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~9~9~3
La presente invention se rapporte aux radiateurs
electriques à accumulation et plus particulierement con-
cerne des appareils de ce type equipe de moyens propres a
reguler aussi bien la charge du noyau d'accumulation que
sa decharge, de jour comme de nuit.
Le but de l'invention est de proposer un appa-
reil capable, pour ce qui concerne la charge, de choisir
la quantité d'energie à emmagasiner en fonction de para~
- mètres predetermines et, en ce qui concerne la decharge, de
restituer l'energie emmagasinee en relansant eventuellement
le noyau accumulateur.
L'inYention a egalement pour but de realiser un
appareil permettant une charge pendant une durée determinee,
de preference pendant les heures dites creuses de nuit, et
une restitution pendant le restant de la journee avec une
eventuelle relance du noyau, soit, au choix, de la totalité
de la puissance installee (version dite 24 heures), soit
d'une fraction de ladite puissance (version dite 8 heures)
cette fraction etant avantageusement 1/3 c'est-a-dire cor-
respondant a la mise en service d'une seule resistancechauf~ante dans le cas d'appareils fonctionnant en tripha~e
avec trois résis-tances branchées chacune sur l'une des
trois phases.
cet ef:~et, l'invention a plus précisément pour
o}Jjet un radiateur électr1.que à accumulation carac-térisé
en ce qu'il comporte des moyens pour limiter la puissance
accumulative utile en fonction de déperditions d'un local
01~ est installé le radiateur, constitues par un potentiometre
de reylage de charge, des moyens pour emmagasiner pendant
une periode determinee de la journee une quantite d'energie
variable dependant de l'ecart entre la temperature d'un
no~au du radiateur et une premie're temperature de reference
et des mo~ens pour relancer eventuellement tout ou partie de
la puissance installee, au cours d'une periode de restitution
3S s'etendant sur le reste de ladite journee, en fonction de la
~7,
~(39'7~
difference entre la temperature du noyau et une seconde
température de reference.
De preference, la periode de charge correspond
aux heures dites creuses, le debut et la fin de cette
periode etant commandes par des signaux d'horloge d'un
reseau de distribution electrique.
Pendant la charge, ladite premiere temperature
de reference peut être un premier seuil maximal de tempe-
rature affiche de l'une des trois manieres suivantes:
a) par l'utilisateur par l'intermediaire du poten-
tiometre de charge.
~,) a partir d'un circuit de regulation exterieur
au local.
c) ~ partir d'une sonde de temperature extérieure
au local.
De maniere analogue, pendant les eventuelles
relances ladite seconde temperature de reference peut être
un second seuil maximal de température affiche de l'une
des trois manieres suivantes^
a) par l'utilisateur par l'intermediaire d'un
potentiometre di-t de relance, la temperature
maximale du no~al1 etant alors ~:ixee par des
position con,Juyuees des potentiometres de
charye et de relance.
b) a partir d'un circuit de reyulation exterieur
au local, la temperature maximale du noyau
etant fixee par ce circuit et modulee par le
potentiometre de relance.
c) a partir d'une sonde de temperatwre exterieure
au local, la temperature maximale du noyau etant
fixee par cette sonde et modulee par le poten-
tiom~tre de relance.
De maniere préferentielle,un commutateur multiposi-
tions est prevu pour permettre a l'utilisateur de selectionner
3~ l'une~ des trois temperatures maximales de référence pour une
ch,lr~e de nuit a~ec pour chacune une possibilité de relance
~:~, 7
.~9~)973
de jour, soit de la totalité, ~oit d'une fraction de la
charge et en fonction d'un autre seuil maximal de tempé-
rature chaisi parmi trois possibilites correspondant a
celles offertes pour la charge de nuit.
Un tel appareil est capable d'assurer lui-même
son niveau de charge en fonction des besoins thermiques
du local et de la temperature de reference choisie et
d'assurer le niveau de restitution en fonction des besoins
en ajus~ant les niveaux de restitu~ion de l'energie emma-
gasinee, ou les relances en heures pleines eventuelles, au
strict necessaire et au niveau choisi par l'utilisateur.
