FR3019881A1 - Dispositif et systeme de quantification d'energie thermique utile disponible dans un reservoir - Google Patents

Abstract

Ce dispositif (14) de quantification d'énergie thermique utile disponible dans un réservoir de stockage d'un fluide ou solide chauffé ou refroidi comprend plusieurs convertisseurs thermoélectriques (e1, e2, ei, en-1, en) destinés à être répartis à plusieurs endroits du réservoir de stockage. Il comporte un circuit électrique (34) interconnectant ces convertisseurs thermoélectriques (e1, e2, ei, en-1, en), un dispositif (24) de mesure d'une unique grandeur électrique du circuit électrique (34) et des moyens (30) de conversion de cette unique grandeur électrique en une valeur de quantification de l'énergie thermique utile disponible dans le réservoir de stockage.

Description

La présente invention concerne un dispositif de quantification d'énergie thermique utile disponible dans un réservoir de stockage d'un fluide ou solide chauffé ou refroidi. Elle concerne également un système de quantification d'énergie thermique utile comportant un tel dispositif.

Un réservoir de stockage d'un fluide ou solide chauffé est généralement utilisé dans des systèmes de génération, de stockage et de restitution de chaleur. De même, un réservoir de stockage d'un fluide ou solide refroidi est généralement utilisé dans des systèmes de génération, de stockage et de restitution de fraîcheur. Plus concrètement, un exemple d'application simple et courante consiste à utiliser un réservoir de stockage d'eau chauffée dans un système de génération et de consommation d'eau chaude sanitaire ou d'eau de chauffage. Dans un tel réservoir de stockage, des eaux chaudes et froides cohabitent et ont tendance à rester graduellement séparées en strates ou isothermes horizontales dans chacune desquelles l'eau a sensiblement la même température. Mais d'une strate à l'autre, la température de l'eau diffère, les strates d'eau chaude étant disposées en partie supérieure du réservoir et les strates d'eau froide en partie inférieure. Plus précisément, plus on monte dans la succession des strates à l'intérieur du réservoir, plus l'eau est chaude. Ce phénomène de stratification de l'eau dans un réservoir d'eau chaude est bien connu de l'homme du métier. Il est dû aux effets de la gravité universelle sur la masse volumique de l'eau qui est une fonction décroissante de la température. Ainsi, lors du chauffage, dans le réservoir de stockage, d'un fluide initialement à température uniforme, la stratification du fluide s'établit naturellement. Par ailleurs, même lorsque de l'eau chauffée et stockée dans le réservoir est consommée, la stratification est préservée. En effet, alors que de l'eau chaude est généralement prélevée en partie supérieure du réservoir, de l'eau froide entre par la partie inférieure du réservoir pour être ensuite réchauffée. De cette façon, la strate d'eau la plus chaude reste toujours en haut du réservoir, alors que l'eau froide entrante constitue la strate d'eau la plus froide en bas du réservoir. Entre ces deux strates extrêmes se trouvent les strates d'eau en cours de réchauffement, dont les températures augmentent progressivement, de la strate la plus froide en bas à la plus chaude en haut. Afin d'améliorer les performances d'un système de génération et de consommation d'eau chaude, notamment en termes d'économie d'énergie, il est avantageux de pouvoir quantifier à tout instant la chaleur utile disponible dans le réservoir de stockage d'un tel système. Cette quantité de chaleur utile est définie a minima comme étant la quantité d'eau à l'intérieur du réservoir dont la température est supérieure ou égale à une température seuil prédéterminée. La valeur de cette température seuil représente la valeur de température minimale requise pour l'utilisation, par un consommateur, de l'eau chaude restituée par le système. Dans le cas d'un système de génération, stockage et restitution d'eau chaude sanitaire par exemple, cette température seuil est généralement de 40 C. L'intérêt de quantifier l'énergie thermique utile disponible dans le réservoir est notamment de pouvoir agir sur la régulation des systèmes de génération et de stockage de chaleur ou de fraîcheur, en particulier lorsque ces systèmes utilisent une source d'énergie renouvelable, par exemple solaire, ou lorsque ces systèmes utilisent des sources d'énergie renouvelable combinées avec des ressources fossiles ou nucléaires. Effectivement, dans ce type de systèmes, l'apport en énergie par la source d'énergie renouvelable étant fortement variable, une régulation spécifique à chaque situation est nécessaire afin d'optimiser la génération de chaleur ou de fraîcheur en sollicitant le moins possible les ressources fossiles. Par ailleurs, actuellement, afin de pouvoir couvrir les besoins des utilisateurs durant les périodes de pointe de consommation et à défaut de pouvoir quantifier la chaleur utile disponible à tout instant, les systèmes de production d'eau chaude sanitaire sont surdimensionnés par rapport à une consommation moyenne d'eau chaude sanitaire évaluée. Certes, ceci évite un possible mécontentement des utilisateurs à cause d'une rupture occasionnelle de disponibilité d'eau chaude, mais au prix d'une augmentation des pertes thermiques des systèmes et donc d'une diminution de leur efficacité ou rendement. Le fait de pouvoir quantifier la chaleur utile disponible dans un réservoir permet de renseigner l'utilisateur sur la quantité d'eau chaude restante dans le réservoir, ce qui lui permet d'agir en conséquence et de participer ainsi à une économie d'énergie par une connaissance à chaque instant de la quantité d'eau chaude disponible. On évite alors le besoin de surdimensionner le système de production d'eau chaude sanitaire correspondant. En particulier, lorsqu'une valeur de quantification de chaleur utile indique que le niveau d'eau chaude disponible dans le réservoir est sous une valeur seuil prédéterminée, un passage à un mode de consommation économique moins coûteux en énergie peut être envisagé, notamment la réduction de consommation d'eau chaude par l'utilisateur.

D'une façon plus générale, l'intérêt d'un dispositif de quantification d'énergie thermique utile disponible concerne tout système industriel, possédant un réservoir de stockage d'un fluide ou solide chauffé ou refroidi, dont les performances peuvent être améliorées grâce à une bonne gestion du stockage de chaleur ou de fraîcheur.

Néanmoins, il peut être difficile de mesurer la quantité d'eau contenue dans le réservoir de stockage dont la température est supérieure ou inférieure à une température seuil souhaitée. A titre d'exemple, dans le cas où l'on dispose de deux capteurs mesurant indépendamment des températures d'eau en bas et en haut du réservoir, si les deux températures sont sensiblement égales ceci implique que le contenu du réservoir est à une température uniforme et donc cette température est connue. En revanche, si les deux températures sont très éloignées, il est impossible avec ces deux seules mesures de savoir où se trouve dans le réservoir la limite entre l'eau chaude et l'eau froide et par conséquent d'estimer la quantité de chaleur ou fraîcheur utile disponible dans le réservoir de stockage.

La demande de brevet publiée sous le numéro EP 2 017 587 Al divulgue un dispositif thermomécanique de quantification d'eau chaude disponible dans un réservoir de stockage et plus particulièrement dans un ballon d'eau chaude sanitaire. Ce dispositif comporte un tube capillaire contenant un fluide caloporteur disposé dans ou contre le réservoir de stockage et s'étendant sur quasiment toute sa hauteur. Le fluide caloporteur se dilate sous l'action de la chaleur de l'eau dans le réservoir de stockage et, dans un premier mode de réalisation possible, engage mécaniquement la rotation d'une aiguille par l'intermédiaire d'un tube de Bourdon. Cette aiguille indique directement la quantité estimée d'eau chaude disponible dans le réservoir en fonction de la pression qui s'exerce contre le tube de Bourdon. Dans un deuxième mode de réalisation possible, la dilatation du fluide caloporteur engage mécaniquement la déformation d'une membrane d'un capteur de pression électronique. Ce capteur transcrit la déformation de la membrane en une donnée électrique, notamment une variation de résistance, pouvant être par la suite utilisée par un circuit électronique pour indiquer une estimation de la quantité d'eau chaude disponible. Ce dispositif présente plusieurs inconvénients. Tout d'abord, contrairement à ce qu'il prétend, il ne mesure pas réellement la quantité d'eau chaude disponible dans le réservoir, l'eau chaude devant être définie par rapport à une valeur seuil comme discuté précédemment. Il mesure plutôt la quantité de chaleur disponible globalement dans le réservoir, sans que l'on puisse savoir quelle proportion d'eau est réellement « chaude », c'est-à-dire quelle quantité d'eau présente une température dépassant la valeur seuil. En outre, ce dispositif est assez complexe à mettre en place. Dans le premier mode de réalisation, il nécessite un système thermomécanique de tube capillaire de fluide caloporteur associé à un tube de Bourdon entraînant lui-même une aiguille. Dans le deuxième mode de réalisation, il nécessite un système thermomécanique de tube capillaire de fluide caloporteur associé à un système électromécanique de capteur de pression électronique, ce qui implique la double conversion d'une grandeur thermique en une grandeur mécanique puis de cette grandeur mécanique en une grandeur électrique.

