FR3059762A1 - METHOD FOR DESIGNING A RADIANT HEATING APPARATUS AND HEATING APPARATUS THEREFOR - Google Patents
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Abstract
L'invention se rapporte à un procédé de conception d'un appareil de chauffage (10) comprenant un élément électrique (12) chauffant par rayonnement, ledit élément électrique chauffant comprenant : une façade (14) formée d'un matériau émissif (M) ; et une résistance électrique (22) en contact thermique avec une face arrière (26) de la façade ; l'appareil de chauffage comprenant en outre une alimentation électrique (20) de forme périodique pour la résistance électrique. Selon le procédé de conception, une pulsation (ω) de l'alimentation électrique de la résistance électrique est déterminée ; et - une épaisseur (E) entre la face avant (24) et la face arrière (26) de la façade est choisie supérieure ou égale à une valeur (Emin) définie par la formule (1) : B étant une constante, et Cp, λ et ρ étant respectivement la capacité thermique, la conduction thermique et la masse volumique du matériau émissif de la façade.The invention relates to a method for designing a heating apparatus (10) comprising an electric element (12) heated by radiation, said electric heating element comprising: a facade (14) formed of an emissive material (M) ; and an electrical resistor (22) in thermal contact with a rear face (26) of the facade; the heater further comprising a power supply (20) of periodic shape for the electrical resistance. According to the design method, a pulsation (ω) of the power supply of the electrical resistance is determined; and a thickness (E) between the front face (24) and the rear face (26) of the facade is chosen greater than or equal to a value (Emin) defined by the formula (1): B being a constant, and Cp , λ and ρ being respectively the heat capacity, the heat conduction and the density of the emissive material of the facade.
Description
(57) L'invention se rapporte à un procédé de conception d'un appareil de chauffage (10) comprenant un élément électrique (12) chauffant par rayonnement, ledit élément électrique chauffant comprenant: une façade (14) formée d'un matériau émissif (M); et une résistance électrique (22) en contact thermique avec une face arrière (26) de la façade ; l'appareil de chauffage comprenant en outre une alimentation électrique (20) de forme périodique pour la résistance électrique.(57) The invention relates to a method for designing a heating device (10) comprising an electric element (12) heating by radiation, said electric heating element comprising: a front (14) formed of an emissive material (M); and an electrical resistance (22) in thermal contact with a rear face (26) of the facade; the heater further comprising a periodically shaped power supply (20) for the electrical resistance.
Selon le procédé de conception, une pulsation (ω) de l'alimentation électrique de la résistance électrique est déterminée; etAccording to the design process, a pulsation (ω) of the electrical supply of the electrical resistance is determined; and
- une épaisseur (E) entre la face avant (24) et la face arrière (26) de la façade est choisie supérieure ou égale à une valeur (Emin) définie par la formule (1):a thickness (E) between the front face (24) and the rear face (26) of the facade is chosen to be greater than or equal to a value (Emin) defined by the formula (1):
la capacité thermique, la conduction thermique et la masse volumique du matériau émissif de la façade.the thermal capacity, thermal conduction and density of the emissive material of the facade.
il À (1) Emin = B I^p.Cp.Mil À (1) Emin = B I ^ p.Cp.M
B étant une constante, et Up, λ et p étant respectivementB being a constant, and U p , λ and p being respectively
Procédé de conception d’un appareil de chauffage rayonnant et appareil de chauffage associéMethod for designing a radiant heater and associated heater
La présente invention concerne un procédé de conception d’un appareil de chauffage comprenant un élément électrique chauffant par rayonnement, ledit élément électrique chauffant comprenant : une façade formée d’un matériau émissif, ledit matériau émissif étant caractérisé par une capacité thermique Cp, une conduction thermique λ et une masse volumique p, ladite façade comprenant une face avant apte à émettre un rayonnement infrarouge sous l’effet d’une augmentation de température dudit matériau émissif ; et une résistance électrique en contact thermique avec une face arrière de la façade ; l’appareil de chauffage comprenant en outre un dispositif d’alimentation électrique de la résistance électrique, ladite alimentation électrique de la résistance électrique ayant une forme périodique.The present invention relates to a method of designing a heating device comprising an electric radiant heating element, said electric heating element comprising: a facade formed of an emissive material, said emissive material being characterized by a thermal capacity C p , a thermal conduction λ and a density p, said facade comprising a front face capable of emitting infrared radiation under the effect of an increase in temperature of said emissive material; and an electrical resistance in thermal contact with a rear face of the facade; the heater further comprising an electrical supply device for the electrical resistance, said electrical supply for the electrical resistance having a periodic shape.
L’invention concerne particulièrement les appareils de chauffage domestique, ou radiateurs.The invention relates particularly to domestic heating appliances, or radiators.
