EP3030844A1 - Procédé de gestion du chauffage d'eau dans une cuve d'un chauffe-eau - Google Patents

Procédé de gestion du chauffage d'eau dans une cuve d'un chauffe-eau

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EP3030844A1
EP3030844A1 EP14747611.3A EP14747611A EP3030844A1 EP 3030844 A1 EP3030844 A1 EP 3030844A1 EP 14747611 A EP14747611 A EP 14747611A EP 3030844 A1 EP3030844 A1 EP 3030844A1
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EP
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heating
water
tank
determination
temperature
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    • F24H2250/00—Electrical heat generating means
    • F24H2250/08—Induction

Definitions

  • the present invention relates to water heaters otherwise known as water heaters. It relates in particular to a water heating management method for preventing a possible lack of water in the water heater.
  • Water heaters are devices for heating water for different household or industrial needs. It is understood by water heater a water storage device which has at least one tank serving as hot water storage body of hot water, also called balloon frequently. Water is admitted into the storage tank where it is intended to be heated.
  • the invention relates to an electric water heater with water storage. The capacity of such a tank is more or less important according to the needs to which the storage devices are dedicated, for example by being associated with a sink faucet, a shower and / or a bath, etc.
  • an electric water heater generally has a heating device immersed in the tank serving as a heating body, for heating the water contained therein. The water in the tank of a water heater naturally stratifies if it is not brewed: hot water above and cold water underneath.
  • the temperature of the water within the heating body is, in known manner, controlled by a sensor or a probe, said probe being immersed in the tank and preferably positioned near the water heating device.
  • the probe can not be placed too close to the heater because in this case, the sensor would detect the temperature of the heater and not the temperature of the water to be heated.
  • the disadvantage of this probe, intended to measure the temperature of the water is that it is not configured to perceive effectively and above all quickly the overheating of the heating device; said device may continue to heat up to irreversible damage in the event that it can not exchange heat effectively with water.
  • the problem is all the more obvious for water heaters comprising a heating device in the form of a resistor.
  • the resistors are known to have a particularly low exchange surface with water, while requiring a significant time to heat the water. Therefore, it is particularly difficult to detect, finely and reactively, overheating of the heating device. Overheating is very often detected too late causing irreversible damage to the water heater and heater.
  • the overheating of the heating device is a major and known problem, due to lack of heat exchange heating body, lack of irrigation or excessive scaling.
  • a problem underlying the present invention is to provide a heating management method avoiding overheating of the heating device by the detection of a probable lack of water in the tank of the water heater.
  • a method for managing the heating of water in a tank of a water heater which comprises a device for electric heating of the water in the tank, characterized in that it involves, when water heating phase is controlled: an activation of a heating by the heating device, a determination of a temporal variation of temperature in the tank and a determination of at least one state of water filling of the tank function of the temporal variation.
  • the method according to the present invention also preferably provides, during the heating phase: a periodic determination of a temporal variation of temperature in the tank during a predefined time interval, a determination of an insufficient filling state in water of the tank when a positive temporal variation greater than a predetermined value is detected and a stopping of the heating following the determination of the insufficient filling state.
  • the invention also relates to a water heating system in a tank of a water heater, comprising an electric water heating device and a heating management device configured to control the activation and deactivation of the device.
  • the heating management device comprises at least one temperature measuring sensor adapted to measure a temperature in the tank and means arranged to perform the method according to one of the preceding claims.
  • the detection of a problem, in particular of insufficient water filling occurs after a slight heating of the device so that no risk of material damage is taken.
  • the method according to the present invention making it possible to detect a lack of water in the tank, is carried out at startup but also during the heating period. The absence of water in the tank can occur at any time, so it is advantageous that the protection is active permanently.
  • FIG. 1 illustrates a cross section of a water heater.
  • the water heater comprises a tank for receiving a volume of water and a heater.
  • FIG. 2 illustrates a cross section of the sleeve inside which is a heating element.
  • FIG. 3 illustrates a cross section of the inside of the sheath.
  • FIG. 4 is a view of a support intended to be housed inside the sheath.
  • FIG. 5 illustrates a schematic representation of the various steps of the method according to the invention with respect to time and temperature variables.
  • the determination of at least one state of filling comprises the determination of an insufficient state of filling when a positive temporal variation greater than a predefined value is noted.
  • a prohibition of a continuation or a resumption of the heating is performed following the determination of the insufficient filling state.
  • the prohibition is maintained until the determination of a sufficient filling state.
  • a second determination of a temporal change in temperature is made, a second determination of a state of water filling of the tank comprising the determination of a sufficient filling state is made; when a negative temporal variation is noted lower than a predefined value.
  • the determination of at least one state of filling comprises the determination of a sufficient state of filling when a positive temporal variation is noted lower than a predefined value.
  • the controlled heating phase is carried out to determine the sufficient filling state.
  • the determination of at least one filling state comprises the determination of a scaling state when a positive temporal variation is detected and at least 10% less than the predefined value (D1) and preferably at least 25% lower.
  • a periodic determination of a temporal variation of temperature in the tank during a predefined time interval is carried out, a determination of an insufficient state of filling in the water of the tank with determination of a positive temporal variation greater than a predefined value, a stopping of the heating following the determination of the insufficient state of filling.
  • the determination of a temporal variation is made by calculating the ratio of the difference between a temperature measured at the activation of the heating and a temperature after a predefined duration, and of the predefined duration.
  • the predefined duration is preferably between 2 and 4 minutes.
  • the heating is operated at a power of less than 1500 kW. These values vary according to the characteristics of the tank, in particular its volume.
  • the heating is stopped before the determination of at least one filling state.
  • a heating device comprising at least one inductor and at least one load, the inductor being configured to produce a current induced in the load.
  • This technique is transferable to other heating systems including resistive.
  • the advantage of the induction system is, on the one hand, the ease of control of the power, on the other hand, the presence of electronic temperature sensors associated with a powerful processing system (microcontroller) to accurately produce sequences heating and temperature measurements during these heating.
  • the heating device comprises at least one inductor and at least one load, the inductor being configured to produce a current induced in the load.
  • the water heater preferably comprises a vessel adapted to receive water and a system according to the invention.
  • the vessel is delimited by a peripheral envelope and the wall of a sleeve located in the inner volume of the peripheral casing, the heating device being at least partly immersed in the sheath.
  • the load is formed at least in part by the wall of the sealed sleeve and the inductor is housed in the sleeve.
  • FIGS. 1 to 4 describe an example of a water heater comprising an electric water heater and a heater management device configured to control the activation, control and deactivation of the heating device, making it possible to execute the process according to the invention.
  • FIG. 1 illustrates a cross section of a water heater 1.
  • the water heater 1 comprises a tank 2 for receiving a volume of water and a heater.
  • the tank 2 has, for example, a capacity greater than 10 liters, preferably greater than 20 liters.
  • the tank 2 is delimited on the one hand by a peripheral casing 3 and on the other by the wall 4 of a waterproof sheath 5 immersed in the interior volume of the peripheral casing 3.
  • the tank has an opening 7, preferably in the form of a hatch, for inserting the heating element, this heating element can be inserted into a sleeve that can itself be inserted through the opening 7.
  • the vessel 2 comprises one of its longitudinal ends two mouths: a mouth 6a of water inlet to be heated and a mouth 6b of heated water outlet.
  • the heating device comprises at least one inductor 10 housed in the sleeve 5 and at least one charge formed by at least a portion of the wall 4 of the sleeve 5.
  • the inductor 10 is advantageously, indirectly, a heat generator.
  • the principle of induction heating has many advantages.
  • the induction requires a magnetic field generating a current induced in an electrically conductive part called the load and, therefore, creates a heating in this load.
