroulable le tuyau 5 et muni de moyen de serrage, par exemple à vis 41. De tels organes sont bien connus en soi et disponibles du commerce. Selon un autre mode de réalisation (non représenté), on peut prévoir une pièce d'adhésif double face, dont l'une est collée sur une des parois du boîtier 3, par exemple sur la face inférieure, et l'autre sur un panneau du chassis de chaudière, avantageusement une face intérieure de ce panneau. A titre d'exemple non limitatif, et pour fixer les idées, on va maintenant décrire les principales caractéristiques d'un exemple de réalisation pratique. Les circuits constituant la minuterie 11 sont réalisés à base d'un circuit intégré du type MC14060BD, distribué par la société MOTOROLA. Le paramétrage des signaux d'horloges générés par ce circuit est obtenu classiquement par un circuit de constante de temps "RC". Les caractéristiques détaillées, et le mode de connexion et d'alimentation en énergie de ce circuit intégré sont définis par le constructeur. II est inutile de les préciser plus avant. Les circuits d'alimentation 10 génèrent une tension continue de 12V. Ils sont constitués à base d'un simple pont de diodes, alimenté par le secteur au travers d'un condensateur et d'une résistance et chargeant un condensateur de valeur de capacitance élevée, dans l'exemple un condensateur électrolytique de 4,F. On prévoit une diode Zener aux bornes de ce condensateur, par exemple de type SML4742, distribuée par la société GENERAL SEMICONDUCTORS, de manière à définir une tension de sortie continue de 12 V, distribuée circuits 11 12'. Les circuits de commutation 12' comprennent un relais électromagnétique étanche dont les caractéristiques principales sont les suivantes : deux contacts de travail, bobine de 400 S2, tension de fonctionnement 12 V. Toujours dans l'exemple de réalisation pratique décrit le relais n'est pas commandé directement par le circuit intégré précité. Celui-ci délivre un signal de commande impulsionnel à un circuit intermédiaire formant commutateur électronique. Celui-ci est constitué par un transistor de type NMOS, par exemple du type BSS123 SOT-23, le relais étant monté en serie dans le circuit collecteur. L'ensemble est alimenté par la tension de 12 V générée par les circuits 10. On prévoit aussi un fusible dans le circuit d'alimentation secteur pour protéger les circuits en amont. A la lecture de ce qui précède, on constate aisément l'invention atteint bien les buts qu'elle s'est fixés. Le dispositif d'antigrippage, dans ses différentes variantes de réalisation, permet d'obtenir le résultat souhaité pour un prix modique, les composants mis en oeuvre étant bon marché et couramment disponibles sur le marché. Le montage du dispositif sur une installation existante aisé et reste à la portée d'un non-spécialiste. II ne nécessite aucune maintenance ni réglage particulier. Le cycle des signaux de commande peut être en effet ajusté une fois pour toutes en usine. Dans une variante de réalisation non représentée, on peut également prévoir un organe de réglage des circuits de base temps 11, de manière à ajuster la durée et le rapport cyclique des signaux de commande, à des valeurs prédéfinies (par exemple à l'aide d'un commutateur multipositions), par exemple en fonction du type de pompe utilisé, ou de façon libre ' l'initiative de l'opérateur (par exemple à l'aide d'un potentiomètre à variation continue). II peut être laissé en fonctionnent permanent que la pompe soit en fonctionnement (période de chauffe) ou arrêtée (période estivale). Le dispositif peut également être monté en fabrication, sur des installations neuves, par exemple bas de gamme, démunies de circuits électroniques de commande et de regulation. II doit être clair cependant que l'invention n'est pas limitee aux seuls exemples de réalisations explicitement décrits, notamment en relation avec les figures 1 à 4. En particulier, les valeurs numériques n'ont été données que pour mieux préciser les caractéristiques principales de l'invention. Egalement, les composants électroniques et électriques, et les matériaux utilisables dans le cadre de l'invention constituent, en soi, un choix technologique @ la portée de l'Homme de Métier et sont tributaires de l'application précise envisagée. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'antigrippage pour une pompe d'installation de chauffage, la dite pompe étant alimentée par une source d'énergie électrique via au moins un commutateur de commande de pompe pouvant prendre deux états, un premier dit ouvert arrêtant le fonctionnement de ladite pompe et un second dit fermé la mettant en fonctionnement, caractérisé en ce qu'il comprend des circuits (11) de génération d'un signal de commande périodique (Vs) à rapport cyclique déterminé, des circuits d'alimentation en énergie électrique (10) de ces circuits (11) et des circuits de commutation (12, 120) commandables par ledit signal de commande périodique (VS), et en ce qu'il comprend des moyens de liaison électrique (120, 122) destinée à connecter lesdits moyens de commutation commandables (12) en parallèle sur ledit commutateur de pompe (K2), de manière à alimenter en energie électrique ladite pompe (P) indépendamment dudit état pris par celui ' et à la mettre en fonctionnement selon ledit rapport cyclique dudit signal de commande périodique (Vs). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce lesdits circuits d'alimentation (10) sont connectés à ladite source d'énergie électrique d'alimentation de pompe de manière à produire, à partir de celle-ci, de l'énergie électrique d'alimentation desdits circuits de génération (11) dudit signal de commande périodique (VS) et desdits circuits de commutation commandables (12, 120). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de commutation commandables (12) en parallèle sur ledit commutateur à deux états comprennent un relais électromagnétique (RL) muni d'au moins un contact galvanique (120, 120a, 120b) actionné sous la commande dudit signal de commande séquentiel (Vs). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite source d'alimentation de ladite pompe (P) étant une source de tension alternative monophasée, comportant une phase et un neutre, ledit relais électromagnétique (RL) est muni de deux contacts galvaniques (1 , 120b), un premier contact (120b) coupant ladite phase et un second (120a) coupant ledit neutre. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits circuits de génération (11) d'un signal de commande périodique à rapport cyclique déterminé sont constitués par une base de temps en circuit intégre générant un signal binaire (VS) prenant un premier état ("0") dit de repos commandant la coupure desdits circuits de commutation (12, 12') et un second etat ("1 ") dit de travail commandant la fermeture desdits circuits de commutation (12, 12') et l'alimentation en énergie électrique de ladite pompe (P), indépendamment de l'état dudit commutateur de commande de pompe (K2), et en que ledit rapport cyclique entre lesdits second et premier états est très inférieur à l'unité. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit premier état a une durée de 2 secondes pour un cycle de 24 heures. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits circuits (10, 11, 12-12') sont implantés sur une plaquette de circuit imprimé (13) et disposés dans un boîtier (3, et en ce qu'il est prévu des fils de liaison électrique (102, 103, 123, 124) sont munis de moyens de connexion (106, 107, 108, 109), de manière à brancher lesdits circuits d'alimentation (10) sur ladite source d'alimentation de pompe et/ou à brancher lesdits circuits de commutation (12-12') en parallèle sur ledit commutateur de commande de pompe (K2). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de connexion sont constitués par des cosses (106, 107, 108, 109) formant des attaches rapides amovibles. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en que lesdits circuits (10, 1 , 12-12') et ladite une plaquette de circuit imprimé (13) sont noyés dans matériau plastique (30) remplissant l'intérieur dudit boîtier (3). 10. Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que ledit boîtier (3) est muni de moyens de fixation (4, 41 sur une pièce (5) constitutive de ladite installation de chauffage, de manière à pouvoir réaliser un montage a posteriori dudit dispositif.