FR2851404A1 - Heating device for e.g. personal heating application, has device for limiting current crossing heating cable and includes resistive unit that is chosen such that its resistance is negligible when cable has reached its stable mode - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne le domaine des câbles chauffantsThe invention relates to the field of heating cables
autorégulants.Self-regulating.
Ces câbles chauffants autorégulants sont généralement utilisés dans 5 des applications de chauffage individuel de l'habitat ou dans des applications de maintien en température de canalisations de fluide (traçage). These self-regulating heating cables are generally used in individual home heating applications or in fluid line temperature maintenance applications (tracing).
Ces câbles sont constitués de conducteurs porteurs noyés dans une résine semi-conductrice à coefficient de température positif (CTP). La 10 résistance de cette résine semi-conductrice augmente de façon proportionnelle à la température de son environnement. These cables consist of carrier conductors embedded in a positive temperature coefficient (PTC) semiconductor resin. The resistance of this semiconductor resin increases proportionally to the temperature of its environment.
Il en résulte que la puissance calorifique du câble chauffant varie en fonction de sa température. Cette puissance diminue lorsque la température du câble augmente pour s'autoréguler à une valeur d'équilibre. 15 Ce type de câble présente donc deux propriétés essentielles: 1/ ce câble est autorégulant: lorsque la température de son environnement varie, sa résistance varie de manière à produire de la puissance thermique et à le maintenir à une température d'équilibre. As a result, the heating capacity of the heating cable varies according to its temperature. This power decreases as the temperature of the cable increases to self-regulate to an equilibrium value. This type of cable thus has two essential properties: 1 / this cable is self-regulating: when the temperature of its environment varies, its resistance varies so as to produce thermal power and maintain it at an equilibrium temperature.
2/ la température de ce câble est auto-limitée: il existe une 20 température au-delà de laquelle la puissance calorifique du câble est nulle. 2 / the temperature of this cable is self-limited: there is a temperature above which the heating power of the cable is zero.
Cette propriété trouve sont intérêt dans le cas d'applications à des planchers rayonnants électriques. En effet, la température la plus haute en surface est toujours inférieure à la température autolimitée, et les risques de dommages irréversibles (dégradation du câble ou du plancher, brlures, 25 etc..) sont nuls. This property is of interest in the case of applications to electric radiant floors. Indeed, the highest temperature on the surface is always lower than the self-limiting temperature, and the risk of irreversible damage (degradation of the cable or the floor, burns, etc ..) are zero.
Un inconvénient toutefois de ces câbles chauffants autorégulants est qu'ils appellent une forte puissance électrique lors de leur mise sous tension. Cette puissance peut en effet être de l'ordre de 2 à 6 fois la puissance consommée en régime stabilisé, en fonction de l'environnement 30 du câble. Il en résulte que l'installation électrique d'alimentation du câble est nécessairement surdimensionnée par rapport à la puissance à fournir au câble en régime stabilisé. A disadvantage, however, of these self-regulating heating cables is that they call for a high electrical power when they are energized. This power can indeed be of the order of 2 to 6 times the power consumed in steady state, depending on the environment 30 of the cable. As a result, the cable power supply installation is necessarily oversized with respect to the power to be supplied to the cable in steady state.
Ce surdimensionnement assure un fonctionnement du système de chauffage même lors de sa mise sous tension (par exemple en hors gel ou à très basse température). This oversizing ensures operation of the heating system even when it is turned on (for example, in freezing conditions or at very low temperatures).
Dans le cadre d'applications des câbles chauffants autorégulants en 5 chauffage ou en traçage, la gestion du courant dans le câble peut être assurée par un délesteur (démarrage cascado-cyclique) afin d'éviter des appels de courant trop importants. In the context of applications of heating cables self-regulating heating or tracing, the management of the current in the cable can be provided by an unloader (cascado-cyclic start) to avoid excessive current calls.
Un but de l'invention est de pallier ces inconvénients. An object of the invention is to overcome these disadvantages.
A cet effet, l'invention propose un dispositif de chauffage comprenant 10 un élément chauffant à coefficient de température positif (CTP), caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de limitation du courant traversant l'élément chauffant. For this purpose, the invention proposes a heating device comprising a heating element with a positive temperature coefficient (PTC), characterized in that it furthermore comprises a device for limiting the current flowing through the heating element.
