INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Selon un mode de réalisation : dans le premier mode, le modèle est déterminé par l'équation suivante : [Math 21] où P est la puissance transférable, V1 est une tension au borne de l'un des deux ponts, x est le premier paramètre, fsw est la fréquence de répétition, L est une valeur d'une inductance de fuite du convertisseur, et m est un rapport entre un rapport des tensions aux bornes des deux ponts et un rapport de transformation du transformateur ; et dans le deuxième mode, le modèle est déterminé par l'équation suivante : [Math 22] .
Un mode de réalisation prévoit un dispositif configuré pour mettre en œuvre le procédé ci-dessus.
Un mode de réalisation prévoit un convertisseur comprenant le dispositif ci-dessus.
la représente, de manière schématique, un exemple de convertisseur à découpage d'un type auquel s'appliquent les modes de réalisation décrits ;
la représente, de manière schématique et sous forme de blocs, un exemple de procédé de commande du convertisseur de la ;
la représente, de manière schématique et sous forme de chronogrammes, un exemple de séquence de commutations de pont en H utilisée dans des modes de réalisation de procédés de commande de convertisseur ;
la représente, de manière schématique et sous forme de chronogrammes, un exemple d'une autre séquence de commutations de pont en H utilisée dans des modes de réalisation de procédés de commande de convertisseur ;
la représente, de manière schématique et sous forme de chronogrammes, un exemple de mode de réalisation d'une étape de commande d'un convertisseur à découpage ; et
Lorsque le module de refroidissement est inséré dans la base 4, les entrées chaudes 20 d,in sont disposées a proximité de la face arrière 4 r de la base 4. L’air chaud et humide, débouchant des sorties humides 20 w ,out , est collecté par le deuxième ventilateur 6 2 pour être refoulé à l’extérieur de la pièce à refroidir. La sortie froide 20 d,out de chaque canaux secs 20 d se situe a proximité de la face avant 4 a , de façon à insuffler l’air refroidi dans la pièce.
Afin de maintenir une étanchéité entre l’air refroidi et l’air chaud à refroidir, un joint avant 7 a et un joint arrière 7 r sont interposés entre le module de refroidissement 3 et la base 4, respectivement au niveau de la face avant 4 a et de la face arrière 4 r . Les joints avant et arrière ont été représentés sur la . Sur le module de refroidissement 3, une surface d’appui avant 8 a et une surface d’appui arrière 8 r . s’appuient respectivement sur le joint avant 7 a et le joint arrière 7 r lorsque le module de refroidissement est inséré dans la base 4. Ainsi, lorsque le module de refroidissement est inséré dans la base 4 : le joint avant 7 a est interposé entre la surface d’appui avant 8 a du module de refroidissement et la face avant 4 a de la base ; le joint arrière 7 r est interposé entre la surface d’appui arrière 8 r du module de refroidissement et la face arrière 4 r de la base
Préalablement à l’introduction du module de refroidissement dans la base, chaque joint est solidaire soit de la base, soit du module de refroidissement.
Ainsi, lorsque le module de refroidissement est inséré dans la base : la face avant est située a proximité de la sortie froide de différents canaux secs ; la face arrière est située a proximité de l’entrée chaude de différents canaux secs ; la face avant s’étend entre la sortie froide des canaux secs et la face arrière ; la face arrière s’étend entre l’entrée chaude des canaux secs et la face avant ; la paroi d’appui avant 8 a s’appuie sur la face avant 4 a ; la paroi d’appui arrière 8 r s’appuie sur la face arrière 4 r de façon à assurer une étanchéité entre : la sortie froide des canaux secs 20 d et un espace interne, s’étendant autour de l’empilement 2, entre la face avant 4a et la face arrière, et délimité par de l’enveloppe 4c formée par la base, autour de l’empilement. L’espace interne est occupé par l’air humide débouchant des chambres d’évacuation 20, avant l’évacuation à l’extérieur de la pièce à refroidir par le deuxième ventilateur 6 2 . L’espace interne s’étend entre la module de refroidissement et la base, en étant délimité par la paroi d’appui avant et la paroi d’appui arrière. Il agit en tant que collecteur de l’air humide débouchant de chambres d’évacuation 20, en amont du deuxième ventilateur 6 2 . Le terme « amont » est à interpréter selon le sens de l’écoulement de l’air, lors du fonctionnement du dispositif. l’entrée chaude 20 d,in des canaux secs et l’espace interne.