Les appareils électriques de chauffage rayonnants, ou radiants, sont connus de l’état de la technique des appareils de chauffage domestique, notamment des documents FR2701545 et FR2992052.Radiant or radiant electric heaters are known from the state of the art of domestic heaters, in particular from documents FR2701545 and FR2992052.
De manière classique, la résistance électrique de la façade est alimentée en tension selon un mode tout ou rien, présentant un profil temporel crénelé. La face arrière de la façade subit donc des variations importantes de température en cours de fonctionnement.Conventionally, the electrical resistance of the facade is supplied with voltage in an all-or-nothing mode, having a crenellated time profile. The rear face of the facade therefore undergoes significant variations in temperature during operation.
Pour des raisons de confort thermique, il est par ailleurs souhaitable que la face avant de l’appareil présente une température stable dans le temps.For reasons of thermal comfort, it is also desirable that the front of the device have a stable temperature over time.
Afin d’éviter des variations importantes de température sur la face avant, il est possible de diminuer la période du signal électrique, donc d’augmenter sa pulsation. Cependant, une diminution trop importante de la période peut conduire à une détérioration de composants du dispositif d’alimentation électrique.In order to avoid significant temperature variations on the front panel, it is possible to decrease the period of the electrical signal, therefore to increase its pulsation. However, too short a period can lead to deterioration of components of the power supply device.
Une autre solution consiste à augmenter l’inertie thermique de la façade. Cette méthode conduit toutefois à des façades plus encombrantes, plus chères et présentant une durée plus importante de montée en température.Another solution is to increase the thermal inertia of the facade. This method however leads to more bulky, more expensive facades and having a longer duration of temperature rise.
La présente invention a pour but de proposer un procédé de conception permettant un dimensionnement optimal d’appareils de chauffage rayonnants.The object of the present invention is to propose a design method allowing an optimal dimensioning of radiant heaters.
A cet effet, la présente invention se rapporte à un procédé de conception du type précité, dans lequel : une pulsation ω de l’alimentation électrique de la résistance électrique est déterminée ; et une épaisseur E entre la face avant et la face arrière de la façade est choisie supérieure ou égale à une valeur Emin définie par la formule (1) :To this end, the present invention relates to a design method of the aforementioned type, in which: a pulsation ω of the electrical supply of the electrical resistance is determined; and a thickness E between the front face and the rear face of the facade is chosen to be greater than or equal to a value Emin defined by formula (1):
(1)(1)
Emin = BEmin = B
Jp-Cp-ωJp-Cp-ω
B étant une constante.B being a constant.
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, le procédé comporte l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :According to other advantageous aspects of the invention, the method comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
- la constante B est définie par la formule :- the constant B is defined by the formula:
B = InCS0).V2B = InCS0) .V2
- le procédé comprend en outre les étapes suivantes : une puissance maximale Pmax, apte à être fournie à la résistance électrique par le dispositif d’alimentation électrique, est déterminée ; une surface S de la face avant de la façade est déterminée ; un écart de température ΔΤ de la face avant de la façade est déterminé ; une durée maximale t de montée en température de la façade, selon ledit écart de température ΔΤ, est déterminée ; et l’épaisseur E de la façade est choisie inférieure ou égale à une valeur Emax définie par la formule (2) :- The method further comprises the following steps: a maximum power Pmax, capable of being supplied to the electrical resistance by the electrical supply device, is determined; an area S of the front face of the facade is determined; a temperature difference ΔΤ of the front face of the facade is determined; a maximum duration t of temperature rise of the facade, according to said temperature difference ΔΤ, is determined; and the thickness E of the facade is chosen to be less than or equal to an Emax value defined by formula (2):
Pmax .t (2) Emax = v } S.p.Cp.ATPmax .t (2) Emax = v} SpC p .AT
Préférentiellement, t est comprise entre 45 mn et 75 mn et plus préférentiellement égale à 1 heure ; et ΔΤ est compris entre 50 °C et 80 °C et plus préférertiellement égal à 70 °C.Preferably, t is between 45 min and 75 min and more preferably equal to 1 hour; and ΔΤ is between 50 ° C and 80 ° C and more preferably equal to 70 ° C.