Dans une mise en oeuvre de l'invention, le dispositif de limitation de courant dans l'élément chauffant CTP comprend un élément résistif à 15 coefficient de température négatif (CTN) monté en série avec l'élément CTP. In one embodiment of the invention, the current limiting device in the PTC heating element comprises a negative temperature coefficient (NTC) resistive element connected in series with the PTC element.
Dans cette mise en oeuvre, l'élément à coefficient de température négatif (CTN) est dimensionné de sorte que: - soit sa résistance diminue avec le courant qui le traverse, - soit sa résistance diminue lorsque sa température augmente. Dans ce dernier cas, l'élément CTN est couplé thermiquement avec l'élément CTP afin que les deux éléments soient en permanence à la même température. In this implementation, the negative temperature coefficient element (NTC) is dimensioned so that: - either its resistance decreases with the current flowing through it, - or its resistance decreases when its temperature increases. In the latter case, the CTN element is thermally coupled with the CTP element so that the two elements are permanently at the same temperature.
L'élément à coefficient de température négatif (CTN) présente un 25 comportement opposé à celui de l'élément CTP: en effet, la résistance de l'élément CTN diminue lorsque sa température ou le courant qui le traverse augmente. Ainsi lors de la mise sous tension de l'élément CTP, le courant d'appel est limité par l'élément CTN. The negative temperature coefficient (NTC) element exhibits a behavior opposite to that of the CTP element: indeed, the resistance of the NTC element decreases as its temperature or the current flowing therethrough increases. Thus, when the CTP element is energized, the inrush current is limited by the element CTN.
En outre, l'élément CTN est choisi de sorte que, au cours de 30 l'échauffement de l'élément CTP, la résistance de l'élément CTN diminue jusqu'à devenir négligeable par rapport à la résistance de l'élément CTP. In addition, the CTN element is chosen so that, during the heating of the CTP element, the resistance of the CTN element decreases to become negligible with respect to the resistance of the CTP element.
Par conséquent, l'élément CTN ne modifie pas les propriétés du dispositif de chauffage lorsque celui-ci a atteint son régime stabilisé. Therefore, the CTN element does not change the properties of the heater when it has reached its steady state.
Dans une autre mise en oeuvre de l'invention, le dispositif de limitation de courant dans l'élément chauffant CTP comprend un élément 5 d'écrêtage disposé en série avec l'élément CTP et un élément de commutation apte à diriger sélectivement le courant vers l'élément d'écrêtage. In another implementation of the invention, the current limiting device in the PTC heating element comprises a clipping element disposed in series with the PTC element and a switching element adapted to selectively direct current to the PTC element. the clipping element.
Ce dispositif permet de réduire l'amplitude du courant traversant l'élément CTP lors de sa mise sous tension. Dès que la température de 10 l'élément CTP est suffisante, l'élément de commutation dérive le courant de l'élément d'écrêtage de manière à cesser l'écrêtage. This device makes it possible to reduce the amplitude of the current flowing through the CTP element when it is turned on. As soon as the temperature of the PTC element is sufficient, the switching element derives the current from the clipping element so as to stop clipping.
L'invention présente l'avantage de fournir un dispositif autonome de gestion du courant dans élément CTP, notamment dans un câble chauffant autorégulant. The invention has the advantage of providing an autonomous device for managing the current in a PTC element, in particular in a self-regulating heating cable.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un dispositif de chauffage comprenant un câble chauffant CTP ainsi qu'un dispositif de limitation de 20 courant conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 représente la variation des résistances des éléments CTP et CTN du dispositif de la figure 1 en fonction de leur température, - la figure 3 représente la variation du courant dans l'élément CTP de la figure 1 en fonction du temps, - les figures 4 et 5 représentent schématiquement des dispositifs de chauffage comprenant un dispositif de limitation de courant conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 6 représente la variation du courant dans l'élément CTP des dispositifs des figures 4 et 5 en fonction du temps. Other features and advantages will become apparent from the description which follows, which is purely illustrative and not limiting and should be read with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 shows schematically a heating device comprising a heating cable CTP and a current limiting device according to a first embodiment of the invention; FIG. 2 represents the variation of the resistances of the elements CTP and CTN of the device of FIG. 1 as a function of their temperature; FIG. represents the variation of the current in the CTP element of FIG. 1 as a function of time, - FIGS. 4 and 5 schematically represent heating devices comprising a current limiting device according to a second embodiment of the invention, FIG. 6 represents the variation of the current in the CTP element of the devices of FIGS. 4 and 5 as a function of time.