L'invention permet donc de diminuer les puis-
sances installees, en eliminant pratiquement les surpuis-
sances e~ donc les gaspillages.
D'autres caracteristiques et avantages ressorti-
ront de la description qui va suivre d'un mode de realisa-
tion prefere d'un radiateur selon l'invention, description
donnee a titre d'exemple uniquement et en regard des des-
sins annexes sur lesquels:
- La Figure 1 represente le schema electrique de
principe d'un radiateur ~ accumulation equipe d'un dispo-
sitif de regulation selon l'invention;
- La Fiyure 2 represente le schema électrlque
dcl:aille du Gircu~it dc réyulcltlon de l'appareil de 1
E;'iyure l;
- I,a Fjyure 3 illustre les possibilites de reglage
des relances de jour dans le cadre de l'utilisation d'un
potentiomètre de charge;
- La Fi~ure 4 est un diagramme de deux courbes
ideales de charge d'ùn appareil selon l'invention en fonc-
tion de la température extérieure et pour deux modes de
marche: 3 h et 24 h respectivement, et
- La Figure 5 illustre le choix du niveau de
decharge a partir duquel la relance est possible suivant
l'affichage du potentiom~tre de charge.
Sur la Fiyure 1 on a representé en 1 les éléments
-- 3 --
i,,
. .
7~
chauffants du noyau accumulateur, en 2 la ssnde de tempe-
rature du noyau, en 3 le boitier de regulation de la
charge et de la decharge du noyau, en 4 le potentiomètre
de charge du noyau, en 5 le thermostat d'ambiance incorpore
s a l'apparell, en 6 les inter-
.
_ 3 ~
"
, .. .....
rupteurs Il de marche/arret du circuit de restituti.on par tur-
bine 7, I2 de marche/arrêt du circuit de charge et I3 de marche/
arret du chauffage additionnel (relance du noyau), en 8 la ré-
glette de telecommande et en 9 la barrette d'alimentation en
5 courant électrique(triphasé ou monophasé).
Le boîtier de ré~ulation 3 est représenté plus en dé-
tail, en ce qui concerne son schéma électrique, sur la Fig. 2.
On a représenté en Rl, R2, R3 les -trois relais de
mise en service des trois éJ.éments chauffants 1 (dédoublés sur
l0 la Fig. l).
Les trois relais R~, R2, R3 sont excités à l'aide de
deux transistors T~ et T2 cornmandés par un premier photocoupleur
P~ lui-même commandé à partir d'un signal d'horloge H dé-termi-
nant les heures creuses de nuit ou du signal Th délivré par le
15-thermostat d'ambiance 5 (Fig. l).
Le photocoupleur Pc~ est interposé entre les transis-
tors T~ et T2 et la sortie d'un amplificateur dif:Eérentiel A
dont l'entrée inverseuse est connectée à la sonde de noyau 2O
L'entrée non inverseuse de l'amplificateur A~ est
20 reliée par l'intermédiaire d'un amplificateur opérationnel A.2,
monté en suiveur de tension,à un conunutateur a six positions
(rotacteur) ~ont on a rep:rés~nte en C le curseur mobile avoc
son contact cle t.ravail C'l'. I.e curseur C est double~ et cornpor-te
deux contacts C'L' soliciaires dclns leu:r deplacement ek.~uscept:l-
25 hles ~e cooper(,r chacun avec ~In jeu de s:ix contac-ts fixes a,b,
c, ~
I:,es contact3 a ~t b cor~e~pon~ent à un fonctionnement
cllt normal de l'ap~areil, c'est-a-dire sans régulation de l'ex-
térleux (sans tenir compte de paramètres ex-térieurs au local),
30 sc~it en version 8 heures (contac-t a), soit en verslon 24 heures
(contact b).
A ce-t effet, les con-tacts a,b sont susceptibles de
relier le curseur Cc du potentiomètre de charge 4 à l'amplifi-
cateur ~
Les contactq c et d correspondent à un fonctionnement
de l'appareil avec un circuit de régulation extérieur Re, soit
en version ~ heures (contact ~), soit en verslon 24 heures (con-
t~t (l).