Une deuxième solution consiste à prévoir plusieurs convertisseurs thermoélectriques répartis à plusieurs endroits du réservoir de stockage. En prévoyant un nombre suffisant de convertisseurs, il est possible de parvenir à une quantification satisfaisante d'eau chaude présente dans le réservoir. En supposant par exemple que chaque convertisseur concerne un volume d'eau prédéterminé à température constante dans le réservoir, il est aisé de déduire des mesures la quantité d'eau dont la température dépasse la valeur seuil. Un autre avantage de cette deuxième solution est d'être simple, grâce à une seule conversion d'une grandeur thermique en une grandeur électrique. L'invention concerne plus précisément cette deuxième solution, en portant sur un dispositif de quantification d'énergie thermique utile disponible dans un réservoir de stockage d'un fluide ou solide chauffé ou refroidi, comprenant plusieurs convertisseurs thermoélectriques destinés à être répartis à plusieurs endroits du réservoir de stockage. Des exemples de dispositifs conformes à cette deuxième solution sont illustrés dans les demandes de brevets publiées sous les numéros FR 2 851 644 Al et FR 2 891 352 Al. Chacun de ces dispositifs comporte plusieurs capteurs électriques de température placés à différentes hauteurs du réservoir. Plusieurs mesures indépendantes de température de l'eau dans le réservoir sont effectuées par ces capteurs électriques de température. Ces documents ne décrivent pas comment en déduire la quantité d'eau chaude disponible dans le réservoir, mais pour cela, il faudrait analyser la pluralité de signaux électriques indépendants qui résultent de ces mesures. En outre, il faut prévoir un nombre suffisant de capteurs électriques de température pour obtenir une mesure précise, ce qui rend encore plus complexe le traitement des multiples signaux électriques résultant des mesures.

Il peut ainsi être souhaité de prévoir un dispositif de quantification d'énergie thermique utile qui permette de s'affranchir d'au moins une partie des problèmes et contraintes précités tout en proposant une configuration conforme à la deuxième solution précitée.

Il est donc proposé un dispositif de quantification d'énergie thermique utile disponible dans un réservoir de stockage d'un fluide ou solide chauffé ou refroidi, comprenant plusieurs convertisseurs thermoélectriques destinés à être répartis à plusieurs endroits du réservoir de stockage, comportant : - un circuit électrique interconnectant ces convertisseurs thermoélectriques, - un dispositif de mesure d'une unique grandeur électrique du circuit électrique, - des moyens de conversion de cette unique grandeur électrique en une valeur de quantification de l'énergie thermique utile disponible dans le réservoir de stockage.

Ainsi, grâce à l'invention, le dispositif de quantification d'énergie thermique utile permet d'obtenir simplement à partir de la mesure d'une unique grandeur électrique une valeur de quantification de l'énergie thermique utile disponible dans le réservoir de stockage, c'est-à-dire, dans l'exemple d'un système de fourniture d'eau chaude, une estimation de la quantité d'eau chaude disponible à l'intérieur du réservoir dont la température est supérieure à une température seuil prédéterminée. De façon optionnelle, chaque convertisseur thermoélectrique comporte un capteur électrique de température et au moins une résistance électrique. De façon optionnelle également, le capteur électrique de température de chaque convertisseur thermoélectrique comporte un interrupteur thermoélectrique sensible en ouverture et en fermeture à une valeur seuil de température prédéterminée, cette valeur seuil de température étant commune à tous les convertisseurs thermoélectriques. Une telle implémentation est particulièrement simple et peu chère. De façon optionnelle également, l'interrupteur thermoélectrique de chaque convertisseur thermoélectrique est un rupteur thermique bilame, un rupteur thermique bimétal ou un fusible réarmable à coefficient en température positif. De façon optionnelle également, le capteur électrique de température de chaque convertisseur thermoélectrique comporte en outre une thermistance disposée en parallèle de l'interrupteur thermoélectrique, aux bornes de celui-ci. Une telle implémentation permet de quantifier plus finement l'énergie thermique utile disponible dans le réservoir. De façon optionnelle également, ladite au moins une résistance électrique de chaque convertisseur thermoélectrique présente une valeur de résistance prédéterminée de manière à engendrer une valeur de l'unique grandeur électrique mesurée qui soit en relation linéaire avec la valeur de quantification de l'énergie thermique utile disponible dans le réservoir de stockage. Cette configuration facilite la conversion. De façon optionnelle également, les capteurs électriques de température et les résistances électriques sont disposés dans les convertisseurs thermoélectriques de sorte que : les capteurs électriques de température soient arrangés en série entre eux dans le circuit électrique d'interconnexion, et chaque résistance électrique raccorde une borne de sortie du capteur électrique de température du convertisseur thermoélectrique auquel elle appartient à une première borne, commune à toutes les résistances électriques, du dispositif de mesure. De façon optionnelle également, les capteurs électriques de température et les résistances électriques sont disposés dans les convertisseurs thermoélectriques de sorte que : chaque convertisseur thermoélectrique comporte un capteur électrique de température arrangé en série avec une résistance électrique, et les convertisseurs thermoélectriques soient arrangés en parallèle entre eux dans le circuit électrique d'interconnexion.

De façon optionnelle également, les capteurs électriques de température et les résistances électriques sont disposés dans les convertisseurs thermoélectriques de sorte que : les résistances électriques soient arrangées en série entre elles dans le circuit électrique d'interconnexion, et chaque capteur électrique de température raccorde une borne de la résistance électrique du convertisseur thermoélectrique auquel il appartient à une première borne, commune à tous les capteurs électriques de température, du dispositif de mesure.