L’invention se rapporte en outre à un procédé de conception d’un appareil de chauffage comprenant un élément électrique chauffant par rayonnement, ledit élément électrique chauffant comprenant : une façade formée d’un matériau émissif, ladite façade comprenant une face avant apte à émettre un rayonnement infrarouge sous l’effet d’une augmentation de température dudit matériau émissif ; et une résistance électrique en contact thermique avec une face arrière de la façade ; l’appareil de chauffage comprenant en outre un dispositif d’alimentation électrique de la résistance électrique, ladite alimentation électrique de la résistance électrique ayant une forme périodique. Selon ledit procédé, une pluralité de matériaux émissifs M, est présélectionnée ; et une capacité thermique Cp, une conduction thermique λ et une masse volumique p sont déterminées pour chacun desdits matériaux émissifs ; une pulsation ω de l’alimentation électrique de la résistance électrique est déterminée ; une puissance maximale Pmax, apte à être fournie à la résistance électrique par le dispositif d’alimentation électrique, est déterminée ; une surface maximale Smax de la face avant de la façade est déterminée ; un écart de température ΔΤ de la face avant de la façade est déterminé ; une durée maximale t de montée en température de la façade, selon ledit écart de température ΔΤ, est déterminée ; et le matériau émissif de la façade est choisi parmi les matériaux émissifs présélectionnés M, correspondant à l’inéquation (3) :The invention further relates to a method for designing a heating device comprising an electric radiant heating element, said electric heating element comprising: a facade formed of an emissive material, said facade comprising a front face capable of emitting infrared radiation under the effect of an increase in temperature of said emissive material; and an electrical resistance in thermal contact with a rear face of the facade; the heater further comprising an electrical supply device for the electrical resistance, said electrical supply for the electrical resistance having a periodic shape. According to said method, a plurality of emissive materials M, is preselected; and a thermal capacity C p , a thermal conduction λ and a density p are determined for each of said emissive materials; a pulsation ω of the electrical supply of the electrical resistance is determined; a maximum power Pmax, capable of being supplied to the electrical resistance by the electrical supply device, is determined; a maximum surface area Smax of the front face of the facade is determined; a temperature difference ΔΤ of the front face of the facade is determined; a maximum duration t of temperature rise of the facade, according to said temperature difference ΔΤ, is determined; and the emissive material of the facade is chosen from the preselected emissive materials M, corresponding to the inequality (3):
λ Pmax. t (3) B — <-rJ ω Smax. ΔΤ.Υ (p, Cp)λ Pmax. t (3) B - <- r J ω Smax. ΔΤ.Υ (p, Cp)
B étant une constante préférentiellement telle que : B = ln(50). VâB being a constant preferentially such that: B = ln (50). Go
Préférentiellement, t est comprise entre 45 mn et 75 mn et plus préférentiellement égale à 1 heure ; et ΔΤ est compris entre 50 °C et 80 °C et plus préférertiellement égal à 70 °C.Preferably, t is between 45 min and 75 min and more preferably equal to 1 hour; and ΔΤ is between 50 ° C and 80 ° C and more preferably equal to 70 ° C.
L’invention se rapporte en outre à un appareil de chauffage comprenant un premier élément électrique chauffant par rayonnement, ledit premier élément électrique chauffant comprenant : une façade formée d’un matériau émissif, ledit matériau émissif étant caractérisé par une capacité thermique Cp, une conduction thermique λ et une masse volumique p, ladite façade comprenant une face avant apte à émettre un rayonnement infrarouge sous l’effet d’une augmentation de température dudit matériau émissif, ladite façade étant caractérisée par une épaisseur entre la face avant et une face arrière ; et une résistance électrique en contact thermique avec la face arrière de la façade ; l’appareil de chauffage comprenant en outre un dispositif d’alimentation électrique de la résistance électrique. Dans ledit appareil de chauffage, l’alimentation électrique de la résistance électrique a une forme périodique de pulsation ω ; et l’épaisseur de la façade est supérieure ou égale à une valeur Emin définie par la formule (1):The invention further relates to a heating device comprising a first electric heating element by radiation, said first electric heating element comprising: a facade formed of an emissive material, said emissive material being characterized by a thermal capacity C p , a thermal conduction λ and a density p, said facade comprising a front face capable of emitting infrared radiation under the effect of a temperature increase of said emissive material, said facade being characterized by a thickness between the front face and a rear face ; and an electrical resistance in thermal contact with the rear face of the facade; the heater further comprising an electrical supply device for the electrical resistance. In said heater, the electrical supply of the electrical resistance has a periodic form of pulsation ω; and the thickness of the facade is greater than or equal to an Emin value defined by formula (1):
telle que: B = ta(SO) ,V2such that: B = ta (SO), V2
Un tel appareil de chauffage est susceptible d’être issu d’un procédé de conception tel que décrit ci-dessus.Such a heater is likely to be the result of a design process as described above.
