WO2018096289A1 - Appareil de chauffage de type radiateur électrique incluant un convertisseur de tension - Google Patents

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WO2018096289A1
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voltage
voltage converter
input
management unit
heating apparatus
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Raphaël MEYER
Gilles Moreau
Antoine ROMATIER
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Lancey Energy Storage
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    • F24H2240/00—Fluid heaters having electrical generators
    • F24H2240/01—Batteries, electrical energy storage device

Definitions

  • Electric heater type heater including a voltage converter
  • the present invention relates to an electric heater type heater comprising a housing housing a heater producing a first flow of calories when an input of the heater is powered by an electrical voltage.
  • the invention also relates to an electrical installation comprising a power supply source and at least one such heating device.
  • the power source to which the heater is connected delivers an AC voltage and all components of the heater are adapted accordingly.
  • this power source is constituted by the local electrical network.
  • a battery bank associated with the heater In some heaters, it is also known to integrate a battery bank associated with the heater. This battery bank stores energy used by the heater, to space electricity consumption over time.
  • the energy management system of a building or premises using electric heaters can not participate in the integration of renewable energies on the electricity grid. Indeed, the use of the inertia of the electric heaters does not allow a sufficiently fine control to use the heaters as an intermittent storage system for renewable energies or to make the erasure consumption.
  • the present invention aims to solve all or part of the disadvantages listed above.
  • an electric radiator type heater comprising a housing housing a heating member producing a first flow of calories when an input of the heating member is supplied by a DC voltage, the heating apparatus comprising a voltage converter implanted in the housing and comprising an input provided with connection elements for connecting the voltage converter to a power source and an output delivering a DC voltage able to feed directly or indirectly the power supply.
  • the voltage converter including heat sinks producing a second stream of calories with the calories generated by the voltage converter and the second stream being mixed with the first heat stream generated by the heat sink heated.
  • the second flux emanating from the voltage converter at the time of its use, in order to avoid overheating of the voltage converter, serves both a rapid preheating of the other components of the heater and allows, due to its mixing with the first flow, to optimize the energy efficiency of the electrical apparatus 10 by avoiding that the calories produced by the converter of voltage are lost or even annoying. There is therefore a real and advantageous synergy between these different elements and these different functions.
  • the voltage converter is configured so as to deliver, at its output, said DC voltage by converting a DC voltage applied to the input of the voltage converter by the power source. when the voltage converter is connected to it.
  • the voltage converter is configured so as to deliver, at its output, said DC voltage by converting an AC voltage applied to the input of the voltage converter by the power source. power supply when the voltage converter is connected to it.
  • the heating apparatus comprises an electrical energy storage device operating under a continuous electric current, having an input intended to be fed by a direct current and an output delivering a direct current, the electrical energy storage device comprising a battery based on an assembly of electrochemical cells and / or a supercapacitor and / or a fuel cell.
  • the heating apparatus comprises:
  • first connection elements for connecting the output of the voltage converter with the input of the heating element and able to apply the DC voltage delivered at the output of the voltage converter to the input of the heating element
  • connection elements for connecting the output of the voltage converter with the input of the electrical energy storage device and able to apply the DC voltage delivered at the output of the voltage converter to the input of the storage device; 'electric energy
  • connection elements for connecting the output of the electrical energy storage device with the input of the heating element and able to apply the direct current delivered by the output of the electrical energy storage device to the inlet of the heating element
  • switching elements for varying the first connection elements between an open circuit or closed circuit configuration, for varying the second connection elements between a circuit configuration open or closed circuit, and to vary the third connecting elements between an open circuit configuration or closed circuit.
  • the heating apparatus comprises a management unit housed in the housing and controlling at least the heating element and the switching elements.
  • the heating apparatus comprises a sensor for measuring the temperature outside the housing and first transmission elements for addressing the value determined by the measurement sensor to a first input. of the management unit.
  • the heating apparatus comprises a characterization element making it possible to characterize the state of charge of the electrical energy storage device and the second transmission elements making it possible to address the value determined by the characterization element at a second input of the management unit.
  • the management unit provides control of the switching elements according to a predetermined strategy algorithm stored in a memory of the management unit, as a function of the value determined by the measurement sensor and addressed to the first input of the management unit and according to the value determined by the characterization element and addressed to the second input of the management unit.
  • the management unit varies the heating apparatus, by controlling the switching elements, between a first operating mode where the first connecting elements and / or the third connecting elements occupy an open circuit configuration and a second operating mode where the first link elements and / or the third link elements occupy a closed circuit configuration, the first operating mode being occupied if the difference between the value determined by the measurement and a known setpoint temperature of the management unit is greater than a first predetermined positive positive difference and the second operating mode is occupied if the difference between the value determined by the measuring sensor and the known set temperature of the management unit is less than a second predetermined negative difference or none.
  • the management unit varies the heating apparatus, by controlling the switching elements, between a third operating mode where the second connecting elements occupy a closed circuit configuration and a fourth mode of operation where the second link elements occupy an open circuit configuration, the third operating mode being occupied if the value determined by the characterizing element is less than or equal to a first known predetermined threshold of the management unit and the fourth operating mode being occupied as soon as the value determined by the characterization element is greater than or equal to a second known predetermined threshold of the management unit and strictly greater than the first predetermined threshold.
  • the management unit occupies the heating apparatus, by controlling the switching elements, a fifth mode of operation where the third connection elements occupy a closed circuit configuration if the value determined by the characterization element is greater than or equal to a third known predetermined threshold of the management unit.
  • the management unit provides control of the voltage converter such that the DC voltage delivered to the output of the voltage converter varies as a function of the power to be delivered by the calculated heating element. by the management unit.
  • an electrical installation comprising a power source and at least one such heating device whose connection elements of the input of the voltage converter are connected to the power supply source, in which the source of power
  • the electrical power supply delivers a DC voltage and comprises all or some of the following elements: photovoltaic panels, a fuel cell, a supercapacity, a battery based on an assembly of electrochemical cells.
  • Figure 1 is a schematic view of the components of an exemplary heater according to the invention.
  • FIGS 2 and 3 illustrate two embodiments of the heater of Figure 1.
  • the invention essentially relates to a heater 10 of the electric heater type, comprising a housing 11 housing a housing heating member 12 producing a first flow of calories Fl when an inlet 121 of the heating member 12 is supplied by a DC voltage.
  • the heating member 12 may in particular comprise at least one radiating body and / or at least one heating fluid heating device.
  • the invention also relates to an electrical installation comprising a power supply source 13 and at least one such heater 10.
  • the power supply source 13 may be of the type delivering an alternating electric voltage, or even more advantageously be of the type delivering a DC voltage.
  • the heater 10 comprises a voltage converter 14 implanted in the housing 11 and having an input 141 provided with connection elements for electrically connecting the voltage converter 14 to the power source 13 and an output 142 delivering a DC voltage capable of directly or indirectly supplying the input 121 of the heating element 12.
  • the voltage converter 14 makes it possible to transform the input current from the source 13 into a continuous output current directly usable under this form by the components that the voltage converter 14 is intended to supply energy.
  • the voltage converter 14 is directly related to that of the power supply source 13 to which it is intended to be connected.
  • the voltage converter 14 may be configured so as to deliver, at its output 142, the DC voltage by converting a DC voltage applied to the input 141 of the voltage converter 14 by the power supply. electrical 13 when the voltage converter 14 is connected thereto.
  • the voltage converter 14 may be DC / DC type.
  • the voltage converter 14 is configured so as to be able to deliver, at its output 142, the DC voltage by converting an AC voltage applied to the input 141 of the voltage converter 14 by the power source 13 when the voltage converter 14 is connected thereto.
