Brevet FR2942654A1 — publié le 20100903

ELEMENT CHAUFFANT POUR LA PRODUCTION D'EAU CHAUDE EN CONTINU L'invention concerne un élément chauffant pour la production d'eau chaude en continu, ainsi qu'un dispositif de production d'eau chaude en continu comprenant un tel élément. On connaît un tel élément chauffant du type comportant une conduite de circulation d'eau, un dispositif électrique de chauffe disposé le long d'une portion centrale de chauffe de la conduite de circulation, et un capteur de température adapté à permettre la régulation de la température de l'eau en sortie de l'élément chauffant. Dans un tel élément chauffant, le capteur est disposé à la surface extérieure de la portion centrale de chauffe, à proximité du dispositif électrique de chauffe, et permet de réguler le débit de l'eau dans la conduite (et donc le temps de chauffe de l'eau) afin d'obtenir une température constante en sortie de la conduite. Cependant la température de l'eau en sortie est dépendante des tolérances liées aux dimensions géométriques de la portion de chauffe, à la pompe, au dispositif électrique de chauffe et à la tension d'alimentation. De ce fait, le capteur de température peut mesurer une température très différente d'un élément chauffant à l'autre, ce qui crée une dispersion dans les mesures de température en sortie de la conduite de circulation de plus ou moins 6°C par rapport à la valeur moyenne. L'invention vise à fournir un élément chauffant dont la plage de températures de l'eau chaude en sortie de la 30 conduite de circulation est plus fine. Selon l'invention, dans l'élément chauffant du type précité, le capteur est disposé en contact avec l'eau en circulation, dans la paroi délimitant la portion aval de sortie d'eau chaude de la conduite de circulation qui est en aval de la portion centrale de chauffe. De ce fait, d'une part la température mesurée est celle de l'eau (vu que le capteur est en contact avec celle-ci), et d'autre part, cette température mesurée tient compte des variations dans la transmission d'énergie à l'eau (vu que le capteur est en aval du dispositif électrique de chauffe). Ainsi, il est possible de réguler de façon beaucoup plus fine la température de l'eau en sortie de l'élément chauffant. D'autres particularités et avantages apparaitront dans la description de deux modes de réalisation de la présente invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins mis en annexe dans lesquels : - La figure 1 est une vue partielle d'un dispositif de production d'eau chaude comportant un élément chauffant conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention, - La figure 2 est une vue en perspective de l'élément chauffant du premier mode de réalisation, - La figure 3 est une vue en perspective éclatée de la zone de l'élément chauffant recevant le capteur de température, tirée de la figure 2, - La figure 4 est une vue similaire à la figure 2, correspondant à un second mode de réalisation, et - La figure 5 est une vue similaire à la figure 3 correspondant au second mode de réalisation. Un dispositif de production d'eau chaude 1 permettant la production d'eau chaude en continu, à la demande, comprend un réservoir d'eau froide (monté de façon amovible), un élément chauffant 2 permettant de produire de l'eau chaude à haute température (au moins 70°C, de préférence environ 100°C) à la demande, et une pompe permettant de faire circuler l'eau dans l'élément chauffant 2. Cet élément chauffant 2 comporte une conduite de circulation d'eau 3 qui est situé en aval de la pompe, et un dispositif électrique de chauffe 4 adapté à chauffer l'eau circulant dans la conduite 3. Dans le présent exemple, la conduite 3 est formée par une portion amont 5 d'entrée d'eau froide, une portion centrale 6 de chauffe et une portion aval 7 de sortie d'eau chaude. De façon plus précise, la portion amont 5 s'étend depuis la pompe jusqu'à la portion centrale 6, et la portion aval 7 s'étend depuis la portion centrale 6 jusqu'à l'orifice de sortie d'eau 8 du dispositif de production d'eau chaude 1. La portion centrale 6 est quant à elle définie comme étant la portion le long de laquelle s'étend le dispositif électrique de chauffe 4 qui, ici, est formé par une piste résistive sérigraphiée à la surface externe de cette portion 6. Comme illustré à la figure 1, l'élément chauffant 2 comprend une chaudière 9 et une buse de distribution d'eau chaude 10. La chaudière 9 est disposée dans le boitier du dispositif de production d'eau chaude 1 et elle comporte la portion amont 5, la portion centrale 6 et le dispositif électrique de chauffe 4. La buse de distribution 10, quant à elle, est formée par la portion aval 7 et permet