Brevet FR2163403A1 — publié le 19730727

La présente invention concerne une chaudière à accumulation de chaleur pour un chauffage à eau chaude ayant un accumulateur pouvant étre chargé et qui est entouré d'un isolant et pourvu de canaux verticaux, qui communiquent par une chambre de stockage supérieure et une chambre de stockage inférieure. Cette communication entre les deux chambres est dans le cas d'une chaudière accumulateur de chaleur de l'état de la technique, Xe circuit pri cie cflaieur maire de la chaudière qui est conduit par un échangeur/pous y réchauffer l'eau de chauffage du circuit secondaire. Dans ce cas, le milieu récepteur de chaleur du circuit primaire est de l'eau, qui se vaporise dans les canaux de l'accumulateur pourvu de tubes en acier spécial. Avec l'émission de chaleur à l'eau de chauffage dans l'échangeur de chaleur, l'eau se condense à nouveau pour entrer à nouveau dans l'accumulateur par la chambre inférieure de stockage. La phase vapeur nécessaire du milieu du circuit primaire, exige des températures élevées du noyau de l'accumulateur, vu que la vapeur ne peut pas être produite autrement. Un autre inconvénient de ce genre de chaudière, est le fait que le noyau d'accumulateur ne peut pas être déchargé aussi bas, comme ceci est possible avec un équipement de chauffage-accumulateur de chaleur avec circulation d'air En outre, pendant la formation de la vapeur et de l'eau de condensation, il peut se produire des tampons, et finalement deux circuits d'eau présentent un plus grand danger de fuite du liquide, en particulier à cause de la charge élevée des tubes disposés dans le noyau de l'accumulateur. La présente invention a pour objet une chaudiere-accumula- teur de chaleur améliorée qui peut utiliser dans le circuit primaire de l'air comme milieu échangeur de chaleur pour mieux utiliser la capacité d'accumulation du noyau d'accumulateur comme dans le cas des équipements de chauffage à accumulateur de chaleur et pour éviter les inconvénients d'accumulateur à circulation d'eau. Tandis que, la circulation de l'eau dans le circuit primaire connu est maintenue indépendante par la pression de la vapeur d'un côté et par la dépression par la condensation de la vapeur d'un autre côté, il se pose pour l'utilisation de l'air comme milieu du circuit primaire le problème de savoir comment produire une circulation forcée du milieu qui soit assez importante, lorsque beaucoup de chaleur est demandée et ceci sans ventilateur. L'invention prévoit donc une chaudière-accumulateur de chaleur pour chauffage à eau chaude avec un accumulateur qui peut être chargé, entouré d'un isolant et traversé de canaux verticaux qui sont en communication au moyen d'une chambre de stockage supérieure et d'une chambre de stockage inférieure, la liaison allant par un échangeur de chaleur. L'invention consiste en deux chambres d'eau communiquantesetisolées de l'extérieur d'un circuit primaire fermé pour l'air chauffé dans les canaux du noyau de l'accumulateur, dont la circulation est réglée au moyen d'un dispositif de soupapes commandées par température et dont le débit augmente avec une augmentation de la demande en chaleur. L'invention repose sur le fait que, dans les canaux d'air verticaux disposés à l'extérieur des couches isolantes l'air qui échange sa chaleur devient plus lourd et tombe tandis, que l'air chauffé dans les canaux intérieurs du noyau d'accumulateur a une tendance à monter Ceci provoque une circulation automatique d'air primaire et il se produit un échange de chaleur , vu que l'eau de chauffage monte du bas vers le haut lorsqu'elle est chauffée. Une telle circulation automatique semblable ne peut être réalisée qu' avec la phase vapeur lorsque l'eau est utilisée comme moyen échangeur de chaleur pour le circuit primaire, car autrement il ne se présente aucune différence de densité pouvant provoquer la circulation. La densité de l'air par contre, change déjà de façon importante à des températures sous 1000C.Ces propriétés physiques justifient l'emploi de l'air dans le