De façon optionnelle également, l'unique grandeur électrique mesurée est une intensité traversant le dispositif de mesure ou une tension aux bornes du dispositif de mesure. Il est également proposé un système de quantification d'énergie thermique utile, comportant : un réservoir de stockage d'un fluide ou solide chauffé ou refroidi, et un dispositif de quantification d'énergie thermique utile selon l'invention, pourvu en outre de moyens d'isolation thermique et électrique. De façon optionnelle, le dispositif de quantification d'énergie thermique utile est placé dans ou contre le réservoir de stockage de manière sensiblement perpendiculaire à une pluralité de strates isothermes du fluide ou solide chauffé ou refroidi. De façon optionnelle également, un système de quantification d'énergie thermique utile selon l'invention peut en outre comporter un dispositif indicateur de la valeur de quantification de l'énergie thermique utile disponible dans le réservoir de stockage, ce dispositif indicateur étant raccordé à l'aide de moyens de transmission de données au dispositif de mesure et placé à l'extérieur du réservoir de stockage de manière à faciliter l'accès d'un utilisateur à cette valeur de quantification. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 représente schématiquement la structure générale d'un système de quantification d'énergie thermique utile pour une installation de génération, stockage et restitution de chaleur, selon un mode de réalisation de l'invention, les figures 2 et 3 représentent schématiquement les structures générales de deux modes de réalisation possibles d'un dispositif de quantification d'énergie thermique utile du système de la figure 1, la figure 4 représente schématiquement la structure électrique détaillée d'une variante possible du dispositif de la figure 2 ou 3, la figure 5 illustre un diagramme de conversion d'une unique grandeur électrique mesurable de la variante de la figure 4 en une valeur de quantification d'énergie thermique utile disponible dans le système de la figure 1, et - les figures 6 à 9 représentent schématiquement les structures électriques détaillées d'autres variantes possibles du dispositif de la figure 2 ou 3. Le système 10 de quantification de chaleur utile représenté schématiquement sur la figure 1 comporte un réservoir 12 de stockage d'un fluide ou solide chauffé et un dispositif 14 de quantification de la chaleur utile disponible dans ce réservoir 12. Comme indiqué précédemment, par « quantité de chaleur utile » dans le contexte de l'invention, on entend a minima la quantité de fluide ou solide à l'intérieur du réservoir 12 dont la température est supérieure ou égale à une température seuil prédéterminée notée Ts. Un tel système 10 s'intègre avantageusement dans une installation classique de génération, stockage et restitution de chaleur, dont les autres éléments constitutifs ne sont pas représentés sur la figure 1. Le réservoir 12 contient, dans ce mode de réalisation de l'invention, un fluide chauffé, notamment de l'eau. Cette eau se répartit en strates isothermes horizontales dont les températures augmentent progressivement, de la strate la plus froide en bas du réservoir 12 à la plus chaude en haut. Par souci de simplification, on distingue par exemple huit strates horizontales, considérées comme isothermes, dans le mode de réalisation de la figure 1. Une première strate isotherme d'eau chaude 16 est disposée en partie supérieure du réservoir 12 et une huitième et dernière strate isotherme d'eau froide 18 en partie inférieure. Entre ces deux strates isothermes 16 et 18 se succèdent six strates isothermes 20 d'eau en cours de réchauffement. A un instant quelconque, le principe de l'invention est de déterminer quelles sont les strates isothermes dont la température T est supérieure ou égale à Ts. Ces strates se situent au-dessus d'une limite plane L à déterminer dans le réservoir 12, la première strate isotherme située au-dessus de cette limite L pouvant être appelée « thermocline ». Le dispositif 14 de quantification de chaleur utile comporte une portion allongée 22 s'étendant dans le réservoir 12 sur quasiment toute sa hauteur de manière sensiblement perpendiculaire aux strates isothermes 16, 18, 20. Cette portion allongée 22 comporte plusieurs convertisseurs thermoélectriques destinés à être répartis à plusieurs endroits du réservoir 12 et interconnectés par un circuit électrique. La structure générale de cette portion allongée 22, incluant les convertisseurs thermoélectriques et le circuit électrique d'interconnexion, n'est pas illustrée sur la figure 1 mais sera détaillée en référence aux figures 2 et 3. Conformément à l'exemple simple illustré, huit convertisseurs thermoélectriques peuvent être prévus dans la portion allongée 22, à raison d'un par strate isotherme.

Dans une variante de réalisation non illustrée, la portion allongée 22 peut être placée contre la paroi extérieure du réservoir 12. Une telle variante est envisageable si la paroi est conductrice thermiquement et si le réservoir 12 est isolé thermiquement.

Le dispositif 14 de quantification de chaleur utile comporte en outre un dispositif 24 de mesure d'une unique grandeur électrique du circuit électrique de la portion allongée 22. Ce dispositif de mesure 24 est placé à une extrémité de la portion allongée 22 s'étendant à l'extérieur du réservoir 12, entre deux points du circuit électrique. Il s'agit par exemple d'un voltmètre ou d'un ampèremètre apte à mesurer une tension ou une intensité entre ces deux points du circuit. Le dispositif 14 de quantification de chaleur utile comporte en outre un dispositif 26 indicateur d'une valeur de quantification de chaleur utile disponible dans le réservoir 12. Ce dispositif indicateur 26 est placé à l'extérieur du réservoir 12 de manière à faciliter l'accès d'un utilisateur à cette valeur de quantification. Il est raccordé au dispositif de mesure 24, par exemple électriquement à l'aide d'une paire de fils électriques 28, pour recevoir en entrée une valeur de l'unique grandeur électrique mesurée, c'est-à-dire une valeur de tension ou d'intensité. Le raccordement peut aussi être établi par tout autre moyen électromagnétique de transmission de données.

Le dispositif indicateur 26 comporte un module 30 de conversion de l'unique grandeur électrique mesurée en la valeur de quantification de chaleur utile qu'il indique ensuite à l'aide d'un système d'affichage lumineux 32. Ce module de conversion 30 est par exemple constitué d'un microprocesseur associé à une mémoire RAM classique et est conçu pour réaliser une opération préprogrammée de conversion qui sera détaillée par la suite. Comme illustré sur la figure 1, le système d'affichage lumineux 32 comporte par exemple une succession verticale de barres lumineuses horizontales, chaque barre lumineuse pouvant être constituée notamment d'une pluralité de diodes électroluminescentes non illustrées sur la figure 1. Dans ce type d'affichage, le nombre de barres lumineuses activées est proportionnel à la chaleur utile disponible dans le réservoir 12, c'est-à-dire à la quantité d'eau disponible dans le réservoir 12 dont la température est supérieure ou égale à la température seuil prédéterminée Ts. Il y a par exemple autant de barres lumineuses que de strates isothermes identifiées dans le réservoir 12 et le nombre de barres lumineuses activées correspond au nombre de strates isothermes considérées comme suffisamment chaudes, c'est-à-dire situées au-dessus de la limite L. A titre d'exemple, la figure 1 illustre le cas où un quart de la totalité de l'eau dans le réservoir 12 est à une température supérieure à la température seuil Ts. Par conséquent un quart de la totalité des barres lumineuses est activé (i.e. les deux barres lumineuses supérieures identifiant les deux strates isothermes supérieures du réservoir 12). Dans d'autres variantes de réalisation, l'affichage pourrait prendre une forme numérique indiquant, par exemple, le nombre de litres d'eau chaude à température supérieure à la température seuil Ts disponible dans le réservoir 12 ou une valeur de pourcentage indiquant à quel niveau le réservoir 12 est pourvu en eau chaude.

Selon un premier mode de réalisation possible du dispositif 14 de quantification de chaleur utile, illustré sur la figure 2, celui-ci comprend n convertisseurs thermoélectriques el, e2, ei, en_l, en interconnectés à l'aide d'un circuit électrique 34 dans la portion allongée 22. Comme indiqué précédemment, ces convertisseurs thermoélectriques el, e2, en_l, en sont destinés à être répartis à plusieurs endroits le long du réservoir 12, notamment à raison d'un par strate isotherme ce qui donnerait n = 8 dans l'exemple illustré par la figure 1. La longueur de la portion allongée 22 ainsi conçue correspond à la hauteur de la zone du réservoir 12 dont la valeur de quantification de chaleur utile disponible va être déduite. Le circuit électrique 34 présente deux points de mesure bo et ID, à l'extrémité de la portion allongée 22 au niveau de laquelle le dispositif de mesure 24 est disposé. Ce dernier relève donc une valeur de tension ou d'intensité entre ses bornes correspondant aux points de mesure bo et bl. Selon ce premier mode de réalisation, le dispositif 14 de quantification de chaleur utile comporte en outre un support unique 36, en forme de plaque rectangulaire, supportant mais isolant également thermiquement et électriquement les convertisseurs thermoélectriques el, e2, en_1, en entre eux. Selon une variante de réalisation, ce support unique 36 peut être constitué d'une plaque fine en matériau semi-conducteur, mais dans d'autres variantes de réalisation il pourrait être élaboré avec d'autres matériaux thermiquement et électriquement isolants. Les convertisseurs thermoélectriques el, e2, en_1, en et le circuit électrique 34 peuvent être simplement collés ou, selon le processus de fabrication, imprimés sur le support unique 36. Ils forment ainsi un seul module indivisible. Selon ce premier mode de réalisation également, le module indivisible formé du support unique 36, des convertisseurs thermoélectriques el, e2, e,, en et du circuit électrique 34, est intégré dans une gaine d'enrobage 38, également isolante thermiquement et électriquement. Ces moyens d'isolation thermique et électrique que constituent le support unique 36 et la gaine d'enrobage 38 permettent d'éviter des courts-circuits mais aussi et surtout des transferts thermiques entre la portion allongée 22 du dispositif de quantification 14 et le fluide contenu dans le réservoir 12. Ils permettent donc d'éviter l'apparition, par effet d'ailette, de chemins conducteurs thermiques verticaux pouvant induire un transfert de chaleur des strates chaudes du réservoir 12 vers les strates froides via la portion allongée 22 du dispositif de quantification 14.