  • the inductor 10 may advantageously be positioned on a support 9. In a particularly advantageous manner, the support 9 simplifies the winding phase, in that it serves both to the realization of the inductor 10 and also to its maintenance in the water heater 1.
  • the support 9 is fixedly mounted in the sleeve 5.
  • the support 9 is fixed relative to the sleeve 5 by one of its ends located on the side of the opening 7; said opening 7 being located through the peripheral shell 3 of the water heater 1, at one of the longitudinal ends of the water heater 1.
  • the tank 2 and / or the sheath 5 and / or the inductor 10 have cylindrical shapes.
  • the sheath 5 and the inductor 10 have rectangular parallelepiped shapes.
  • the tank 2 takes, particularly advantageously, a rectangular parallelepiped shape so as to offer a saving of space in use.
  • the water heater also comprises a heater management device comprising at least one secondary heat sheath 8 for controlling the temperature inside the tank 2.
  • the secondary sheath 8 may be in the form of a tube.
  • This secondary sheath 8 is preferably a sheath of small diameter for receiving a temperature sensor which is, for example, a temperature probe of the CTN (Negative Temperature Coefficient) type, the NTC probe being a thermistor whose resistance decreases significantly. uniform with the temperature. It should be ensured that the thermal contact between the secondary sheath 8 and the temperature probe placed therein is correct.
  • the secondary sheath 8 extends in the longitudinal direction of the sheath 5.
  • the secondary sheath 8 is located near the outer wall 4 of the sheath 5 and, for example, less than 2 centimeters.
  • Figure 2 illustrates a cross section of the sheath 5.
  • the wall 4 of the sheath 5 is sealed so as to prevent the entry of water into the heating device.
  • the wall 4 of the sleeve 5 is advantageously formed of a steel sheet of thickness, for example, between 0.4 millimeters (mm) and 2.3 millimeters.
  • the sheath 5 is enamelled as is the interior of the tank 2; enamel hanging better on decarburized steel. Decarburized steel is very magnetic and therefore proves to be a very good load for an induction heating system.
  • the heating power dissipates in a thickness of about 0.4 mm (induction frequency of 20 kHz) with respect to the inductor system and therefore it is necessary that the thickness of the sheath is from less than 0.4 mm thick.
  • the sleeve 5 has an access opening at one of its ends, the support 9 being inserted into the sleeve 5 by said end.
  • the secondary sheath 8 is preferably fixed by one of its longitudinal ends on a first face of a plate 12 before being inserted into the tank 2.
  • the secondary sheath 8 is a tube welded on the same plate as the sleeve 5 and is enameled as said sleeve 5.
  • the plate 12 here has the shape of a disc.
  • the plate 12 is fixed on the outer wall of the tank 2 by means of a seal.
  • the sheath 5 comprises a base 1 1 attached to one of its longitudinal ends.
  • the base 11 is preferably in the form of a disc or a square.
  • the heating device inside the sheath 5 can be removed from the water heater by simply removing the fastening means. Exceptionally, the heating device can be controlled, checked or even changed without opening so without having to empty the tank 2.
  • the support 9 serves as a winding support 22.
  • the winding wire 21 is inserted inside the support 9 and it is crimped towards the end of the base 1 1.
  • the wire 21 and is passed through a slot of the bearing surface 13 at one end of the support 9.
  • the support 9 can then be attached to the winder (similar to a lathe) and the winding wire 21 which has passed through the slot of the support surface 13 of the support 9 is then immediately in the right place to start the winding.
  • the thread is cut and passed through the slots 19 or holding notches until reaching the bearing surface 14 located at the other end of the support 9.
  • the support 9 comprises a plurality of slots 19 because different versions of inductors are provided according to the requested power.
  • the notches or slots 19 serve to wedge the winding wire 21 which is ironed in the center of the support 9 to join the starting wire 21 but diametrically opposite.
  • the two son 21 are connected to their respective connectors integral with the base January 1.
  • FIG. 3 illustrates a cross-section of the inside of the sheath 5 and of the secondary sheath 8.
  • the inductor 10 comprises a coil 22 formed on the support 9.
  • the support 9 has a lateral external surface provided with a winding portion 22 and a wedging portion 13.
  • the winding portion 22 is set back relative to the wedging portion 13.
  • the wedging portion comprises a bearing surface 13 on the inner wall of the sleeve 5.
  • the bearing surface 13 has two portions located on either side of the winding portion 22 in a longitudinal direction of the sleeve 5.
  • the withdrawal 17 of the winding portion 22 relative to the wedging portion 13 is greater than the thickness of the coil 22.
  • the space 16 between the coil 22 and the inner face of the wall 4 of the sheath 5 is preferably less than 5 millimeters and advantageously less than 1 millimeter.
  • the winding 22 of the inductor 10 it is indeed advantageous for the winding 22 of the inductor 10 to be placed close to the sheath 5. This favors a concentration of warming over a portion only the thickness of the sleeve 5.
  • the skilled person tends to move the inductor-type coils of the heated elements. Indeed, as their name implies, heated elements heat up and tend to cause warming inductive systems if they are placed too close.
  • the inductive windings are generally isolated by organic varnishes, the most effective do not support temperatures above 220 ° C.
  • the sheath 5 is immersed in the water with which it exchanges its heat.
  • the temperature of the sheath 5 is therefore always greater than the water temperature for the exchange to take place, but the temperature difference remains low, for example 30 ° C for an injected power of 1800 Watts (W). Therefore, if the maximum temperature of the water to be heated is 65 ° C, the sleeve 5 reaches a maximum of 95 ° C and the sleeve 5 can then be considered as a cold zone for the inductor coil 22.
  • the bearing surface 13 and the inner face of the sleeve 5 are arranged in sliding fit. Particularly advantageously, during insertion of the support 9 into the sleeve 5 and in use, the bearing surface 13 prevents the coil 22 from coming into contact with the inner face of the wall 4 of the sleeve 5.
  • the diameter of the bearing surface 13, 14, greater than the diameter of the winding portion 22, allows, on the one hand, to protect the winding 22 and, secondly, to control the insertion set of the support 9 comprising the winding 22 in the sheath 5.
  • FIG. 4 illustrates a view of the support 9.
  • the support 9 is preferably in the form of a hollow tube. Particularly advantageously, the support 9 is configured to cooperate with the shape of the inner wall 4 of the sleeve 5.
  • a longitudinal first end of the support 9 comprises a first wedging portion comprising a base 1 1, a bearing surface 13, 14 and at least one slot 19 for retaining wire 21 for winding 22.
  • a second longitudinal end of support 9, opposite to the first, comprises a bearing surface 13, 14 and at least one slot 19 for retaining wire 21 for winding 22.
  • the bearing surface 13, 14 comprises, particularly advantageously, a plurality of crestal peaks formed on an annular portion of the wedging portion.
  • the slots allow a balance of the support 9 within the sheath 5.
  • the slots advantageously allow a simplification of the coil 22. According to a configuration mode where the sheath 5 is of rectangular parallelepiped shape, it is preferable to use a coil 22 of the Pan Cake type inductor without resorting to the use of a support 9.
  • the wall of the support 9 is perforated so as to promote heat transfer within the sheath 5, minimize the weight of the support 9 and therefore its cost.
  • the support 9 is made of high temperature resistant materials such as plastics (for example, BMC "Bulk Molding Compound” comprising polyester resin or Vinylester) reinforced with glass fibers. In position, the support 9 extends in the longitudinal direction of the sleeve 5.
  • the support 9 is advantageously hollow and its center can allow the passage of the winding wire 21.
  • FIG. 5 illustrates a schematic representation of the different steps of the method according to the invention relative to variables of time t and of temperature T.
  • the various phases presented are only examples of situations that may occur.