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, l’appareil de chauffage comporte l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :According to other advantageous aspects of the invention, the heating apparatus comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
- le dispositif d’alimentation électrique est apte à fournir une puissance maximale Pmax à la résistance électrique ; la face avant de la façade présente une surface S ; et l’épaisseur de la façade est inférieure ou égale à une valeur Emax définie par la formule (2):- the power supply device is capable of supplying a maximum power Pmax to the electrical resistance; the front face of the facade has a surface S; and the thickness of the facade is less than or equal to an Emax value defined by formula (2):
Pmax ,t t étant une durée comprise entre 45 mn et 75 mn et préférentiellement égale à 1 heure ; et ΔΤ étant un écart de température compris entre 50 °C et 80 °C et préférentiellement égal à 70 °C ;Pmax, t t being a duration between 45 min and 75 min and preferably equal to 1 hour; and ΔΤ being a temperature difference between 50 ° C and 80 ° C and preferably equal to 70 ° C;
- la résistance électrique est choisie entre une résistance sérigraphiée sur un film plastique, ledit film plastique étant collé à la face arrière de la façade ; et un câble chauffant plaqué sur la face arrière de la façade ;- the electrical resistance is chosen between a resistance screen printed on a plastic film, said plastic film being glued to the rear face of the facade; and a heating cable plated on the rear face of the facade;
- l’appareil de chauffage comprend en outre un deuxième élément électrique chauffant par convection, ledit deuxième élément électrique chauffant étant situé derrière la résistance électrique.- The heater further comprises a second electric heating element by convection, said second electric heating element being located behind the electric resistance.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels :The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of nonlimiting example and made with reference to the drawings in which:
- la figure 1 est une vue schématique, en coupe, d’un appareil de chauffage selon un mode de réalisation de l’invention ; et- Figure 1 is a schematic view, in section, of a heating device according to an embodiment of the invention; and
- la figure 2 est une vue schématique d’un dispositif de régulation de l’appareil de la figure 1.- Figure 2 is a schematic view of a device for regulating the apparatus of Figure 1.
La figure 1 représente schématiquement, en coupe, un appareil 10 de chauffage selon un mode de réalisation de l’invention. De préférence, l’appareil 10 est un appareil de chauffage domestique, ou radiateur.Figure 1 shows schematically, in section, a heater 10 according to an embodiment of the invention. Preferably, the appliance 10 is a domestic heating appliance, or radiator.
L’appareil 10 comprend un élément électrique chauffant principal 12 et notamment une façade 14 de l’appareil 10. L’appareil 10 comprend en outre une carrosserie arrière 16, qui définit une enveloppe de l’appareil 10 avec la façade 14.The apparatus 10 comprises a main electric heating element 12 and in particular a front panel 14 of the apparatus 10. The apparatus 10 further comprises a rear bodywork 16, which defines an envelope of the apparatus 10 with the front panel 14.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, l’appareil 10 comprend en outre un élément électrique chauffant secondaire 18.In the embodiment of Figure 1, the apparatus 10 further comprises a secondary heating electric element 18.
L’appareil 10 comprend également un dispositif électronique 20 de régulation de l’alimentation électrique des éléments chauffants 12, 18.The apparatus 10 also includes an electronic device 20 for regulating the electrical supply of the heating elements 12, 18.
L’élément chauffant principal 12 comporte la façade 14 et une résistance électrique 22. La façade 14 est formée d’un bloc sensiblement homogène de matériau M. Ledit matériau M est émissif, c’est-à-dire apte à émettre un rayonnement infrarouge sous l’effet d’une augmentation de température. De nombreux matériaux émissifs sont utilisés pour la fabrication d’appareils de chauffage, par exemple des matériaux de type verre, pierre ou métal.The main heating element 12 comprises the facade 14 and an electrical resistance 22. The facade 14 is formed from a substantially homogeneous block of material M. Said material M is emissive, that is to say capable of emitting infrared radiation under the effect of an increase in temperature. Many emissive materials are used for the manufacture of heating devices, for example glass, stone or metal materials.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, la façade 14 a une forme sensiblement plane. Selon des variantes, la façade 14 a une forme recourbée ou à facettes.In the embodiment of Figure 1, the facade 14 has a substantially planar shape. According to variants, the facade 14 has a curved or faceted shape.
La façade 14 comprend : une face avant 24, orientée vers l’extérieur de l’appareil 10 et apte à émettre le rayonnement infrarouge ; et une face arrière 26, orientée vers l’intérieur de l’appareil. Dans le mode de réalisation de la figure 1, les faces avant 24 et arrière 26 sont sensiblement planes. Une épaisseur E de la façade 14, soit une distance entre les faces avant 24 et arrière 26, est de préférence sensiblement homogène sur l’ensemble de la façade 14.The front 14 comprises: a front face 24, oriented towards the outside of the device 10 and capable of emitting infrared radiation; and a rear face 26, oriented towards the interior of the apparatus. In the embodiment of FIG. 1, the front 24 and rear 26 faces are substantially flat. A thickness E of the facade 14, that is to say a distance between the front 24 and rear 26 faces, is preferably substantially uniform over the whole of the facade 14.