  • the voltage converter 14 may be AC / DC type.
  • the voltage converter 14 may for example comprise a switching power supply or a plurality of switching power supplies in parallel, or more simply at least one chopper, to allow the conversion of an alternating current into a direct current directly usable by the components that the output 142 of the voltage converter 14 is intended to supply electrical energy.
  • the heating apparatus 10 comprises an electrical energy storage device 15 operating under a continuous electric current, having an input 151 intended to be supplied by a direct current and an output 152 delivering another current. continued.
  • the storage device 15 stores energy used by the heater 10, in order to space the consumption of electricity over time. In particular, it makes it possible to store electrical energy when it is available, especially when its cost of production is considered economical.
  • the electrical energy storage device 15 comprises a battery based on an assembly of electrochemical cells and / or a supercapacitor and / or a fuel cell. Furthermore, in order to be able to supply power to the heating element 12 directly via the output 142 of the voltage converter 14, the heating device 10 comprises first connecting elements 16 for connecting the output 142 of the converter voltage 14 with the input 121 of the heating element 12 and able to apply the DC voltage delivered at the output 142 of the voltage converter 14 to the input 121 of the heating element 12.
  • the heating apparatus 10 comprises second connecting elements 17 for connecting the output 142 of the converter voltage 14 with the input 151 of the electrical energy storage device 15 and adapted to apply the DC voltage output 142 of the voltage converter 14 to the input 151 of the electrical energy storage device 15.
  • the heating apparatus 10 comprises third connecting elements 18 for connecting the output 152 of the electrical energy storage device 15 with the inlet 121 of the heating element 12 and able to apply the direct current delivered by the output 152 of the electrical energy storage device 15 at the inlet 121 of the heating member 12.
  • the heater 10 includes switching elements (not shown as such) for varying the first link members 16 between an open circuit or closed circuit configuration to vary the second link members. 17 between an open circuit or closed circuit configuration, and to vary the third link members 18 between an open circuit or closed circuit configuration.
  • the heater 10 also comprises a management unit 19 housed in the housing 11 and driving at least the heating member 12 via the control links 20 (wired or not) and the switching elements mentioned in the previous paragraph.
  • the management unit 19 can also control the voltage converter 14 via the control links 21 (wired or not) and / or the control of the electrical energy storage device 15 via the control links 22 (wired or wireless). no).
  • the management unit 19 provides control of the voltage converter 14 such that the DC voltage supplied to the output 142 of the voltage converter 14 varies as a function of the power to be delivered by the heating element 12 calculated by the In particular, such a control strategy will be considered and facilitated when the voltage converter 14 comprises a plurality of switching power supplies in parallel. It is therefore possible to vary the power delivered by the heater 12 in a simple and economical way, without having recourse to a complex electronic solution.
  • the DC voltage delivered by the voltage converter 14 is dependent on the voltage required for the heating element 12 or the storage device 15.
  • a voltage converter 14 of the switching power supply or chopper type also makes it possible to avoid redundancy between the DC supplies of the various electronic components incorporated in the heater 10 (business card, sensors, display , etc .). On the contrary, the voltage converter 14 supplies DC power to all the electronic components. The result is a simplicity of design, a limited cost, a better robustness.
  • the heating apparatus 10 also comprises a measuring sensor 23 able to measure the temperature outside the housing 11 and first transmission elements 24 making it possible to address the value determined by the measuring sensor 23 at a first input 191 of the management unit 19.
  • the heating apparatus 10 also comprises a characterization element 25 making it possible to characterize the state of charge of the electrical energy storage device 15 and the second transmission elements 26 making it possible to address the value determined by the characterization element. 25 to a second input 192 of the management unit 19.
  • the management unit 19 provides control of the switching elements according to a predetermined strategy algorithm stored in a memory of the management unit 19, as a function of the value determined by the measurement sensor 23 and addressed to the first one. input 191 of the management unit 191 via the first transmission elements 24 and as a function of the value determined by the characterization element 25 and addressed to the second input 192 of the management unit 19 via the second transmission elements 26.
  • the strategy algorithm makes it possible to choose the best conditions for choosing the operation of the heating element 12, the direct charge of the DC storage device 15 or the discharge of the storage device 15 through the heating element 12 suitable for direct current.
  • the management unit 19 varies the heating apparatus 10, by controlling the switching elements, between:
  • first connecting elements 16 and / or the third connecting elements 18 occupy an open circuit configuration, the first operating mode being occupied if the difference between the value determined by the measurement sensor 23 and a known setpoint temperature of the management unit 19 is greater than a first predetermined difference strictly positive,
  • the first connecting elements 16 and / or the third connecting elements occupy a closed circuit configuration
  • the second operating mode being occupied if the difference between the value determined by the measuring sensor and the known set temperature of the management unit 19 is less than a second predetermined negative or zero difference.
  • the value of the first predetermined difference is typically between 1 and 3 °, for example equal to 2 °.
  • the first operating mode is adopted if the temperature measured by the temperature sensor 23 is at least two degrees higher than the set temperature, which has the effect of stopping the operation. of the heating element 12.
  • the value of the second predetermined difference is typically between -1 and 0, for example equal to 0.
  • the second mode of operation is adopted if the temperature measured by the temperature sensor 23 is less than or equal to the setpoint temperature, which has the effect of starting the heating of the room by the heating member 12.
  • the management unit 19 varies the heating apparatus 10, by controlling the switching elements, between:
  • the third operating mode being occupied if the value determined by the characterization element is less than or equal to a first predetermined threshold known to the management unit 19,
  • the fourth operating mode being occupied as soon as the value determined by the characterization element is greater than or equal to a second known predetermined threshold. of the management unit 19 and strictly greater than the first predetermined threshold.
  • the management unit 19 makes the heating apparatus 10 occupy, by controlling the switching elements, a fifth mode in operation where the third connecting elements 18 occupy a closed circuit configuration if the value determined by the characterization element 25 is greater than or equal to a third known predetermined threshold of the management unit 19.
  • the third predetermined threshold is between the first predetermined threshold and the second predetermined threshold.
  • the first predetermined threshold is equal to 0.15, for example.
  • the third mode of operation is adopted if the state of charge of the storage device 15 is less than 15%, which has the effect of starting the charging of the storage device 15 to avoid excessive discharge likely to degrade the storage device 15.
  • the adoption of the third mode of operation may possibly be conditioned by the presence of inexpensive energy from source 13.
  • the second predetermined threshold is typically greater than
  • the fourth mode of operation is adopted if the state of charge of the storage device 15 is greater than 95%, which has the effect of stopping the load of the storage device 15 in order to avoid an excessive load and a premature wear.
  • the third predetermined threshold is meanwhile typically between 0.4 and 0.6, for example equal to 0.5.
  • the fifth mode of operation is adopted if the state of charge of the storage device 15 is greater than 50% for example, which has the effect of starting the power supply of the heater member 12 from the device 15.
  • the adoption of the fifth mode of operation may possibly be conditioned to the absence of inexpensive energy from the source 13.
  • first mode of operation does not confer to them no priority property of one with respect to the other and no exclusion property of one with respect to the other. On the contrary, it is quite possible to combine different modes of operation between them.
  • state of charge evokes a magnitude totally known to those skilled in the art, known by the term “state of charge” according to the appropriate Anglo-Saxon terminology. There are many ways to evaluate this state of charge, providing no limitation here.
  • the voltage converter 14 comprises heat sinks producing a second stream of calories F2 with the calories generated by the voltage converter 14.
  • the internal organization of the heater 10 is such that the second flow F2 is mixed with the first flow of calories Fl generated by the heating element 12.