  • the temperature variations are illustrated as linear, but only to simplify the representation of the principle of the invention, these variations may have other forms of curves.
  • the heater management device comprises at least one secondary temperature measuring sleeve 8 capable of measuring a temperature in the tank 2 and means arranged to carry out the method.
  • the secondary sheath 8 is advantageously equipped with a temperature probe. This probe is preferably returned to abutment in the secondary sheath 8.
  • the data measured by the sensor are advantageously transmitted to means arranged to perform the method of the invention.
  • these means comprise a microprocessor or a microcontroller, and are capable of recovering the data, analyzing them and then transmitting control information, for example, stopping or continuing heating to the heating device of the water heater.
  • These means can include everything electronic component such as PLC systems, memories, reception and data acquisition interfaces, for example temperature, and control, as well as instructions executable by at least one processor for implementing the method presented here.
  • a first step at a time to consists of an activation of a heating by the heating device, after having previously raised the initial temperature To in the tank 2.
  • the heating device comprises an inductor 10.
  • the heating activation preferably begins with a phase whose energy is limited so as not to damage the heating element and its environment in the case where the tank 2 is either lacking water or very strongly calcified.
  • the heating activation does not overheat destructive, neither the heating system, nor the sheath 5, nor the tank 2.
  • the duration of the test phase is, for example, example, 1 minute.
  • the device automatically stops the time to study the temperature behavior of the tank 2. For a period of 1 minute, the heating is preferably operated at a power of less than 1500 kW. The heating device has thus generated heat in the sleeve 5.
  • a temporal variation of temperature in the tank 2 is determined.
  • temporal variation is meant the time derivative, ie the ratio of the difference between a temperature measured at the activation of the heating and a temperature after a predefined duration, and the predefined duration.
  • the predefined duration is preferably between 2 and 4 minutes.
  • the preset value Di represents an average value of temperature variation between the instant to and the time ti, following a given phase having generated a contribution of heat.
  • the value Di advantageously represents a ratio of a temperature difference measured between two times, and more precisely a thermal limit corresponding to the passage of water to air.
  • the main sheath 5 heats up quickly and transmits its heat to the secondary sheath 8 very close, for example located 6 mm from the sleeve 5.
  • the energy supplied is not sufficient to significantly increase the temperature of the water and therefore the temperature change is low.
  • the heating device can, advantageously, continue heating the water safely, without fear. overheating and / or deterioration of the water heater 1.
  • the possible deteriorations could concern the heating element but also the enamel of the sheath 5 and the thermal insulation of the tank 2. In the case where the heating element would be changed , the water heater would then work with reduced performance. We could observe an oxidation, a removal of the enamel as well as a deterioration of the thermal insulation of the tank 2.
  • the tank 2 contains an insufficient level of water, risking to strongly deteriorate the water heater 1. Overheating of the heating device in the tank 2 can lead to serious damage such as the malfunction or destruction of the water heater 1, which can lead to relatively high costs of replacement or repair costs.
  • the time interval between t1 and t.2 corresponds to a waiting time which is not significant in view of the time required to heat the water in the tank 2.
  • a maximum temperature ⁇ at time ti there is a maximum temperature ⁇ at time ti and then gradually decreasing the temperature corresponding to a normal cooling of the sleeve 5 following the shutdown of the heating device.
  • FIG. 5 shows the case where the tank 2 is filled with water. The entry of the water, generally cold, into the tank 2 will cause a significant thermal variation on the sheath 5 as well as on the secondary sheath 8 comprising a temperature probe.
  • a second determination of a time variation of temperature is made, followed by a second determination of a state of water filling of the tank comprising the determining a filling state sufficient to determine a negative temporal variation less than a predefined value D2.
  • This value reveals a limit variation reflecting an intake of cold water.
  • the temporal variation ie the time derivative
  • the temporal variation is recorded as negative, corresponding to a decrease in the temperature inside the vessel 2 in the time interval t.2 and t.3.
  • a heating phase is carried out.
  • a periodic determination of a temporal variation of temperature in the tank 2 is carried out first during a predefined time interval, for example between t 3 and t 4 . If the temporal variation measured at this instant is positive lower than a predefined value D3 then the filling state of the tank 2 is considered sufficient, the method of heating the water in the tank 2 continues.
  • This phase is similar to the activation phase of the heater operated at the beginning of the process, from the time to.
  • the power can advantageously be increased so as to heat the water of the tank 2 more quickly. It is thus possible, for example, to implement heating power in low level test mode and one or more higher values in actual heating mode when tests are conclusive.
  • the steps for controlling the temporal variation of temperature are repeated several times, or even periodically and continuously, during the heating phase so as to check the sufficiency of the level of the water present in the tank 2. If during these checks, a positive temporal variation greater than a predefined value is detected, it means that the water filling state of the tank 2 is insufficient, the heating device is then stopped.
  • the method according to the invention thus makes it possible to detect and prevent against possible problems of overheating, very frequently caused by a deficiency water filling of the heating body 2.
  • This deficiency includes an empty tank 2 but also a tank 2 partially filled, below a predefined filling rate.
  • the method according to the present invention may advantageously make it possible to detect scaling of the heating element.
  • the heating device automatically stops the time to study the temperature behavior of the tank 2, the heating device having generated heat in the sleeve 5.
  • the heating time may vary and have a duration different from that provided during the heating test phase. Therefore, the temperature behavior will be different depending on whether the sheath 5 is immersed in water (tank 2 full), in air (empty tank 2) or that the sleeve 5 is scaled.
  • the temperature sensor advantageously located in the secondary sheath 8 will determine if there is a presence of water in the tank 2 or if there is a severe scaling of the heating element. In the case where the heating element is heavily scaled, the main sheath will not warm up quickly. The energy provided is not sufficient to significantly increase the temperature of the water and therefore the temperature evolution is very low.
  • an alarm signal can be triggered to warn the user of any scaling of the heating element.
  • the user would have the choice to perform a descaling of the device to avoid incurring significant costs of replacement or repair.
  • an alternative would be to reduce the heating power to protect the heating element and its environment. In a particularly advantageous manner, these various actions can be controlled by a microprocessor.
  • induction heaters particularly those housed in sleeve 5
  • test phases of the invention can be done without high production of heating energy and therefore without risk of material damage and low power consumption.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de gestion du chauffage d'eau dans une cuve (2) d'un chauffe-eau (1) qui comporte un dispositif de chauffage électrique de l'eau dans la cuve (2), caractérisé en ce qu'il comporte, lorsqu'une phase de chauffe de l'eau est commandée: une activation d'une chauffe par le dispositif de chauffage, une détermination d'une variation temporelle de température dans la cuve (2) et une détermination d'au moins un état de remplissage en eau de la cuve (2) fonction de la variation temporelle.

Description

"Procédé de gestion du chauffage d'eau dans une cuve d'un chauffe-eau"
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention est relative aux appareils de chauffage de l'eau autrement appelés chauffe-eaux. Elle concerne en particulier un procédé de gestion de chauffage d'eau destiné à prévenir d'une éventuelle insuffisance d'eau dans le chauffe- eau.
ARRIERE-PLAN TECH NOLOGIQUE
Les chauffe-eaux sont des dispositifs permettant de chauffer l'eau pour différents besoins ménagers ou industriels. Il est entendu par chauffe-eau un appareil à accumulation d'eau qui possède au moins une cuve servant de corps de chauffe de stockage d'eau chaude, dite aussi fréquemment ballon. L'eau est admise dans la cuve de stockage où elle est destinée à y être chauffée. En outre, l'invention concerne un chauffe-eau électrique à accumulation d'eau. La capacité d'une telle cuve est plus ou moins importante suivant les besoins auxquels les appareils à accumulation sont dédiés, par exemple en étant associés avec un robinet de lavabo, une douche et/ou une baignoire, etc. De manière connue, un chauffe-eau électrique possède généralement un dispositif de chauffage plongeant dans la cuve servant de corps de chauffe, permettant de chauffer l'eau qu'il contient. L'eau dans la cuve d'un chauffe-eau se stratifié naturellement si elle n'est pas brassée : l'eau chaude au-dessus et l'eau froide en dessous.