La résistance électrique 22 est en contact thermique avec la face arrière 26 de la façade 14, de sorte à permettre une montée en température de ladite façade. Dans le mode de réalisation de la figure 1, la résistance électrique 22 est sérigraphiée sur un film plastique 28, ledit film plastique étant collé sur la face arrière 26 de la façade. Selon une variante de réalisation non représentée, la résistance électrique est formée par un câble chauffant plaqué sur la face arrière 26 de la façade.The electrical resistance 22 is in thermal contact with the rear face 26 of the facade 14, so as to allow a rise in temperature of said facade. In the embodiment of Figure 1, the electrical resistance 22 is screen printed on a plastic film 28, said plastic film being bonded to the rear face 26 of the facade. According to a variant embodiment not shown, the electrical resistance is formed by a heating cable plated on the rear face 26 of the facade.
L’élément chauffant secondaire 18 est disposé à l’intérieur de l’appareil 10, soit entre la façade 14 et la carrosserie arrière 16. De préférence, l’élément chauffant secondaire 18 est un élément de chauffage par convection. L’élément chauffant secondaire 18 comporte par exemple une résistance électrique noyée dans un corps de chauffe en fonte, en céramique ou en aluminium. Des ouvertures (non représentées) dans la carrosserie arrière 16 permettent une circulation d’air sensiblement verticale autour dudit corps de chauffe.The secondary heating element 18 is arranged inside the appliance 10, that is to say between the front panel 14 and the rear bodywork 16. Preferably, the secondary heating element 18 is a convection heating element. The secondary heating element 18 comprises for example an electrical resistance embedded in a heating body of cast iron, ceramic or aluminum. Openings (not shown) in the rear bodywork 16 allow a substantially vertical air circulation around said heating body.
Le dispositif électronique de régulation 20 est représenté schématiquement à la figure 2. Le dispositif électronique de régulation 20 comporte notamment un boîtier de commande 30, situé en partie supérieure de l’appareil 10. Le boîtier de commande 30 comporte par exemple un microprocesseur 32, une mémoire de programme 34 et au moins un bus de communication 36. Le boîtier de commande 30 comporte également un thermostat 38 permettant de régler une température de consigne de l’appareil 10.The electronic regulation device 20 is shown diagrammatically in FIG. 2. The electronic regulation device 20 comprises in particular a control box 30, located in the upper part of the device 10. The control box 30 comprises for example a microprocessor 32, a program memory 34 and at least one communication bus 36. The control unit 30 also includes a thermostat 38 making it possible to adjust a set temperature of the device 10.
Par une interface 40, le boîtier de commande 30 est relié à la résistance électrique 22 de l’élément chauffant principal 12, ainsi qu’à la résistance électrique de l’élément chauffant secondaire 18.By an interface 40, the control unit 30 is connected to the electrical resistance 22 of the main heating element 12, as well as to the electrical resistance of the secondary heating element 18.
Le dispositif électronique de régulation 20 comporte également une sonde de température 42, située en partie inférieure de l’appareil 10 et reliée au boîtier de commande 30. La sonde 42 permet de mesurer une température ambiante.The electronic regulation device 20 also includes a temperature probe 42, located in the lower part of the apparatus 10 and connected to the control unit 30. The probe 42 makes it possible to measure an ambient temperature.
Le dispositif électronique de régulation 20 est apte à alimenter électriquement les résistances électriques des éléments chauffants 12, 18. Plus précisément, la mémoire de programme renferme un programme 44 de régulation de l’alimentation électrique desdites résistances, en fonction de la température ambiante mesurée par la sonde 42 et de la température de consigne réglée au niveau du thermostat 36.The electronic regulating device 20 is capable of electrically supplying the electrical resistances of the heating elements 12, 18. More specifically, the program memory contains a program 44 for regulating the electrical supply of said resistors, as a function of the ambient temperature measured by probe 42 and the set temperature set at thermostat 36.
De préférence, au niveau du programme 44, l’élément chauffant principal 12 est prioritaire. En d’autres termes, tant que la puissance d’alimentation de la résistance 22 est inférieure à une puissance maximale Pmax, la résistance de l’élément chauffant secondaire 18 n’est pas alimentée en électricité.Preferably, at program level 44, the main heating element 12 has priority. In other words, as long as the power supply of the resistor 22 is less than a maximum power Pmax, the resistance of the secondary heating element 18 is not supplied with electricity.
De préférence, la puissance maximale Pmax d’alimentation de la résistance 22 est comprise entre 20% et 80% d’une puissance totale de l’appareil 10.Preferably, the maximum power Pmax for supplying the resistor 22 is between 20% and 80% of the total power of the apparatus 10.