Cependant, la gaine d'enrobage 38 doit être conçue et disposée de manière à permettre les transferts thermiques horizontaux entre le fluide contenu dans le réservoir 12 et les convertisseurs thermoélectriques el, e2, ei, en_l, en. En outre, il est nécessaire que le temps de diffusion de ces transferts thermiques horizontaux entre les convertisseurs thermoélectriques el, e2, en_1, e, et le fluide soit nettement inférieur au temps relatif à l'évolution de la limite plane L entre la zone de chaleur utile disponible dans le réservoir 12 et la zone considérée comme trop froide. Par ailleurs, la gaine d'enrobage 38 doit être constituée d'un matériau capable de supporter les températures les plus élevées du fluide dans le réservoir 12. Une gaine d'enrobage 38 électriquement isolante réalisée avec un matériau de type polymère est capable de répondre à toutes ces contraintes. Dans le cas où le réservoir 12 contient de l'eau chaude sanitaire, un polymère comme le polytétrafluoroéthylène (PTFE) est conseillé. D'autres polymères comme le polyéthylène ou le caoutchouc peuvent être utilisés dans le cas où le fluide contenu dans le réservoir 12 est prévu pour des usages différents non sanitaires.

Un deuxième mode de réalisation possible du dispositif 14 de quantification de chaleur utile est illustré sur la figure 3. Ce mode de réalisation diffère du précédent en ce que le support unique 36 est remplacé par n supports indépendants 361, 362, ..., 36,, ... 36,_,, 36, sur lesquels les n convertisseurs thermoélectriques el, e2, en_l, en sont respectivement montés.

Comme dans le premier mode de réalisation précédemment décrit, chacun des supports indépendants 361, 362, ..., 36,,... 36,_,, 36, peut être constitué d'une plaque fine en matériau semi-conducteur, mais dans d'autres variantes de réalisation il pourrait se composer d'autres matériaux thermiquement et électriquement isolants.

Dans l'exemple illustré sur la figure 3, les n supports indépendants 361, 362, 36, sont de forme ovale, mais dans d'autres variantes de réalisation ils peuvent adopter des formes diverses. Selon le processus de fabrication, chaque convertisseur thermoélectrique el, e2, e' en_1, e, peut être imprimé ou simplement collé sur son support indépendant correspondant 361, 362, ..., 36'... 36,_,, L'originalité de ce deuxième mode de réalisation du dispositif de quantification 14 tient au fait qu'un ensemble comportant un convertisseur thermoélectrique, par exemple e' et son support indépendant correspondant, 36,, constitue un module 10 indépendant. Ces n modules indépendants sont alors connectés entre eux par le circuit électrique 34, par exemple à l'aide de deux fils connecteurs comme illustré sur la figure 3. Selon une première variante de ce deuxième mode de réalisation du dispositif 15 de quantification 12, les modules indépendants connectés entre eux par le circuit électrique 34 peuvent être ensuite disposés dans la gaine d'enrobage 38 de manière sensiblement équivalente au premier mode réalisation. Selon une deuxième variante de ce deuxième mode de réalisation du dispositif de quantification 12, la gaine d'enrobage 38 peut être remplacée par n 20 gaines d'enrobage indépendantes 381, 382, 38n-1, 38n, par exemple en PTFE également, dans lesquelles peuvent être disposés respectivement les n modules indépendants. Dans ce cas, le circuit électrique 34 d'interconnexion de ces modules indépendants, isolés électriquement et thermiquement les uns des autres et du fluide contenu dans le réservoir 12, est lui-même électriquement isolé, par 25 exemple à l'aide de connecteurs étanches. Ces deux variantes alternatives sont illustrées en figure 3 par une représentation en traits interrompus de la gaine d'enrobage 38 d'une part (première variante), et des n gaines d'enrobage indépendantes 381, 382, 38n-1, 38n d'autre part (deuxième variante). 30 Le deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 3 apporte de la modularité à l'implémentation du dispositif de quantification 14. Plus précisément, le dispositif de quantification 14 ainsi conçu peut être constitué d'un nombre variable de modules indépendants, ce nombre pouvant être déterminé au cas par cas selon la taille du réservoir 12 et la précision souhaitée de la valeur de quantification de 35 chaleur utile disponible. En effet, le nombre de convertisseurs thermoélectriques el, e2, e,, en_l, en dans le dispositif de quantification 14 influe sur la précision de la valeur de quantification de chaleur utile disponible mesurée dans le réservoir 12. Ainsi, plus il y a de convertisseurs thermoélectriques, plus de strates isothermes sont évaluées dans le réservoir 12 et plus la valeur de quantification d'eau chaude est 5 précise. Comme illustré sur la figure 4, selon une première variante de la structure électrique du dispositif 14 de quantification de chaleur utile de la figure 2 ou 3, chacun des n convertisseurs thermoélectriques el, ..., ei, ..., en comporte un capteur électrique de température et une résistance électrique, de sorte que la structure 10 électrique comporte n capteurs électriques de température Cl, C,, C, et n résistances électriques R1, ..., Rn disposés respectivement dans les n convertisseurs thermoélectriques el, ..., ei, ..., en de la façon suivante : les capteurs électriques de température Cl, ..., Ci, ..., C, possèdent chacun une borne d'entrée et une borne de sortie et sont arrangés en série entre 15 eux dans le circuit électrique d'interconnexion 34 à partir du point de mesure bl, la borne d'entrée du premier capteur C1 étant raccordée au point de mesure ID, et la borne d'entrée de chaque autre capteur C2, Cn étant raccordée à la borne de sortie du capteur précédent Cl, ..., Ci-1, ..., Cn_l, et 20 chaque résistance électrique R1, ..., ..., Rn raccorde la borne de sortie du capteur électrique de température Cl, ..., Ci, ..., Cn du convertisseur thermoélectrique el, ..., e,, ..., en auquel elle appartient au point de mesure bo. Par ailleurs, une résistance électrique Ro est reliée par ses extrémités aux 25 deux points de mesure bo et b,. Dès lors qu'un courant électrique I imposé est injecté dans le circuit électrique 34 à partir du point b,, une unique grandeur électrique sous forme d'une tension électrique U peut être mesurée entre les points de mesure bo et ID, aux bornes du dispositif de mesure 24 qui est alors un voltmètre. 30 De manière alternative, l'unique grandeur électrique mesurée peut être une intensité I traversant le dispositif de mesure 24, qui est alors un ampèremètre, dès lors qu'une tension électrique U imposée est appliquée entre les points de mesure bo et ID, aux bornes du dispositif de mesure 24. Les n capteurs électriques de température Cl, ..., Ci, ..., Cn sont par exemple 35 des interrupteurs thermoélectriques, notamment des rupteurs thermiques de type bilame, des rupteurs thermiques de type bimétal ou des fusibles réarmables à coefficient en température positif. Ces types d'interrupteurs thermoélectriques se comportent comme des interrupteurs électriques sensibles en ouverture et en fermeture à une valeur seuil de température. Conformément à l'invention, il s'agit de la température seuil prédéterminée Ts commune à tous les convertisseurs thermoélectriques, par exemple égale à 40 °C dans b cas d'un système de fourniture d'eau chaude sanitaire. Dans l'exemple de la première variante, les interrupteurs thermoélectriques s'ouvrent lorsque leur température est inférieure à cette température seuil I.

Ainsi, lorsque la température du fluide à l'intérieur du réservoir 12 est supérieure à Ts en partie supérieure jusqu'à un certain niveau, identifié par la limite plane L, les k interrupteurs thermoélectriques Cl, Ck situés au-dessus de ce niveau L sont fermés et les k+1 résistances électriques Ro, R1, Rk sont connectées entre elles en parallèle.