La température de l'eau au sein du corps de chauffe est, de manière connue, contrôlée par un capteur ou une sonde, ladite sonde étant plongée dans la cuve et positionnée de préférence à proximité du dispositif de chauffage de l'eau. La sonde ne peut pas être placée trop près du dispositif de chauffage car dans ce cas, la sonde détecterait la température du dispositif de chauffage et non la température de l'eau à chauffer. L'inconvénient de cette sonde, destinée à mesurer la température de l'eau, est qu'elle n'est pas configurée pour percevoir efficacement et surtout rapidement la surchauffe du dispositif de chauffage ; ledit dispositif risquant de poursuivre la chauffe jusqu'à sa détérioration irrévocable dans le cas où il ne peut pas échanger sa chaleur efficacement avec l'eau. Le problème est d'autant plus manifeste pour des chauffe- eaux comprenant un dispositif de chauffage sous la forme d'une résistance. En effet, les résistances sont connues pour présenter une surface d'échange avec l'eau particulièrement faible, tout en requérant un temps important pour chauffer l'eau. Dès lors, il s'avère particulièrement difficile de détecter, finement et de manière réactive, une surchauffe du dispositif de chauffage. La surchauffe est très souvent détectée trop tard entraînant des dommages irréversibles pour le chauffe-eau et le dispositif de chauffage.
Ainsi, la surchauffe du dispositif chauffant est un problème majeur et connu, dû à manque d'échange calorifique corps de chauffe, à un manque d'irrigation ou à un entartrage trop prononcé.
La présente invention permet de résoudre tout ou, du moins, une partie des inconvénients des techniques actuelles. Un problème à la base de la présente invention est de proposer un procédé de gestion de chauffage évitant la surchauffe du dispositif de chauffage par la détection d'une probable insuffisance en eau dans la cuve du chauffe-eau.
RESUME DE L'INVENTION
Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un procédé de gestion du chauffage d'eau dans une cuve d'un chauffe-eau qui comporte un dispositif de chauffage électrique de l'eau dans la cuve, caractérisé en ce qu'il comporte, lorsqu'une phase de chauffe de l'eau est commandée: une activation d'une chauffe par le dispositif de chauffage, une détermination d'une variation temporelle de température dans la cuve et une détermination d'au moins un état de remplissage en eau de la cuve fonction de la variation temporelle.
Le procédé selon la présente invention prévoit également, de manière préférée, durant la phase de chauffe : une détermination périodique d'une variation temporelle de température dans la cuve durant un intervalle de temps prédéfini, une détermination d'un état de remplissage insuffisant en eau de la cuve lorsqu'est relevée une variation temporelle positive supérieure à une valeur prédéfinie et un arrêt de la chauffe suite à la détermination de l'état de remplissage insuffisant.
L'invention concerne également un système de chauffage d'eau dans une cuve d'un chauffe-eau, comportant un dispositif de chauffage électrique de l'eau et un dispositif de gestion de chauffe configuré pour commander l'activation et la désactivation du dispositif de chauffage, caractérisé en ce que le dispositif de gestion de chauffe comporte au moins un capteur de mesure de température apte à mesurer une température dans la cuve et des moyens agencés pour exécuter le procédé selon l'une des revendications précédentes. L'effet technique, induit par le procédé et le système de chauffage d'eau d'un chauffe-eau selon l'invention, est de prévenir contre les risques de surchauffe dans un chauffe-eau par la détection d'un niveau insuffisant en eau dans la cuve du chauffe- eau, pouvant causer des dysfonctionnements du chauffe-eau. L'invention propose ainsi un procédé de détection relativement simple à mettre en place et peu coûteux permettant d'éviter, en cas de surchauffe du dispositif de chauffage, des frais de réparation voire de remplacement d'un chauffe-eau, lesquels s'avérant être relativement élevés.
Avantageusement, la détection d'un problème, en particulier d'un remplissage en eau insuffisant, s'opère après un faible échauffement du dispositif si bien qu'aucun risque de dégât matériel n'est pris. De manière particulièrement avantageuse, le procédé selon la présente invention, permettant de détecter une insuffisance en eau dans la cuve, s'effectue au démarrage mais également pendant la durée de chauffe. L'absence en eau dans la cuve peut survenir à n'importe quel moment, il est donc avantageux que la protection soit active en permanence.
BREVE INTRODUCTION DES FIGURES Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée d'un mode de réalisation de cette dernière illustrée par les dessins d'accompagnement suivants, dans lesquels :
- La figure 1 illustre une coupe transversale d'un chauffe-eau. Le chauffe-eau comprend une cuve destinée à recevoir un volume d'eau et un dispositif de chauffage.
- La figure 2 illustre une coupe transversale du fourreau à l'intérieur duquel se trouve un élément de chauffage.
- La figure 3 illustre une coupe transversale de l'intérieur du fourreau.
- La figure 4 est une vue d'un support destiné à être logé à l'intérieur du fourreau.
- La figure 5 illustre une représentation schématique des différentes étapes du procédé selon l'invention relativement à des variables de temps et de température.
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques.
DESCRIPTION DETAILLEE
Avant d'entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l'invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement :
- Avantageusement, la détermination d'au moins un état de remplissage comprend la détermination d'un état de remplissage insuffisant lorsqu'est relevée une variation temporelle positive supérieure à une valeur prédéfinie.
- Préférentiellement, une interdiction d'une poursuite ou d'une reprise de la chauffe est effectuée suite à la détermination de l'état de remplissage insuffisant.
- Avantageusement, l'interdiction est maintenue jusqu'à la détermination d'un état de remplissage suffisant.
- De manière particulièrement avantageuse, durant l'interdiction, on effectue une deuxième détermination d'une variation temporelle de température, on effectue une deuxième détermination d'un état de remplissage en eau de la cuve comprenant la détermination d'un état de remplissage suffisant lorsqu'est relevée une variation temporelle négative inférieure à une valeur prédéfinie. - De préférence, la détermination d'au moins un état de remplissage comprend la détermination d'un état de remplissage suffisant lorsqu'est relevée une variation temporelle positive inférieure à une valeur prédéfinie.
- Préférentiellement, on effectue la phase de chauffe commandée à détermination de l'état de remplissage suffisant.
- De manière particulièrement avantageuse, la détermination d'au moins un état de remplissage comprend la détermination d'un état d'entartrage lorsqu'est relevée une variation temporelle positive et d'au moins 10% inférieure à la valeur prédéfinie (D1 ) et de préférence d'au moins 25% inférieure.
- Avantageusement, durant la phase de chauffe, on effectue une détermination périodique d'une variation temporelle de température dans la cuve durant un intervalle de temps prédéfini, une détermination d'un état de remplissage insuffisant en eau de la cuve à détermination d'une variation temporelle positive supérieure à une valeur prédéfinie, un arrêt de la chauffe suite à la détermination de l'état de remplissage insuffisant.
- Préférentiellement, la détermination d'une variation temporelle est opérée par calcul du rapport de la différence entre une température mesurée à l'activation de la chauffe et une température après une durée prédéfinie, et de la durée prédéfinie.
- La durée prédéfinie est de préférence comprise entre 2 et 4 minutes.
- Préférentiellement, la chauffe est opérée à une puissance inférieure à 1500 kW. Ces valeurs varient suivant les caractéristiques de la cuve, notamment son volume.
- Avantageusement, la chauffe est stoppée avant la détermination d'au moins un état de remplissage.
