FR3027183B1 - Dispositif pour l’alimentation d’un chauffage electrique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un radiateur électrique comprenant une façade rayonnante constituée d'un matériau électriquement conducteur, chauffée par un dispositif de chauffage surfacique (100), comprenant un premier film chauffant, isolé électriquement de ladite façade rayonnante, lequel premier film chauffant est alimenté par un courant alternatif, caractérisé en ce qu'une (111, 112) diode est connectée en série avec ledit premier film chauffant.

Description

DISPOSITIF POUR L’ALIMENTATION D’UN CHAUFFAGE ÉLECTRIQUE L’invention concerne un dispositif pour l'alimentation d'un radiateur électrique. L’invention est plus particulièrement, mais non exclusivement destinée à un radiateur électrique dont la protection électrique est de classe 2 selon la norme IEC 60950-1, c’est-à-dire un appareil qui possède une isolation électrique renforcée. Un tel appareil n’est pas connecté à la terre lors de son branchement électrique.

Selon un exemple de réalisation d’un tel appareil, celui-ci comporte une enveloppe métallique comportant une façade rayonnante, laquelle façade est chauffée par un film résistif, dit film chauffant, isolé de ladite façade, et plaqué sur la face interne de ladite façade. Ce type de montage offre l’avantage d’une grande surface rayonnante et la possibilité d’utilisation de l’inertie thermique de cette façade, constituée par exemple d’acier, pour une restitution progressive de la chaleur. Pour assurer une montée rapide en température de la façade rayonnante, le film résistif est placé très proche de ladite façade, séparé de celle-ci par une mince couche d’isolant. Cet ensemble stratifié comprenant une mince couche d’isolant comprise entre deux plaques constituées de matériaux électriquement conducteurs, la façade et le film chauffant, constitue une capacité susceptible de se comporter comme un condensateur lorsque il existe une différence de potentiel électrique entre la façade rayonnante et le film chauffant, ce qui est naturellement le cas lorsque l’appareil est en fonctionnement. Lorsque l’appareil est de classe 2, la façade rayonnante n’est pas reliée à la terre, aussi, lorsque le film chauffant est alimenté par un courant alternatif, il existe, un risque de courant de fuite, par couplage capacitif, dès lors qu’un circuit est établi entre la façade rayonnante et la terre, par exemple, si une personne touche ladite façade rayonnante. Ce courant de fuite est sans danger, étant trop faible pour déclencher les protections différentielles, mais provoque une sensation désagréable à la personne lors du contact tels que des picotements.

Cet effet indésirable est d’autant plus ressenti que la surface rayonnante est importante, que la puissance de chauffage est élevée et que le film chauffant est plus proche de la surface rayonnante.

Une solution à ce problème consiste, par exemple, à utiliser une couche d’isolant plus épaisse, au détriment de la capacité de montée rapide en température. Ou encore, d’alimenter le film chauffant en basse tension, continue ou alternative, mais cette solution est coûteuse et difficile de mise oeuvre notamment en présence d’une commande à distance du radiateur dont les ordres passent par les fils d’alimentation. Ainsi, les solutions de l’art antérieur à ce problème, conduisent à des agencements défavorables vis-à-vis de la performance et du confort thermique. L’invention vise à résoudre les inconvénients de l’art antérieur et concerne à cette fin, un radiateur électrique comprenant une façade rayonnante constituée d’un matériau électriquement conducteur, chauffée par un dispositif de chauffage surfacique comprenant un premierfilm chauffant, isolé électriquement de ladite façade rayonnante, lequel premier film chauffant est alimenté par un courant alternatif, dans lequel une diode est connectée en série avec ledit premier film chauffant. Ce montage limite le courant de fuite par couplage capacitif avec la façade du radiateur et permet notamment de limiter la différence de potentiel entre ce couplage capacitif est la terre à moins de 50 volts. L’invention est avantageusement mise en oeuvre selon les modes de réalisation exposés ci-après, lesquels sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante.

Selon un mode de réalisation avantageux, le premierfilm chauffant est connecté en série avec une diode à chacune de ses bornes, lesdites diodes étant passantes pour le même sens de circulation du courant. Ce mode de réalisation permet d’assurer l’absence de couplage capacitif quelque soit le sens de branchement entre la phase et du neutre lors de l’installation de l’appareil.