circuit primaire à la place de l'eau comme moyen de transfert de chaleur. Pour les mêmes raisons, la décharge du noyau de l'accumulateur peut être poussée plus loin que dans le cas ou l'eau est utilisée comme milieu de transfert dans le circuit primaire ,vu que la circulation automatique se produit même en dessous de la température d'ébullition de l'eau. Le dispositif de soupapes commandé par température, a pour objet de réduire , ou d'augmenter le débit d'air selon la demande en chaleur. Pendant le procédé de chargement, le dispositif de soupapes est fermé avec le démarrage du chargement. Après quoi, l'eau de chauffage, dans les chambres d'eau par conduction directe par les couches isolantes est gardée à une température suffisante pour la nuit d'environ 350C vu qu'une perte de chaleur par rayonnement vers l'extérieur est évitée, par une isolation extérieure. Les chambres d'eau se composent de systèmes à tubes à prolongements en mamelles qui se prolongent dans les canaux d'air extérieurs pour améliorer le transfert de chaleur entre l'air et l'eau de chauffage. Tel que décrit jusqu'à maintenant, la circulation d'air à travers les canaux du noyau d'accumulateur et les canaux extérieurs à côté des chambres d'eau se fait d'elle même. Avec une faible demande en chaleur, la commande de soupape pourrait être à ce point surmenée lorsqu'avec un accumulateur chargé, c'est-a-dire avec un air primaire très chaud, la circulation doit être étranglée avec précision. Dans un autre arrangement, on se sert de la chute de température à travers les couches isolantes afin, de réduire la précision du mode de travail du dispositif de soupapes. Dans ce but, l'invention prévoit une autre paire de canaux à travers les couches isolantes pour relier les deux chambres à eau.Les extrémités des canaux ayant la même action sont reliées à une chambre intermédiaire avant que le dispositif de soupape ne libère le circuit d'air par les canaux de l'accumulateur. Ceci permet qu' avec une faible demande en chaleur, de n'utiliser qu'un courant d'air entre les canaux et les couches isolantes qui sont toujours dans une zOne de température plus basse. Le déchargement de l'air très chaud venant des canaux de l'accumulateur est donc ainsi retardé, car seulement avec une demande plus grande, le noyau sera inclus dans le circuit. Les chambres et le dispositif de soupapes sont disposés à proximité des extrémités inférieures des canaux. Le dispositif de soupapes comprend des plaques de soupape, qui se lèvent vers le haut de façon télescopique. La plaque du bas redd étanche la chambre en communication avec les canaux extérieurs contre l'air extérieur et lors d'une dépression dans la chaudière, s'ouvre d'elle-même à la façon d'une soupape d'aspiration. La plaque intermédiaire et la plaque supérieure de soupape lors du déchargement de l'accumulateur relient d'abord la chambre extérieure à la chambre intermédiaire puis, finalement la chambre intérieure aux deux autres chambres. La disposition des chambres individuelles et du dispositif de soupapes dans la zône des extrémités inférieures des canaux a pour résultat que non seulement, les plaques de soupapes se ferment par leur propre poids, mais qu'une dépression à l'intérieur des canaux pour l'aspiration de l'air extérieur permet aux plaques de s'ouvrir automatiquement, ce qui est particulièrement le cas pour la plaque de soupape inférieure qui rend étanche la chambre extérieure. Lorsque l'air chauffé pendant le chargement de l'accumulateur s'est dilaté, ce volume supplémentaire s 'échappant- par la soupape de sûreté il se produit après le chargement graduellement une dépression par rapport à l'atmosphère extérieure quand toutes les soupapes restent fermées et qu'elles sont absolument étanches (ce qui n'est pas possible en pratique). Pour la chaudière complètement fermée et théoriquement étanche, la chambre de stockage supérieure représente le réservoir de compensation pour la pression et la dépression à l'intérieur de la chaudière. I1 ne se produit donc aucune circulation