- De manière particulièrement avantageuse, on utilise un dispositif de chauffage comportant au moins un inducteur et au moins une charge, l'inducteur étant configuré pour produire un courant induit dans la charge. Cette technique est transposable à d'autres systèmes de chauffe notamment résistifs. L'avantage du système à induction est d'une part, la facilité de commande de la puissance, d'autre part, la présence de capteurs de température électroniques associés à un système de traitement performant (microcontrôleur) permettant de réaliser avec précision des séquences de chauffe et de mesures de température durant ces chauffes.
- Préférentiellement, le dispositif de chauffage comporte au moins un inducteur et au moins une charge, l'inducteur étant configuré pour produire un courant induit dans la charge. - Le chauffe-eau comporte de préférence une cuve apte à recevoir de l'eau et un système selon l'invention.
- Avantageusement, la cuve est délimitée par une enveloppe périphérique et la paroi d'un fourreau située dans le volume intérieur de l'enveloppe périphérique, le dispositif de chauffage étant au moins en partie plongeant dans le fourreau.
- Préférentiellement, la charge est formée au moins en partie par la paroi du fourreau étanche et l'inducteur est logé dans le fourreau.
Les figures 1 à 4 décrivent un exemple de chauffe-eau comportant un dispositif de chauffage électrique de l'eau et un dispositif de gestion de chauffe configuré pour commander l'activation, le contrôle et la désactivation du dispositif de chauffage, permettant d'exécuter le procédé selon l'invention.
La figure 1 illustre une coupe transversale d'un chauffe-eau 1. Le chauffe-eau 1 comprend une cuve 2 destinée à recevoir un volume d'eau et un dispositif de chauffage. La cuve 2 a, par exemple, une contenance supérieure à 10 litres, de préférence, supérieure à 20 litres. La cuve 2 est délimitée d'une part par une enveloppe périphérique 3 et d'autre part par la paroi 4 d'un fourreau 5 étanche plongeant dans le volume intérieur de l'enveloppe périphérique 3. La cuve comporte une ouverture 7, de préférence sous la forme d'une trappe, permettant d'insérer l'élément chauffant, cet élément chauffant pouvant être inséré dans un fourreau pouvant lui-même être inséré au travers de l'ouverture 7. La cuve 2 comprend à l'une de ses extrémités longitudinales deux embouchures : une embouchure 6a d'arrivée d'eau destinée à être chauffée et une embouchure 6b de sortie d'eau chauffée.
Le dispositif de chauffage comprend au moins un inducteur 10 logé dans le fourreau 5 et au moins une charge formée par au moins une partie de la paroi 4 du fourreau 5. L'inducteur 10 est avantageusement, indirectement, générateur de chaleur. Le principe du chauffage par induction possède de nombreux avantages. L'induction nécessite un champ magnétique générant un courant induit dans une pièce électriquement conductrice appelée la charge et, donc, crée un échauffement dans cette charge. L'inducteur 10 peut avantageusement être positionné sur un support 9. De manière particulièrement avantageuse, le support 9 simplifie la phase de bobinage, en cela qu'il sert à la fois à la réalisation de l'inducteur 10 et également à son maintien dans le chauffe-eau 1 . Ceci permet d'éviter des phases longues et coûteuses de solidification du bobinage inducteur de façon à assurer sa cohésion mécanique (c'est-à-dire par exemple la thermo-adhérence). Le support 9 est monté fixement dans le fourreau 5. De préférence, le support 9 est fixé relativement au fourreau 5 par une seule de ses extrémités située du côté de l'ouverture 7 ; ladite ouverture 7 étant située au travers de l'enveloppe périphérique 3 du chauffe-eau 1 , à une des extrémités longitudinales du chauffe-eau 1 .
Préférentiellement, la cuve 2 et/ou le fourreau 5 et/ou l'inducteur 10 présentent des formes cylindriques. Selon un autre mode de configuration, le fourreau 5 et l'inducteur 10 présentent des formes parallélépipèdes rectangles. Dans ce dernier cas, la cuve 2 prend, de manière particulièrement avantageuse, une forme parallélépipède rectangle de sorte à offrir un gain de place en utilisation.
Le chauffe-eau comprend également un dispositif de gestion de chauffe comprenant au moins un fourreau secondaire 8 de chaleur destiné à contrôler la température à l'intérieur de la cuve 2. Le fourreau secondaire 8 peut se présenter sous la forme d'un tube. Ce fourreau secondaire 8 est préférentiellement un fourreau de petit diamètre permettant de recevoir un capteur de température qui est, par exemple, une sonde de température de type CTN (Coefficient de Température Négatif), la sonde CTN étant une thermistance dont la résistance diminue de façon uniforme avec la température. Il convient de s'assurer que le contact thermique entre le fourreau secondaire 8 et la sonde de température placée en son sein est correct. Le fourreau secondaire 8 s'étend suivant la direction longitudinale du fourreau 5. Le fourreau secondaire 8 est situé à proximité de la paroi 4 externe du fourreau 5 et, par exemple, à moins de 2 centimètres.
La figure 2 illustre une coupe transversale du fourreau 5. La paroi 4 du fourreau 5 est étanche de sorte à éviter l'entrée d'eau dans le dispositif de chauffage. La paroi 4 du fourreau 5 est avantageusement formée d'une tôle d'acier d'épaisseur, par exemple, comprise entre 0.4 millimètre (mm) et 2.3 millimètres. Avantageusement, le fourreau 5 est émaillé tout comme l'intérieur de la cuve 2 ; l'émail accrochant mieux sur de l'acier décarburé. L'acier décarburé est très magnétique et donc s'avère être une très bonne charge pour un système de chauffe par induction. Il convient de rappeler que la puissance de chauffe se dissipe dans une épaisseur d'environ 0.4 mm (fréquence d'induction de 20 kHz) au regard du système inducteur et donc qu'il est nécessaire que l'épaisseur du fourreau soit d'au moins d'une épaisseur de 0.4 mm. Le fourreau 5 comporte une ouverture d'accès à l'une de ses extrémités, le support 9 étant inséré dans le fourreau 5 par ladite extrémité.
Le fourreau secondaire 8 est préférentiellement fixé par une de ses extrémités longitudinales sur une première face d'une platine 12 d'avant d'être inséré dans la cuve 2. Le fourreau secondaire 8 est un tube soudé sur la même platine que le fourreau 5 et est émaillé comme ledit fourreau 5. La platine 12 a ici la forme d'un disque. La platine 12 est fixée sur la paroi externe de la cuve 2 par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité. Avantageusement le fourreau 5 comprend une base 1 1 fixée à l'une de ses extrémités longitudinales. La base 1 1 est de préférence de la forme d'un disque ou d'un carré. De manière particulièrement avantageuse, le dispositif de chauffage à l'intérieur du fourreau 5 peut être retiré du chauffe-eau par un simple retrait des moyens de fixation. A titre exceptionnel, le dispositif de chauffage peut être contrôlé, vérifié, voire changé sans ouvrir donc sans avoir à vidanger la cuve 2.
Le support 9 sert de support de bobinage 22. Pour « bobiner », on insère le fil 21 de bobinage 22 à l'intérieur du support 9 et l'on vient le sertir vers l'extrémité de la base 1 1. On tend alors le fil 21 et on le fait passer par un créneau de la surface d'appui 13 située à une des extrémités du support 9. Le support 9 peut alors être fixé sur la bobineuse (semblable à un tour) et le fil 21 de bobinage 22 qui est passé par le créneau de la surface d'appui 13 du support 9 se trouve alors immédiatement à la bonne place pour commencer le bobinage. A la fin du bobinage, le fil est coupé et passé au travers des fentes 19 ou encoches de maintien jusqu'à atteindre la surface d'appui 14 située à l'autre extrémité du support 9. Avantageusement, le support 9 comprend plusieurs fentes 19 car il est prévu différentes versions d'inducteurs suivant la puissance demandée. Les encoches ou fentes 19 servent à coincer le fil 21 de bobinage 22 qui est repassé au centre du support 9 pour rejoindre le fil 21 de départ mais diamétralement opposé. Les deux fils 21 sont connectés sur leurs connecteurs respectifs solidaires de la base 1 1 .