  • the second flow F2 serves both a rapid preheating of the other components and allows, because of its mixing with the first flow Fl, to optimize the energy efficiency of the electrical apparatus 10 avoiding that the calories produced by the voltage converter 14 are lost even embarrassing.
  • the heat generated by the voltage converter 14 for converting the DC input current is used for the heating of the components and the generation of heat by the apparatus 10 to avoid yield losses.
  • the heating apparatus 10 contains means capable of determining the state of health or the temperature of the electrical energy storage device 15.
  • connection elements of the input 141 of the voltage converter 14 are connected to the power supply source 13.
  • the power supply source 13 delivers a DC voltage and includes all or some of the following: photovoltaic panels, a fuel cell, a supercapacity, a battery based on an assembly of electrochemical cells. This optimizes the overall efficiency of the heater 10 and the electrical installation avoiding losses conventionally due to conversions of an alternating current to a direct current.
  • the heater 10 is directly usable by power from a DC power source, which is a current trend especially due to the development of the share of renewable energy.
  • the housing 11 may comprise a rear portion 111 comprising fastening means 18 for fixing the housing 11 to a wall, for example a vertical wall such as a wall, and a front guardrail 112 in the variant of Figure 2, the rear portion 111 has a thickness substantially equal to the total thickness of the housing 11 and the front body guard 112 comes close the case 11 at the level of the peripheral contour before the rear part 111.
  • the rear portion 111 has a thickness less than the total thickness of the housing 11 and the housing 11 also comprises a front portion 113 supporting the front guard 112 in its area before and coming, in its rear area, close the housing 11 at the front peripheral contour of the rear portion 111.
  • the storage device 15 is located above the voltage converter 14 and this first assembly is shifted rearwardly with respect to a second assembly formed by the heating member 12 and the management 19 arranged side by side.
  • a thermally insulating wall 27 separates the first assembly and the second assembly, according to the thickness of the housing 11, only on the level of the storage device 15. On the contrary, the insulating wall 27 is not arranged between the voltage converter 14 and the second set. As a result, the calories generated by the voltage converter 14 during the voltage conversion are mixed with the calories generated by the heater 12 and allow cold to preheat at least the management unit 19, the device storage 15 and the heating member 12.
  • the heating apparatus 10 makes it possible to control the type of electricity and to choose the nature of the power source 13 and the type of heating element 12 and consequently makes it possible to participate in the integration of the sources of electricity. renewable energies on the electricity grid by avoiding transformer losses in alternating current.
  • the heater 10 can be used directly by power supply via a DC voltage source, without the need for conversion to alternating current, avoiding the losses that would result.
  • the solution that is the subject of the invention is simple, economical, reliable, has a high efficiency and its use in the context of sources of continuous electric power supply is clearly facilitated while improving the yields. overall.
  • the electrical installation comprises means for determining and monitoring the environment of the heater 10, such as, for example, in addition to the measurement sensor 23 of the temperature outside the housing 11, the energy consumption, the presence of people, relative humidity or carbon dioxide.
  • the electrical installation also includes means for determining and monitoring external information, for example related to the electricity network, the internet, or a weather server.
  • the heater 10 can participate directly in energy storage according to its state, the network and the needs of users.
  • the heater 10 can participate in the integration of renewable energies on the network without degrading the service vis-à-vis the user.
  • This solution can be integrated within intelligent networks known as "smart grids" to allow optimal storage of energies of DC voltage sources on the power grid.
  • the management unit 19 of the heating apparatus 10 can be subsequently commanded to the events of the home network or the national network to compensate for the following cases encountered in "smart grids": surplus production in relation to demand, demand in excess of production and withdrawal of reactive power.
  • the storage device 15 can consume energy on the domestic or national network for local storage.
  • the storage device 15 can supply energy to the domestic or national network.
  • the storage device 15 can be used, with the appropriate voltage and phase parameters, to increase the power factor and / or reduce the harmonic pollution of the network.
  • solar power sources, fuel cells, supercapacitors and electrochemical batteries are sources of DC voltage which may be a source of energy connected to the heater 10 and these sources having high DC voltage, the voltage converter 14 DC / DC type will allow use in the heater 10 under optimal conditions.
  • this solution can be integrated within houses with positive energies to allow in situ storage of renewable energies from the production of positive energy housing.

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Abstract

Un appareil de chauffage (10) de type radiateur électrique comprend un boitier (11) logeant un organe de chauffe (12) produisant un premier flux de calories (F1) lorsqu'une entrée (121) de l'organe de chauffe (12) est alimentée par une tension électrique continue. L'appareil de chauffage (10) comprend également un convertisseur de tension (14) implanté dans le boitier (11) et comprenant une entrée (141) munie d'éléments de raccordement pour raccorder le convertisseur de tension (14) à une source d'alimentation électrique (13) et une sortie (142) délivrant une tension électrique continue apte à alimenter directement ou indirectement l'entrée (121) de l'organe de chauffe (12).

Description

Appareil de chauffage de type radiateur électrique incluant un convertisseur de tension
La présente invention concerne un appareil de chauffage de type radiateur électrique, comprenant un boîtier logeant un organe de chauffe produisant un premier flux de calories lorsqu'une entrée de l'organe de chauffe est alimentée par une tension électrique.
L'invention concerne aussi une installation électrique comprenant une source d'alimentation électrique et au moins un tel appareil de chauffage.
Classiquement, la source d'alimentation électrique à laquelle l'appareil de chauffage est raccordé délivre une tension électrique alternative et tous les composants de l'appareil de chauffage sont adaptés en conséquence. Classiquement, cette source d'alimentation est constituée par le réseau électrique local.
Dans certains appareils de chauffage, il est également connu d'intégrer un parc de batteries associé à l'organe de chauffe. Ce parc de batteries permet de stocker de l'énergie utilisée par l'appareil de chauffage, en vue d'espacer la consommation d'électricité dans le temps.
Toutefois, ces appareils de chauffage connus ne donnent pas encore une entière satisfaction.
En effet, ils confèrent une très grande limitation quant à la nature de la source d'alimentation électrique, excluant les possibilités de fonctionnement via une source d'énergie électrique délivrant une tension électrique continue telle qu'un équipement photovoltaïque, une pile à combustible, une supercapacité ou une batterie à base de cellules électrochimiques, sauf à engendrer des pertes de rendement qui sont rédhibitoires.
Il est rappelé que la conversion d'une tension continue en une tension alternative et la conversion inverse induisent des pertes de rendement très conséquentes.
Or, il est connu que la tendance actuelle favorise les énergies renouvelables qui, la plupart du temps, délivrent une tension électrique continue.
Par ailleurs, en l'état actuel des connaissances, les appareils électriques de chauffage ne peuvent pas participer activement à la gestion du réseau électrique : le contrôle et la capacité de stockage des appareils de chauffage sont limités (gestion filaire, stockage par inertie thermique) pour répondre rapidement aux besoins de stockage et de fourniture d'énergie.
Classiquement, le système de gestion énergétique d'un local ou d'un bâtiment utilisant des appareils de chauffage électriques ne peut pas participer à l'intégration des énergies renouvelables sur le réseau électrique. En effet, l'utilisation de l'inertie des appareils de chauffage électriques ne permet pas un contrôle assez fin pour utiliser les appareils de chauffage comme système de stockage intermittent pour les énergies renouvelables ou pour faire de l'effacement de consommation.
En général, l'intégration des appareils de chauffage électriques et d'un stockage électrochimique de type batterie n'est envisagée que pour des besoins de secours ou pour rendre la chauffe autonome.
La présente invention vise à résoudre tout ou partie des inconvénients listés ci-dessus.
