Thermorégulateurs à bain ouvert
Une pompe refoule le fluide caloporteur depuis le réservoir (intégrant refroidisseur et chauffage) à travers le consommateur puis le ramène dans le réservoir. La sonde de température mesure la température du fluide et transmet cette valeur à l’entrée du régulateur du bloc de commande. Celui-ci régule la température du fluide caloporteur ainsi que - indirectement - la température du consommateur. Si la température du consommateur dépasse en cours de production la valeur de consigne paramétrée sur le régulateur, une électrovanne pilotée par ce dernier ouvre le circuit d’eau de refroidissement jusqu’à ce que la température du fluide caloporteur - et donc celle du consommateur - revienne à la valeur de consigne. Si la température du consommateur est trop faible, le chauffage est enclenché de la même manière.
On opère une distinction entre les thermorégulateurs fonctionnant avec de l’eau et ceux fonctionnant avec de l’huile caloporteuse. Les régulateurs fonctionnant à l’eau présentent en général une température de départ maximum 90 °C et d’environ 230 °C s’il s’agit d’appareils à eau sous pression, alors que ceux fonctionnant à l’huile sans superposition de pression ont une température de départ de 350 °C.
2.1 Régulateurs à bain chauffant
2.1.1 Principe
L’eau de circulation ou l’huile caloporteuse sont en contact direct avec l’oxygène atmosphérique. Il s’agit d’un bain chauffant. Le réservoir sert en même temps de vase d'expansion.
2.1.2 Utilisation
Le principe du bain chauffant convient pour des systèmes fonctionnant à l’eau ou à l’huile avec des températures de départ de maximum 90 ou 150 °C respectivement. Comme l’eau s’évapore fortement au-delà de 90 °C, des appareils à eau sous pression sont mis en œuvre pour un fonctionnement à l’eau au-delà de 90 °C. À partir de quelque 150 °C, l’huile caloporteuse a également tendance à s’évaporer. Les vapeurs d’huile ne sentent pas bon et sont même inflammables dans certaines conditions. Au-delà de 150 °C, il n’est donc pas recommandé d’utiliser des régulateurs à bain chauffant.
2.1.3 Construction / fonctionnement
Les régulateurs sont en général conçus comme suit : une pompe immergée est aménagée sur le réservoir. Il s’agit dans la plupart des cas d’une pompe centrifuge. L’aménagement à la verticale sur le couvercle du réservoir présente l’avantage de l’absence de problèmes d’étanchéité puisque la pompe est entièrement immergée dans le fluide. Le chauffage est immergé dans le réservoir et baigne dans le fluide caloporteur. Il convient de tenir compte des critères ci-dessous en cas d’utilisation d’huile caloporteuse (l’eau n’est pas critique à cet égard):
Dans le cas d’un fonctionnement à l’huile caloporteuse, le bon rapport entre la puissance de chauffage (charge spécifique de la surface chauffante) et la capacité de pompe (vitesse d’écoulement sur la surface de chauffage) a un impact considérable sur la longévité de l’huile. Plus la charge spécifique de la surface chauffante est élevée et plus la vitesse d’écoulement est faible, plus la charge thermique de l’huile caloporteuse est élevée et plus la longévité est entravée.
L’ampleur de la température de départ est un autre critère décisif pour la longévité de l’huile. En cas de dimensionnement défavorable du régulateur, l’huile se décompose rapidement et sa longévité est considérablement réduite.
Les dépôts s’accumulant à la surface des éléments de chauffage suite à cette décomposition agissent comme une couche isolante qui avec le temps provoque la destruction des éléments de chauffage. La température de film constitue un paramètre important pour le dimensionnement du réchauffeur. La température de film est la température du fluide caloporteur directement sur la surface de chauffage.
Pour ne pas soumettre l’huile caloporteuse à une surcharge thermique, il est interdit de dépasser la température de film maximum indiquée par le fabricant au sein du régulateur (réchauffeur). Comme la construction des régulateurs à bain chauffant ne permet pas de connaître précisément les conditions d'écoulement sur la surface chauffante - c.-à-d. qu’il n’est pas possible de calculer la température de film maximum -, la charge spécifique de la surface chauffante doit être aussi faible que possible : elle est en général en-deçà de 2,5 W/cm2.
Comme précisé précédemment, une faible charge spécifique de la surface chauffante ne suffit pas à elle seule pour évaluer la durée de vie de l’huile et le dimensionnement correct du thermorégulateur. Partant du principe du bain chauffant, une faible charge est toujours à privilégier
par rapport à une charge plus forte. Les conditions d'écoulement plus vagues sont un motif pour lequel certains fabricants de thermorégulateurs (par ex. Regloplas) ne recommandent le principe du bain chauffant que jusqu’à environ 150 °C pour le fonctionnement à l’huile caloporteuse. D’autre part, cette construction est relativement bon marché et convient parfaitement pour une mise en œuvre jusqu’à 150 °C.
Dans notre exemple, le refroidisseur est un serpentin de refroidissement intégré au réservoir, à travers lequel l’eau de refroidissement circule et qui baigne dans le fluide caloporteur. Dans les régulateurs utilisant l’eau comme fluide caloporteur, ce serpentin de refroidissement est remplacé par un échangeur à plaques. Les avantages résident dans une puissance de refroidissement élevée pour des dimensions relativement faibles et une bonne interchangeabilité.
L’électrovanne s’ouvre dès qu’un refroidissement est requis. Il s’agit d’une vanne On/Off. Des vannes proportionnelles de réglage peuvent également être utilisées pour des exécutions spéciales mais elles sont nettement plus onéreuses – sans parler de leur technique de régulation largement plus complexe. La sonde de température mesure la température du fluide caloporteur et transmet cette valeur à l’entrée du régulateur. Ce sont souvent des résistances thermométriques Pt 100 ou des thermocouples de type J (Fe-CuNi). Le contrôle de niveau se compose d’un flotteur dans le réservoir qui, en cas de niveau du liquide faible, actionne un contacteur. Ce contacteur coupe l’alimentation des circuits des pompes et de chauffage (protection contre la marche à sec).
Le thermostat de sécurité coupe l’alimentation du circuit de chauffage dès que la température de départ maximum est atteinte. Le bloc de commande abrite tous les composants requis pour la commande et la surveillance automatique (boutons poussoirs, contacteurs, relais thermique pour le moteur de pompe, etc.). Il abrite également le régulateur de température. Pour des raisons de sécurité, le bloc de commande doit être séparé de la partie mécanique (section de refoulement). Les composants électriques doivent en outre être protégés contre tout contact accidentel de l’extérieur. Cette protection contre les contacts accidentels doit au moins correspondre au degré de protection IP40.
Le régulateur présente trois positions « Chauffage – Neutre – Refroidissement » avec par ex. comportement PlD ou PD/PID. Les coupe-circuit automatiques - ou coupe-circuit à fusible en cas de contacteurs à semi-conducteur - coupent l’alimentation des composants à protéger (chauffage, etc.) en cas de surcharge ou de court-circuit.
2.1.4 Avantages
- Prix avantageux
- Construction simple