La figure 3 illustre une coupe transversale de l'intérieur du fourreau 5 et du fourreau secondaire 8. L'inducteur 10 comporte un bobinage 22 formé sur le support 9. Le support 9 comporte une surface externe latérale pourvue d'une portion de bobinage 22 et d'une portion de calage 13. La portion de bobinage 22 est en retrait relativement à la portion de calage 13. La portion de calage comprend une surface d'appui 13 sur la paroi interne du fourreau 5. La surface d'appui 13 comporte deux portions situées de part et d'autre de la portion de bobinage 22 suivant une direction longitudinale du fourreau 5. Le retrait 17 de la portion de bobinage 22 relativement à la portion de calage 13 est supérieur à l'épaisseur du bobinage 22. L'espace 16 séparant le bobinage 22 et la face interne de la paroi 4 du fourreau 5 est, de préférence, inférieur à 5 millimètres et, avantageusement, inférieure à 1 millimètre. De manière surprenante, il est en effet avantageux que le bobinage 22 de l'inducteur 10 soit placé à proximité du fourreau 5. Cela favorise une concentration de réchauffement sur une portion seulement de l'épaisseur du fourreau 5. Il convient de noter que, de manière surprenante, l'homme de métier a tendance à éloigner les bobinages de type inducteur des éléments chauffés. En effet, comme leur nom l'indique, les éléments chauffés chauffent et ont tendance à provoquer réchauffement des systèmes inducteurs s'ils sont placés trop près. Or, les bobinages inducteurs sont en général isolés par des vernis organiques dont les plus performants ne supportent pas des températures supérieures à 220°C. Dans la présente invention, on vient avantageusement chauffer la paroi 4 interne (d'une épaisseur par exemple de 0.4 mm) du fourreau 5 qui s'échauffe. Or, le fourreau 5 est plongé dans l'eau avec qui il échange sa chaleur. Pendant la phase de chauffe, la température du fourreau 5 est donc toujours supérieure à la température de l'eau pour que l'échange se fasse, mais la différence de température reste faible, par exemple 30°C pour une puissance injectée de 1800 Watts (W). De ce fait, si la température maximum de l'eau à chauffer est 65°C, le fourreau 5 atteint au maximum 95°C et le fourreau 5 peut alors être considéré comme une zone froide pour le bobinage 22 inducteur. Il est alors avantageux de rapprocher le bobinage 22 inducteur du fourreau 5 de façon à le refroidir. Ce rapprochement est également avantageux pour sa construction car on augmente alors le couplage à la charge et donc le système inducteur a besoin de moins d'ampères tours pour fonctionner correctement avec son onduleur associé, ce qui augmente le rendement de l'ensemble et diminue ainsi le coût. A noter enfin qu'il peut être nécessaire d'interposer un isolant électrique supplémentaire autour du bobinage 22 dans le cas où la distance, entre le bobinage 22 et le fourreau 5 relié à la terre, devient faible.
La surface d'appui 13 et la face interne du fourreau 5 sont agencées en ajustement glissant. De manière particulièrement avantageuse, lors de l'insertion du support 9 dans le fourreau 5 et en utilisation, la surface d'appui 13 évite au bobinage 22 de venir en contact avec la face interne de la paroi 4 du fourreau 5. Avantageusement, le diamètre de la surface d'appui 13, 14, supérieur au diamètre de la portion de bobinage 22, permet, d'une part, de protéger le bobinage 22 et, d'autre part, de contrôler le jeu d'insertion du support 9 comprenant le bobinage 22 dans le fourreau 5.
La figure 4 illustre une vue du support 9. Le support 9 se présente préférentiellement sous la forme d'un tube creux. De manière particulièrement avantageuse, le support 9 est configuré de sorte à coopérer avec la forme de la paroi 4 interne du fourreau 5. Une première extrémité longitudinale du support 9 comprend une première portion de calage comportant une base 1 1 , une surface d'appui 13, 14 et au moins une fente 19, de retenue de fil 21 de bobinage 22. Une deuxième extrémité longitudinale du support 9, opposée à la première, comprend une surface d'appui 13, 14 et au moins une fente 19 de retenue de fil 21 de bobinage 22. La surface d'appui 13, 14 comporte, de manière particulièrement avantageuse, une pluralité de sommets de créneaux formés sur une portion annulaire de la portion de calage. Préférentiellement, les créneaux permettent un équilibre du support 9 au sein du fourreau 5. Ils limitent aussi les phénomènes d'hyperstatisme lors de l'insertion. Les créneaux permettent avantageusement une simplification du bobinage 22. Selon un mode de configuration où le fourreau 5 est de forme parallélépipède rectangle, on utilisera de préférence un bobinage 22 d'inducteur de type Pan Cake, sans recourir à l'utilisation d'un support 9.
Avantageusement, la paroi du support 9 est ajourée de sorte à favoriser un transfert de chaleur au sein du fourreau 5, minimiser le poids du support 9 et donc son coût. A titre préféré, le support 9 est formé de matériaux résistants aux hautes températures tels que les matières plastiques (par exemple, BMC « Bulk Molding Compound » comprenant de la résine Polyester ou le Vinylester) renforcées par des fibres de verre. En position, le support 9 s'étend suivant la direction longitudinale du fourreau 5. Le support 9 est avantageusement creux et son centre peut autoriser le passage du fil 21 de bobinage 22.
La figure 5 illustre une représentation schématique des différentes étapes du procédé selon l'invention relativement à des variables de temps t et de température T. Les diverses phases présentées ne sont que des exemples de situations pouvant se produire. En outre, les variations de température sont illustrées comme étant linéaires, mais uniquement pour simplifier la représentation du principe de l'invention, ces variations pouvant avoir d'autres formes de courbes. Le dispositif de gestion de chauffe comporte au moins un fourreau secondaire 8 de mesure de température apte à mesurer une température dans la cuve 2 et des moyens agencés pour exécuter le procédé. Le fourreau secondaire 8 est avantageusement équipé d'une sonde de température. Cette sonde est de préférence rentrée en butée dans le fourreau secondaire 8. Les données mesurées par le capteur sont, avantageusement, transmises à des moyens agencés pour exécuter le procédé de l'invention. Préférentiellement, ces moyens comportent un microprocesseur ou un microcontrôleur, et sont aptes à récupérer les données, les analyser puis ensuite transmettre une information de commande, par exemple, d'arrêt ou de poursuite de chauffe au dispositif de chauffage du chauffe-eau. Ces moyens peuvent comprendre tout composant électronique tel que des systèmes automates, des mémoires, des interfaces de réception et d'acquisition de données, par exemple de température, et de commande, ainsi que des instructions exécutables par au moins un processeur pour mettre en œuvre le procédé ici présenté.
Lorsqu'une phase de chauffe de l'eau est commandée, une première étape à un temps to, consiste en une activation d'une chauffe par le dispositif de chauffage, après avoir préalablement relevé la température initiale To dans la cuve 2. A titre préféré, le dispositif de chauffage comprend un inducteur 10.