Dans ce contexte, il existe un besoin de fournir un appareil de chauffage simple, économique, fiable, ayant un rendement élevé et dont l'utilisation dans le cadre de sources d'alimentation en énergie électrique continue est nettement facilitée tout en améliorant les rendements globaux. A cet effet, il est proposé un appareil de chauffage de type radiateur électrique, comprenant un boîtier logeant un organe de chauffe produisant un premier flux de calories lorsqu'une entrée de l'organe de chauffe est alimentée par une tension électrique continue, l'appareil de chauffage comprenant un convertisseur de tension implanté dans le boîtier et comprenant une entrée munie d'éléments de raccordement pour raccorder le convertisseur de tension à une source d'alimentation électrique et une sortie délivrant une tension électrique continue apte à alimenter directement ou indirectement l'entrée de l'organe de chauffe, le convertisseur de tension comprenant des dissipateurs thermiques produisant un deuxième flux de calories avec les calories générées par le convertisseur de tension et le deuxième flux étant mélangé avec le premier flux de calories généré par l'organe de chauffe.
Le deuxième flux émanant du convertisseur de tension au moment de son utilisation, afin d'éviter une surchauffe du convertisseur de tension, sert à la fois à un préchauffage rapide des autres composants de l'appareil de chauffage et permet, de part son mélange avec le premier flux, d'optimiser le rendement énergétique de l'appareil électrique 10 en évitant que les calories produites par le convertisseur de tension ne soient perdues voire gênantes. Il y a donc une véritable synergie avantageuse entre ces différents éléments et ces différentes fonctions.
Selon un mode de réalisation particulier, le convertisseur de tension est configuré de sorte à pouvoir délivrer, à sa sortie, ladite tension électrique continue par conversion d'une tension électrique continue appliquée à l'entrée du convertisseur de tension par la source d'alimentation électrique lorsque le convertisseur de tension est raccordé à celle-ci.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le convertisseur de tension est configuré de sorte à pouvoir délivrer, à sa sortie, ladite tension électrique continue par conversion d'une tension électrique alternative appliquée à l'entrée du convertisseur de tension par la source d'alimentation électrique lorsque le convertisseur de tension est raccordé à celle-ci.
Selon encore un autre mode de réalisation particulier, l'appareil de chauffage comprend un dispositif de stockage d'énergie électrique fonctionnant sous un courant électrique continu, ayant une entrée destinée à être alimentée par un courant continu et une sortie délivrant un courant continu, le dispositif de stockage d'énergie électrique comprenant une batterie à base d'un assemblage de cellules électrochimiques et/ou un supercondensateur et/ou une pile à combustible.
Selon encore un autre mode de réalisation particulier, l'appareil de chauffage comprend :
- des premiers éléments de liaison pour relier la sortie du convertisseur de tension avec l'entrée de l'organe de chauffe et aptes à appliquer la tension électrique continue délivrée en sortie du convertisseur de tension à l'entrée de l'organe de chauffe,
- des deuxièmes éléments de liaison pour relier la sortie du convertisseur de tension avec l'entrée du dispositif de stockage d'énergie électrique et aptes à appliquer la tension électrique continue délivrée en sortie du convertisseur de tension à l'entrée du dispositif de stockage d'énergie électrique,
- des troisièmes éléments de liaison pour relier la sortie du dispositif de stockage d'énergie électrique avec l'entrée de l'organe de chauffe et aptes à appliquer le courant continu délivré par la sortie du dispositif de stockage d'énergie électrique à l'entrée de l'organe de chauffe,
- des éléments de commutation pour faire varier les premiers éléments de liaison entre une configuration de circuit ouvert ou de circuit fermé, pour faire varier les deuxièmes éléments de liaison entre une configuration de circuit ouvert ou de circuit fermé, et pour faire varier les troisièmes éléments de liaison entre une configuration de circuit ouvert ou de circuit fermé.
Selon encore un autre mode de réalisation particulier, l'appareil de chauffage comprend une unité de gestion logée dans le boitier et pilotant au moins l'organe de chauffe et les éléments de commutation.
Selon encore un autre mode de réalisation particulier, l'appareil de chauffage comprend un capteur de mesure de la température à l'extérieur du boitier et des premiers éléments de transmission permettant d'adresser la valeur déterminée par le capteur de mesure à une première entrée de l'unité de gestion.
Selon encore un autre mode de réalisation particulier, l'appareil de chauffage comprend un élément de caractérisation permettant de caractériser l'état de charge du dispositif de stockage d'énergie électrique et des deuxièmes éléments de transmission permettant d'adresser la valeur déterminée par l'élément de caractérisation à une deuxième entrée de l'unité de gestion.
Selon encore un autre mode de réalisation particulier, l'unité de gestion assure un pilotage des éléments de commutation selon un algorithme de stratégie prédéterminé enregistré dans une mémoire de l'unité de gestion, en fonction de la valeur déterminée par le capteur de mesure et adressée à la première entrée de l'unité de gestion et en fonction de la valeur déterminée par l'élément de caractérisation et adressée à la deuxième entrée de l'unité de gestion.
Selon encore un autre mode de réalisation particulier, l'unité de gestion fait varier l'appareil de chauffage, par pilotage des éléments de commutation, entre un premier mode de fonctionnement où les premiers éléments de liaison et/ou les troisièmes éléments de liaison occupent une configuration de circuit ouvert et un deuxième mode de fonctionnement où les premiers éléments de liaison et/ou les troisièmes éléments de liaison occupent une configuration de circuit fermé, le premier mode de fonctionnement étant occupé si la différence entre la valeur déterminée par le capteur de mesure et une température de consigne connue de l'unité de gestion est supérieure à un premier écart prédéterminé strictement positif et le deuxième mode de fonctionnement étant occupé si la différence entre la valeur déterminée par le capteur de mesure et la température de consigne connue de l'unité de gestion est inférieure à un deuxième écart prédéterminé négatif ou nul.
Selon encore un autre mode de réalisation particulier, l'unité de gestion fait varier l'appareil de chauffage, par pilotage des éléments de commutation, entre un troisième mode de fonctionnement où les deuxièmes éléments de liaison occupent une configuration de circuit fermé et un quatrième mode de fonctionnement où les deuxièmes éléments de liaison occupent une configuration de circuit ouvert, le troisième mode de fonctionnement étant occupé si la valeur déterminée par l'élément de caractérisation est inférieure ou égale à un premier seuil prédéterminé connu de l'unité de gestion et le quatrième mode de fonctionnement étant occupé dès que la valeur déterminée par l'élément de caractérisation est supérieure ou égale à un deuxième seuil prédéterminé connu de l'unité de gestion et strictement supérieur au premier seuil prédéterminé.
Selon encore un autre mode de réalisation particulier, l'unité de gestion fait occuper à l'appareil de chauffage, par pilotage des éléments de commutation, un cinquième mode de fonctionnement où les troisièmes éléments de liaison occupent une configuration de circuit fermé si la valeur déterminée par l'élément de caractérisation est supérieure ou égale à un troisième seuil prédéterminé connu de l'unité de gestion.
Selon encore un autre mode de réalisation particulier, l'unité de gestion assure un pilotage du convertisseur de tension tel que la tension électrique continue délivrée à la sortie du convertisseur de tension varie en fonction de la puissance à délivrer par l'organe de chauffe calculée par l'unité de gestion.
Il est également proposé une installation électrique comprenant une source d'alimentation électrique et au moins un tel appareil de chauffage dont les éléments de raccordement de l'entrée du convertisseur de tension sont raccordés à la source d'alimentation électrique, dans laquelle la source d'alimentation électrique délivre une tension électrique continue et comprend tout ou partie des éléments suivants : des panneaux photovoltaïques, une pile à combustible, une supercapacité, une batterie à base d'un assemblage de cellules électrochimiques.