En notant Re la résistance électrique équivalente du circuit électrique 34 aux bornes bo et ID, du dispositif de mesure 24, la relation suivante lie la tension U et l'intensité I précitées : U = I.R, La valeur de la résistance électrique équivalente Re dépend de la valeur de chacune des n+1 résistances électriques et de la position ouverte ou fermée de chacun des interrupteurs thermoélectriques en fonction de la distribution de la température dans le réservoir 12. Elle est calculée selon l'équation suivante : 1 1 n H(Ti-Ts.) v Re Ro+ Li Ri i=i où H représente la fonction de Heaviside indiquant la position ouverte ou fermée de chaque interrupteur thermoélectrique dans le circuit électrique 34. Ainsi, pour un interrupteur thermoélectrique C, quelconque, la valeur de H est égale à « 0 » si la température T, au voisinage de cet interrupteur thermoélectrique C, est inférieure à la température seuil Ts (interrupteur ouvert) et elle est égale à « 1 » si la température T, au voisinage de cet interrupteur thermoélectrique C, est supérieure à la température seuil Ts (interrupteur fermé). Comme indiqué précédemment et dans le cas particulier du mode de réalisation illustré sur la figure 1, ce sont les k interrupteurs thermoélectriques Cl, Ck voisins disposés en partie supérieure du réservoir 12 au-dessus du niveau L qui sont fermés et en conséquence les k+1 premières résistances électriques Ro, Rk du circuit qui sont connectées entre elles en parallèle participant ainsi au calcul de la résistance équivalente Re. Compte tenu des deux équations précédentes, si l'on impose une intensité I constante, alors la valeur de tension Uk mesurée aux bornes du dispositif de mesure 24 lorsque les k premiers interrupteurs thermoélectriques Cl, Ck sont fermés est donnée par l'équation suivante : k k E [0, TL],- Uk i=0Ri Cette équation permet de calculer itérativement les valeurs des résistances Ro, R1, R,, ..., Rn en fonction des valeurs possibles de tension Uk : 1 1 Ro U0 V k E [1, TL], k-1 1 I 1 = Rk Uk Ri i=o On peut alors imposer par exemple que les valeurs possibles de tension Uk exprimées en Volt soient en relation linéaire décroissante avec le nombre k d'interrupteurs thermoélectriques fermés selon l'équation : Uk = n + 1 - k De la sorte, il existe une relation linéaire décroissante entre les valeurs possibles de tension Uk et une valeur Q de quantification de la chaleur utile disponible dans le réservoir 12 exprimée en pourcentage de fluide dans le réservoir 12 dont la température est supérieure ou égale à la température seuil Ts, cette valeur Q étant à valeurs discrètes directement corrélées au nombre k d'interrupteurs thermoélectriques fermés : Q(k) =100.-k = -100. (n + 1 - Uk) n n La figure 5 illustre cette relation de linéarité décroissante entre la grandeur électrique U mesurée par le dispositif de mesure 24 et la valeur de quantification Q de chaleur utile disponible dans le réservoir 12 définie précédemment, pour n = 10. Lorsque k = 0 par exemple, aucun des interrupteurs thermoélectriques n'est fermé, la tension U mesurée est de 11 V et Q vaut 0 `Vo. Lorsque k = 10, tous les interrupteurs thermoélectriques sont fermés, la tension U mesurée est de 1 V et Q vaut 100 `Vo. Plus précisément, si chaque interrupteur thermoélectrique est placé au milieu de la strate isotherme à laquelle il est associé, U = Uk signifie que Q = Q(k) +1- 5 % et la linéarité décroissante se fait par paliers. Cette relation de linéarité est implémentée dans le module de conversion 30. Pour une intensité imposée I de 20 mA et n = 10, il en résulte que, pour respecter cette relation linéaire entre U et Q, les résistances Ro, R1, Ri, R10 doivent avoir les valeurs suivantes : 1 I 20.10-3 Ro Uo 11 d'où Ro = 550 0, 1 I 1 20.10-3 1 U1 R0 10 550 d'où R1 = 5500 0, 1 I 1 1 20.10-3 1 1 R2 U2 Ro R1 9 550 5550 d'où R2 = 4500 0, etc. (pour le calcul de R3 à R10).

Le tableau ci-dessous détaille l'ensemble des valeurs numériques obtenues pour Uk, Rk et Q(k) lorsque I = 20 mA et pour k, variant de 0 à 10, indiquant le nombre d'interrupteurs thermoélectriques fermés à partir du haut du réservoir 12. k Uk (V) Rk(0) Q(k) (%) 0 11 550 0 1 10 5500 10 2 9 4500 20 3 8 3600 30 4 7 2800 40 5 6 2100 50 6 5 1500 60 7 4 1000 70 8 3 600 80 9 2 300 90 10 1 100 100 De manière alternative, on peut imposer une tension U constante et mesurer l'intensité lk aux bornes du dispositif de mesure 24 lorsque les k premiers interrupteurs thermoélectriques Cl, Ck sont fermés. Cette intensité est donnée par l'équation suivante : V k E [0, TL], k 1kV 1 U Ri i=o Cette équation permet de calculer itérativement les valeurs des résistances Ro, R1, R,, R, en fonction des valeurs possibles d'intensité lk : 1 /0 _ = _ Ro U k-1 1 Ik v 1 v k [1, n], -pp - L,Ri L=0 On peut alors imposer par exemple que les valeurs possibles d'intensité Ik exprimées en Ampère soient en relation linéaire croissante avec le nombre k d'interrupteurs thermoélectriques fermés selon l'équation : Ik = 0,004+ k.10-3 De la sorte, il existe une relation linéaire croissante entre les valeurs possibles d'intensité Ik et la valeur Q de quantification de la chaleur utile disponible dans le réservoir 12 exprimée en pourcentage de fluide dans le réservoir 12 dont la température est supérieure à la température seuil Ts, cette valeur Q étant directement corrélée au nombre k d'interrupteurs thermoélectriques fermés : k 105 Q(k) = 100.771, =-n. (Ik - 0,004) Pour n = 10, lorsque k = 0 par exemple, aucun des interrupteurs thermoélectriques n'est fermé, l'intensité I mesurée est de 4 mA et Q vaut 0 `Vo.