L'activation de chauffe débute, de préférence, par une phase dont l'énergie est limitée de façon à ne pas endommager l'élément chauffant et son environnement dans le cas où la cuve 2 serait soit en manque d'eau, soit très fortement entartrée. De manière particulièrement avantageuse, si la cuve 2 est vide, l'activation de chauffe ne met pas en surchauffe destructrice, ni le système de chauffe, ni le fourreau 5, ni la cuve 2. La durée de la phase de test est, par exemple, de 1 minute. A l'issue de cette phase, le dispositif s'arrête automatiquement le temps d'étudier le comportement en température de la cuve 2. Pour une durée de 1 minute, la chauffe est préférentiellement opérée à une puissance inférieure à 1500 kW. Le dispositif de chauffage a ainsi généré de la chaleur dans le fourreau 5. Dès lors, le comportement va être différent suivant que le fourreau 5 est plongé dans l'eau (cuve 2 pleine) ou dans l'air (cuve 2 vide). Le capteur de température étant situé dans le fourreau secondaire 8 à proximité du fourreau 5, la température que le capteur va lire dépendra de l'interface entre le fourreau secondaire 8 et le fourreau 5, et va ainsi déterminer s'il y a ou non présence d'eau dans la cuve 2. Au bout d'un temps ti prédéfini, par exemple de 3 minutes, une variation temporelle de température dans la cuve 2 est déterminée. On entend par variation temporelle, la dérivée temporelle, soit le rapport de la différence entre une température mesurée à l'activation de la chauffe et une température après une durée prédéfinie, et de la durée prédéfinie. La durée prédéfinie est préférentiellement comprise entre 2 et 4 minutes. Néanmoins, des durées plus courtes sont possibles (cela dépend de l'énergie injectée, de la masse et de la géométrie des différents éléments), jusqu'à une détermination d'une variation instantanée, à la fréquence d'acquisition des données de température. Il s'ensuit, à l'issue de cette détermination de variation temporelle de température dans la cuve 2, une détermination à l'instant ti, d'un état de remplissage en eau de la cuve 2 en fonction de la variation temporelle ; l'objectif étant de déterminer en fonction de la variation temporelle, l'état de remplissage en eau de la cuve 2.
La valeur prédéfinie Di représente une valeur moyenne de variation de température entre l'instant to et le temps ti, suite à une phase donnée ayant générée un apport de chaleur. La valeur Di représente avantageusement un rapport d'une différence de température mesurée entre deux temps, et plus précisément d'une limite thermique correspondant au passage de l'eau à l'air. Dans le cas où il n'y a pas d'eau dans le chauffe-eau 1 , le fourreau 5 principal s'échauffe rapidement et transmet sa chaleur au fourreau secondaire 8 très proche, par exemple situé à 6 mm du fourreau 5. Dans le cas où le fourreau 5 principal est immergé dans l'eau, l'énergie apportée n'est pas suffisante pour augmenter significativement la température de l'eau et donc l'évolution de température est faible.
Si la variation temporelle mesurée dans la cuve 2 et relevée à l'instant ti est positive inférieure à la valeur prédéfinie Di, alors cela signifie que le fourreau 5 est immergé, ne risquant pas d'endommager le chauffe-eau 1. Ceci étant, s'il y a de l'eau, en général, le chauffe-eau 1 est plein. Le cas du manque d'eau est constaté principalement lors de l'installation ou de la remise en fonctionnement du chauffe-eau 1 dans des résidences secondaires, par exemple. Il convient de rappeler qu'il est nécessaire de purger l'installation afin de vider un chauffe-eau 1. Dans ce cas, le dispositif de chauffage peut, de manière avantageuse, poursuivre la chauffe de l'eau en toute sécurité, sans crainte de surchauffe et/ou de détérioration du chauffe-eau 1. Les détériorations possibles pourraient concerner l'élément chauffant mais aussi l'émail du fourreau 5 et l'isolation thermique de la cuve 2. Dans le cas où l'élément chauffant serait changé, le chauffe-eau fonctionnerait alors avec des performances réduites. On pourrait observer une oxydation, un retrait de l'émail ainsi qu'une détérioration de l'isolation thermique de la cuve 2.
Si la variation temporelle mesurée dans la cuve 2 et relevée à l'instant ti est positive supérieure à la valeur prédéfinie Di, correspondant à une augmentation excessive de la température, alors cela signifie que la cuve 2 contient un niveau insuffisant d'eau, risquant de fortement détériorer le chauffe-eau 1 . Une surchauffe du dispositif de chauffage dans la cuve 2 peut entraîner de graves dommages tels que le dysfonctionnement, voire la destruction du chauffe-eau 1 , pouvant entraîner des coûts relativement importants de frais de remplacement ou de réparation.
Dès lors, si la variation temporelle est positive supérieure à Di alors on procède à l'instant ti à une interdiction de poursuite de la chauffe. L'intervalle de temps entre ti et t.2 correspond à un temps d'attente qui n'est pas significatif au vu du temps nécessaire à la chauffe de l'eau de la cuve 2. Après une augmentation de la température liée à la phase donnée à l'instant to, on observe un maximum de température ΤΊ à l'instant ti puis progressivement une diminution de la température correspondant à un refroidissement normal du fourreau 5 suite à l'arrêt de dispositif de chauffage. Au bout d'un temps t.2, la figure 5 montre le cas où l'on procède à un remplissage en eau de la cuve 2. L'entrée de l'eau, généralement froide, dans la cuve 2, va entraîner une variation thermique importante sur le fourreau 5 ainsi que sur le fourreau secondaire 8 comprenant une sonde de température. Durant l'interdiction, soit dans l'intervalle de temps ti et t.2, on effectue une deuxième détermination d'une variation temporelle de température, suivie d'une deuxième détermination d'un état de remplissage en eau de la cuve comprenant la détermination d'un état de remplissage suffisant à détermination d'une variation temporelle négative inférieure à une valeur prédéfinie D2. Cette valeur révèle une variation limite reflétant une admission d'eau froide.
Après remplissage en eau, la variation temporelle, c'est-à-dire la dérivée temporelle, est relevée comme étant négative, correspondant à une diminution de la température à l'intérieur de la cuve 2 dans l'intervalle de temps t.2 et t.3.
Au bout d'un temps t.3, lorsque la température T3 prédéfinie est atteinte, correspondant à un état de remplissage suffisant en eau de la cuve 2, on effectue une phase de chauffe. Durant la phase de chauffe, on réalise d'abord une détermination périodique d'une variation temporelle de température dans la cuve 2 durant un intervalle de temps prédéfini, par exemple entre t.3 et t4. Si la variation temporelle mesurée à cet instant est positive inférieure à une valeur prédéfinie D3 alors l'état de remplissage de la cuve 2 est jugé suffisant, le procédé de chauffe de l'eau dans la cuve 2 se poursuit. Cette phase est similaire à la phase d'activation de la chauffe opérée en début de procédé, à partir du temps to.
Dès le temps U, lorsqu'aucune anomalie n'est détectée dans le dispositif de chauffage, alors la puissance peut avantageusement être augmentée de sorte à chauffer plus rapidement l'eau de la cuve 2. On peut ainsi, par exemple, mettre en œuvre une puissance de chauffage en mode test de faible niveau et une ou plusieurs valeurs, supérieures, en mode de chauffage effectif, lorsque les tests sont concluants.
Les étapes de contrôle de variation temporelle de température sont renouvelées plusieurs fois, voire périodiquement et en continu, durant la phase de chauffe de sorte à vérifier la suffisance du niveau de l'eau présent dans la cuve 2. Si lors de ces contrôles, une variation temporelle positive supérieure à une valeur prédéfinie est détectée, cela signifie que l'état de remplissage en eau de la cuve 2 est insuffisant, le dispositif de chauffage est alors arrêté. Le procédé selon l'invention permet donc de détecter et de prévenir contre d'éventuels problèmes de surchauffe, très fréquemment causés par une insuffisance de remplissage en eau du corps de chauffe 2. Cette insuffisance s'entend notamment d'une cuve 2 vide mais aussi d'une cuve 2 partiellement remplie, en deçà d'un taux de remplissage prédéfini. Selon un mode de réalisation complémentaire ou alternatif à la détection d'un manque d'eau dans la cuve 2, le procédé selon la présente invention peut avantageusement permettre de détecter un entartrage de l'élément chauffant.