L'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels :
La Figure 1 est une vue schématique des composants d'un exemple d'appareil de chauffage selon l'invention.
Les Figures 2 et 3 illustrent deux exemples de réalisation de l'appareil de chauffage de la Figure 1.
En référence aux Figures 1 à 3 annexées telles que présentées sommairement ci-dessus, l'invention concerne essentiellement un appareil de chauffage 10 de type radiateur électrique, comprenant un boîtier 11 logeant un organe de chauffe 12 produisant un premier flux de calories Fl lorsqu'une entrée 121 de l'organe de chauffe 12 est alimentée par une tension électrique continue.
L'organe de chauffe 12 peut notamment comprendre au moins un corps rayonnant et/ou au moins un dispositif de chauffage par fluide caloporteur.
L'invention concerne aussi une installation électrique comprenant une source d'alimentation électrique 13 et au moins un tel appareil de chauffage 10. Comme il le sera compris d'après les explications qui suivront, la source d'alimentation électrique 13 peut être du type délivrant une tension électrique alternative, ou, encore plus avantageusement, être du type délivrant une tension électrique continue.
L'appareil de chauffage 10 comprend un convertisseur de tension 14 implanté dans le boîtier 11 et comprenant une entrée 141 munie d'éléments de raccordement permettant de raccorder électriquement le convertisseur de tension 14 à la source d'alimentation électrique 13 et une sortie 142 délivrant une tension électrique continue apte à alimenter directement ou indirectement l'entrée 121 de l'organe de chauffe 12. Le convertisseur de tension 14 permet de transformer le courant d'entrée en provenance de la source 13 en un courant de sortie continu directement utilisable sous cette forme par les composants que le convertisseur de tension 14 est destiné à alimenter en énergie.
La nature du convertisseur de tension 14 est directement liée à celle de la source d'alimentation électrique 13 à laquelle il est destiné à être raccordé. Notamment, le convertisseur de tension 14 peut être configuré de sorte à pouvoir délivrer, à sa sortie 142, la tension électrique continue par conversion d'une tension électrique continue appliquée à l'entrée 141 du convertisseur de tension 14 par la source d'alimentation électrique 13 lorsque le convertisseur de tension 14 est raccordé à celle-ci. Ainsi, si la source d'alimentation électrique 13 est du type délivrant une tension électrique continue, alors le convertisseur de tension 14 pourra être de type DC/DC. Alternativement, il reste toutefois envisagé que le convertisseur de tension 14 soit configuré de sorte à pouvoir délivrer, à sa sortie 142, la tension électrique continue par conversion d'une tension électrique alternative appliquée à l'entrée 141 du convertisseur de tension 14 par la source d'alimentation électrique 13 lorsque le convertisseur de tension 14 est raccordé à celle-ci. Ainsi, si la source d'alimentation électrique 13 est du type délivrant une tension électrique alternative, alors le convertisseur de tension 14 pourra être de type AC/DC.
Le convertisseur de tension 14 peut par exemple comprendre une alimentation à découpage ou plusieurs alimentations à découpage en parallèle, ou plus simplement au moins un hacheur, afin de permettre la conversion d'un courant alternatif en un courant continu directement exploitable par les composants que la sortie 142 du convertisseur de tension 14 est destinée à alimenter en énergie électrique.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'appareil de chauffage 10 comprend un dispositif de stockage d'énergie électrique 15 fonctionnant sous un courant électrique continu, ayant une entrée 151 destinée à être alimentée par un courant continu et une sortie 152 délivrant un autre courant continu. Le dispositif de stockage 15 permet de stocker de l'énergie utilisée par l'appareil de chauffage 10, en vue d'espacer la consommation d'électricité dans le temps. Il permet en particulier de stocker de l'énergie électrique lorsque celle-ci est disponible, notamment lorsque son coût d'obtention est jugé économique.
A titre d'exemple, le dispositif de stockage d'énergie électrique 15 comprend une batterie à base d'un assemblage de cellules électrochimiques et/ou un supercondensateur et/ou une pile à combustible. Par ailleurs, afin de pouvoir réaliser une alimentation directe de l'organe de chauffe 12 en énergie électrique par la sortie 142 du convertisseur de tension 14, l'appareil de chauffage 10 comprend des premiers éléments de liaison 16 pour relier la sortie 142 du convertisseur de tension 14 avec l'entrée 121 de l'organe de chauffe 12 et aptes à appliquer la tension électrique continue délivrée en sortie 142 du convertisseur de tension 14 à l'entrée 121 de l'organe de chauffe 12.
En parallèle, afin de pouvoir réaliser une alimentation indirecte de l'organe de chauffe 12 en énergie électrique par la sortie 142 du convertisseur de tension 14, l'appareil de chauffage 10 comprend des deuxièmes éléments de liaison 17 pour relier la sortie 142 du convertisseur de tension 14 avec l'entrée 151 du dispositif de stockage d'énergie électrique 15 et aptes à appliquer la tension électrique continue délivrée en sortie 142 du convertisseur de tension 14 à l'entrée 151 du dispositif de stockage d'énergie électrique 15. En complément, l'appareil de chauffage 10 comprend des troisièmes éléments de liaison 18 pour relier la sortie 152 du dispositif de stockage d'énergie électrique 15 avec l'entrée 121 de l'organe de chauffe 12 et aptes à appliquer le courant continu délivré par la sortie 152 du dispositif de stockage d'énergie électrique 15 à l'entrée 121 de l'organe de chauffe 12.
La nature des premiers éléments de liaison 16, des deuxièmes éléments de liaison 17 et des troisième éléments de liaison 18 n'est pas limitative en soi dès lors qu'elle leur permet d'être adaptés aux fonctions qui leur sont attribuées présentées ci-avant. En outre, l'appareil de chauffage 10 comprend des éléments de commutation (non représentés en tant que tels) pour faire varier les premiers éléments de liaison 16 entre une configuration de circuit ouvert ou de circuit fermé, pour faire varier les deuxièmes éléments de liaison 17 entre une configuration de circuit ouvert ou de circuit fermé, et pour faire varier les troisièmes éléments de liaison 18 entre une configuration de circuit ouvert ou de circuit fermé.
L'appareil de chauffage 10 comprend également une unité de gestion 19 logée dans le boîtier 11 et pilotant au moins l'organe de chauffe 12 via les liaisons de commande 20 (filaires ou non) et les éléments de commutation évoqués au paragraphe précédent.
L'unité de gestion 19 peut également assurer le pilotage du convertisseur de tension 14 via les liaisons de commande 21 (filaires ou non) et/ou le pilotage du dispositif de stockage d'énergie électrique 15 via les liaisons de commande 22 (filaires ou non).
Notamment, l'unité de gestion 19 assure un pilotage du convertisseur de tension 14 tel que la tension électrique continue délivrée à la sortie 142 du convertisseur de tension 14 varie en fonction de la puissance à délivrer par l'organe de chauffe 12 calculée par l'unité de gestion 19. En particulier, une telle stratégie de pilotage sera envisagée et facilitée lorsque le convertisseur de tension 14 comprend une pluralité d'alimentation à découpage en parallèle. Il est donc possible de varier la puissance délivrée par l'organe de chauffe 12 de manière simple et économique, sans avoir recours à une solution électronique complexe.
Ainsi, la tension continue délivrée par le convertisseur de tension 14 est dépendante de la tension nécessaire à l'organe de chauffe 12 ou au dispositif de stockage 15.
