FR2544472A1 - Electronic induction water-heater - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention a pour objet un chauffe-eau ou chauffe-bains à induction électronique. The present invention relates to a water heater or electronic induction bath heater.
L'idée maîtresse a été le remplacement des chauffe-eau d'évier à gaz, ou à l'électricité par des chauffe-eau plus fiables au point de vue fonctionnement et économie d'énergie
Le rendement des chauffe-eau a gaz ne dépasse pas 50% pour la plupart d'entre eux et ils sont polluants.The main idea was to replace gas or electric sink water heaters with more reliable water heaters in terms of operation and energy saving.
Most of them do not exceed 50% of the efficiency of gas water heaters and they are polluting.
Les chauffe-eau électriques ne sont pas polluants mais ils ne peuvent délivrer la même quantité d'eau à la même température qu'un chauffe-eau à gaz instantané. Electric water heaters are not polluting but they cannot deliver the same amount of water at the same temperature as an instant gas water heater.
Les chauffe-eau électriques étant généralement à accumulation, il faut un certain temps pour porter l'eau à une température importante, car il faudra la mélanger avec l'eau froide et la maintenir à cette température pendant et entre les soutirages. Electric water heaters are generally storage, it takes a while to bring the water to a significant temperature, because it will mix with cold water and maintain it at this temperature during and between rackings.
L'idéal est donc de disposer d'un chauffe-eau électrique instantané:
Or l'induction était capable de résoudre ce problème
Les normes en vigueur recommandent pour les besoins de la cuisine un débit de 2 litres à la minute à une température de 600.The ideal is therefore to have an instant electric water heater:
Induction was able to solve this problem
The standards in force recommend for the needs of the kitchen a flow of 2 liters per minute at a temperature of 600.
En partant de ces données il a été possible de calculer un chauffe-eau d'évier instantané à induction avec les avantages suivants - économie d'énergie car
- aucun préchauffage
- aucune consommation slil n'y a pas soutirage
- fonctionnement à la température désirée sans mélange
d'eau froide
- rendement plus de 85% - pas de robinetterie sous pression
(aumentation de a durée de yie des joints) - facilité d'emploi ( commandes par touches) - lecture directe de la température de l'eau qui coule aucune pollution - facilité-d'lnstallation (au dessus ou sous l'évier)
Un chauffe-eau à induction suivant l'invention comprend une électrovanne double, un corps de chauffe réalisé en acier inoxydable et recevant le champ magnétique d'un inducteur, luimême traversé par le courant d'arrivée d'eau qui est ainsi préchauffée, un générateur à induction pouvant délivrer une puissance appropriée, par exemple 8Kw avec possibilité de modulation par tout ou rien suivant des périodes de temps et un microprocesseur qui reçoit les informations du bloc de commandes des sondes d'entrée et de sortie d'eau, et qui donnera des ordres à l'electro- vanne et au générateur et informera l'utilisateur par l'intermédiaire d'un afficheur.From this data it was possible to calculate an instantaneous induction sink water heater with the following advantages - energy saving because
- no preheating
- no consumption slil there is no racking
- operation at the desired temperature without mixing
of cold water
- efficiency over 85% - no pressure taps
(aumentation of a duration of yie of the joints) - ease of use (commands by keys) - direct reading of the temperature of the flowing water no pollution - ease of installation (above or under the sink)
An induction water heater according to the invention comprises a double solenoid valve, a heating body made of stainless steel and receiving the magnetic field of an inductor, itself traversed by the water inlet current which is thus preheated, a induction generator capable of delivering an appropriate power, for example 8Kw with possibility of all-or-nothing modulation according to time periods and a microprocessor which receives the information from the control block of the water inlet and outlet probes, and which give orders to the solenoid valve and the generator and inform the user via a display.
Le bloc robinet-commandes comporte un robinet tout ou peu (jamais sous pression), un ensemble de touches étanches pour la délivrance de l'eau à la température désirée et un afficheur lumineux. The tap-control unit includes an all or little tap (never under pressure), a set of waterproof buttons for delivering water at the desired temperature and a luminous display.