La paroi d’appui avant 8 a et la paroi d’appui arrière 8 r sont de préférence annulaires : elles forment un contour autour de l’empilement maintenu dans le châssis.
Le module de refroidissement peut être fixé dans la base 4 par des moyens de fixation 9’, par exemple des vis ou des écrous. Les moyens de fixation sont réversibles, de façon à permettre un retrait simple et manuel du module de refroidissement 3 de la base 4.
Un aspect important de l’invention est que le module de refroidissement 3, comportant les plaques 10, peut être aisément retiré de la base 4 pour être remplacé par un module de refroidissement neuf. Le remplacement du module de refroidissement 3 est effectué régulièrement, lorsqu’il est considéré que le risque d’encrassement des canaux humides est élevé, ou lorsque le vieillissement sous l’effet de l’eau ou d’une exposition à un rayonnement UV est trop prononcé. Le remplacement du module de refroidissement peut être par exemple effectué tous les 2 ou 3 ans ou 5 ans. Tout ou partie du module de refroidissement retiré peut être recyclé.
La conception du dispositif est modulaire, chaque module de refroidissement 3 pouvant être inséré dans une base 4. Le nombre de logements 5 formés dans une base, et donc le nombre de modules de refroidissement qu’elle est susceptible de recevoir, dépend de la puissance frigorifique requise. La conception modulaire simplifie la fabrication du dispositif, car un même module de refroidissement peut être inséré dans des bases de différentes formes, dédiées à différentes applications : application domestique, application dans des bâtiments industriels ou application dans un moyen de transport.
Un autre avantage notable est la base 4 et chaque module de refroidissement 3 peuvent être manipulés indépendamment l’un de l’autre. Cela permet de limiter la masse des composants à manipuler, en particulier lors de l’installation. Avantageusement, lors de l’installation, la base est fixée sur une structure d’accueil, par exemple une structure de génie civil. Les modules de refroidissement sont ensuite insérés les uns à la suite des autres dans la base.
De préférence, la base 4 est configurée de façon que le système de ventilation 6 puisse adresser simultanément différents modules de refroidissement. Ainsi, le premier ventilateur et le deuxième ventilateur permettent l’admission d’air chaud dans plusieurs modules de refroidissement et/ou l’extraction d’air chaud et humide desdits modules de refroidissement.
CHAUFFE-EAU ELECTRIQUE A IMMERSION PORTATIF A DETECTION DE CHAUFFE A SEC La présente invention concerne le domaine des chauffe-eau électriques, et porte en particulier sur un chauffe-eau électrique à immersion portatif à détection de chauffe à sec.
Les chauffe-eau électriques à immersion portatifs (également appelés tiges de chauffage à immersion ou appareils de chauffage à immersion) sont largement utilisés pour élever à des niveaux extrêmes la température d’une eau à chauffer. Ils ne possèdent pas de cuve et se présentent généralement sous la forme d’une tige chauffante ou d’un corps allongé chauffant à immerger dans l’eau afin de la chauffer. Ces chauffe-eau portatifs sont généralement utilisés à des fins domestiques pour chauffer de l’eau présente dans un contenant tel qu’une bassine, l’eau chauffée pouvant par exemple ensuite servir à se laver, à laver de la vaisselle et/ou des vêtements, ou à d’autres applications domestiques.