L'utilisation d'un convertisseur de tension 14 de type alimentation à découpage ou hacheur permet en outre d'éviter la redondance entre les fournitures en courant continu des différentes composants électroniques incorporés dans l'appareil de chauffage 10 (carte métier, capteurs, affichage, etc....). Au contraire, le convertisseur de tension 14 permet d'alimenter en courant continu l'ensemble des composants électroniques. Il en résulte une simplicité de conception, un coût limité, une meilleure robustesse.
Il va de soi que la sortie 142 du convertisseur de tension 14 est également reliée à une entrée de l'unité de gestion 19 afin d'en assurer l'alimentation en énergie électrique. Comme cela est représenté sur la Figure 1, l'appareil de chauffage 10 comprend aussi un capteur de mesure 23 apte à mesurer la température à l'extérieur du boîtier 11 et des premiers éléments de transmission 24 permettant d'adresser la valeur déterminée par le capteur de mesure 23 à une première entrée 191 de l'unité de gestion 19.
L'appareil de chauffage 10 comprend également un élément de caractérisation 25 permettant de caractériser l'état de charge du dispositif de stockage d'énergie électrique 15 et des deuxièmes éléments de transmission 26 permettant d'adresser la valeur déterminée par l'élément de caractérisation 25 à une deuxième entrée 192 de l'unité de gestion 19.
Préférentiellement, l'unité de gestion 19 assure un pilotage des éléments de commutation selon un algorithme de stratégie prédéterminé enregistré dans une mémoire de l'unité de gestion 19, en fonction de la valeur déterminée par le capteur de mesure 23 et adressée à la première entrée 191 de l'unité de gestion 191 via les premiers éléments de transmission 24 et en fonction de la valeur déterminée par l'élément de caractérisation 25 et adressée à la deuxième entrée 192 de l'unité de gestion 19 via les deuxièmes éléments de transmission 26.
L'algorithme de stratégie permet de choisir les meilleures conditions pour choisir le fonctionnement de l'organe de chauffe 12, la charge directe du dispositif de stockage 15 en courant continu ou la décharge du dispositif de stockage 15 à travers l'organe de chauffe 12 adapté au courant continu.
Selon un mode de réalisation préférentiel, l'unité de gestion 19 fait varier l'appareil de chauffage 10, par pilotage des éléments de commutation, entre :
un premier mode de fonctionnement où les premiers éléments de liaison 16 et/ou les troisièmes éléments de liaison 18 occupent une configuration de circuit ouvert, le premier mode de fonctionnement étant occupé si la différence entre la valeur déterminée par le capteur de mesure 23 et une température de consigne connue de l'unité de gestion 19 est supérieure à un premier écart prédéterminé strictement positif,
- et un deuxième mode de fonctionnement où les premiers éléments de liaison 16 et/ou les troisièmes éléments de liaison 18 occupent une configuration de circuit fermé, le deuxième mode de fonctionnement étant occupé si la différence entre la valeur déterminée par le capteur de mesure 23 et la température de consigne connue de l'unité de gestion 19 est inférieure à un deuxième écart prédéterminé négatif ou nul. La valeur du premier écart prédéterminé est typiquement comprise entre 1 et 3°, par exemple égal à 2°. Ainsi dans ce dernier exemple, le premier mode de fonctionnement est adopté si la température mesurée par le capteur de température 23 est supérieure d'au moins deux degrés au-delà de la température de consigne, ce qui a pour effet d'arrêter le fonctionnement de l'organe de chauffe 12.
La valeur du deuxième écart prédéterminé est typiquement comprise entre -1 et 0, par exemple égale à 0. Ainsi dans ce dernier exemple, le deuxième mode de fonctionnement est adopté si la température mesurée par le capteur de température 23 est inférieure ou égale à la température de consigne, ce qui a pour effet de débuter la chauffe de la pièce par l'organe de chauffe 12.
Par ailleurs, en parallèle de ces stratégies de pilotage déjà décrites en relation avec les premier et deuxième modes de fonctionnement, l'unité de gestion 19 fait varier l'appareil de chauffage 10, par pilotage des éléments de commutation, entre :
- un troisième mode de fonctionnement où les deuxièmes éléments de liaison 17 occupent une configuration de circuit fermé, le troisième mode de fonctionnement étant occupé si la valeur déterminée par l'élément de caractérisation 25 est inférieure ou égale à un premier seuil prédéterminé connu de l'unité de gestion 19,
- et un quatrième mode de fonctionnement où les deuxièmes éléments de liaison 17 occupent une configuration de circuit ouvert, le quatrième mode de fonctionnement étant occupé dès que la valeur déterminée par l'élément de caractérisation 25 est supérieure ou égale à un deuxième seuil prédéterminé connu de l'unité de gestion 19 et strictement supérieur au premier seuil prédéterminé.
En parallèle de ces stratégies de pilotage déjà décrites en relation avec les premier, deuxième, troisième et quatrième modes de fonctionnement, l'unité de gestion 19 fait occuper à l'appareil de chauffage 10, par pilotage des éléments de commutation, un cinquième mode de fonctionnement où les troisièmes éléments de liaison 18 occupent une configuration de circuit fermé si la valeur déterminée par l'élément de caractérisation 25 est supérieure ou égale à un troisième seuil prédéterminé connu de l'unité de gestion 19. Notamment, le troisième seuil prédéterminé est compris entre le premier seuil prédéterminé et le deuxième seuil prédéterminé.
Typiquement, le premier seuil prédéterminé est égal à 0,15 par exemple. Ainsi, le troisième mode de fonctionnement est adopté si l'état de charge du dispositif de stockage 15 est inférieur à 15%, ce qui a pour effet de faire débuter la charge du dispositif de stockage 15 afin d'éviter une décharge excessive susceptible de dégrader le dispositif de stockage 15. Alternativement ou en combinaison avec ce qui précède, l'adoption du troisième mode de fonctionnement peut éventuellement être conditionnée à la présence d'une énergie peu chère à partir de la source 13.
Le deuxième seuil prédéterminé est quant à lui typiquement supérieur à
0,9, par exemple égal à 0,95. Ainsi, le quatrième mode de fonctionnement est adopté si l'état de charge du dispositif de stockage 15 est supérieur à 95%, ce qui a pour effet d'arrêter la charge du dispositif de stockage 15 afin d'éviter une charge excessive et une usure prématurée.
Le troisième seuil prédéterminé est quant à lui compris typiquement entre 0,4 et 0,6, par exemple égal à 0,5. Ainsi, le cinquième mode de fonctionnement est adopté si l'état de charge du dispositif de stockage 15 est supérieur à 50% par exemple, ce qui a pour effet de débuter l'alimentation électrique de l'organe de chauffe 12 à partir du dispositif de stockage 15. Alternativement ou en combinaison avec ce qui précède, l'adoption du cinquième mode de fonctionnement peut éventuellement être conditionnée à l'absence d'une énergie peu chère à partir de la source 13.
Il doit bien être compris par le lecteur que l'utilisation des termes « premier mode de fonctionnement », « deuxième mode de fonctionnement », « troisième mode de fonctionnement », « quatrième mode de fonctionnement » et « cinquième mode de fonctionnement » ne confère à ceux-ci aucune propriété de priorité de l'un par rapport à l'autre et aucune propriété d'exclusion de l'un par rapport à l'autre. Au contraire, il est tout à fait possible de combiner différents modes de fonctionnement entre eux.
Le terme « état de charge » évoque une grandeur totalement connue de l'Homme du Métier, connue sous l'appellation « state of charge » selon la terminologie anglo-saxonne appropriée. Il existe de très nombreuses manières pour évaluer cet état de charge, n'apportant ici aucune limitation.