Ce bloc robinet peut se monter directement sur le chauffe eau ou sur le bord d'un évier comme un simple combiné hydraulique. This valve block can be mounted directly on the water heater or on the edge of a sink like a simple hydraulic combination.
L'ensemble se présente par exemple sous la forme d'un parallélépipède rectangle de 52 cm de large, 70 cm de haut et de 15 cm d'épaisseur, sur lequel on peut raccorder le bloc robinetcommandes. The assembly is, for example, in the form of a rectangular parallelepiped 52 cm wide, 70 cm high and 15 cm thick, to which the tap-controls block can be connected.
Cette technique n'est pas limitative et elle peut etre étendue au chauffe-bain et aux chaudières électriques. This technique is not limiting and it can be extended to bath heaters and electric boilers.
Dans ce cas le circuit d'arrivée d'eau comportera un petit réservoir muni d'une résistance électrique permettant à llinduc- ter de travailler avec de l'eau à 200 et surtout avec un débit plus important que le chauffe-eau d'évier.. In this case the water intake circuit will include a small tank fitted with an electrical resistance allowing it to work with water at 200 and above all with a higher flow rate than the sink water heater. ..
On peut également mettre un chauffe-eau à induction en tampon sur une installation de chauffage solaire. You can also buffer an induction water heater on a solar heating installation.
Les éléments d'un chauffe-eau ou chauffe-bain suivant l'invention sont les suivants
A - Une électrovanne double pour la sortie eau froide et eau à chauffer, alimentée par exemple en courant alternatif 220 Vt
B - Une résistance électrique .éyentuelle de préchauffage,
C - Un inducteur comprenant par exemple une bobine 86y accuplée au générateurs
D - Un suscepteur plongé dans le champ magnétique de l'inducteur, et comprenant une sonde.The elements of a water heater or bath heater according to the invention are as follows
A - A double solenoid valve for the cold water and water to be heated output, supplied for example with 220 Vt alternating current
B - An electrical resistance for preheating,
C - An inductor comprising for example a coil 86y coupled to the generators
D - A susceptor immersed in the magnetic field of the inductor, and comprising a probe.
E - Un générateur qui délivre à l'inducteur le courant (25 Khz) qui lui permet de créer le champ magnétique
F - Un microprocesseur qui centralise toutes les informations et commande les éléments actifs.E - A generator which delivers the current (25 Khz) to the inductor which allows it to create the magnetic field
F - A microprocessor which centralizes all the information and controls the active elements.
G - Les commandes du microprocesseur et notamment sur circuit souple du type touche fugitive. G - The microprocessor commands and in particular on a flexible circuit of the fleeting key type.
n Modification de la consigne de température
chaud.n Changing the temperature setpoint
hot.
o Modification de la consigne de température en plus chaud. o Modification of the temperature setpoint in warmer.
O Appel en eau chaude
O Appel en eau froide
0o Arrêt du générateur.O Hot water call
O Cold water call
0o Generator stop.
L'affichage indique en 2 digits la température de la consigne en fonction eau chaude:
Clignote tant que la consigne n'est pas atteinte à + 29 C
Indique la température de l'eau en fonction eau froide.The display shows in 2 digits the temperature of the setpoint in hot water function:
Flashes until the setpoint is reached at + 29 C
Indicates the water temperature in cold water function.
J et O - Sondes de température dont l'une est plongée dans l'eau débitée et l'autre est fixée sur le suscepteur. J and O - Temperature probes, one of which is immersed in discharged water and the other is fixed to the susceptor.
P Fusible thermique en klixon
Circuit de sécurité puissance indépendant.P Thermal fuse in klixon
Independent power safety circuit.
On a représenté à la figure 1 du dessin annexé le schéma de principe d'un chauffe-eau à induction suivant l'invention et à la figure 2 un exemple de cet ensemble. There is shown in Figure 1 of the accompanying drawing the block diagram of an induction water heater according to the invention and in Figure 2 an example of this assembly.
L'eau froide arrive en U à l'électrovanne A dont une conduite P est destinée à l'eau froide et l'autre Q est dirigée vers l'inducteur C, éventuellement avec interposition d'une reserve de préchauffage électrique B. The cold water arrives at U at the solenoid valve A, one line P of which is intended for cold water and the other Q of which is directed towards the inductor C, possibly with the interposition of an electrical preheating reserve B.