d'air parce qu'aucune compensation d'un potentiel plus élevé vers un potentiel plus bas ne peut se faire aussi longtemps que, les soupapes restent fermées. Les soupapes présentent selon leur étanchéité par rapport à une compensation continuelle de potentiel une plus ou moins grande résistance. Les masses d'air dans les canaux maintiennent l'équilibre dans la chaudière. Seulement lorsque, la soupape du bas est ouverte, il se produit une compensation par tous les canaux avec l'atmosphère extérieure.De l'air chaud ne peut en tout cas, jamais s'échapper de la soupape inférieure ouverte vu que, cet air est toujours plus léger que l'air venant de l'atmosphère. Le dispositif de soupapes est commandé par la température du circuit de tête de façon que la température choisie soit maintenue par le circuit d'air dans les canaux extérieurs, les canaux des couches isolantes et/ou les canaux de l'accumulateur, selon le potentiel de température de l'air à considérer en tenant compte de l'état de déchargement de l'accumulateur pour maintenir la température du circuit de tête. L'intensité du circuit d'air dépend de la différence entre les densités de l'air dans les canaux intérieurs et extérieurs, la vitesse de l'air étant d'autre part une fonction de cette intensité. Vu que le réglage de la température du circuit d'eau de tête, se fait par le dispositif de soupapes, il peut se présenter très vite la condition dans laquelle, le dispositif de soupapes est complètement ouvert, lorsque le déchargement augmente avec une demande en chaleur plus élevée.Alors, on ne peut plus avoir d'influence sur le débit d'air au moyen du dispositif de soupapes. Le déchargement suivant de l'accumulateur dépend alors uniquement des différences de densités de l'air respectivement du tirage de la cheminée, qui devient toujours plus faible. Selon l'invention on doit aussi pouvoir influencer le débit d'air lorsque le dispositif de soupapes est grand ouvert pour maintenir la température nominale aussi longtemps, que le permet l'accumulateur. Ceci peut être réalisé par un ventilateur pour accélérer le circuit par une boucle formée dans l'une des chambres de stockage. Cette boucle permet cependant, un déchargement statique à l'arrêt des ventilateurs parce que l'air prend le chemin de moindre résistance sans passer par la boucle.Avec la mise en marche des ventilateurs, le fonctionnement de la chaudière devient dynamique vu qu'un courant artificiel, est produit dans les canaux. Selon l'invention, le ventilateur ou les ventilateurs, peuvent être mis en marche, sans tenir compte de la position des soupapes, comme par exemple pour utiliser momentanèment le fonctionnement dynamique pour un réchauffage rapide de l'eau de chauffage. Cependant, le temps ou l'instant de mise en marche des ventilateurs doit être commandé par la température de l'eau. A cause de la réduction de la chaleur spécifique de l'air avec une température en baisse, il est recommandé d'augmenter la vitesse de rotation des ventilateurs graduellement ou continuellement au cours du reste du déchargement de l'accumulateur. Lorsqu'en plus, des canaux extérieurs et des canaux de l'accumulateur, il est prévu d'autres canaux qui traversent la zône de température moyenne des couches isolantes, alors il faut seulement utiliser les ventilateurs lorsque les canaux de l'accumulateur sont inclus dans le circuit d'air, afin d'atteindre un déchargement complet de l'accumulateur,au moyen du fonctionnement dynamique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: La Figure 1 est une coupe verticale d'une chaudière sans ventilateur. La Figure 2 est une coupe selon la ligne II-II de la Figure 1. La Figure 3 est une coupe verticale de la chambre de stockage inférieure d'un mode de réalisation avec un ventilateur radial. La Figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la Figure 3. La chaudière consiste en un noyau d'accumulateur 1 qui peut être changé au moyen de courant électrique pendant la nuit. Le noyau 1 est entouré d'une couche isolante 2 et le tout