Sur la figure 1, le dispositif de chauffage représenté comprend un module de régulation thermique 3 relié à une sonde 2 permettant de mesurer la température ambiante. Ce module de régulation thermique 3 reçoit en entrée une consigne de température 1. In FIG. 1, the heating device represented comprises a thermal regulation module 3 connected to a probe 2 making it possible to measure the ambient temperature. This thermal regulation module 3 receives as input a temperature setpoint 1.
Le dispositif de chauffage comprend en outre un câble chauffant autorégulant 7 présentant un coefficient de température positif (CTP), alimenté par un générateur de tension alternative 5. The heating device further comprises a self-regulating heating cable 7 having a positive temperature coefficient (PTC), powered by an AC voltage generator 5.
Le dispositif de chauffage comprend également un relais 4 commandé par le module de régulation thermique 3 et un dispositif de limitation du courant dans le câble CTP 7. Ce dispositif de limitation de courant inclut un composant résistif à coefficient de température négatif 10 (CTN) 6 disposé en série et couplé thermiquement avec le câble CTP 7. The heating device also comprises a relay 4 controlled by the thermal regulation module 3 and a device for limiting the current in the CTP cable 7. This current limiting device includes a resistive component with a negative temperature coefficient (CTN) 6 arranged in series and thermally coupled with the CTP cable 7.
Le composant CTN est dimensionné de sorte que sa résistance varie en fonction de sa température. La résistance du composant CTN diminue lorsque sa température augmente. The CTN component is dimensioned so that its resistance varies according to its temperature. The resistance of the CTN component decreases as its temperature increases.
Le module de régulation thermique 3 compare en permanence la 15 température ambiante mesurée par la sonde 2 avec la température de consigne 1. The thermal regulation module 3 continuously compares the ambient temperature measured by the probe 2 with the set temperature 1.
Lorsque la température ambiante est supérieure ou égale à la température de consigne 1, le module de régulation thermique 3 commande le relais 4 pour le maintenir dans un état ouvert. Dans cette 20 configuration, le composant CTN 6 et le câble CTP 7 ne sont pas alimentés par le générateur de tension alternative 5. When the ambient temperature is greater than or equal to the set temperature 1, the thermal regulation module 3 controls the relay 4 to keep it in an open state. In this configuration, the CTN component 6 and the CTP cable 7 are not powered by the AC voltage generator 5.
Lorsque la température ambiante devient inférieure à la température de consigne 1, le module de régulation thermique 3 commande la fermeture du relais 4. Le composant CTN 6 et le câble CTP 7 sont alors alimentés par 25 le générateur 5. When the ambient temperature falls below the set temperature 1, the thermal regulation module 3 controls the closing of the relay 4. The CTN component 6 and the CTP cable 7 are then powered by the generator 5.
Lors de la mise en marche du dispositif de chauffage, le module de régulation thermique 3 commande la fermeture du relais 4. Le passage du courant dans le câble CTP 7 provoque l'échauffement de celui-ci par effet Joule. Le câble CTP 7 étant couplé thermiquement au composant CTN 6, 30 ce dernier voit sa température augmenter. Avec l'augmentation de la température, la résistance du câble CTP 7 augmente tandis que la résistance du composant CTN diminue. When switching on the heating device, the thermal regulation module 3 controls the closing of the relay 4. The passage of the current in the CTP cable 7 causes the heating thereof by Joule effect. As the CTP cable 7 is thermally coupled to the CTN component 6, the latter sees its temperature increase. As the temperature increases, the resistance of the CTP cable 7 increases as the resistance of the CTN component decreases.