L’alimentation électrique de la résistance 22 est préférentiellement de type chronoproportionnelle. En d’autres termes, l’alimentation électrique est effectuée selon une succession de cycles temporels, dont une durée Θ est définie dans le programme 44. Chaque cycle comporte une première période de durée Θ15 durant laquelle la résistance est alimentée en tension, et une seconde période de durée θ2, durant laquelle la résistance 22 n’est pas alimentée. La durée θυ 02 de chaque période dépend de la différence entre la température ambiante et la température de consigne.The electrical supply of the resistor 22 is preferably of the chronoproportional type. In other words, the electrical supply is carried out according to a succession of time cycles, a duration of which Θ is defined in program 44. Each cycle comprises a first period of duration Θ 15 during which the resistor is supplied with voltage, and a second period of duration θ 2 , during which the resistor 22 is not supplied. The duration θ υ 0 2 of each period depends on the difference between the ambient temperature and the set temperature.
La tension d’alimentation de la résistance 22 présente donc un profil temporel crénelé, en tout ou rien. A cet effet, le dispositif électronique de régulation 20 comporte un ou plusieurs thyristors 46 reliés à ladite résistance 22. Les thyristors 46 fonctionnent comme des interrupteurs rapides, dont les cycles d’ouverture et de fermeture commandent l’alimentation électrique de la résistance 22.The supply voltage of resistor 22 therefore has an all-or-nothing crenellated time profile. To this end, the electronic regulating device 20 comprises one or more thyristors 46 connected to said resistor 22. The thyristors 46 operate as fast switches, the opening and closing cycles of which control the electrical supply of the resistor 22.
En conséquence, la face arrière 26 de la façade 14 subit des variations temporelles de température. En particulier, au cours d’un cycle de durée 0, une température de ladite face arrière 26 oscille entre une valeur maximale et une valeur minimale, selon une amplitude Av Consequently, the rear face 26 of the facade 14 undergoes temporal variations in temperature. In particular, during a cycle of duration 0, a temperature of said rear face 26 oscillates between a maximum value and a minimum value, according to an amplitude A v
Par ailleurs, la chaleur cédée à la face arrière 26 se propage à travers la façade 14 jusqu’à la face avant 24, selon un profil temporel ondulatoire. Au cours du cycle de durée θ précédemment évoqué, une température de ladite face avant 24 oscille entre une valeur maximale et une valeur minimale, selon une amplitude A2.Furthermore, the heat transferred to the rear face 26 propagates through the facade 14 to the front face 24, according to a time wave profile. During the duration cycle θ previously mentioned, a temperature of said front face 24 oscillates between a maximum value and a minimum value, according to an amplitude A 2 .
Pour des raisons de confort thermique, il est souhaitable que la température de la face avant 24 soit relativement stable, donc que l’amplitude A2 soit maintenue à une faible valeur.For reasons of thermal comfort, it is desirable that the temperature of the front face 24 is relatively stable, therefore that the amplitude A 2 is kept at a low value.
La chaleur qui traverse la façade 14 entre les faces arrière 26 et avant 24 peut être assimilée à une onde thermique. Un amortissement de ladite onde thermique au niveau de la face avant 24 dépend notamment de l’inertie thermique du matériau M formant la façade 14.The heat which passes through the facade 14 between the rear 26 and front 24 faces can be likened to a thermal wave. Damping of said thermal wave at the front face 24 depends in particular on the thermal inertia of the material M forming the facade 14.
Un procédé de dimensionnement de la façade 14 de l’appareil de chauffage 10, selon un mode de réalisation de l’invention, va maintenant être décrit.A method of dimensioning the facade 14 of the heating appliance 10, according to an embodiment of the invention, will now be described.
Tout d’abord, une capacité thermique Cp, une conduction thermique λ et une masse volumique p du matériau M de la façade 14 sont déterminées, notamment par des méthodes classiques de mesures de propriétés thermophysiques des matériaux.First of all, a thermal capacity C p , a thermal conduction λ and a density p of the material M of the facade 14 are determined, in particular by conventional methods for measuring the thermophysical properties of the materials.