Avantageusement, le convertisseur de tension 14 comprend des dissipateurs thermiques produisant un deuxième flux de calories F2 avec les calories générées par le convertisseur de tension 14. L'organisation interne de l'appareil de chauffage 10 est telle que le deuxième flux F2 est mélangé avec le premier flux de calories Fl généré par l'organe de chauffe 12. Le deuxième flux F2 sert à la fois à un préchauffage rapide des autres composants et permet, de part son mélange avec le premier flux Fl, d'optimiser le rendement énergétique de l'appareil électrique 10 en évitant que les calories produites par le convertisseur de tension 14 ne soient perdues voire gênantes. Autrement dit, la chaleur dégagée par le convertisseur de tension 14 pour la transformation du courant d'entrée en courant continu est utilisée pour le chauffage des composants et la génération de chaleur par l'appareil 10 pour éviter les pertes de rendement.
Outre l'élément de caractérisation de l'état de charge, l'appareil de chauffage 10 renferme des moyens aptes à déterminer l'état de santé ou la température du dispositif de stockage d'énergie électrique 15.
Au sein de l'installation électrique maintenant, les éléments de raccordement de l'entrée 141 du convertisseur de tension 14 sont raccordés à la source d'alimentation électrique 13. Très préférentiellement, la source d'alimentation électrique 13 délivre une tension électrique continue et comprend tout ou partie des éléments suivants : des panneaux photovoltaïques, une pile à combustible, une supercapacité, une batterie à base d'un assemblage de cellules électrochimiques. Cela permet d'optimiser le rendement général de l'appareil de chauffage 10 et de l'installation électrique en évitant les pertes dues classiquement aux conversions d'un courant alternatif à un courant continu. En outre, l'appareil de chauffage 10 est directement utilisable par alimentation à partir d'une source de courant continu, qui est une tendance actuelle notamment en raison du développement de la part des énergies renouvelables.
En référence aux Figures 2 et 3 maintenant, le boitier 11 peut comprendre une partie arrière 111 comprenant des moyens de fixation 18 permettant de fixer le boitier 11 à une paroi, par exemple une paroi verticale telle qu'un mur, et un garde corps avant 112 permettant le rayonnement des flux Fl et F2 vers l'extérieur du boitier 11. Dans la variante de la Figure 2, la partie arrière 111 présente une épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur totale du boitier 11 et le garde corps avant 112 vient fermer le boitier 11 au niveau du contour périphérique avant de la partie arrière 111. Dans la variante de la Figure 3, la partie arrière 111 présente une épaisseur inférieure à l'épaisseur totale du boitier 11 et le boitier 11 comprend aussi une partie avant 113 supportant le garde corps avant 112 dans sa zone avant et venant, dans sa zone arrière, fermer le boitier 11 au niveau du contour périphérique avant de la partie arrière 111.
Au sein du boitier 11, le dispositif de stockage 15 est situé au-dessus du convertisseur de tension 14 et ce premier ensemble est décalé vers l'arrière par rapport à un deuxième ensemble formé par l'organe de chauffe 12 et l'unité de gestion 19 disposés côte-à-côte. Une paroi isolante thermiquement 27 sépare le premier ensemble et le deuxième ensemble, suivant l'épaisseur du boitier 11, uniquement au niveau du dispositif de stockage 15. Au contraire, la paroi isolante 27 n'est pas aménagée entre le convertisseur de tension 14 et le deuxième ensemble. Il en résulte que les calories générées par le convertisseur de tension 14 durant la conversion de tension viennent se mélanger avec les calories générées par l'organe de chauffe 12 et permettent à froid de préchauffer au moins l'unité de gestion 19, le dispositif de stockage 15 et l'organe de chauffe 12.
Le fait de prévoir un appareil de chauffage 10 fonctionnant avec un courant continu et incorporant le convertisseur de tension 14 permet de choisir la tension en amont et à l'intérieur de l'appareil de chauffage 10. Avec les solutions connues à ce jour, il n'y a pas de possibilité d'utiliser et de contrôler directement une source de tension continue. Au contraire, l'appareil de chauffage 10 permet de contrôler le type d'électricité et de choisir la nature de la source d'alimentation 13 et le type d'organe de chauffe 12 et conséquemment permet de participer à l'intégration des sources d'énergies renouvelables sur le réseau électrique en évitant les pertes de transformation en courant alternatif. En effet, l'appareil de chauffage 10 permet d'être directement utilisable par alimentation via une source de tension continue, sans besoin de conversion en courant alternatif, évitant les pertes qui en résulteraient.
Le passage de la tension d'entrée alternative ou continue en une tension continue via le convertisseur de tension 14, typiquement limitée entre 12 et 60 V, permet de limiter les problématiques de sécurité pour les personnes de manière efficace.
Outre les avantages qui ont été exposés précédemment, la solution objet de l'invention est simple, économique, fiable, présente un rendement élevé et son utilisation dans le cadre de sources d'alimentation en énergie électrique continue est nettement facilitée tout en améliorant les rendements globaux.
L'installation électrique comprend des moyens pour déterminer et surveiller l'environnement de l'appareil de chauffage 10, comme par exemple, en plus du capteur de mesure 23 de la température à l'extérieur du boîtier 11, la consommation énergétique, la présence de personnes, l'humidité relative ou le dioxyde de carbone.
L'installation électrique comprend également des moyens pour déterminer et surveiller des informations externes par exemple liées au réseau électrique, à internet, ou à un serveur météo.
Sur la base de l'état de charge, de l'état de santé ou de la température du dispositif de stockage 15, des informations externes et des informations liées à l'environnement de l'appareil de chauffage 10, l'appareil de chauffage 10 peut participer en direct au stockage d'énergie en fonction de son état, du réseau et des besoins des utilisateurs. Ainsi, l'appareil de chauffage 10 peut participer à l'intégration des énergies renouvelables sur le réseau sans dégrader le service vis-à-vis de l'utilisateur.
Cette solution peut être intégrée au sein des réseaux intelligents dits « smart grids » pour permettre un stockage en conditions optimales des énergies de sources de tension continue sur le réseau électrique.
Avantageusement, l'unité de gestion 19 de l'appareil de chauffage 10 peut être commandé subséquemment aux événements du réseau domestique ou du réseau national pour compenser les cas suivants rencontrés en « smart grids » : production en surplus par rapport à la demande, demande en surplus par rapport à la production et soutirage de puissance réactive.
En cas de production supérieure à la demande, le dispositif de stockage 15 peut consommer de l'énergie sur le réseau domestique ou national en vue de son stockage local.
En cas de demande supérieure à la production, le dispositif de stockage 15 peut fournir de l'énergie au réseau domestique ou national.
En cas de soutirage de puissance réactive, le dispositif de stockage 15 peut être utilisé, avec les paramètres de tension et de phase adéquats, pour augmenter le facteur de puissance et/ou réduire la pollution harmonique du réseau.