de distribuer l'eau chaude dans un récipient 18 tel qu'une tasse. La portion centrale 6 est de géométrie annulaire. Ainsi, elle est délimitée radialement par deux tubes (ici, coaxiaux), l'eau ayant un flux général qui est parallèle à l'axe des deux tubes. Le tube externe 11 qui est métallique, porte à sa surface externe le dispositif électrique de chauffe 4. De plus, afin d'augmenter la longueur du trajet de l'eau dans cette portion 6, le circuit de l'eau entre les deux tubes est un circuit hélicoïdal autour de l'axe de ces derniers. Ainsi, le pas de progression est axial et il est défini par une paroi interne radiale elle-même hélicoïdale. Dans le présent exemple, la paroi interne hélicoïdale en matière plastique est portée par le tube interne qui est également en matière plastique. La très faible inertie du tube métallique externe 11 ainsi que de la structure plastique permettent d'obtenir une chauffe très rapide de la portion centrale 6 et de l'eau. De plus, le dispositif de production d'eau chaude (plus précisément, l'élément chauffant) comporte un capteur de température qui est adapté à permettre la régulation de la température de l'eau en sortie de l'élément chauffant (dans le présent exemple, il y a deux capteurs de température). Ici, chaque capteur de température 13, 14 est à coefficient de température négatif (capteur de type CTN). En outre, le dispositif de production d'eau chaude 1 comprend un module de régulation (module électronique). Dans le présent exemple, le module de régulation permet de faire varier le débit de la pompe en fonction de la température mesurée par les capteurs 13, 14 (la puissance du dispositif électrique de chauffe 4 restant constante). Comme illustré à la figure 2, un premier capteur 13 est fixé (ici, soudé) à la surface de la portion centrale 6 portant l'élément électrique de chauffe (ici, la surface externe du tube externe 11). Ce premier capteur 13, adjacent à l'élément électrique de chauffe 4, est connecté au module de régulation de façon à permettre la régulation principale de la température de l'eau : la vitesse de pompage varie en fonction de la température mesurée par le premier capteur 13 afin d'obtenir une température constante en sortie de l'élément chauffant 2. En outre, conformément à la présente invention, un second capteur 14 est disposé dans une paroi délimitant la portion aval 7 de façon à être en contact avec l'eau. En l'occurrence, le second capteur 14 est disposé à proximité de l'extrémité amont de la portion aval 7. Plus précisément, ce capteur 14 comprend une plaquette 16 en un matériau thermiquement conducteur (ici, en céramique) et un élément 17 à coefficient de température négatif fixé à la plaquette 16. Dans le premier mode de réalisation, la plaquette 16 est fixée de façon étanche à un demi-cylindre 15 et, forme avec celle-ci, la paroi de la portion aval 7 (cf. figure 3). Dans le second mode de réalisation, la plaquette 16 est fixée de façon étanche au niveau d'un coude 20 (ici, l'angle du coude 20 est de 90° et la plaquette 16 est fixée de façon à former la bissectrice extérieure de ce coude 20). Du fait que l'eau chauffée soit directement en contact avec la plaquette 16 qui supporte l'élément CTN 17, les échanges thermiques sont meilleurs et permettent d'avoir une température plus précise et un temps de réponse plus court. En outre, du fait que le second capteur 14 est disposé de façon affleurante avec cette paroi (la plaquette 16 forme la surface interne de la paroi), la mesure de la température n'est pas perturbée ni par la dynamique de l'eau en mouvement, ni par la présence de bulles de vapeur contrairement à ce qui arriverait s'il était fixé de façon plongeante dans le flux. En outre, la disposition du second capteur 14 au niveau d'un coude (plus précisément, à la bissectrice extérieure du coude) dans le second mode de réalisation permet d'avoir des mesures de température encore meilleures. Le second capteur 14 est connecté au module de régulation de façon à permettre la correction de la mesure prise par le premier capteur 13. Il permet ainsi de mesurer la dispersion des éléments tels que la pompe, la portion de chauffe 6, l'élément électrique de chauffe 4 et la tension d'alimentation et de corriger l'erreur qui en découle. Il permet ainsi une régulation fine de la température d'eau en sortie du dispositif de chauffe 1. L'invention n'est pas limitée au présent mode de réalisation. Il serait ainsi possible que le second capteur 14 soit disposé ailleurs dans la portion aval, notamment à l'orifice de sortie d'eau 8 de la buse de distribution 10. Dans ce cas, le second capteur 14 permet également de prendre en compte les variations de