EP0933602B1 - Dispositif de gestion électronique pour chauffe-eau électrique à accumulation - Google Patents

Dispositif de gestion électronique pour chauffe-eau électrique à accumulation Download PDF

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EP0933602B1 EP99400031A EP99400031A EP0933602B1 EP 0933602 B1 EP0933602 B1 EP 0933602B1 EP 99400031 A EP99400031 A EP 99400031A EP 99400031 A EP99400031 A EP 99400031A EP 0933602 B1 EP0933602 B1 EP 0933602B1
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water heater
electronic
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cathodic protection
supply
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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
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    • F24H9/40—Arrangements for preventing corrosion
    • F24H9/45—Arrangements for preventing corrosion for preventing galvanic corrosion, e.g. cathodic or electrolytic means
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H15/223—Temperature of the water in the water storage tank
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H9/2007—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters
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    • F24H9/45—Arrangements for preventing corrosion for preventing galvanic corrosion, e.g. cathodic or electrolytic means

Definitions

  • the invention relates to a management device electronics for electric storage water heaters.
  • Thermostatic regulation and tripping in heating resistor supply security of an electric storage water heater is generally provided by an electromechanical thermostat.
  • These thermostats electromechanical devices of known type generally occur in the form of assemblies comprising probes temperature, bimetallic rod, disc or bulb expansion of liquid acting mechanically on electrical power contacts.
  • thermostats as a means thermostatic regulation and tripping in security is little known in this application.
  • the resistance of the water heater is supplied by multi-position contactors presenting generally three operating modes: a automatic operation, in which the resistance of the water heater is supplied by piloting by means of a signal issued by the electric company during the periods corresponding to off-peak hours or the night tariff; a operating mode ensuring that the resistance of the water heater; and a mode of operation in forced march to ensure a permanent supply, for example in case of lack of hot water.
  • contactors are shown under generally modular electrical elements in the general electrical panel of the installation, at a certain distance from the water heater.
  • the document DE 35 25 323 A1 describes a method and a device to capture, regulate and / or control the operation of a hot water accumulator.
  • the device includes means for thermostatic regulation and safe triggering, cathodic protection means by impressed current anode and contactor means supply of the heating resistance of the water heater electric.
  • An object of the invention is to improve the state of the known technique, by simple and economical manufacture, a improved control accuracy by using electronic means, and adaptability to piloting distance, for example by electronic management centralized.
  • the subject of the invention is a management device electronic device intended to ensure the electronic management of a electric storage water heater, comprising combination: electronic means of regulation thermostatic and safety release, means of cathodic protection by impressed current anode intended for provide cathodic protection of the water heater tank, and power contactor means for the supply of a water heater heating resistor electric, characterized in that the supply of the device, cathodic protection means and means forming contactor are mounted on an electronic card main intended to be secured to a water heater electric storage.
  • the invention also relates to a water heater electric storage, with a management device electronics according to the invention.
  • a device comprises a permanent supply 1 powered for example by three wires comprising a phase P, a neutral wire N and a ground, a fuse 5 of cut-out with voluntary manual reset, a contactor 6 regulation, a safety contactor 7, a contactor 8 to three positions for running operation forced, automatic operation during off-peak periods, and stopped for a power off, a circuit 9 detecting the presence of water to avoid dry heating of the tank and ensuring anti-degassing security to avoid release of hydrogen in the tank, a generator 10 of tank protection current, and a flow indicator 11 current indicating sufficient water filling and a electrical protection of the water heater.
  • a secondary card inserted in the DG thermowell of the water heater carries a temperature probe 2, a regulation and safety amplifier 3 and a sensor 4 temperature for safety triggering.
  • the main electronic card contactors allow the DC heating element to be supplied with water heater while the protective current flowing between the insulated anode A and the tank C of the water heater ensures cathodic protection of the tank.
  • the power supply 1 provides in a known manner from a voltage alternative continuous supply of the device according to the invention, to supply on the one hand a thermostat low power TE electronics with two outputs making part of block 3 and receiving the temperature signals in coming from a share of a silicon diode 2 whose temperature variation is known and from sensor to PTC positive temperature variation forming part of block 4; and to simultaneously supply a block 6 forming regulation contactor and a block 7 forming contactor safety as well as a generator 10 of current per through a block 9 for the presence of water and anti-degassing security.
  • TE electronic thermostat example a component sold by the NATIONAL Company SEMICONDUCTOR under Japanese law under the reference LM 56.
  • the flow of cathodic protection current between the anode A and the tank C is attested by the lighting of light emitting diode 11 in series with the generator 10 of current, while the contactor 8 with three positions selects automatic walking, walking forced or shutdown to power off the body of heated.
  • the invention thus makes it possible to group on the same main electronic card associated with a card secondary electronics grouping blocks 2, 3 and 4, all the functions useful for the electronic management of the water heater, and this by means of a mounted card directly on the tank of the water heater.
  • Figure 4 shows an electronic circuit functionally equivalent to the electronic circuit described with reference to Figure 3, the difference consisting of the use of three-phase contactors for regulation heating or the safety triggering of the heating.
  • FIGS. 5 and 6 another mode of embodiment of the invention differs from the embodiment described with reference to Figures 1 to 4 in that electric accumulators are provided in a block 13 for ensure cathodic protection of the tank of the water heater in the event of a power failure.
  • This embodiment of the invention comprises by a additional block 12 providing a flashing display of the light emitting diode 11 to indicate good operation of cathodic protection, a block 13 comprising the two accumulators and the two diodes charge limiting light emitting of these accumulators and a block 14 for limiting the discharge important of the aforementioned accumulators.
  • the battery charge control is ensured by through the charge control block 15.
  • the other elements referenced 1 to 7, 9 and 10 are identical or functionally equivalent to the elements bearing the references 1 to 7, 9 and 10 in FIG. 2.
  • C, R, DZ, D, DEL, TR, IC, VDR are the symbols commonly used in electronics to designate the components respectively corresponding: capacitor, resistance, Zener diode, light emitting diode, transistor, integrated circuit (phototransistor), variable resistance depending on the voltage (varistor).