La figure 2 représente les variations des résistances du composant CTN et du câble CTP en fonction de leur température. Cette figure représente également la variation de la résistance globale du composant CTN et du câble CTP associés en série. On constate que cette résistance globale est toujours supérieure à la résistance du câble CTP seul. Figure 2 shows the variations of the resistances of the CTN component and the CTP cable as a function of their temperature. This figure also shows the variation of the overall resistance of the CTN component and the associated CTP cable in series. It can be seen that this overall resistance is always greater than the resistance of the PTC cable alone.
En particulier, lors d'une phase de démarrage du dispositif de chauffage, le composant CTN permet de maintenir la résistance résultante au dessus d'un certain seuil. In particular, during a start-up phase of the heating device, the CTN component makes it possible to maintain the resultant resistance above a certain threshold.
Par ailleurs, le composant CTN présente une résistance négligeable 10 lorsque le câble CTP a atteint son régime stabilisé. On the other hand, the CTN component has negligible resistance when the CTP cable has reached its steady state.
La figure 3 représente la variation du courant dans le câble CTP en fonction du temps lors d'une phase de démarrage. On a représenté en traits pointillés sur cette figure la variation du courant qui aurait été obtenu si le dispositif de chauffage ne comprenait pas le composant CTN. On constate 15 que la présence du composant CTN permet de supprimer le pic de courant se produisant au démarrage du dispositif de chauffage. Figure 3 shows the variation of the current in the PTC cable as a function of time during a start-up phase. Dashed lines in this figure show the variation of the current that would have been obtained if the heating device did not include the CTN component. It can be seen that the presence of the CTN component makes it possible to eliminate the peak current occurring at the start of the heating device.
Un tel dispositif de limitation de courant limite de manière progressive la variation de courant dans le câble CTP 7. Such a current limiting device progressively limits the variation of current in the CTP cable 7.
Selon une variante du dispositif de la figure 1, le composant CTN est 20 dimensionné de sorte que sa résistance varie en fonction du courant qui la traverse et non plus en fonction de sa température. Ainsi, la résistance de l'élément CTN diminue avec le courant qui le traverse. Dans cette variante, il n'est plus nécessaire que le composant CTN soit couplé thermiquement au câble CTP. According to a variant of the device of FIG. 1, the component CTN is dimensioned so that its resistance varies as a function of the current which passes through it and no longer as a function of its temperature. Thus, the resistance of the CTN element decreases with the current flowing through it. In this variant, it is no longer necessary for the CTN component to be thermally coupled to the CTP cable.
La figure 4 représente un dispositif de chauffage conforme à un autre mode de réalisation de l'invention. FIG. 4 represents a heating device according to another embodiment of the invention.
De même que le dispositif de la figure 1, le dispositif de chauffage de la figure 4 comprend un module de régulation thermique 3 relié à une sonde de température 2 et recevant une consigne en température 1. Le 30 module de régulation thermique 3 commande l'ouverture et la fermeture d'un relais 4 du circuit de chauffage. Le circuit de chauffage comprend un câble chauffant CTP 7 et un générateur de tension alternative 5 pour l'alimentation de ce câble. Le dispositif de chauffage comprend en outre un dispositif de limitation du courant traversant le câble CTP 7. Similarly to the device of FIG. 1, the heating device of FIG. 4 comprises a thermal regulation module 3 connected to a temperature sensor 2 and receiving a temperature setpoint 1. The thermal regulation module 3 controls the temperature control unit 3. opening and closing a relay 4 of the heating circuit. The heating circuit comprises a CTP heating cable 7 and an AC voltage generator 5 for supplying this cable. The heating device further comprises a device for limiting the current flowing through the CTP cable 7.
Le dispositif de limitation de courant comprend une diode 8 disposée en série avec le câble CTP 7 ainsi qu'un relais 9 disposé en parallèle avec 5 la diode 8. Ce relais 9 est commandé par une horloge 10 liée au module de régulation thermique 3. The current limiting device comprises a diode 8 arranged in series with the CTP cable 7 and a relay 9 arranged in parallel with the diode 8. This relay 9 is controlled by a clock 10 connected to the thermal regulation module 3.
Le module de régulation thermique 3 compare en permanence la température ambiante mesurée par la sonde 2 avec la température de consigne 1. The thermal regulation module 3 continuously compares the ambient temperature measured by the probe 2 with the set temperature 1.