Selon un mode de réalisation avantageux du dispositif objet de l’invention, le dispositif de chauffage surfacique comprend un deuxième film chauffant en dérivation du premier film chauffant, lequel deuxième film chauffant est connecté en série avec une diode à chacune de ses bornes, lesdites diodes étant toutes les deux passantes pour le sens de courant inverse au sens de circulation passant des diodes connectées en série au premier film chauffant. Ce mode de réalisation permet d’accroître la puissance de chauffage et permet également d’éviter les décharges statiques en cas de contact avec la façade du radiateur. L’invention est exposée ci-après selon ses modes de réalisation préférés, nullement limitatifs, et en référence aux figures 1 à 4 dans lesquelles : - la figure 1 montre un schéma électrique de principe d’un premier mode de réalisation du dispositif objet de l’invention ; - la figure 2 représente schématiquement selon une vue en perspective et en éclaté, un exemple d’agencement d’un radiateur électrique comprenant un moyen de chauffage surfacique ; - la figure 3 est une représentation de l’évolution au cours du temps de la tension d’alimentation du moyen de chauffage surfacique de la figure 1 ; - et la figure 4 représente un shéma élecrique de principe d’un deuxième mode de réalisation de l’invention comprenant deux films chauffants montés en parallèle.

Figure 1, selon un exemple schématique de réalisation du radiateur objet de l’invention, celui-ci est connecté en dérivation, entre deux bornes de connexion (121, 122), par exemple, à un réseau électrique (190) domestique en courant alternatif monophasé. Selon un exemple de réalisation l’une (121) des bornes de connexion est reliée au neutre du réseau (190) et l’autre (122) borne de connexion est reliée à la phase. La tension entre les bornes (121,122) est, selon cet exemple de réalisation, une tension sinusoïdale alternative d’amplitude +/- UM et de valeur efficace

L’élément chauffant (100) symbolisé ici par une résistance de valeur ohmique R, est, selon cet exemple de réalisation, un film chauffant.

Figure 2, ledit film chauffant (100) est plaqué contre la façade (251 ) métallique de l’enveloppe du radiateur et isolée de celle-ci par une plaque (252) d’isolant électrique mince. Ainsi, l’ensemble comprenant ladite façade (251), l’isolant (252) et le film chauffant (100) constitue un assemblage capacitif susceptible de se comporter comme un condensateur en présence d’une différence de potentiel électrique entre le film chauffant (100) et la façade (251).

En revenant à la figure 1, le condensateur (150) formé par le film chauffant et la façade, lorsqu’il est relié à la terre, forme une partie du circuit électrique du radiateur objet de l’invention. Cette situation intervient, par exemple, lorsqu’une personne (180) établi un contact entre la terre et ledit condensateur (150). L’alimentation électrique du film chauffant (100) est, selon cet exemple de réalisation, commandée par l’intermédiaire d’un TRIAC (140) dont la gâchette (141) est reliée à un dispositif (130)

de commande et de régulation. Deux diodes (111,112) sont connectées aux bornes du film (100) chauffant, chacune de ces diodes est passante pour le même sens de courant. Dans l’hypothèse où la borne (122) reliant le TRIAC (140) au réseau (190) d’alimentation électrique est connectée à la phase, et où ledit TRIAC ferme le circuit, alors les diodes (111,112) laissent passer le courant dans le film sur une demi-période (191) positive et l’empêche de passer sur la demi-période (192) négative. Dans le cas où la borne (122) reliant le TRIAC (140) au réseau (190) électrique est connectée au neutre, alors lesdites diodes (111, 112) sont passantes lors de la demi-période (192) négative, et empêchent le passage du courant lors de la demi-période (191) positive.

Dans les deux cas, le film chauffant (100) n’est parcouru par un courant électrique que sur des demi-périodes. Le circuit reliant le condensateur (150) formé par le film chauffant et la façade du radiateur est ouvert, l’appareil étant de classe 2, ladite façade n’est pas reliée à la terre. Si une personne (180) touche la façade du radiateur, alors, elle établit un circuit entre ledit condensateur (150) et la terre. Les inventeurs ont constaté que le fait de n’alimenter le film chauffant (100) que sur une demi-période réduit considérablement le courant de fuite généré par le coulage capacitif entre ce condensateur (150) et la terre.

Figure 3, sans être lié par une quelconque théorie, il est supposé que l’alimentation du film chauffant sur une demi-période du courant alternatif, revient à alimenter le radiateur par un courant comportant une composante continue (390). Ainsi, la représentation de la variation de la tension (302) d’alimentation en fonction du temps (301) fait apparaître une composante continue (390) sensiblement égale

si la tension alternative entre la phase et le neutre est sinusoïdale.

Or, le condensateur bloque la composante continue et ne laisse passer que la composante alternative, laquelle est d’amplitude réduite, suffisamment faible pour ne pas franchir la barrière de la peau, c’est-à-dire inférieure à 50 volts.