L'inducteur C est soumis au champ du générateur E et l'eau chaude est délivrée au suscepteur D et par une canalisation R du robinet tout ou peu N. The inductor C is subjected to the field of the generator E and the hot water is delivered to the susceptor D and by a pipe R of the tap all or little N.
Les canalisations intermediaixes L et M sont calorifugées et isolées électriquement,
Cette installation est commandée par un microprocesseur,
F d'un type classicue et relié électriquement par un relais K à la résistance B, si elle existe, et au-générateur E, ainsi qu'à une sonde J d'eau chaude, et éventuellement une sonde I d'eau préchauffée, ainsi qu'aux contacts (non représentes) de l'électro- vanne A.The intermediaix L and M pipes are electrically insulated and insulated,
This installation is controlled by a microprocessor,
F of a classic type and electrically connected by a relay K to the resistor B, if it exists, and to the generator E, as well as to a hot water probe J, and possibly a preheated water probe I, as well as the contacts (not shown) of the solenoid valve A.
Ce microprocesseur présente cino touches + et - pour augmenter ou diminuer le chauffage, une commande Ca de l'inducteur et
Fa du générateur et un affichage H. V est une sonde de contrôle de température et O la touche de commande d'arrêt.This microprocessor has cino keys + and - to increase or decrease the heating, a Ca command of the inductor and
Fa of the generator and a display H. V is a temperature control probe and O the stop command key.
Le fonctionnement est le suivant, en référence au schéma de la figure 1 du dessin. The operation is as follows, with reference to the diagram in Figure 1 of the drawing.
a) Régulation
En fonction de la consigne demandée et des indications données par les condes J et O, il faut faire varier la commande du générateur G.a) Regulation
Depending on the requested setpoint and the indications given by conditions J and O, the control of generator G must be varied.
Le générateur sera commandé en faisant varier le rapport cyclique de O à 1004
Periode de récurrence 0,5 s.The generator will be controlled by varying the duty cycle from O to 1004
Recurrence period 0.5 s.
Rapport cyclique en 50 pas de 10 ms. Duty cycle in 50 steps of 10 ms.
1) L'information de température de la sonde J est prise en compte et comparée à la consigne. 1) The temperature information of probe J is taken into account and compared with the setpoint.
2) L'écart entre l'indication de la sonde J et la consi gne est ajouté algébriquement à la commande. 2) The difference between the indication of probe J and the setpoint is added algebraically to the command.
3) Si l'écart est inférieur à + 2"C la commande reste inchangée. 3) If the difference is less than + 2 "C, the control remains unchanged.
4) On considèrera que 22 C = 1 pas. 4) We will consider that 22 C = 1 step.
Variations possibles de 100 C à 600 C pour le débit moyen avec 50% des pas. Les premiers cycles de mesure donneront donc une image du débit et entraîneront une variation de la commande en conséquence,
5) Si la sonde O indique une température supérieure de plus de 5 C par rapport à J on variera la commande d'autant.Possible variations from 100 C to 600 C for the average flow with 50% of the steps. The first measurement cycles will therefore give an image of the flow rate and will cause the control to vary accordingly,
5) If the probe O indicates a temperature higher by more than 5 C compared to J, the command will be varied accordingly.
Cette mesure servira surtout dans les utilisations de faible débit.This measure will be used especially in low flow uses.
b) Demande eau chaude: Une impulsion sur la touche Ca touche 8 commande l'électrovanne A en position eau chaude. Le générateur G est commandé ls après, ainsi que le cycle de régulation. b) Hot water request: Pressing the Ca key 8 button controls the solenoid valve A in the hot water position. Generator G is controlled afterwards, as well as the regulation cycle.
La -cons;tge sera la dernière demandée si aucune modification n'est faite
Une impulsion sur la toucbe'commande l'arrêt du généra teur; et la fermeture de l'électrovanne 1st aprest On ne peut commander ca -- > A Fa sans repasser par
c) Modification de la consigne
La modification de la consigne nrest accessible que dans la fonction demande d'eau chaude.The -cons; tge will be the last requested if no modification is made
A press on the button controls the stopping of the generator; and closing the solenoid valve 1st aprest We cannot control ca -> A Fa without going through
c) Modification of the setpoint
The modification of the setpoint is only accessible in the hot water request function.