Lorsque la température ambiante est supérieure ou égale à la température de consigne 1, le module de régulation thermique 3 commande le relais 4 pour le maintenir dans un état ouvert. Dans cette configuration, le câble CTP 7 n'est pas alimenté par le générateur de tension alternative 5. When the ambient temperature is greater than or equal to the set temperature 1, the thermal regulation module 3 controls the relay 4 to keep it in an open state. In this configuration, the CTP cable 7 is not powered by the AC voltage generator 5.
Lorsque la température ambiante devient inférieure à la température de consigne 1, le module de régulation thermique 3 commande la fermeture du relais 4. Le câble CTP 7 est alors alimentés par le générateur 5. When the ambient temperature falls below the set temperature 1, the thermal regulation module 3 controls the closing of the relay 4. The CTP cable 7 is then powered by the generator 5.
Lors de la mise en marche du dispositif de chauffage, le module de régulation thermique 3 commande la fermeture du relais 4. L'horloge 10 2 0 détecte la commande de fermeture du relais 4 et déclenche un chronométrage. When switching on the heating device, the thermal regulation module 3 commands the closing of the relay 4. The clock 10 2 0 detects the closing command of the relay 4 and triggers a timing.
Le générateur de tension alternative 5 alimente le câble CTP 7. The AC voltage generator 5 supplies the CTP cable 7.
Toutefois, la diode 8 n'étant passante que lorsque le courant circule dans un sens donné dans le circuit de chauffage, le courant fourni par le 25 générateur 5 est écrêté. La diode 8 supprime une alternance du signal. Par conséquent, l'intensité globale circulant dans le circuit est divisée par un facteur 2. However, since the diode 8 is only turned on when the current flows in a given direction in the heating circuit, the current supplied by the generator 5 is clipped. The diode 8 suppresses an alternation of the signal. As a result, the overall intensity flowing in the circuit is divided by a factor of 2.
A la fin d'une durée de temporisation préprogrammée, l'horloge 10 commande la fermeture du relais 9. Le courant d'alimentation du câble CTP 30 7 est donc dérivé vers la branche du relais 9. Il en résulte que le câble CTP 7 est alimenté par la totalité du courant alternatif. At the end of a preprogrammed delay time, the clock 10 commands the closing of the relay 9. The supply current of the CTP cable 7 7 is therefore branched towards the branch of the relay 9. As a result, the CTP cable 7 is powered by the entire AC current.
De manière avantageuse, la durée de temporisation préprogrammée peut être modifiée à tout moment par un utilisateur ou un technicien intervenant sur l'installation. A cet effet, le dispositif de limitation de courant comprend des moyens de réglage de la durée de temporisation. Advantageously, the preprogrammed time delay can be modified at any time by a user or a technician intervening on the installation. For this purpose, the current limiting device comprises means for setting the delay time.
La figure 5 représente une variante du dispositif de la figure 4 dans laquelle la durée de temporisation est déterminée par le module de régulation thermique 3 en fonction de la différence entre la température de consigne 1 et la température ambiante mesurée par la sonde 2. FIG. 5 represents a variant of the device of FIG. 4 in which the delay time is determined by the thermal regulation module 3 as a function of the difference between the set temperature 1 and the ambient temperature measured by the probe 2.
La figure 6 représente la variation du courant traversant le câble CTP 10 7 en fonction du temps. On a représenté en traits pointillés sur cette figure la variation de courant qui aurait été obtenue si le circuit de chauffage ne comprenait pas la diode 8 et le relais 9. On constate que la valeur du courant fourni au câble CTP 7 durant la phase de temporisation T (lorsque le relais 9 est ouvert) est divisée par 2 par rapport au courant qui serait 15 fourni si le circuit ne comportait pas de dispositif de limitation de courant. Figure 6 shows the variation of the current flowing through the CTP cable 107 as a function of time. Dashed lines in this figure show the current variation that would have been obtained if the heating circuit did not include the diode 8 and the relay 9. It is noted that the value of the current supplied to the CTP cable 7 during the delay phase T (when relay 9 is open) is divided by 2 with respect to the current that would be supplied if the circuit did not include a current limiting device.
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