Par exemple, les sources d'énergie solaire, les piles à combustible, les supercapacités et les batteries électrochimiques sont des sources de tension continue qui pourront être une source d'énergie connectée à l'appareil de chauffage 10 et ces sources ayant des niveaux de tension continue élevés, le convertisseur de tension 14 de type DC/DC permettra une utilisation dans l'appareil de chauffage 10 dans des conditions optimales. Avantageusement, cette solution pourra être intégrée au sein des habitations à énergies positives pour permettre un stockage in situ des énergies renouvelables issues de la production de l'habitation à énergie positive.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits ci-avant, mais en couvre au contraire toutes les variantes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Appareil de chauffage (10) de type radiateur électrique, comprenant un boîtier (11) logeant un organe de chauffe (12) produisant un premier flux de calories (Fl) lorsqu'une entrée (121) de l'organe de chauffe (12) est alimentée par une tension électrique continue, l'appareil de chauffage (10) comprenant un convertisseur de tension (14) implanté dans le boîtier (11) et comprenant une entrée (141) munie d'éléments de raccordement pour raccorder le convertisseur de tension (14) à une source d'alimentation électrique (13) et une sortie (142) délivrant une tension électrique continue apte à alimenter directement ou indirectement l'entrée (121) de l'organe de chauffe (12), le convertisseur de tension (14) comprenant des dissipateurs thermiques produisant un deuxième flux de calories (F2) avec les calories générées par le convertisseur de tension (14) et le deuxième flux (F2) étant mélangé avec le premier flux de calories (Fl) généré par l'organe de chauffe (12).
2. Appareil de chauffage (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur de tension (14) est configuré de sorte à pouvoir délivrer, à sa sortie (142), ladite tension électrique continue par conversion d'une tension électrique continue appliquée à l'entrée (141) du convertisseur de tension (14) par la source d'alimentation électrique (13) lorsque le convertisseur de tension (14) est raccordé à celle-ci.
3. Appareil de chauffage (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur de tension (14) est configuré de sorte à pouvoir délivrer, à sa sortie (142), ladite tension électrique continue par conversion d'une tension électrique alternative appliquée à l'entrée (141) du convertisseur de tension (14) par la source d'alimentation électrique (13) lorsque le convertisseur de tension (14) est raccordé à celle-ci.
4. Appareil de chauffage (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de stockage d'énergie électrique (15) fonctionnant sous un courant électrique continu, ayant une entrée (151) destinée à être alimentée par un courant continu et une sortie (152) délivrant un courant continu, le dispositif de stockage d'énergie électrique (15) comprenant une batterie à base d'un assemblage de cellules électrochimiques et/ou un supercondensateur et/ou une pile à combustible.
5. Appareil de chauffage (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend :
- des premiers éléments de liaison (16) pour relier la sortie (142) du convertisseur de tension (14) avec l'entrée (121) de l'organe de chauffe (12) et aptes à appliquer la tension électrique continue délivrée en sortie (142) du convertisseur de tension (14) à l'entrée (121) de l'organe de chauffe (12),
- des deuxièmes éléments de liaison (17) pour relier la sortie (142) du convertisseur de tension (14) avec l'entrée (151) du dispositif de stockage d'énergie électrique (15) et aptes à appliquer la tension électrique continue délivrée en sortie (142) du convertisseur de tension (14) à l'entrée (151) du dispositif de stockage d'énergie électrique (15),
- des troisièmes éléments de liaison (18) pour relier la sortie (152) du dispositif de stockage d'énergie électrique (15) avec l'entrée (121) de l'organe de chauffe (12) et aptes à appliquer le courant continu délivré par la sortie (152) du dispositif de stockage d'énergie électrique (15) à l'entrée (121) de l'organe de chauffe (12),
- des éléments de commutation pour faire varier les premiers éléments de liaison (16) entre une configuration de circuit ouvert ou de circuit fermé, pour faire varier les deuxièmes éléments de liaison (17) entre une configuration de circuit ouvert ou de circuit fermé, et pour faire varier les troisièmes éléments de liaison (18) entre une configuration de circuit ouvert ou de circuit fermé.
6. Appareil de chauffage (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une unité de gestion (19) logée dans le boitier (11) et pilotant au moins l'organe de chauffe (12) et les éléments de commutation.
7. Appareil de chauffage (10) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de mesure (23) de la température à l'extérieur du boitier (11) et des premiers éléments de transmission (24) permettant d'adresser la valeur déterminée par le capteur de mesure (23) à une première entrée (191) de l'unité de gestion (19).
8. Appareil de chauffage (10) selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend un élément de caractérisation (25) permettant de caractériser l'état de charge du dispositif de stockage d'énergie électrique (15) et des deuxièmes éléments de transmission (26) permettant d'adresser la valeur déterminée par l'élément de caractérisation (25) à une deuxième entrée (192) de l'unité de gestion (19).
9. Appareil de chauffage (10) selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'unité de gestion (19) assure un pilotage des éléments de commutation selon un algorithme de stratégie prédéterminé enregistré dans une mémoire de l'unité de gestion (19), en fonction de la valeur déterminée par le capteur de mesure (23) et adressée à la première entrée (191) de l'unité de gestion (19) et en fonction de la valeur déterminée par l'élément de caractérisation (25) et adressée à la deuxième entrée (192) de l'unité de gestion (19).
10. Appareil de chauffage (10) selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'unité de gestion (19) fait varier l'appareil de chauffage (10), par pilotage des éléments de commutation, entre un premier mode de fonctionnement où les premiers éléments de liaison (16) et/ou les troisièmes éléments de liaison (18) occupent une configuration de circuit ouvert et un deuxième mode de fonctionnement où les premiers éléments de liaison (16) et/ou les troisièmes éléments de liaison (18) occupent une configuration de circuit fermé, le premier mode de fonctionnement étant occupé si la différence entre la valeur déterminée par le capteur de mesure (23) et une température de consigne connue de l'unité de gestion (19) est supérieure à un premier écart prédéterminé strictement positif et le deuxième mode de fonctionnement étant occupé si la différence entre la valeur déterminée par le capteur de mesure (23) et la température de consigne connue de l'unité de gestion (19) est inférieure à un deuxième écart prédéterminé négatif ou nul.
11. Appareil de chauffage (10) selon l'une quelconque des revendications
9 ou 10, caractérisé en ce que l'unité de gestion (19) fait varier l'appareil de chauffage (10), par pilotage des éléments de commutation, entre un troisième mode de fonctionnement où les deuxièmes éléments de liaison (17) occupent une configuration de circuit fermé et un quatrième mode de fonctionnement où les deuxièmes éléments de liaison (17) occupent une configuration de circuit ouvert, le troisième mode de fonctionnement étant occupé si la valeur déterminée par l'élément de caractérisation (25) est inférieure ou égale à un premier seuil prédéterminé connu de l'unité de gestion (19) et le quatrième mode de fonctionnement étant occupé dès que la valeur déterminée par l'élément de caractérisation (25) est supérieure ou égale à un deuxième seuil prédéterminé connu de l'unité de gestion (19) et strictement supérieur au premier seuil prédéterminé.
12. Appareil de chauffage (10) selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que l'unité de gestion (19) fait occuper à l'appareil de chauffage (10), par pilotage des éléments de commutation, un cinquième mode de fonctionnement où les troisièmes éléments de liaison (18) occupent une configuration de circuit fermé si la valeur déterminée par l'élément de caractérisation (25) est supérieure ou égale à un troisième seuil prédéterminé connu de l'unité de gestion (19).
13. Appareil de chauffage (10) selon l'une quelconque des revendications
6 à 12, caractérisé en ce que l'unité de gestion (19) assure un pilotage du convertisseur de tension (14) tel que la tension électrique continue délivrée à la sortie du convertisseur de tension (14) varie en fonction de la puissance à délivrer par l'organe de chauffe (12) calculée par l'unité de gestion (19).
14. Installation électrique comprenant une source d'alimentation électrique (13) et au moins un appareil de chauffage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes dont les éléments de raccordement de l'entrée (141) du convertisseur de tension (14) sont raccordés à la source d'alimentation électrique (13), dans laquelle la source d'alimentation électrique (13) délivre une tension électrique continue et comprend tout ou partie des éléments suivants : des panneaux photovoltaïques, une pile à combustible, une supercapacité, une batterie à base d'un assemblage de cellules électrochimiques.
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