Enin, 1e~CJ cont~cts e et f correspondent à un fonction-
~() neUIent de llapparf'.i.L avec régulat.lon par l'intermédiaire d'une
sonde de temp~rature extérieure au local Se, soit en version
8 heures (contact e), soit en version 24 heures (contact f).
La r~glette 8 de -télécomman~e de l'appareil (~ig. 1)
permet de raccorder le bo~tier 3 à la sonde extérieur Se par
5 les bornes de connexions 13 et 14. Les bornes 15 et 16 permet-
tent le raccordement au circuit ~e de récJulation extérieure
et les bornes 17 et 18 permettent le raccordement ~ventuel à
un thermostat d'ambiance mural ThM (en sub~itution au thermos-
tat incorporé 5) placé en un endroi-t choi.~;i.
Dans le bo~tier 3 es-t écJalement incorporé un poten-
-tiomètre PR dit de relance dont le bouton de commande est acces-
sible ~ l'utilisateur. Ce potentiomètre PR est inséré dans la
liaison suiveur de tension A~ - amplificateur Al de manière ~
modifier et régler le niveau de tension appliqueàl'entrée non-
inverseuse de l'amplificateur Al.
Le poten-tiomètre PR es-t mis en ou hors service par un
transistor T 3 lui-même commandé par un second photocoupLeur
PC2 excité par le signal d'horloge H. Le pho-tocoupleur Pc2 est
également relié à l'un des contacts de travail CT du rotacteur
20C (contact CT de droite sur la fig. 2). Ce con-tac-t CT permet
de relier le pho-tocoupleur Pc2 ,~ un -transis-tor T,, de co~nande
du transistor Tl lorsque c~r est en regard des contacts a,c,et e.
~ nfin, on a repr~sen-té en l9 un trans~orrtlateur abaLs-
~eur de kensi.orl de~t:Ln~ ~ :I.'aLi~nerltatlon ~leckr.l.~ue d~ cir~uits
2~par :l'interm~cl:i.aire d'un pont redres.c,eur ~(J, dlun conderlsateur
21 de ~iltra~Je, d'wn stab:L].:isateur de tension 22 et d'un second
condensateur 23 de Eiltraye.
Le fonctionnement de l'ins-tallation représen-t~e et
d~crite ci-dessus est le suivant.
Suivant une première caract~ristique de l'installa-
tion, il est possible par une simple manoeuvre du curseur du
rot,acteur C, de rnettre l'apparei:L en versi.on 8 heures ou en
version 2~ heures.
En version di~e 8 heures et en version di-te 24 heures
351a charye du noyau s'effectue de la mê~ne rnani~re, de pr~férence
sur une dur~e de huit heures, de nuit, correspondant aux
heures dites creuse6 (22 h a 6 h du matin).
Par contre, au cours de la res-titu-tion dans la journ~e
~e l'~ne~ryie e~rurla~ar~in~e,il est possibl~ en version ~ heure~
~'
. ,
de relancer une fraction de la puissance install~e alors qu'en
version 24 heures la relance se fait sur la totalit~ de la
puissance ins-tall~e.
Pour un fonctionnement en version 8 heures, les con-
tacts CT du rotacteur sont en regard des contacts a (position
I), cependan-t que pour un fonctionnement en version 24 heures,
les contacts CT sont mis en position II (contacts b).
Gr~ce au potentiomètre 4 de charye du noyau on r~gle
la puissance maximale d'accumulation utilisée ou puissance
10 accumulée.
En version 8 heures, il est possible d'installer une
puissance ~gale à 2,5 ~ 3 fois les déperditions (exprimées en
Kwh) du local dans lequel est installé l'appareil.
On a, en effet, constaté que pour ce mode de fonction-
15 nement une puissance install~e comprise dans ladite fourchettepermettait d'éliminer pratiquement les surpuissances.
Par contre, pour un fonctionnement en version 24 heures
c'est une puissance installée de 1 à 1,2 fois les déperditions
du local qui donne le mellleur rendement, compte tenu du mode de
20 tarification (heures creu.ses/heures plei.nes) actuel.