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Description

L'invention est relative à un dispositif de gestion électronique pour chauffe-eau électrique à accumulation.
La régulation thermostatique et le déclenchement en sécurité de l'alimentation de la résistance de chauffage d'un chauffe-eau électrique à accumulation est en général assurée par un thermostat électromécanique. Ces thermostats électromécaniques de type connu se présentent généralement sous forme d'ensembles comprenant des sondes de température, à canne bimétallique, à disque ou à bulbe à dilatation de liquide agissant mécaniquement sur des contacts électriques de puissance.
L'utilisation de thermostats électroniques comme moyen de régulation thermostatique et de déclenchement en sécurité est peu connue dans cette application.
Il est également habituel d'assurer la protection cathodique des cuves de chauffe-eau par un système d'anode à courant imposé, consistant à maintenir en permanence la circulation d'un courant électrique de protection produit par un générateur à courant continu entre une anode isolée en matériau noble et insensible à la corrosion et la cuve du chauffe-eau.
Il est également avantageux d'alimenter électriquement la résistance du chauffe-eau en fonction des modulations tarifaires appliquées par la compagnie productrice d'électricité. A cet effet, on alimente généralement les chauffe-eau par des contacteurs multi-positions présentant généralement trois modes de fonctionnement : un mode de fonctionnement automatique, dans lequel la résistance du chauffe-eau est alimentée par pilotage au moyen d'un signal émis par la compagnie d'électricité pendant les périodes correspondant aux heures creuses ou au tarif de nuit; un mode de fonctionnement assurant la mise hors tension de la résistance du chauffe-eau; et un mode de fonctionnement en marche forcée pour assurer une alimentation permanente, par exemple en cas de manque d'eau chaude.
Des contacteurs correspondants, appelés "contacteurs d'alimentation pour plages tarifaires", se présentent sous forme d'éléments modulaires électriques généralement fixés dans le tableau électrique général de l'installation, à une certaine distance du chauffe-eau.
Le document DE 35 25 323 A1 décrit un procédé et un dispositif pour saisir, réguler et/ou commander le fonctionnement d'un accumulateur d'eau chaude. Le dispositif comporte des moyens de régulation thermostatique et de déclenchement en sécurité, des moyens de protection cathodique par anode à courant imposé et des moyens formant contacteur d'alimentation de la résistance de chauffage du chauffe-eau électrique.
Un but de l'invention est de perfectionner l'état de la technique connu, par une fabrication simple et économique, une amélioration de la précision de régulation par utilisation de moyens électroniques, et une adaptabilité au pilotage à distance, par exemple au moyen d'une gestion électronique centralisée.
L'invention a pour objet un dispositif de gestion électronique destiné à assurer la gestion électronique d'un chauffe-eau électrique à accumulation, comportant en combinaison : des moyens électroniques de régulation thermostatique et de déclenchement en sécurité, des moyens de protection cathodique par anode à courant imposé destinés à assurer une protection cathodique de cuve de chauffe-eau, et des moyens formant contacteur d'alimentation destinés à l'alimentation d'une résistance de chauffage de chauffe-eau électrique, caractérisé en ce que l'alimentation du dispositif, les moyens de protection cathodique et les moyens formant contacteur sont montés sur une carte électronique principale destinée à être solidarisée à un chauffe-eau électrique à accumulation.
Selon d'autres modes de réalisation de l'invention :
  • le dispositif comporte en outre au moins un accumulateur d'énergie électrique destiné à assurer en permanence la protection cathodique d'une cuve de chauffe-eau électrique à accumulation,
  • les moyens électroniques de régulation thermostatique et de déclenchement en sécurité comportent un thermostat électronique de faible puissance à deux sorties,
  • les moyens électroniques de régulation thermostatique et de déclenchement en sécurité comportent un capteur de température à semi-conducteur pour la régulation et un capteur à coefficient de température positif (CTP) pour le déclenchement en sécurité,
  • les moyens électroniques de régulation thermostatique et de déclenchement en sécurité sont montés sur une carte électronique secondaire destinée à être insérée dans un doigt de gant (DG) de cuve de chauffe-eau,
  • la carte électronique principale porte également un moyen de coupure d'alimentation tel qu'un fusible,
  • la carte électronique principale porte également un contacteur d'alimentation pour plage tarifaire,
  • le dispositif comporte des moyens pour limiter la charge ou la décharge importante d'un accumulateur,
  • le dispositif comporte un moyen indicateur du fonctionnement de la protection cathodique d'une cuve de chauffe-eau, lorsque le dispositif est connecté électriquement à une anode à courant imposé et à une cuve de chauffe-eau auquel le dispositif est destiné,
  • un chauffe-eau électrique à accumulation, comporte un dispositif de gestion électronique.
L'invention a également pour objet un chauffe-eau électrique à accumulation, comportant un dispositif de gestion électronique selon l'invention.
L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui va suivre donnée à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels :
  • la figure 1 représente schématiquement une vue en coupe illlustrant la mise en place d'un dispositif selon l'invention sur une cuve de chauffe-eau selon l'invention,
  • la figure 2 représente schématiquement un agencement fonctionnel d'un premier mode de réalisation de l'invention,