température dues au déplacement de l'eau le long de la portion aval 7, ainsi que celles liées au matériau du récipient 18 recevant l'eau. En outre, dans le cas où la buse est démontable afin de faciliter son nettoyage, le capteur peut être sans fil, ou bien être positionné en haut de la buse et comprendre une pièce conductrice de chaleur venant en contact avec l'eau. Il serait également possible que le second capteur 14 (celui disposé dans la portion aval) soit utilisé seul pour réguler directement la température de l'eau, le premier capteur 13 (celui disposé dans la portion de chauffe) étant alors utilisé comme dispositif de sécurité en cas de surchauffe du dispositif électrique de chauffe 4. Il serait également possible que la plaquette 16 du second capteur 14 soit réalisée en un matériau thermiquement conducteur autre qu'une céramique, par exemple en métal. Revendications1. Elément chauffant (2) pour la production d'eau chaude en continu, comportant un dispositif électrique de chauffe (4), une conduite (3) de circulation d'eau avec une portion centrale (6) le long de laquelle est disposé le dispositif électrique de chauffe (4) et une portion aval (7) de sortie d'eau chaude, et un capteur de température (14) adapté à permettre la régulation de la température de l'eau en sortie de l'élément chauffant (2), caractérisé en ce que le capteur (14) est disposé dans une paroi délimitant la portion aval (7) de façon à être en contact avec l'eau en circulation. 2. Elément chauffant (2) selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce que le capteur (14) est disposé de façon affleurante avec la paroi qui le porte. 3. Elément chauffant (2) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur (14) est à coefficient de température négatif. 20 4. Elément chauffant (2) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le capteur (14) comprend une plaquette (16), réalisée en un matériau thermiquement conducteur, faisant partie de la paroi délimitant la portion aval (7). 25 5. Elément chauffant (2) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif électrique de chauffe (4) est formé par une piste résistive sérigraphiée à la surface externe de la portion centrale (6). 30 6. Elément chauffant (2) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la portioncentrale (6) est de géométrie annulaire délimitée par deux tubes. 7. Elément chauffant selon la revendication 5, caractérisé en ce que le tube externe (11) porte le 5 dispositif électrique de chauffe (4). 8. Elément chauffant (2) selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le circuit de l'eau dans l'espace annulaire est un circuit hélicoïdal défini par une paroi radiale interne hélicoïdale. 10 9. Elément chauffant (2) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la paroi interne radiale hélicoïdale est portée par le tube interne. 10. Elément chauffant (2) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend, 15 d'une part, une chaudière (9) qui comporte la portion centrale (6) et le dispositif électrique de chauffe (4), et, d'autre part, une buse de distribution d'eau chaude (10) qui est adaptée à délivrer de l'eau chaude dans un récipient (18) et est formée par la portion aval (7). 20 11. Elément chauffant (2) selon la revendication 10, caractérisé en ce que le capteur (14) est disposé à l'orifice de sortie d'eau (8) de la buse de distribution (10). 12 . Elément chauffant (2) selon l'une des 25 revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le capteur (14) est disposé au niveau d'un coude (20) que forme la portion aval (7). 13. Elément chauffant (2) selon la revendication 12, caractérisé en ce que le capteur (14) est disposé de façon 30 à former la bissectrice extérieure du coude (20). 14. Elément chauffant (2) selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend uncapteur de température de chauffe (13) fixé à la surface externe de la portion centrale (6) portant l'élément électrique de chauffe (4). 15. Dispositif de production d'eau chaude (1) comprenant un élément chauffant (2) selon l'une des revendications 1 à 14, une pompe permettant la circulation de l'eau dans l'élément chauffant (2), et un module de régulation permettant de faire varier le débit de la pompe en fonction de la température mesurée. 16. Dispositif de production d'eau chaude (1) selon la revendication 15 dépendante de la revendication 14, caractérisé en ce que le module de régulation permet de réguler le débit d'eau en fonction de la température mesurée par le capteur (13) disposé à la portion centrale (6), le capteur (14) disposé dans la portion aval (7) corrigeant la mesure prise par le capteur (13) disposé à la portion centrale (6).