Par sui-te, avec un même appareil concu selon l'inven-
t:ion, il est tr~s ~acile pour l'uti:Lisat~eur d'lnstalle:r .la pu:Ls-
sance opt.ima.1.e en Eonction du mode de fonctionrlement (~ heureL;
ou 24 heures) choisl ~ar l'ut:L:I.:Lc~ateu.r.
~5 Le po ~el1t;lo m~ ~x ~ 4 p e rm et: une ada~tation
(ou correction) de la puissance d'accumulation en fonct:Lon
~e la saison et de la ~one yéo~raphique dans laquelle est situ~
le local ~ chauffer.
Comme on l'a vu plus hau-t, le choix entre 8 et 24 heu
30 res existe pour trois types de fonc-tionnement de l'installation,
savoir :
. fonctionnement norlnal:rotac-teur C en
position I (8 h) ou II (24 h) ;
. fonctionnement avec réyulation ex-térieure
Re:(rotacteur C en position III (cr - c)
pour ~ h et en position IV IC~ - d) pour 24 h) ;
. -~onctionnement ave-. sonde ext~rieure Se;(rotacteur
C erl pos:it.ion V lC~ e) pour ~ h et en position VI
(~'l' ~ f) pour 24 hj.
-G-
1~ 3
En version 8 heures, quelle que soit la position (I,
III ou V) du rotacteur C, les trois résistances R ~, ~2r R3 sont
simultan~ment en service la nuit (heures creuses).
En effet, la phase horloge H de nuit es-t active et
excite les photocoupleurs Pc~ e-t Pc 2 -
Le photocoupleur Pc~ autorise la commande des tran-
sistors Tl e-t T 2 et le photocoupleur Pa 2 condamne le transis-
tor T 4 permettant ainsi au transistor Tl d'etre command~
en meme temps que T 2 `
Pendant la charge de nuit le photocoupleur PC2 con-
damne également le transistor T3 ce qui met-hors service le
potentiomètre de relance PR.
La quantité d'éner~ie emmagasinée est alors détermi-
née essentiellement par la différence entre la température du
noyau (température détectée par la sonde 2) et une première
température de réf~rence constituée par un premier seuil maxi-
mal de température et affichée, soit par le potentiomètre de
charge 4 (position I du rotac-teur C), soit par le circuit de
régulation extérieur Re (position III), soit par la sonde ex-
térieure Se (position V). Si, par exemple, le noyau doit etre
charyé en 8 heures à 100% de la puissance ins-tallée, les
r~sistances 1 seron-t en permanence en serviGe sur 8 heure~
Si, par contre, le noyau ne doit pas etre chargé ~ 100~ au
bout de 8 heures, les résistarlces 1 sont mises en servlce pen~
ant une clur~e In~r.:leure ~ ~3 ileur~L afin de l;Lm;iter la ~uantlt~
d'frler(lle elnlna~Ja~ln~e. Cettc-~ r~yulatLon est e~fectu~e par l'arn-
pLl~i~atellr di~rentiel ~I co~nandant ou non les transistors
Tl , T2, selon l'écart ~ntre la température de noyau et l'un
des trois seuils de température de référence.
Par contre (toujours en version 8 heures), de jour, une
seule r~sistance (R 3) est susceptible d'etre relancée sous la
co~nande de l'amplificateur différentiel A~ qui se d~clenche
en fonction de l'écart entre la température du noyau ~sonde da
n~yau 2) et une seconde temp~rature de ré~rence.
~n e~fet, de jour, le photocoupleur Pc2 n'est plus
e~cit~ et le transistor T4 qul n'est plus condamn~ verrouille T
en ~orte que la relance ne concernera que la seule résistance
T~ ~ol~unandant les r~sistances ~1 e-t R2 et 'r2 cornmandant
la r~sistarlce l~) lors~ue le therrno~;tat d'ambiance enverra le
, ~,
:~19~3
signal actif Th et comrnandera le pho-tocoupleur Pci,
Ladi-te seconde température de référence est un second
seuil maximal de température variable selon la positlon (I,III,
ou V) du rotacteur C. En position I, l'amplificateur A~ tient
compte pour se déclencher ou non de la différence entre la tem-
pérature du noyau et le seuil de tempéra-~ure affiché par l'uti-
lisateur sur le pot~n-tiom~tre de relance PR.