Modification par les touches - et
Impulsion brève, la consigne s'incrémente de 1 C, si l'information est maintenue, défilement (CF réglage montre à quartz).Modification by keys - and
Short pulse, the setpoint increases by 1 C, if the information is maintained, scrolling (CF quartz watch setting).
Consigne maximum 600C. Maximum setpoint 600C.
Consigne minimum 100C. Minimum setpoint 100C.
L'affichage indique la consigne demandée. The display shows the requested setpoint.
d) Demande eau froide
Une impulsion sur la touche Qa commande l'électrovanne en position eau froide.d) Cold water demand
Pressing the Qa key controls the solenoid valve in the cold water position.
On affiche alors la température réelle de l'eau. The actual water temperature is then displayed.
On ne peut modifier Fa -- > ca sans repasser par 0. You cannot modify Fa -> ca without going back through 0.
e) Affichage - 2 digits :
- en position ex indique la consigne Tant que la température désirée n'est pas atteinte à + 30C l'affichage clignote;
- en position indique la température de l'eau;
quel que soit le moment et la fonction en cours en appu yant simultanément sur les touches 0 et etOindique la température réelle de l'eau;
- si une anomalie du paragraphe 8 est détectée, se met à 00 et clignote.e) Display - 2 digits:
- in position ex indicates the setpoint As long as the desired temperature is not reached at + 30C the display flashes;
- in position indicates the water temperature;
regardless of the time and the function in progress by pressing the 0 and and keys simultaneously Indicates the actual water temperature;
- if an anomaly in paragraph 8 is detected, sets to 00 and flashes.
f) Sécurités :
La sonde O détectera également une élévation de température trop importante au niveau du suscepteur. Si la température à ce point dépasse 900C, arrêt induction et signaler anomalie.f) Security:
The O probe will also detect an excessive rise in temperature at the level of the susceptor. If the temperature at this point exceeds 900C, stop induction and report anomaly.
Si l'information des sondes O ou J indique des températu- res anormales 50C ou 1000C cela indique une panne de câblage (circuit ouvert ou en C/C) un défaut de la sonde ou de l'interface, arrêt induction et signaler anomalie. If the information from the probes O or J indicates abnormal temperatures 50C or 1000C, this indicates a wiring fault (open circuit or in C / C), a fault in the probe or the interface, induction stop and report anomaly.
L'ensemble électrovanne A, inducteur C, sïsce-te-r D, générateur G et éventuellement résistance de préchauffage 3 peut se loger dans un carter enveloppant aéré comme représenté à la figure 2 et le microprocesseur H peut lui être raccordé ou monte détaché près du point d'utilisation. L'inducteur C et le suscepteur D peuvent être noyés dans une résine apportant une protection thermioue supplémentaire. The solenoid valve A, inductor C, sïsce-te D, generator G and possibly preheating resistor 3 assembly can be housed in a ventilated casing as shown in FIG. 2 and the microprocessor H can be connected to it or mounted detached by from the point of use. The inductor C and the susceptor D can be embedded in a resin providing additional thermal protection.
Le circuit de puissance peut éventuellement être monte sur le canalisation d'eau froide en amont du suscepteur afin d'etre refroidi automatiquement et obtenir ainsi une récupération d'énergie-et une augmentation du rendement. The power circuit can optionally be mounted on the cold water pipe upstream of the susceptor in order to be automatically cooled and thus obtain energy recovery and an increase in efficiency.
I1 doit être entendu que le schéma de l'installation n'a été donné qu'à titre d'exemple et qu'il est susceptible de modifications, telles que celles visant la sécurité et l'auto- mation, sans s'écarter du domaine de l'invention qui porte sur l'application nouvelle d'un chauffage par induction à un chaude eau instantané à l'aide d'un microprocesseur programmé. It should be understood that the diagram of the installation has been given only as an example and that it is subject to modifications, such as those relating to safety and automation, without departing from the Field of the invention which relates to the new application of induction heating to instant hot water using a programmed microprocessor.
Claims (4)
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