Par ailleurs, une pulsation ω de l’alimentation électrique de la résistance électrique est déterminée. Dans l’exemple évoqué ci-dessus, ω = 2π/θIn addition, a pulsation ω of the electrical supply of the electrical resistance is determined. In the example mentioned above, ω = 2π / θ
Ensuite, une valeur minimale Emin de l’épaisseur E, entre la face avant 24 et la face arrière 26 de la façade, est déterminée. La valeur Emin dépend de l’amortissement minimal souhaité pour l’onde thermique traversant la façade. En d’autres termes, la valeur Emin dépend de la valeur maximale admissible pour le ratioThen, a minimum value Emin of the thickness E, between the front face 24 and the rear face 26 of the facade, is determined. The Emin value depends on the minimum damping desired for the thermal wave passing through the facade. In other words, the Emin value depends on the maximum allowable value for the ratio
En modélisant la façade 14 selon un cas connu de mur semi-infini en régime sinusoïdal, la valeur Emin est obtenue selon la formule (1) suivante :By modeling the facade 14 according to a known case of semi-infinite wall in sinusoidal regime, the value Emin is obtained according to the following formula (1):
i X (1) Emin = B j p. Cp. ωi X (1) Emin = B j p. C p . ω
B étant une constante dépendant de la valeur maximale admissible pour le ratio A2/A15 donc de l’amortissement minimal souhaité pour l’onde thermique traversant la façade.B being a constant depending on the maximum admissible value for the ratio A 2 / A 15 therefore on the minimum damping desired for the thermal wave passing through the facade.
Par exemple, ladite valeur maximale de A2/A! est 2% (soit 1/50), ce qui correspond à un amortissement minimal de 98%. Dans ce cas, on obtient :For example, said maximum value of A 2 / A! is 2% (i.e. 1/50), which corresponds to a minimum amortization of 98%. In this case, we get:
B = 1h(5O,ÆB = 1h (5O, Æ
Afin d’obtenir une fluctuation de température suffisamment faible au niveau de la face avant 24 de l’appareil 10, l’épaisseur E de la façade 14 doit être choisie supérieure à la valeur Emin ainsi obtenue.In order to obtain a sufficiently low temperature fluctuation at the level of the front face 24 of the device 10, the thickness E of the front panel 14 must be chosen greater than the value Emin thus obtained.
Cependant, une façade plus épaisse présente une durée plus importante de montée en température.However, a thicker facade has a longer duration of temperature rise.
Avantageusement, le procédé de dimensionnement présente également une étape de détermination d’une valeur maximale Emax de l’épaisseur de la façade 14, afin de limiter la durée de montée en température. Ladite étape de détermination de la valeur Emax va maintenant être décrite.Advantageously, the dimensioning method also has a step of determining a maximum value Emax of the thickness of the facade 14, in order to limit the duration of temperature rise. The said step of determining the Emax value will now be described.
Tout d’abord, on détermine la puissance électrique maximale Pmax, apte à être fournie à la résistance électrique 22.First, the maximum electrical power Pmax is determined, capable of being supplied to the electrical resistance 22.
On détermine également une surface S de la face avant 24 de la façade 14. Il s’agit de la surface apte à émettre un rayonnement infrarouge sous l’effet d’une augmentation de température du matériau M.A surface S of the front face 24 of the facade 14 is also determined. It is the surface capable of emitting infrared radiation under the effect of an increase in temperature of the material M.
On détermine également un écart de température ΔΤ, correspondant à la montée en température maximale souhaitée pour la façade 14. Préférentiellement, ΔΤ est compris entre 50 °C et 80 °C et plus préférentiellement égàà 70 °C.A temperature difference ΔΤ is also determined, corresponding to the maximum temperature rise desired for the facade 14. Preferably, ΔΤ is between 50 ° C and 80 ° C and more preferably equal to 70 ° C.
On détermine également une durée maximale t de montée en température de ladite façade, selon ledit écart de température ΔΤ. Préférentiellement, t est comprise entre 45 mn et 75 mn et plus préférentiellement égale à 1 heure.A maximum duration t of temperature rise of said facade is also determined, according to said temperature difference ΔΤ. Preferably, t is between 45 min and 75 min and more preferably equal to 1 hour.
Ensuite, la valeur Emax est calculée selon la formule (2) ci-dessous :Then, the Emax value is calculated according to formula (2) below:
Pmax .tPmax .t
Pour limiter la durée de montée en température de la façade 14 en-deçà du niveau souhaité, l’épaisseur E de la façade 14 doit être choisie inférieure à la valeur Emax ainsi obtenue.To limit the duration of temperature rise of the facade 14 below the desired level, the thickness E of the facade 14 must be chosen to be less than the value Emax thus obtained.
De manière évidente, pour pouvoir dimensionner la façade 14 selon le procédé décrit ci-dessus, il faut que la valeur Emin calculée soit inférieure ou égale à la valeur Emax calculée. Le respect ou non de cette inégalité dépend d’une part des paramètres Cp, λ et p du matériau M, d’autre part de la surface S de la façade 14.Obviously, in order to be able to size the facade 14 according to the method described above, the calculated Emin value must be less than or equal to the calculated Emax value. Whether this inequality is respected or not depends on the one hand on the parameters C p , λ and p of the material M, on the other hand on the surface S of the facade 14.