En effe-t, le photocoupleur Pc 2 n'étant pas exci-t~,
le potentiomètre ~I~ dé-termine alors, en fonction de la position
du curseur Cc du potentiom~tre de charge 4, le seuil d'arrêt
de la relance par comparaison (par A l) avec la sonde de noyau
2.
Le potentiom~tre de relance PR permet donc de moduler
le seuil maximal de température atteint par le noyau au cours de
chaque relance, ce seuil étant compris ~ l'intérieur d'une plage
de températures elle-même déterminée en fonction de la position
,du curseur Cc du potentiomètre de charge 4. La fig. 3 illustre
ces possibilités de réglage.
On a représenté en ordonnée sur cette fig. 3 la tem- .
pérature du noyau en degres C e-t en abscisse le pourcentage
d'utilisation du potentiomètre de charge 4~
La courbe A correspond ~ la charge de nuit (position
I ou II du rotacteur C) suivant la position du cur-~e~ur Cc
du potentioln~t,re de charg~ 4. A 100'~ d'util:Lsation la kemp~.ra-
ture rrlclx:i.rnale ~imag~ llli5C du noyclu est d'en~lron 193C. A 50de J,a cour~e dll cur.C;eur Cc, cette temp~rature n'es-t plus ~ue
de 1()5 C.
La courbe B représente les températures maximales
admises pour le noyau lors des relances de jour avec ie poten-
tiometre de relance PR en position de relance maximale. Lacourbe C correspond aux températures maximales admises pour le
- noyau lors des relances de jour avec P~ en position de relance
minimale. On constate donc par exemple ~u'avec une utilisation
~ 100~ du poten-tiom~kre de charge 4 le potentiom~tre de relance
permet de snoduler la température maximale atteinte par le noyau
dans une plage de températures comprises entre 50 C et 115 C
environ. Avec Ull curseur Cc a mi-course l50~) ladite plage de
temp~ratl1res lirrlites du no,yau se situe entre 47 C et 70 C env.
_~,
Au cours de la relance, l'une des résistance~ 1 (R3)
et la turbine de soufflage 7 sont mises en service momentané
ment puis hors service.
En position III du rotacteur C, l'amplificateur A
tient compte de la différence de température entre le noyau
et une temp~rature de référence fournle par le circuit de ré-
gulation extérieur Re et elle-même modulée par le potentiom~tre
de relance PR suivant une plage dont l'amplitude dépend de la
référence extérieure de la même manière que le cas du poten-
tiomètre de charge (fig. 3)
Enfin, en position V, l'amplificateur Al -tient compte
de la différence de température entre le noyau et une temp~-
rature de référence fournie par la sonde extérieure Se, elle-
même modulée par le potentiomètre de relance.
Ce-tte sonde est par exemple une thermistance ~ coefficient de
température négatif placée sur la façade extérieure du local
tournée au nord de préférence.
Pour une thermistance donnée, la pente de la courbe
de charge est fixe mais la thermistance peut être changée et
adaptée aux conditions clima-tiques de diff~rentes r~gions.
En version 24 heures, quelle que soit la position
(II, IV ou VI) du rotacteur C, les trois résistances Rl R2,
R3 sont simultan~ ent en serv:ice ou hors serv:i~e aussl bien la
nuit clu~ le jour.
De jour, en eff-f3~, Ia reLarlce se ~a:Lt sur le~s troi~
r~Lstance~ et suivan~ exactement ~es memes modalit~s en
po~3;itl0n II, IV et VI du rotacteur C qu'en position I, III et V.
I.a Fig. ~ représente en trait plein la courbe idéale
de charge sur 8 heures de l'appareil en fonction des températures
à l'ext~rieur du local. Sur la Fig. 4 on a représenté en ordon-
née le niveau de charge du noyau de l'appareil exprimé en pour-
centage et en abscisse la température extérieure au local telle
que détectée par la sonde extérieure Se.