Les chauffe-eau portatifs à immersion existants comprennent généralement une partie de tête sous laquelle est fixé un élément chauffant, la partie de tête comprenant divers composants électriques pour réguler une circulation de courant électrique vers l’élément chauffant, l’élément chauffant devant être immergé dans l’eau à chauffer de sorte que la partie de tête se trouve au-dessus de la surface de l’eau.
Toutefois, avec ces chauffe-eau portatifs existants, en cas de chauffe à sec (c’est-à-dire, lorsque l’élément chauffant chauffe alors qu’il n’est pas immergé et qu’il se trouve dans l’air), il existe un risque que l’élément chauffant chauffe trop et brûle/fasse fondre l’environnement sur lequel il repose (par exemple, le sol d’un logement ou le matériau composant le contenant dans lequel est disposé le chauffe-eau portatif) et/ou un boîtier de protection en matière plastique enveloppant l’élément chauffant, ce qui pourrait entraîner un départ d’incendie. En outre, sans détection de chauffe à sec, l’élément chauffant sera lui-même détruit en raison de sa chaleur extrême.
Les chauffe-eau portatifs existants possèdent parfois un thermostat permettant de détecter la température de l’eau dans lequel est immergé l’élément chauffant de manière à réguler la circulation de courant électrique dans l’élément chauffant. Cependant, la position de ce thermostat est éloignée de la zone de chauffe de l’élément chauffant et ne permet ainsi pas de détecter rapidement une élévation importante de la température de l’élément chauffant en cas de chauffe à sec. En effet, en raison de cette conception, en cas de chauffe à sec, la chaleur prend un temps assez important pour atteindre le thermostat par transfert par convection par l’intermédiaire de l’air. Si la détection de chauffe à sec prend plusieurs minutes, la durée de vie de l’élément chauffant est fortement réduite.
Les chauffe-eau portatifs existants ne possèdent ainsi pas de système efficace de détection de chauffe à sec et chauffent de manière continue lorsqu’ils sont dans l’air, pouvant provoquer la destruction du produit (entraînant un risque électrique), voire un départ d’incendie dans le logement ou local dans lequel le chauffe-eau est utilisé. Ainsi, en raison de l’absence de détection de chauffe à sec, la durée de vie de l’élément chauffant est réduite.
la représente, de manière schématique et sous forme de chronogrammes, un exemple de mode de réalisation d'une autre étape de commande d'un convertisseur à découpage ;
la représente, de manière schématique et sous forme de blocs, un mode de réalisation d'encore une autre étape de commande du convertisseur de la ;
la représente, de manière schématique et par des courbes, un mode de réalisation d'encore une autre étape de commande du convertisseur de la ; et
la représente, de manière schématique et sous forme de blocs, un mode de réalisation de l'étape de commande de la .
Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, les éléments de convertisseur tels que des interrupteurs, des circuits de commande rapprochée (en anglais "driver"), un transformateur de convertisseur, une inductance de fuite d'un transformateur ou des éléments capacitifs, ne sont pas décrits en détails, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec de tels éléments d'un convertisseur usuel.
La représente, de manière schématique, un exemple de convertisseur à découpage 100 d'un type auquel s'appliquent les modes de réalisation décrits. Plus particulièrement, la est une reproduction de la du brevet FR 3 110 300, de la demande de brevet EP 3 910 775 et de la demande de brevet US 2021359609.
Dans l'exemple représenté, le convertisseur 100 reçoit une tension V1 et fournit une tension V2.
La tension V1 peut être une tension alternative, ou tension AC (en anglais "AC voltage"), par exemple fournie par une source telle qu'un réseau de distribution électrique. La tension AC peut être de type sinusoïdal ou sensiblement sinusoïdal. La tension AC peut avoir une valeur efficace de l'ordre de 230 V ou de 110 V, et une fréquence égale à 50 Hz ou 60 Hz. La tension AC peut aussi provenir d'un alternateur. En variante, la tension V1 peut être une tension continue, par exemple en provenance d'une batterie ou de cellules photovoltaïques.