Un procédé de conception de l’appareil de chauffage 10, relatif au choix du matériau M de la façade 14, va maintenant être décrit. Ce procédé relatif au choix du matériau M est par exemple mis en oeuvre à titre d’étape préliminaire du procédé de dimensionnement précédemment décrit.A method of designing the heating apparatus 10, relating to the choice of the material M of the facade 14, will now be described. This method relating to the choice of the material M is for example implemented as a preliminary step of the dimensioning method previously described.
Tout d’abord, une pluralité de matériaux émissifs M, est présélectionnée. Pour chacun desdits matériaux émissifs M,, la capacité thermique Cp, la conduction thermique λ et la masse volumique p sont déterminées comme décrit précédemment.First, a plurality of emissive materials M, is preselected. For each of said emissive materials M ,, the thermal capacity C p , the thermal conduction λ and the density p are determined as described above.
Par ailleurs, les paramètres ω, Pmax, ΔΤ et t décrits précédemment sont déterminés.Furthermore, the parameters ω, Pmax, ΔΤ and t described above are determined.
Par ailleurs, une valeur maximale souhaitée Smax de la surface S de la façade 14 est déterminée, notamment selon l’usage et le design souhaités pour l’appareil 10.Furthermore, a maximum desired value Smax of the surface S of the facade 14 is determined, in particular according to the use and the design desired for the device 10.
Ensuite, il est vérifié si chacun des matériaux émissifs présélectionnés M, correspond à l’inéquation (3) :Then, it is checked whether each of the preselected emissive materials M, corresponds to the inequality (3):
(3)(3)
Pmax. tPmax. t
Smax. âî,V(p. Cp)Smax. âî, V (p. Cp)
B étant une constante dépendant de la valeur maximale admissible pour le ratio A2/A! précédemment décrit.B being a constant depending on the maximum admissible value for the ratio A 2 / A! previously described.
Par exemple, comme précédemment, pour un ratio A2/A! inférieur ou égal à 2%, on a :For example, as before, for an A 2 / A ratio! less than or equal to 2%, we have:
B = ln(S0ù . /2B = ln (S0ù. / 2
Le matériau M de la façade 14 peut alors être choisi parmi les matériaux M, qui correspondent à l’inéquation (3) ci-dessus.The material M of the facade 14 can then be chosen from the materials M, which correspond to the inequality (3) above.
Pour une même série de matériaux émissifs présélectionnés M,, plus la valeur Smax est élevée, plus le nombre de matériaux correspondant à l’inéquation (3) risque d’être faible.For the same series of preselected emissive materials M ,, the higher the Smax value, the lower the number of materials corresponding to the inequality (3).
Exemple :Example:
Les matériaux indiqués dans le tableau 1 ci-dessous sont présélectionnés pour réaliser la façade 14 de l’appareil 10 :The materials indicated in table 1 below are preselected to make the front panel 14 of the device 10:
Tableau 1Table 1
Les valeurs Emin du tableau 1 sont calculées selon la formule (1), avec Θ = 40 s et une constante B pour un taux d’amortissement de l’onde thermique de 98%, soit :The Emin values of table 1 are calculated according to formula (1), with Θ = 40 s and a constant B for a damping rate of the thermal wave of 98%, that is:
B = tn(Stf).^2B = tn (Stf). ^ 2
Les valeurs Emax du tableau 1 sont calculées selon la formule (2), avec : Pmax = 400W ; S = 0,463 m2 ; ΔΤ = 70 °C et t = 1 h (soit 3600 s).The Emax values in table 1 are calculated according to formula (2), with: Pmax = 400W; S = 0.463 m 2 ; ΔΤ = 70 ° C and t = 1 h (i.e. 3600 s).
Pour réaliser un appareil 10 dimensionné selon le procédé décrit ci-dessus, les matériaux Mi utilisables sont tels que Emin < Emax, de manière équivalente à l’inéquation (3).To make an apparatus 10 dimensioned according to the method described above, the materials Mi which can be used are such that Emin <Emax, in a manner equivalent to the inequality (3).
Pour une façade 14 de surface maximale Smax = 0,463 m2, les autres paramètres 5 étant définis ci-dessus, seuls les matériaux Mb M3, M4 et M7 sont donc utilisables pour réaliser un tel appareil 10.For a facade 14 of maximum surface area Smax = 0.463 m 2 , the other parameters 5 being defined above, only the materials M b M 3 , M 4 and M 7 can therefore be used to make such an apparatus 10.
Claims (3)
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- 2016-12-02 FR FR1661853A patent/FR3059762B1/en active Active
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- 2017-12-04 EP EP17205288.8A patent/EP3339740A3/en not_active Withdrawn
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| EP3339740A3 (en) | 2018-11-14 |
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