Lorsque k = 10, tous les interrupteurs thermoélectriques sont fermés, l'intensité I mesurée est de 14 mA et Q vaut 100 `Vo. Cette relation de linéarité est implémentée dans le module de conversion 30. Pour une tension imposée U de 10 V et pour n = 10, il en résulte que, pour respecter cette relation linéaire entre I et Q, les résistances Ro, R1, ..., Ri, doivent avoir les valeurs suivantes : 1 /0 4.10-3 Ro U 10 d'où R0 = 2500 0, 1 I1 1 5.10-3 1 R1 U Ro 10 2500 d'où R1 = 10000 0, 1 /2 1 1 6.10-3 1 1 R2 U Ro R1 10 2500 10000 d'où R2 = 10000 0, etc. (pour le calcul de R3 à R10). Le tableau ci-dessous détaille l'ensemble des valeurs numériques obtenues pour lk, Rk et Q(k) lorsque U = 10 V et pour k, variant de 0 à 10, indiquant le nombre d'interrupteurs thermoélectriques fermés à partir du haut du réservoir 12. k lk (A) Rk (0) Q(k) (%) 0 0.004 2500 0 1 0.005 10000 10 2 0.006 10000 20 3 0.007 10000 30 4 0.008 10000 40 5 0.009 10000 50 6 0.010 10000 60 7 0.011 10000 70 8 0.012 10000 80 9 0.013 10000 90 0.014 10000 100 La figure 6 illustre une deuxième variante de la structure électrique du dispositif 14 de quantification de chaleur utile de la figure 2 ou 3. 10 Cette deuxième variante diffère de la précédente illustrée sur la figure 4 en ce que : dans chaque convertisseur thermoélectrique e,, le capteur électrique de température constitué d'un interrupteur thermoélectrique C, est arrangé en sérié avec la résistance électrique R,, et les convertisseurs thermoélectriques el, ..., ..., en sont arrangés en parallèle entre eux dans le circuit électrique d'interconnexion 34. Par ailleurs, à titre d'exemple et pour illustrer les différentes possibilités d'installation du dispositif de quantification 14, sur la figure 6 les points de mesure bc, et ID, sont placés en bas du réservoir 12 alors que sur la figure 4 ils sont placés en haut. Cependant, la position de ces points de mesure et donc du dispositif de mesure 24 par rapport au réservoir 12 ne modifie pas le comportement du dispositif 14 de quantification de chaleur utile. Dans les deux cas illustrés sur les figures 4 et 6, l'utilisateur peut choisir la position du dispositif de mesure 24 en haut ou en bas du réservoir 12 en fonction des contraintes physiques liées à chaque installation particulière. Le reste des calculs, c'est-à-dire l'établissement du tableau de relation entre Uk, Rk et Q(k) ou entre lk, Rk et Q(k) est identique dans ces deux variantes des figures 4 et 6. La figure 7 illustre une troisième variante de la structure électrique du dispositif 14 de quantification de chaleur utile de la figure 2 ou 3. Cette troisième variante diffère des deux précédentes illustrées sur les figures 4 et 6 en ce que : les résistances électriques Ro, R1, R,, Rn sont arrangées en série dans le circuit électrique d'interconnexion 34 entre les points de mesure bo et ID, , et chaque capteur électrique de température C, raccorde l'une des deux bornes de la résistance électrique R, du convertisseur thermoélectrique e, auquel il appartient au premier point de mesure bo : il s'agit plus précisément de la borne qui relie la résistance R, à la résistance R,_1. Dans l'exemple de la figure 7, les points de mesure bo et ID, sont situés en bas du réservoir 12, de sorte que le point de mesure bo soit raccordé à la résistance électrique Ro et que le point de mesure ID, soit raccordé à la résistance électrique Rn. Ils pourraient aussi être placés en haut du réservoir 12 mais il conviendrait alors d'adapter la structure électrique pour que les résistances restent arrangées en série entre ces deux points de mesure. Comme dans les deux variantes précédentes, dès lors qu'un courant électrique I imposé est injecté dans le circuit électrique 34 à partir du point bo, une unique grandeur électrique sous forme d'une tension électrique U peut être mesurée entre les points de mesure bo et ID, aux bornes du dispositif de mesure 24. De manière alternative, l'unique grandeur électrique mesurée peut être une intensité I traversant le dispositif de mesure 24 dès lors qu'une tension électrique U imposée est appliquée entre les points de mesure bo et ID, aux bornes du dispositif de mesure 24. Comme dans les deux variantes précédentes également, les n capteurs électriques de température Cl, ..., Ci, ..., C, sont des interrupteurs thermoélectriques dont le comportement est identique.

Ainsi, lorsque la température du fluide à l'intérieur du réservoir 12 est supérieure à Ts en partie supérieure jusqu'à un certain niveau L, les k interrupteurs thermoélectriques Cl, Ck situés au-dessus de ce niveau L sont fermés et les k résistances électriques Ro, R1, Rk-i sont court-circuitées, de sorte qu'il peut être considéré que le courant I circulant dans le circuit électrique 34 ne traverse que les résistances Rk, ..., Rn. En toute rigueur et en pratique, les k résistances électriques Ro, R1, Rk_i ne sont pas tout à fait court-circuitées et il circule tout de même un courant résiduel mais de très faible valeur par rapport au reste du circuit, de sorte qu'il peut être négligé.

La tension U et l'intensité I sont toujours liées par la résistance électrique équivalente Re du circuit électrique 34 selon l'équation suivante : U = I. Re Mais dans cette troisième variante, Re est calculée selon l'équation suivante : Re 1?; = Rn -FIR1_1* H(Ts.-Ti) i=t où, comme précédemment décrit, H représente la fonction de Heaviside indiquant la position ouverte ou fermée de chaque interrupteur thermoélectrique dans le circuit électrique 34. Selon l'expression ci-dessus, pour un interrupteur thermoélectrique C, quelconque, la valeur de H est égale à « 1 » si la température de l'eau T, au voisinage de cet interrupteur thermoélectrique C, est inférieure à la température seuil Is (interrupteur ouvert) et elle est égale à « 0 » si la température de l'eau T, au voisinage de cet interrupteur thermoélectrique C, est supérieure à la température seuil Is (interrupteur fermé). Comme indiqué précédemment et dans le cas particulier du mode de réalisation illustré sur la figure 1, ce sont les k interrupteurs thermoélectriques Cl, Ck voisins disposés en partie supérieure du réservoir au-dessus du niveau L qui sont fermés et en conséquence les n-k+1 dernières résistances électriques Rk, Rn du circuit qui sont connectées entre elles en série participant ainsi au calcul de la résistance équivalente Re. Compte tenu des deux équations précédentes, si l'on impose une intensité I constante, alors la valeur de tension Uk mesurée aux bornes du dispositif de mesure 24 lorsque les k premiers interrupteurs thermoélectriques Cl, Ck sont fermés est donnée par l'équation suivante : n V k E [0, n], Uk = 1.(1Ri i=k Cette équation permet de calculer itérativement les valeurs des résistances Rn, R,, R1, Ro en fonction des valeurs possibles de tension Uk : Un Rn = T n Uk V k E [0, n - 1], Rk = - - Ri i=k+1 On peut imposer par exemple comme précédemment que les valeurs possibles de tension Uk exprimées en Volt soient en relation linéaire décroissante avec le nombre k d'interrupteurs thermoélectriques fermés selon l'équation : Uk = n + 1 - k De la sorte, la relation linéaire décroissante entre les valeurs possibles de tension Uk et la valeur Q telle qu'illustrée sur la figure 6 est respectée. Pour une intensité imposée I de 20 mA et pour n = 10, il en résulte que, pour respecter cette relation linéaire entre U et Q, les résistances Ro, R1, R10 doivent avoir les valeurs suivantes : d'où R10 = 100 0, U10 1 R10 = I 10.10-3 U9 2 100 R9 - R10 = T = 10.10-3 d'où R9 = 100 0, U8 3 = - = 200 R8 - R9 - Rio 10.10-3 d'où R9 = 100 0, etc. (pour le calcul de R7 à R0).

Le tableau ci-dessous détaille l'ensemble des valeurs numériques obtenues pour Uk, Rk et Q(k) lorsque I = 20 mA et pour k, variant de 0 à 10, indiquant le nombre d'interrupteurs thermoélectriques fermés à partir du haut du réservoir 12. Avantageusement, dans cette troisième variante les résistances électriques présentent toutes une même valeur, permettant ainsi d'éviter des erreurs d'assemblage lors de la fabrication du dispositif. k Uk (V) Rk (0) Q(k) (%) 0 11 100 0 1 10 100 10 2 9 100 20 3 8 100 30 4 7 100 40 6 100 50 6 5 100 60 7 4 100 70 8 3 100 80 9 2 100 90 1 100 100 La figure 8 illustre une quatrième variante de la structure électrique du dispositif 14 de quantification de chaleur utile de la figure 2 ou 3. Cette quatrième variante diffère de la deuxième variante illustrée sur la figure 5 6 uniquement en ce qu'une thermistance p, est disposée en parallèle aux bornes de chaque interrupteur thermoélectrique C, de chaque convertisseur thermoélectrique e, pour en constituer le capteur électrique de température. La valeur de la résistance électrique de chaque thermistance p, varie de façon régulière en fonction de la température au voisinage du convertisseur 10 thermoélectrique e, auquel elle appartient, s'ajoutant à celle de la résistance R, lorsque l'interrupteur thermoélectrique C, est ouvert. Ainsi, dans cette variante, les interrupteurs thermoélectriques Cl, C, sont avantageusement des interrupteurs qui s'ouvrent lorsque la température est supérieure à Ts et qui restent fermés sinon. La valeur de l'unique grandeur électrique mesurée U ou I aux bornes du dispositif de mesure 24 est alors non seulement dépendante du nombre k d'interrupteurs thermoélectriques ouverts au-dessus du niveau L, mais en outre variable en fonction des différentes valeurs des résistances électriques des thermistances situées au-dessus du niveau L et donc des différentes températures de strates isothermes situées au-dessus du niveau L.