La tension V2 peut être une tension continue ou tension DC (en anglais "DC voltage"), par exemple liée à une batterie. A titre d'exemple, le convertisseur 100 peut alors constituer un chargeur de la batterie à partir de la tension V1. La batterie peut être une batterie de véhicule, et la tension DC évolue typiquement entre 250 V et 450 V au cours de la charge de la batterie mais pouvant atteindre des valeurs supérieures, par exemple de l'ordre de 800 V. Le convertisseur est alors prévu pour fournir à la batterie une puissance typiquement comprise entre 1 kW et 30 kW au cours de la charge de la batterie. La tension DC peut également, dans un autre exemple, être fournie à un autre étage, non représenté, du convertisseur. En variante, la tension V2 peut être une tension alternative, par exemple liée à un réseau électrique (le convertisseur constituant alors un onduleur) ou à des bobinages d'un moteur électrique.
Le convertisseur 100 comprend un pont en H 110, par exemple recevant la tension V1. Par pont en H, on entend une association en parallèle d'au moins deux branches (branches 111 et 112 pour le pont en H 110) entre deux bornes ou nœuds (nœuds 114H et 114L pour le pont en H 110).
Chaque branche de pont est définie par une association de deux interrupteurs électriquement en série entre les bornes de la branche. Dans le pont en H 110, la branche 111 comprend des interrupteurs T11H et T11L en série entre les nœuds 114H et 114L, l'interrupteur T11H étant situé du côté du nœud 114H. Dans le pont en H 110, la branche 112 comprend des interrupteurs T12H et T12L en série entre les nœuds 114H et 114L, l'interrupteur T12H étant situé du côté du nœud 114H.
Le convertisseur 100 comprend en outre un pont en H 120, par exemple fournissant la tension V2. Le pont en H 120 comprend deux branches 121 et 122 électriquement en parallèle entre des bornes 124H et 124L. La branche 121 comprend des interrupteurs T21H et T21L en série entre les nœuds 124H et 124L, l'interrupteur T21H étant situé du côté du nœud 124H. La branche 122 comprend des interrupteurs T22H et T22L en série entre les nœuds 124H et 124L, l'interrupteur T22H étant situé du côté du nœud 124H.
L'élément capacitif 170 et l'impédance 172 forment par exemple un filtre permettant de limiter des variations, à chaque commutation, de la tension V2 et/ou du courant fourni par le convertisseur.
Le convertisseur 100 comprend en outre un circuit de commande 180 (CTRL). Le circuit de commande 180 reçoit des valeurs V V1 et V V2 représentatives des tensions respectives V1 et V2. Les valeurs V V1 et V V2 peuvent être générées par tout dispositif usuel, non représenté, de mesure d'une tension entre deux bornes.
Le circuit de commande 180 fournit des signaux SIG de commande des interrupteurs T11H, T11L, T12H, T12L, T21H, T21L, T22H et T22L. Le circuit de commande 180 peut être constitué par tout dispositif adapté à mettre en œuvre un procédé de commande du convertisseur, et en particulier à générer les signaux de commande SIG.
Par exemple, le circuit de commande 180 comprend une unité de traitement numérique de données, telle qu'un microprocesseur, et une mémoire. La mémoire comprend par exemple un programme qui, lorsqu'il est lu et exécuté par l'unité de traitement provoque la mise en œuvre du procédé de commande du convertisseur, c’est-à-dire la production des commandes SIG.
Les commandes SIG sont appliquées aux interrupteurs d'une manière usuelle par des circuits non représentés, tels que des circuits de commande rapprochée et/ou des circuits d'isolement entre des potentiels de référence des commandes des interrupteurs et du circuit de commande 180.
La représente, de manière schématique et sous forme de blocs, un exemple de procédé 200 de commande du convertisseur de la . Plus particulièrement, la est une reproduction de la du brevet français et des demandes de brevets US et EP susmentionnées.
A une étape 201 (MEAS V1), la tension V1 entre les bornes 114H et 114L est mesurée. Il en résulte la valeur V V1 ( ) représentative de la tension V1.