  • la figure 3 représente schématiquement un circuit électronique représentatif d'un dispositif selon l'invention conçu pour une alimentation monophasée,
  • la figure 4 représente schématiquement un circuit électronique correspondant au premier mode de réalisation de l'invention conçu pour une alimentation triphasée,
  • la figure 5 représente schématiquement un agencement fonctionnel d'un deuxième mode de réalisation de l'invention,
  • la figure 6 représente schématiquement un circuit électronique correspondant au second mode de réalisation de l'invention conçu pour une alimentation monophasée.
En référence aux figures 1 et 2, un dispositif selon l'invention comporte une alimentation permanente 1 alimentée par exemple par trois fils comprenant un fil de phase P, un fil de neutre N et une terre, un fusible 5 de coupure à réarmement manuel volontaire, un contacteur 6 de régulation, un contacteur 7 de sécurité, un contacteur 8 à trois positions permettant un fonctionnement en marche forcée, en marche automatique pour les périodes creuses, et en arrêt pour une mise hors tension, un circuit 9 détectant la présence d'eau pour éviter le chauffage à sec de la cuve et assurant une sécurité anti-dégazage pour éviter le dégagement d'hydrogène dans la cuve, un générateur 10 de courant de protection de la cuve, et un témoin 11 de débit de courant indiquant un remplissage suffisant en eau et une protection électrique du chauffe-eau.
Une carte secondaire insérée dans le doigt de gant DG du chauffe-eau porte une sonde de température 2, un amplificateur 3 de régulation et de sécurité et un capteur 4 de température pour le déclenchement de sécurité.
Les contacteurs de la carte principale électronique permettent l'alimentation du corps de chauffe CC du chauffe-eau, tandis que le courant de protection circulant entre l'anode A isolée et la cuve C du chauffe-eau assure la protection cathodique de la cuve.
En référence à la figure 3, le bloc d'alimentation 1 fournit de manière connue à partir d'une tension alternative une alimentation continue du dispositif selon l'invention, pour alimenter d'une part un thermostat électronique TE de faible puissance à deux sorties faisant partie du bloc 3 et recevant les signaux de température en provenance d'une part d'une diode silicium 2 dont la variation de température est connue et d'un capteur à variation de température positive CTP faisant partie du bloc 4; et pour alimenter simultanément un bloc 6 formant contacteur de régulation et un bloc 7 formant contacteur de sécurité ainsi qu'un générateur 10 de courant par l'intermédiaire d'un bloc 9 de présence d'eau et de sécurité anti-dégazage.
Comme thermostat électronique TE, on utilise par exemple un composant vendu par la Société NATIONAL SEMICONDUCTOR de droit japonais sous la référence LM 56.
La circulation du courant de protection cathodique entre l'anode A et la cuve C est attestée par l'allumage de la diode électroluminescente 11 en série avec le générateur 10 de courant, tandis que le contacteur 8 à trois positions permet de sélectionner la marche automatique, la marche forcée ou l'arrêt pour la mise hors tension du corps de chauffe.
Du fait de la présence du fusible 5, la sécurité de l'installation est assurée dès que le fusible 5 est retiré du circuit.
L'invention permet ainsi de regrouper sur la même carte électronique principale associée à une carte électronique secondaire regroupant les blocs 2, 3 et 4, toutes les fonctions utiles à la gestion électronique du chauffe-eau, et ceci au moyen d'une carte montée directement sur la cuve du chauffe-eau.
La figure 4 représente un circuit électronique fonctionnellement équivalent au circuit électronique décrit en référence à la figure 3, la différence consistant en l'utilisation de contacteurs triphasés pour la régulation du chauffage ou le déclenchement en sécurité du chauffage.
En référence aux figures 5 et 6, un autre mode de réalisation de l'invention diffère du mode de réalisation décrit en référence aux figures 1 à 4 en ce que des accumulateurs électriques sont prévus dans un bloc 13 pour assurer la protection cathodique de la cuve du chauffe-eau en cas de coupure de l'alimentation. Deux diodes électroluminescentes DEL montées en parallèle à ces accumulateurs dans le bloc 13, limitent la charge de ces accumulateurs, tandis que quatre diodes D sont prévues dans le bloc 14 pour limiter la décharge de ces accumulateurs.
Ce mode de réalisation de l'invention comporte par un bloc additionnel 12 procurant un affichage clignotant de la diode électroluminescente 11 pour indiquer un bon fonctionnement de la protection cathodique, un bloc 13 comportant les deux accumulateurs et les deux diodes électroluminescentes de limitation de charge de ces accumulateurs et un bloc 14 de limitation de décharge importante des accumulateurs précités. En outre, le contrôle de la charge des accumulateurs est assuré par l'intermédiaire du bloc 15 de contrôle de charge. Les autres éléments référencés 1 à 7, 9 et 10 sont identiques ou fonctionnellement équivalents aux éléments portant les références 1 à 7, 9 et 10 de la figure 2.
Les symboles utilisés : C, R, DZ, D, DEL, TR, IC, VDR sont les symboles utilisés de manière habituelle en électronique pour désigner les composants respectivement correspondants : condensateur, résistance, diode Zener, diode électroluminescente, transistor, circuit intégré (phototransistor), résistance variable en fonction de la tension (varistance).
Au lieu d'insérer le circuit secondaire 2-3-4 dans un doigt de gant DG, on envisage également selon la présente invention d'appliquer notamment le capteur 4 sur la cuve du chauffe-eau, sous la couche de mousse thermiquement isolante ou sous une pièce amovible de protection.