A partir de ces variations de la valeur de l'unique grandeur électrique U ou I mesurée, un post-traitement du signal permet de déterminer plus finement les variations de température au-dessus du niveau L, c'est-à-dire dans la partie utile du réservoir 12, et d'obtenir ainsi une quantité d'énergie utile réellement disponible au-dessus de la température seuil Ts. Il est ainsi possible de déterminer avec plus de précision la valeur de quantification de la chaleur utile disponible dans le réservoir 12. Le fonctionnement de cette quatrième variante est semblable à celui de la deuxième variante. La seule différence significative réside dans l'expression de la résistance électrique équivalente Re. Celle-ci, en plus d'être fonction de la valeur de chacune des n+1 résistances électriques Ro, R1, ..., ..., R, et de la position ouverte ou fermée des interrupteurs thermoélectriques Cl, ..., Ci, ..., C,, dépend de la valeur de la résistance de chacune des n thermistances pl, p,, p, en fonction de la distribution de la température dans la partie utile du réservoir 12. Elle est calculée selon l'équation suivante : n - - Re Ro Ri + Pi(Ti) * H (Ti - Ts) i=i où p,(T,) est la valeur de la résistance de la thermistance p, à la température I. Cette variante est particulièrement utile dans des systèmes de fourniture d'eau chaude basés sur une source d'énergie renouvelable, la température dans le réservoir 12 pouvant monter dans ce cas largement au-dessus de la température seuil Ts, par exemple jusqu'à 60 QC lorsque la température seuil est définie à 40 °C. L'utilisation des thermistances permet d'avoir une indication des différentes températures dans la partie du réservoir 12 où la température est supérieure à 40 QC et de quantifier avec une plus grande précision la chaleur utile réellement disponible dans le réservoir 12 par rapport à ce seuil de 40 C. Il est ainsi par exemple possible, soit de quantifier plus précisément la chaleur utile dépassant le seuil de 40 QC dans le réservoir 12, soit de quantifier la chaleur utile réellement disponible à la température exacte du seuil de 40 QC sachant que toute eau disponible à température supérieure au seuil dans le réservoir 12 peut-être mélangée à de l'eau froide provenant d'une autre source pour fournir de l'eau à 40 °C. On notera que le perfectionnement apporté par la quatrième variante à la deuxième variante en ajoutant les thermistances pl, p,, p, aux bornes respectives des interrupteurs thermoélectriques Cl, ..., Ci, C, peut être aisément appliqué de la même façon aux première et troisième variantes.

La figure 9 illustre une cinquième variante de la structure électrique du dispositif 14 de quantification de chaleur utile de la figure 2 ou 3. Cette cinquième variante apporte deux nouveaux perfectionnements à la deuxième variante illustrée sur la figure 6. Le premier de ces deux nouveaux perfectionnements consiste à placer une diode électroluminescente d, en série entre chaque convertisseur thermoélectrique e, et le point de mesure bo. Les n diodes dl, ..., di, ..., d, ainsi placées, par exemple disposées en partie supérieure du réservoir 12 et de façon visible de l'extérieur, constituent un système d'affichage lumineux supplémentaire 40 permettant de fournir une première estimation visuelle directe de la valeur de quantification de la chaleur utile disponible dans le réservoir 12 sans besoin de conversion de l'unique grandeur électrique U ou I mesurée et en amont de cette mesure. Chaque diode électroluminescente d, est activée en fonction de la température au voisinage de l'interrupteur thermoélectrique C, correspondant : plus précisément, dès que la température de l'interrupteur thermoélectrique C, dépasse la température seuil prédéterminée Ts, il se ferme et la diode électroluminescente d, s'allume. On notera que ce premier nouveau perfectionnement apporté par la cinquième variante à la deuxième variante peut être aisément appliqué de la même façon aux première et troisième variantes, moyennant quelques adaptations à la portée de l'homme du métier. Le deuxième des deux nouveaux perfectionnements apportés par la cinquième variante consiste à ajouter un convertisseur thermoélectrique supplémentaire el dans la partie inférieure du réservoir 12, ce convertisseur thermoélectrique supplémentaire el étant, pour des raisons de sécurité sanitaire, sensible à une température de consigne TI correspondant au déclenchement d'un processus de traitement bactéricide, par exemple un processus de traitement contre la bactérie « Legionella Pneumophila ». Selon ce processus, toute l'eau à usage sanitaire contenue dans le réservoir 12 doit être régulièrement portée pendant une durée relativement courte à une température supérieure à la température de consigne TI, par exemple toutes les 24 à 48 heures et pour une température de consigne TI comprise entre 55 et 65 °C en ce qui concerne la Legionella Pneumophila. Le convertisseur thermoélectrique supplémentaire el est donc constitué d'un capteur électrique de température CI, plus précisément un interrupteur thermoélectrique qui se ferme lorsque la température de consigne TI est atteinte en partie basse du réservoir 12, disposé en série avec une résistance RI. Il est associé en série avec une diode supplémentaire cl, et avantageusement disposé avec elle dans le circuit électrique 34 en parallèle des autres convertisseurs thermoélectriques el, e,, e, associés à leurs propres diodes dl, d,, d,. Un accumulateur d'énergie Acc quelconque (système à condensateur(s), batterie, pile ou autre) est par ailleurs disposé aux bornes de la diode supplémentaire dl, pour une alimentation autonome de cette diode cl, pendant au moins toute la durée entre deux traitements requis contre la Legionella Pneumophila.

Ainsi, lorsque toute l'eau contenue dans le réservoir 12 est portée au-delà de la température de consigne TI, l'interrupteur thermoélectrique CI situé en partie basse du réservoir 12 se ferme et la diode cl, est activée, l'accumulateur Acc se chargeant en énergie électrique. Lorsqu'après ce traitement bactéricide de courte durée, l'eau en partie basse du réservoir 12 passe sous la température de consigne TI, l'interrupteur thermoélectrique CI s'ouvre, mais la diode cl, reste activée grâce à l'accumulateur d'énergie Acc pendant au moins la durée programmée entre deux traitements. Au traitement suivant, si tout se passe conformément au processus, la diode dl est encore allumée lorsque toute l'eau contenue dans le réservoir 12 est portée de nouveau au-delà de la température de consigne TI et lorsque l'interrupteur thermoélectrique CI se ferme de nouveau. On peut donc considérer que l'eau contenue dans le réservoir 12 est correctement traitée contre la Legionella Pneumophila tant que la diode cl, reste allumée. Il convient de noter par ailleurs que l'intégration du convertisseur thermoélectrique supplémentaire el, de la diode supplémentaire cl, et de l'accumulateur d'énergie Acc dans le circuit électrique 34 du dispositif 14 de quantification de chaleur utile ne perturbe pas son fonctionnement détaillé précédemment. En outre, l'accumulateur d'énergie Acc pourrait être remplacé par un temporisateur associé à une source d'alimentation autonome en énergie électrique pour réaliser la même fonction de maintien en activation de la diode supplémentaire dl. On notera également que ce deuxième nouveau perfectionnement apporté par la cinquième variante à la deuxième variante peut être aisément appliqué de la même façon aux première et troisième variantes.

Enfin, on notera que cette cinquième variante se distingue en outre de la deuxième en ce que les points de mesure bc, et ID, sont placés en partie haute et non en partie basse du réservoir 12, ce qui ne change rien à son principe de fonctionnement. Bien entendu, de nombreuses autres variantes peuvent être envisagées pour la structure électrique du dispositif 14 de quantification de chaleur utile. Il apparaît clairement qu'un dispositif de quantification de chaleur utile tel que l'un quelconque de ceux décrits précédemment selon plusieurs variantes permet d'obtenir, simplement et efficacement en une seule mesure électrique, une valeur pertinente de quantification de la chaleur utile disponible dans le réservoir de stockage 12 illustré sur la figure 1.