En variante, la tension V1 est prédéfinie. Dans le cas où la tension V1 est alternative, l'étape 201 peut alors être constituée par toute étape de génération d'une valeur représentative des valeurs de la tension V1 en fonction du temps, par exemple par toute étape de génération de valeurs évoluant de manière sinusoïdale en phase avec la tension V1. La valeur V V1 peut aussi être une constante prédéfinie, dans le cas où la tension V1 est continue et prédéfinie.
A une étape 202 (MEAS V2), la tension V2 entre les bornes 124H et 124L est mesurée. Il en résulte la valeur V V2 ( ) représentative de la tension V2. Les étapes 201 et 202 peuvent être simultanées.
A une étape 210 (P SET POINT), le circuit de commande 180 ( ) reçoit les valeurs V V1 et V V2 obtenues aux étapes 201 et 202. Le circuit de commande 180 détermine, c’est-à-dire calcule, à partir des valeurs V V1 et/ou V V2 , une consigne de puissance P* (non représentée en ), représentative d'une puissance à transférer par le convertisseur à partir pont en H 110 jusqu'au pont en H 120.
A titre d'exemple, le convertisseur a une consigne de puissance moyenne à fournir sur une ou plusieurs alternances de la tension alternative. Cette puissance moyenne peut correspondre à une puissance à fournir par exemple à une batterie en charge. La consigne P* peut alors être déterminée à partir de la seule valeur V V1 .
Cet exemple n'est pas limitatif, et, dans d'autres exemples pouvant correspondre à une utilisation différente d'une charge d'une batterie, la consigne P* est déterminée à partir des valeurs V V1 et V V2 .
Par exemple, une détermination de la consigne de puissance P* est décrite en dans le brevet français et les demandes de brevet US et EP susmentionnées, en relation avec la de ces documents. Dans cet exemple, la consigne de puissance P* est égale à une puissance cible P1 que l'on souhaite que le convertisseur prélève sur la source de tension V1, moins une puissance P160 représentant la puissance fournie à l'élément capacitif 160 ( ) lors des variations de la tension V1. La consigne P* correspond alors à la puissance que l'on souhaite que le convertisseur prenne à la source de tension V1, en vue d'obtenir un fonctionnement de type PFC du convertisseur, ce qui signifie, par exemple, un fonctionnement où le convertisseur absorbe un courant sinusoïdal préférentiellement en phase avec la tension. Un fonctionnement de type PFC évite de créer un déphasage et/ou des harmoniques dans le courant consommé par rapport à la tension d'entrée.
Les puissances P1 et P160 sont des grandeurs algébriques pouvant chacune prendre des valeurs positives et négatives. Par grandeur algébrique fournie à un élément, on entend que, lorsque la grandeur algébrique prend une valeur positive, celle-ci est effectivement fournie à l'élément, et que, lorsque la grandeur algébrique prend une valeur négative, celle-ci est, en valeur absolue, fournie par cet élément. La consigne P* peut également prendre des valeurs positive et négative. Par consigne négative d'une puissance à transférer du pont en H 110 ( ) au pont en H 120 ( ), on entend qu'une puissance représentée par la valeur absolue de cette consigne est à transférer du pont en H 120 au pont en H 110. Dit encore autrement, on souhaite que de l'énergie circule dans les deux sens entre les ponts du convertisseur.
Après les étapes 201 et 202, à une étape 220 (CALC ti), le circuit de commande 280 calcule des instants ti, répétés à la fréquence de découpage, des commutations à appliquer aux interrupteurs T11H, T11L, T12H, T12L, T21H, T21L, T22H et T22L des branches 111, 112, 121 et 122.