Claims (10)

  1. Dispositif de gestion électronique destiné à assurer la gestion électronique d'un chauffe-eau électrique à accumulation, comportant en combinaison : des moyens électroniques (2-4) de régulation thermostatique et de déclenchement en sécurité, des moyens de protection cathodique (9-11) par anode à courant imposé destinés à assurer une protection cathodique de cuve de chauffe-eau, et des moyens (6, 7) formant contacteur d'alimentation destinés à l'alimentation d'une résistance de chauffage de chauffe-eau électrique, caractérisé en ce que l'alimentation (1) du dispositif, les moyens de protection cathodique (9-11) et les moyens (6, 7) formant contacteur sont montés sur une carte électronique principale destinée à être solidarisée à un chauffe-eau électrique à accumulation.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre au moins un accumulateur d'énergie électrique destiné à assurer en permanence la protection cathodique d'une cuve de chauffe-eau électrique à accumulation.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens électroniques (2-4) de régulation thermostatique et de déclenchement en sécurité comportent un thermostat électronique de faible puissance à deux sorties.
  4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens électroniques (2-4) de régulation thermostatique et de déclenchement en sécurité comportent un capteur de température à semi-conducteur pour la régulation et un capteur à coefficient de température positif (CTP) pour le déclenchement en sécurité.
  5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens électroniques (2-4) de régulation thermostatique et de déclenchement en sécurité sont montés sur une carte électronique secondaire destinée à être insérée dans un doigt de gant (DG) de cuve (C) de chauffe-eau.
  6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la carte électronique principale porte également un moyen de coupure d'alimentation tel qu'un fusible (5).
  7. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 6, caractérisé en ce que la carte électronique principale porte également un contacteur (8) d'alimentation pour plage tarifaire.
  8. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif comporte des moyens pour limiter la charge (13) ou la décharge (14) importante d'un accumulateur.
  9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comporte un moyen (11, 12) indicateur du fonctionnement de la protection cathodique d'une cuve (C) de chauffe-eau, lorsque le dispositif est connecté électriquement à une anode à courant imposé et à ladite cuve (C) de chauffe-eau auquel le dispositif est destiné.
  10. Chauffe-eau électrique à accumulation, comportant un dispositif de gestion électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
EP99400031A 1998-01-26 1999-01-08 Dispositif de gestion électronique pour chauffe-eau électrique à accumulation Expired - Lifetime EP0933602B1 (fr)

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