Un tel type de réservoir 12 de stockage d'eau chaude est notamment utilisé dans des systèmes de génération, stockage et consommation d'eau chaude sanitaire ou d'eau de chauffage. Néanmoins, l'invention peut aussi être utilisée dans d'autres types de systèmes de génération et de stockage de chaleur dans lesquels le réservoir de stockage 12 peut contenir un fluide chauffé autre que l'eau ou même un solide chauffé. On notera par ailleurs que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. En particulier, tous les exemples décrits précédemment portent sur des applications dans lesquelles le réservoir 12 présente une stratification simple et monodimensionnelle (en particulier verticale) des niveaux d'énergie, de sorte que le dispositif 14 de quantification de chaleur utile présente une portion allongée 22 adaptée à cette stratification. Mais pour d'autres applications dans lesquelles le réservoir pourrait présenter une stratification plus complexe et notamment par exemple bidimensionnelle, il convient d'adapter la configuration du dispositif 14 et notamment de sa portion 22. Cette adaptation est simple et à la portée de l'homme du métier. Par ailleurs, tous les exemples décrits précédemment portent sur des applications de fourniture de chaleur utile, alors que d'une façon plus générale, l'invention est adaptée à tout système de fourniture d'énergie thermique utile chaude ou froide. En particulier, le réservoir 12 peut aussi être utilisé dans un système de génération, stockage et restitution de fraîcheur. Dans ce cas, l'énergie thermique utile concerne la partie inférieure du réservoir avec une température seuil adaptée à l'application visée.

Il apparaîtra plus généralement à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Dans les revendications qui suivent, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant les revendications aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents que les revendications visent à couvrir du fait de leur formulation et dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en oeuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.35

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif (14) de quantification d'énergie thermique utile disponible dans un réservoir (12) de stockage d'un fluide ou solide chauffé ou refroidi (16, 18, 20), comprenant plusieurs convertisseurs thermoélectriques (el, e2, e,, en_l, en) destinés à être répartis à plusieurs endroits du réservoir de stockage (12), caractérisé en ce qu'il comporte : un circuit électrique (34) interconnectant ces convertisseurs thermoélectriques (el, e2, - - ei, - - en-1, en), un dispositif (24) de mesure d'une unique grandeur électrique (U, I) du circuit électrique (34), des moyens (30) de conversion de cette unique grandeur électrique (U, I) en une valeur de quantification de l'énergie thermique utile disponible dans le réservoir de stockage (12).
2. 2. Dispositif (14) de quantification d'énergie thermique utile selon la revendication 1, dans lequel chaque convertisseur thermoélectrique (el, ei, - - en) comporte un capteur électrique de température (C1, ..., Ci, - - Cn, Pl, - - -, Pi, - - pn) et au moins une résistance électrique (R1, ..., R,, ..., Rn).
3. 3. Dispositif (14) de quantification d'énergie thermique utile selon la revendication 2, dans lequel le capteur électrique de température (C1, ..., Ci, - - Cn, pl, ..., p,, pn) de chaque convertisseur thermoélectrique (el, ei, - - en) comporte un interrupteur thermoélectrique (C1, C,, Cn) sensible en ouverture et en fermeture à une valeur seuil de température (Te) prédéterminée, cette valeur seuil de température étant commune à tous les convertisseurs thermoélectriques (el, - - ei, - - en).
4. 4. Dispositif (14) de quantification d'énergie thermique utile selon la revendication 3, dans lequel l'interrupteur thermoélectrique (C1, C,, Cn) de chaque convertisseur thermoélectrique (el, e,, en) est un rupteur thermique bilame, un rupteur thermique bimétal ou un fusible réarmable à coefficient en température positif.
5. 5. Dispositif (14) de quantification d'énergie thermique utile selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le capteur électrique de température (C1, ..., Ci, - - -, Cn, pl, -- -I p,, -- -I pn) de chaque convertisseur thermoélectrique (el, ei, - - -, en) comporte en outre une thermistance (pl, p,, pn) disposée en parallèle de l'interrupteur thermoélectrique (C1, ..., Ci, ..., Cn), aux bornes de celui-ci.
6. 6. Dispositif (14) de quantification d'énergie thermique utile selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel ladite au moins une résistance électrique (R1, ..., Ri, ..., Rn) de chaque convertisseur thermoélectrique (el, ..., ei, - - -, en) présente une valeur de résistance prédéterminée de manière à engendrer une valeur de l'unique grandeur électrique mesurée (U, I) qui soit en relation linéaire avec la valeur de quantification de l'énergie thermique utile disponible dans le réservoir de stockage (12).
7. 7. Dispositif (14) de quantification d'énergie thermique utile selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les capteurs électriques de température (Cl, C,, C,-,) et les résistances électriques (R1, R,, Rn) sont disposés dans les convertisseurs thermoélectriques (el, e,, en) de sorte que : les capteurs électriques de température (Cl, C,, C,-,) soient arrangés en série entre eux dans le circuit électrique d'interconnexion (34), et chaque résistance électrique (R1, R,, Rn) raccorde une borne de sortie du capteur électrique de température (Cl, C,, C,-,) du convertisseur thermoélectrique (el, e,, en) auquel elle appartient à une première borne (b0), commune à toutes les résistances électriques (R1, ..., Ri, ..., Rn), du dispositif de mesure (24).
8. 8. Dispositif (14) de quantification d'énergie thermique utile selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les capteurs électriques de température (Cl, ..., Ci, ..., Cn, pl, ..., pi, ..., pn) et les résistances électriques (R1, - - -, R,, Rn) sont disposés dans les convertisseurs thermoélectriques (el, ..., ei, ..., en) de sorte que : chaque convertisseur thermoélectrique (el, e,, en) comporte un capteur électrique de température (Cl, ..., Ci, ..., Cn, pl, ..., pi, ..., pn) arrangé en série avec une résistance électrique (R1, ..., R,, ..., Rn), et les convertisseurs thermoélectriques (el, ..., ei, ..., en) soient arrangés en parallèle entre eux dans le circuit électrique d'interconnexion (34).
9. 9. Dispositif (14) de quantification d'énergie thermique utile selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les capteurs électriques de température (Cl, ..., Ci, ..., Cn) et les résistances électriques (R1, ..., ..., Rn) sont disposés dans les convertisseurs thermoélectriques (el, e,, en) de sorte que :les résistances électriques (R1, ..., Ri, ..., Rn) soient arrangées en série entre elles dans le circuit électrique d'interconnexion (14), et chaque capteur électrique de température (Cl, ..., Ci, ..., Cn) raccorde une borne de la résistance électrique (R1, R,, Rn) du convertisseur thermoélectrique (el, e,, en) auquel il appartient à une première borne (b0), commune à tous les capteurs électriques de température (Cl, C,, Cn), du dispositif de mesure.
10. 10. Dispositif (14) de quantification d'énergie thermique utile selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel l'unique grandeur électrique mesurée (U, I) est une intensité (I) traversant le dispositif de mesure (24) ou une tension (U) aux bornes du dispositif de mesure (24).
11. 11. Système (10) de quantification de chaleur utile, comportant : un réservoir (12) de stockage d'un fluide ou solide chauffé ou refroidi (16, 18, 20), et un dispositif (14) de quantification d'énergie thermique utile selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, pourvu en outre de moyens d'isolation thermique et électrique (36, 38 ; 361, ..., . - -, 36,, 381, ..., ..., 38n).
12. 12. Système (10) de quantification d'énergie thermique utile selon la revendication 11, dans lequel le dispositif (14) de quantification d'énergie thermique utile est placé dans ou contre le réservoir de stockage (12) de manière sensiblement perpendiculaire à une pluralité de strates isothermes (16, 18, 20) du fluide ou solide chauffé ou refroidi.
13. 13. Système (10) de quantification d'énergie thermique utile selon la revendication 12, comportant en outre un dispositif (26) indicateur de la valeur de quantification de l'énergie thermique utile disponible dans le réservoir de stockage (12), ce dispositif indicateur (26) étant raccordé à l'aide de moyens (28) de transmission de données au dispositif de mesure (24) et placé à l'extérieur du réservoir de stockage (12) de manière à faciliter l'accès d'un utilisateur à cette valeur de quantification.