On ioit ainsi que pour une température extérieure de
O C, le no~au est charyé au bout de 8 heures ~ 87 - 90~ de sa
capacité (déterminée et affichée par le potentiomètre de charge
~, col~urle expliqu~ plus hau-t).
~ Jowr u~le terllp~ratllre ext~riewre de - 10C, le noyau
est crlarg~ ~ sa capacité rnaximc,Le (~)uisC;ance install~e)
, ,~
C! ~l~V9~3
On a repréSentf~ en tiretés la courbe idéale le charge
en version 24 hewres. Avec une température extérieure de O~C
le noyau est chargé ~ 97~ de sa capacité (puissance installée)
au bout de la période de charge qui est toujours de a heures
(comme en version 8 heures).
Pour une température de + 10 C, il est charg~ ~ 82
envirpn (alors qu'il ne l'est qu'à 57~ environ en version
8 heures, mais avec une pu:issance installée supérieureJ.
Ces deux courbes sont idéales en ce sens qu'elles
permettent l'ajustement des niveaux de charge et de restitu~
tion d'f~nergie emmagasinée au strict nécessaire. Elles corres-
pondent ~ une thermistance ~ CTN dé-terminé. C'est le genre
de courbes qui est obtenu en plaçant le rotacteur C en position
V ou VI.
Pour une thermistance ~ C'l'N différent, on obtiendra
des courbes qui seront les mêmes mais translatées.
Les corrections de charge en fonction de la tempéra-
ture extérieure se font automatiquement grâce au circuit de
régulation de la Fig. 2.
Au cours de la période de restitution en version
8 heures, le therrnosta-t d'a~nbiance 5 met en service et hors ser-
vice la tur~ine de soufflage 7 selon :Les besoins affichés.
En version 24 heures, le -thermostat 5 commande, c~u~l
que soit le moment, la turbine 7 ~cJcllenlent en ~onctlon des be~
25 <;OlrlS cl~iCh~S~ ~n clf:h~rs d~ La p~rio(le de~ charye.
rJCI l k~. 5 repr~sentf3 cles courbes de niveall de de~charge
clu noyau ~ partir dwquel la relarlce sera poss:i.ble compte tenu
de~ la positlon du réylage du potentiomètre de charge 4.
Ce potentiom~tre d~termirle la puissance accumulée. On
a représenté six positions (1 à 6~ de ce thermostat en abscisse
cependant ~u'en ordonn~e estporté le pourcen-tage de la charge
du noyau.
Les ~uatre courbes représentécs correspondent ~ qwa-tre
positions du curseur Cc du potentiomètre de charge 4, respec-
tivermenk re~glage au 1/4, ~ 1/2, aux 3/4 et au seui.l maximal.
Les courbes de ~onct:ionnement correspondent aux posi-
tions I et II du rotacteur C (version ~ ou 24 heures).
Pour cha-~ue pos:i-tion du curseur (c, la correction du
ni~/e,~ le restitlltior1 (reJ.arlcf) Sf faik awtornatiquement gr~cf3
, ~9~3
~ .
au circui-t de la Fiy. 2 e-t suivant l'allure des courbes de
la Fig. 3 . Il est à noter que l'appareil ne n~cessite pas
de convecteur auxlliaire d'appoint pour la relance.
Un tel appareil présente donc une très grande souples~
se d'adaptation au local à chauffer et d'utilisation tout en
évitant les surpuissances, les gaspillages et en ajustant les
niveaux de restitution de l'énergie emmagasinée ou les éven-
tuelles relances en heures pleines au strict n~cessaire et au
niveau choisi par l'utilisateur.
Bien entendu, l'invention n'est pas limit~e au mod~
de réalisation représenté et décrit ci-dessus mais en couvre
au contraire toutes les variantes notamment en ce qui concerne
les moyens électroniques de commande, de mise en et hors
service des résistances chauffantes suivant les diff~rents
paramètres pris en compte.