Pour calculer les instants de commutation ti, un modèle du convertisseur est utilisé. Le modèle fournit, en fonction des tensions V1 et éventuellement V2, et des instants de commutation ti, une prédiction du fonctionnement du convertisseur. Le modèle fournit ainsi des valeurs modélisées, autrement dit prédites, c’est-à-dire des valeurs estimées à partir du modèle. Ces valeurs sont par exemple des courants, des tensions et/ou des puissances dans divers éléments du convertisseur, tels que les interrupteurs ou le transformateur. Le modèle est, de préférence, en sorte que, en fonctionnement, ces courants, tensions et/ou puissances prennent des valeurs sensiblement égales, de préférence égales, aux valeurs modélisées.
Dans des exemples où la tension V1 est une tension AC, chacun des interrupteurs T11H, T11L, T12H, T12L est bidirectionnel en tension, c’est-à-dire qu'il est adapté, à son état bloqué, à empêcher le passage d'un courant dans les deux sens de la tension aux bornes de l'interrupteur bidirectionnel. Plus généralement, les interrupteurs du ou des ponts en H qui, parmi les ponts 110 et 120, fournit et/ou reçoit une tension alternative, sont bidirectionnels en tension. Les modes de réalisation décrits sont compatibles avec les types usuels d'interrupteurs bidirectionnels en tension.
Chaque interrupteur bidirectionnel en tension est commandé par application d'un signal de commande ayant deux niveaux correspondant respectivement aux états passant et bloqué de l'interrupteur. Cette application n'est pas décrite ici en détail, les modes de réalisation étant compatibles avec les procédés usuels d'application à un interrupteur bidirectionnel d'un tel signal de commande.
De préférence, les interrupteurs T11H, T11L, T12H, T12L, T21H, T21L, T22H et T22L des deux ponts sont en outre bidirectionnels en courant, c’est-à-dire chacun adapté, à son état passant, à permettre le passage d'un courant dans les deux sens dans l'interrupteur. Les modes de réalisation décrits sont compatibles avec les types usuels d'interrupteurs bidirectionnels en courant.
Les ponts en H 110 et 120 sont reliés par un transformateur 130. Autrement dit, le transformateur a un enroulement 131 reliant entre eux deux nœuds 141 et 142 de l'un des ponts en H (le pont 110) et un autre enroulement 132 reliant entre eux deux nœuds 151 et 152 de l'autre des ponts en H (le pont 120). Les nœuds 141, 142, 151, 152 sont des nœuds de connexion en série des interrupteurs, respectivement T11H et T11L, T12H et T12L, T21H et T21L, T22H et T22L, des branches respectives 111, 112, 121 et 122 des ponts en H. Dans l'exemple représenté, l'enroulement 131 a un point de phase du côté du nœud 141 et l'enroulement 132 a un point de phase du côté du nœud 152.
Le transformateur 130 comprend une inductance de fuite 135. Dans l'exemple représenté, l'inductance de fuite relie une borne de l'enroulement 131 au nœud 141. L'inductance de fuite 135 peut comprendre un ou plusieurs éléments inductifs, tels que des conducteurs bobinés, électriquement en série avec l'un et/ou l'autre des enroulements 131 et 132. L'inductance de fuite 135 peut également, en totalité ou en partie, résulter d'un couplage magnétique incomplet entre les enroulements 131 et 132. Dans ce cas, le transformateur 130 présente, entre ses enroulements 131 et 132, un coefficient de couplage strictement inférieur à un.
Le transformateur présente, entre les enroulements 132 et 131, un rapport de transformation n (n : 1). Par rapport de transformation entre un premier enroulement et un deuxième enroulement, on entend un rapport ou ratio entre un nombre de spires du deuxième enroulement et un nombre de spires du premier enroulement. Si le transformateur 130 est déconnecté du dispositif et si une tension est appliquée aux bornes de l'enroulement 132, le rapport de transformation est, typiquement, sensiblement égal au rapport entre une tension aux bornes de l'enroulement 131 et la tension appliquée. Le rapport de transformation dépend des tensions mises en jeu et de la puissance à transférer par le convertisseur. A titre d'exemple, le rapport de transformation n est compris entre 0,5 et 2, par exemple entre 0,5 et 1, préférentiellement de l'ordre de 0,75.