En revenant à la figure 1, dans une situation où le TRIAC (140) est installé sur la branche du circuit connecté au neutre et que ledit TRIAC est commandé de sorte que le circuit entre les deux bornes (121, 122) est ouvert, c’est-à-dire, que la branche comprise entre l’une (122) des bornes et la diode (111) comprise entre cette borne

(122) et le film chauffant (100) est ouverte ; alors, en l’absence d’une seconde diode (112) placée entre le film (100) chauffant et l’autre borne (121), laquelle est, de fait, liée à la phase, lorsque l’utilisateur (180) touche la façade de l’appareil, ledit utilisateur est potentiellement soumis à un couplage capacitif sur une période complète de la tension d’alimentation car il établit, par l’intermédiaire de ce couplage capacitif, un circuit entre la phase et la terre. Ainsi, la présence d’une seconde diode (112) permet d’éviter un tel phénomène sans modifier le fonctionnement général du dispositif.

Figure 1, selon le premier mode de réalisation du dispositif objet de l’invention, pour une valeur de résistance donnée du film (100) chauffant, celui-ci n’étant alimenté que la moitié du temps, la chaleur produite en un temps donné, est réduite de moitié en comparaison d’une solution d’alimentation conventionnelle.

Par ailleurs en revenant à la figure 3, l’arrêt de la composante continue par la capacité formée entre le film chauffant et la façade de l’appareil, conduit à une charge statique de cette capacité. Cette charge statique est susceptible de se décharger si un circuit est établi entre la terre et ladite façade. Une telle décharge statique est sans danger mais désagréable.

Figure 4, selon un deuxième mode de réalisation, le dispositif (100) chauffant surfacique comprend deuxfilms (401,402) chauffant montés en dérivation. Chaque film chauffant est connecté en série avec deux diodes (111,112, 411,412) les diodes (111, 112) connectées à l’un (401) des films chauffant étant passantes pour un sens de courant, opposé au sens passant des diodes (411,412) connectées à l’autre (402) film chauffant. Ainsi, l’un des film chauffant est alimenté lors des demi-périodes positives de la tension d’alimentation en courant alternatif, alors que l’autre film chauffant est alimenté lors des demi-périodes négatives. La façade métallique du radiateur interagit avec chacun des films (401, 402) et forme une capacité avec chaque film. Les alternances opposées d’alimentation des films permettent d’éviter l’accumulation de charges statiques dans cette capacité et ainsi d’éviter les décharges d’électricité statique en cas de contact de l’utilisateur avec ladite façade. Selon un exemple de réalisation, cet effet est obtenu en scindant en deux l’alimentation d’un même film chauffant. Ainsi pour un film chauffant (100) de résistance R, celui-ci est scindé en deux résistances (401, 402) de résistance R1 et R2 telles que R1 + R2 = R.

Dans le cas correspondant à la figure 1, si le film chauffant (100), de résistance R, est traversé par un courant d’intensité ij(t), variable en fonction du temps, sur chaque demi-période de variation de la tension, i/t) est proportionnelle à la tension et à la résistance R par la loi d’Ohm.

Dans le cas représenté figure 4, chaque résistance (401, 402) est traversée par un courant sur chaque demi-période, courant d’intensité i2(t), proportionnelle à la tension et à la résistance par la loi d’Ohm. Si R1 = R2 = 0,5.R alors i2=2.iI. Ainsi, chaque moitié (401,402) du film chauffant est alimentée sur une demi-période par une intensité deux fois plus élevée, de sorte que le montage correspondant au mode de réalisation de la figure 4, permet d’obtenir la même puissance de chauffage que si le film de résistance R était alimenté sur une période complète.

La description ci-avant et les exemples de réalisation montrent que l’invention atteint les objectifs visés, en particulier elle permet de limiter tant les courants de fuite par couplage capacitif que le potentiel de décharge statique d’un radiateur comprenant une façade métallique chauffée par un dispositif de chauffage surfacique placé très proche de ladite façade. Le dispositif objet de l’invention permet d’atteindre ces effets sans augmenter l’encombrement du dispositif en regard de l’art antérieur et sans perte de puissance de chauffage.

Claims (3)

1. REVENDICATIONS

   1. Radiateur électrique comprenant une façade (251) rayonnante constituée d'un matériau électriquement conducteur, chauffée par un dispositif de chauffage surfacique (100), comprenant un premier film chauffant, isolé électriquement de ladite façade rayonnante, lequel premier film chauffant est alimenté par un courant alternatif, caractérisé en ce qu'une (111, 112) diode est connectée en série avec ledit premier film chauffant.
2. 2. Radiateur électrique selon la revendication 1, dans lequel le premier film chauffant est connecté en série avec une diode (111, 112) à chacune de ses bornes, lesdites diodes étant passantes pour le même sens de circulation du courant.
3. 3. Radiateur électrique selon la revendication 2, dans lequel le dispositif de chauffage surfacique comprend un deuxième film (402) chauffant en dérivation du premier film (401) chauffant, lequel deuxième film chauffant est connecté en série avec une diode (411, 412) à chacune de ses bornes, lesdites diodes étant toutes les deux passantes pour le sens de courant inverse au sens de circulation passant des diodes (111, 112) connectées en série au premier film (401) chauffant.