A l'issue de la phase préliminaire de test de chauffe, le dispositif de chauffe s'arrête automatiquement le temps d'étudier le comportement en température de la cuve 2, le dispositif de chauffe ayant généré de la chaleur dans le fourreau 5. Avantageusement, le temps de chauffe peut varier et présenter une durée différente de celle prévue lors de la phase de test de chauffe. Dès lors, le comportement en température va être différent suivant que le fourreau 5 est plongé dans l'eau (cuve 2 pleine), dans l'air (cuve 2 vide) ou encore que le fourreau 5 est entartré.
Le capteur de température avantageusement situé dans le fourreau secondaire 8 va déterminer s'il y a une présence d'eau dans la cuve 2 ou bien s'il y a un entartrage sévère de l'élément chauffant. Dans le cas où l'élément chauffant est fortement entartré, le fourreau 5 principal ne va pas s'échauffer rapidement. L'énergie apportée n'est pas suffisante pour augmenter significativement la température de l'eau et de ce fait l'évolution de température est très faible.
Si la variation temporelle mesurée dans la cuve 2 et relevée à l'instant t1 ou à un autre instant est positive et très largement inférieure à la valeur prédéfinie D1 , alors cela signifie que le fourreau 5 est immergé et très possiblement entartré.
Selon un mode de réalisation, lorsqu'est relevée une très faible variation de température, un signal d'alerte peut être déclenché afin de prévenir l'utilisateur d'un éventuel entartrage de l'élément chauffant. Dans ce cas, l'utilisateur aurait le choix d'effectuer un détartrage du dispositif afin d'éviter d'engager des frais importants de remplacement ou de réparation. Avantageusement, une alternative serait de réduire la puissance de chauffe pour protéger l'élément chauffant et son environnement. De manière particulièrement avantageuse, ces diverses actions peuvent être commandées par un microprocesseur.
L'emploi du procédé selon l'invention pour des chauffages à induction, particulièrement ceux logés en fourreau 5, est avantageux car des tels chauffages peuvent être brefs et de puissances facilement adaptées. Ainsi, les phases de test de l'invention peuvent se faire sans forte production d'énergie de chauffe et donc sans risque de dégradations matérielles et à faible consommation d'énergie électrique.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits mais s'étend à tout mode de réalisation couvert par les revendications.
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. Cuve ou corps de chauffe
. Enveloppe périphérique
. Paroi du fourreau
. Fourreau
a, 6b. Embouchure
. Ouverture
. Fourreau secondaire
. Support
0. Inducteur
1. Base
2. Platine
3, 14. Surface d'appui
6. Espace
7. Retrait
9 Fente
1 . Fil
2. Bobinage
i, D2, D3. Valeurs prédéfinies
, tl, t.2, t3, t4. Temps correspondant aux mesures de températureo, Τι, T2, T3, T4. Températures mesurées à des temps différents

Claims

REVENDICATIONS
Procédé de gestion du chauffage d'eau dans une cuve (2) d'un chauffe-eau (1 ) qui comporte un dispositif de chauffage électrique de l'eau dans la cuve (2), caractérisé en ce qu'il comporte, lorsqu'une phase de chauffe de l'eau est commandée:
une activation d'une chauffe par le dispositif de chauffage; une détermination d'une variation temporelle de température dans la cuve (2);
une détermination d'au moins un état de remplissage en eau de la cuve (2) fonction de la variation temporelle ;
et en ce que, durant la phase de chauffe, on effectue :
- une détermination périodique d'une variation temporelle de température dans la cuve (2) durant un intervalle de temps prédéfini ;
- une détermination d'un état de remplissage insuffisant en eau de la cuve (2) lorsqu'est relevée une variation temporelle positive supérieure à une valeur prédéfinie (D3) ;
- un arrêt de la chauffe suite à la détermination de l'état de remplissage insuffisant.
Procédé selon la revendication précédente dans lequel la détermination d'au moins un état de remplissage comprend la détermination d'un état de remplissage insuffisant lorsqu'est relevée une variation temporelle positive supérieure à une valeur prédéfinie (D1 ).
Procédé selon la revendication précédente comprenant une interdiction d'une poursuite ou d'une reprise de la chauffe suite à la détermination de l'état de remplissage insuffisant.
Procédé selon la revendication précédente dans lequel l'interdiction est maintenue jusqu'à détermination d'un état de remplissage suffisant.
Procédé selon la revendication précédente dans lequel, durant l'interdiction, on effectue une deuxième détermination d'une variation temporelle de température, on effectue une deuxième détermination d'un état de remplissage en eau de la cuve (2) comprenant la détermination d'un état de remplissage suffisant lorsqu'est relevée une variation temporelle négative inférieure à une valeur prédéfinie (D2).
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la détermination d'au moins un état de remplissage comprend la détermination d'un état de remplissage suffisant lorsqu'est relevée une variation temporelle positive inférieure à une valeur prédéfinie (D1 ).
7. Procédé selon la revendication précédente dans lequel on effectue la phase de chauffe commandée à la détermination de l'état de remplissage suffisant.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes comprenant la détermination d'un état d'entartrage lorsqu'est relevée une variation temporelle positive et inférieure d'au moins plus de 10% à la valeur prédéfinie (D1 ) et de préférence d'au moins 25% à la valeur prédéfinie (D1 ).
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la détermination d'une variation temporelle est opérée par calcul du rapport de la différence entre une température mesurée à l'activation de la chauffe et une température après une durée prédéfinie, et de la durée prédéfinie.
10. Procédé selon la revendication précédente dans lequel la durée prédéfinie est comprise entre 2 et 4 minutes.
1 1 . Procédé selon l'une revendications précédentes dans lequel la chauffe est opérée à une puissance inférieure à 1500 kW.
12. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la chauffe est stoppée avant la détermination d'au moins un état de remplissage.
13. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel on utilise un dispositif de chauffage comportant au moins un inducteur (10) et au moins une charge, l'inducteur (10) étant configuré pour produire un courant induit dans la charge.
14. Système de chauffage d'eau pour une cuve (2) d'un chauffe-eau (1 ), ledit système comportant un dispositif de chauffage électrique de l'eau et un dispositif de gestion de chauffe configuré pour commander l'activation et la désactivation du dispositif de chauffage, caractérisé en ce que le dispositif de gestion de chauffe comporte au moins un capteur (8) de mesure de température apte à mesurer une température dans la cuve (2) et des moyens agencés pour exécuter le procédé selon l'une des revendications précédentes.
15. Système selon la revendication précédente dans lequel le dispositif de chauffage comporte au moins un inducteur (10) et au moins une charge, l'inducteur (10) étant configuré pour produire un courant induit dans la charge.
16. Chauffe-eau comportant une cuve (2) apte à recevoir de l'eau et un système selon l'une des deux revendications précédentes.
17. Chauffe-eau selon la revendication précédente dans lequel la cuve (2) est délimitée par une enveloppe périphérique (3) et par la paroi (4) d'un fourreau (5) étanche située dans le volume intérieur de l'enveloppe périphérique (3), le dispositif de chauffage étant au moins en partie plongeant dans le fourreau (5).
18. Chauffe-eau selon la revendication précédente comprenant un dispositif selon la revendication 15, dans lequel la charge est formée au moins en partie par la paroi (4) du fourreau (5) étanche et dans lequel l'inducteur (10) est logé dans le fourreau (5) étanche.
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