d'une enveloppe extérieure 20 en matériau isolant. Le noyau d'accumulateur 1 est traversé par trois canaux d'air verticaux 3. Chacune des couches isolantes 2 a un canal d'air 4. A l'extérieur des couches isolantes 2 est disposé un système de chambre à eau 6, pour recevoir l'eau de chauffage qui doit être chauffée et qui forme avec les canaux d'air 7, un échangeur de chaleur pour le transfert de la chaleur d'air à l'eau de chauffage. Ces systèmes 6 en forme de plaques, sont reliés dans le bas avec une liaison transversale 9 et dans le haut avec une liaison transversale 8, à laquelle est raccordée la conduite du chauffage central.Le retour se fait par la liaison transversale 9, les systèmes 6 des chambres à eau se composent de systemes de tubes avec des lamelles 6a qui s'étendent dans les canaux'7, tel que montré sur la Figure 2. Les canaux d'air 3,4 et 7 se joignent en haut dans une chambre de stockage 10 et dans le bas dans une chambre divisée 11, îîa et 12. Cette division de la chambre du bas par les éléments 14 et 15 pour former les parties 11, îîa et 12 de ce mode de réalisation a pour but, que l'air montant dans les canaux 4, de l'isolation 2 avec une température plus basse peut être utilisé seul, ou en mélange avec l'air chaud des canaux 3, pour le transfert de chaleur. Pour ceci, on utilise en coopération avec la division de la chambre inférieure des plaques de soupape 16,17 et 18 commandées par un levier 23.Ce levier 23, est commandé par température, il est pivoté de sa position inférieure, dans laquelle il se trouve pendant le chargement de l'accumulateur, vers le haut dans une position déterminée par une déviation vers le bas de la température nominale et vers le bas dans le cas contraire. Le dispositif pour la commande, dépendant de la température, des soupapes 16,17 et 18 n'est pas représenté sur les dessins. Pendant le chargement, lorsquil n'y a aucune demande de chaleur, toutes les soupapes reposent sur leur siège, la plaque 16 ferme l'ouverture 20 de l'enveloppe 20, en fonctionnant comme une soupape d'aspiration. La plaque intermédiaire 17, ferme l'ouverture 15a de l'élément 15 en forme de bac, tandis que, la plaque de soupape 18 ferme l'ouverture 14a de l'élément en forme de bac 14, lorsque le levier de commande 22 et le levier 23 se trouvent dans la position de charge en pointillé. Dans le cas ou la chau dière est mise en état de décharge à une heure déterminée de la journée, alors la plaque de soupape 16 se soulève d'une distance nécessaire pour aussi soulever la plaque de soupape intermédiaire 17 de son siège.Vu que l'air se trouvant dans les canaux extérieurs 7 a au plus la température de l'eau de chauffage qui se trouve dans le système de tubes 6, qui avec le noyau 1 chargé a toujours une température supérieure à celle de l'air des canaux 4 de l'isolation 2, elle a toujours une tendance à s'abaisser et à pousser l'air vers le haut dans les canaux 4 par l'ouverture 15a et la chambre intermédiaire 12. On a pour résultat une circulation automatique dans laquelle l'air ascendante de la chambre de stockage 10 ne peut descendre que par les canaux 7 de l'échangeur de chaleur.Lorsque la teneur en chaleur de l'air chauffée dans les couches isolantes ne suffit plus pour remonter la température nominale ou de consigne, alors il faut monter un peu plus la tige de réglage 22, de façon que la plaque de soupape intermédiaire 17 relave la plaque de soupape supérieure 18, afin d'inclure dans le circuit d'air primaire la chambre intérieure 11 et avec elle les canaux 3. L'air plus chaud des canaux du noyau 3 ne sont utilisés que peu de temps sous certaines conditions pour l'échange de chaleur de façon qu'en particulier dans les premiers moments de décharge que la plaque de soupape 18 s'ouvre et se ferme alternativement. D'autre part, un étranglement progressif du circuit primaire est possible par une position intermédiaire des plaques de soupape 17 et 18.Pendant le fonctionnement en décharge, l'ouverture inférieure 22 de l'enveloppe est toujours ouverte pour tenir compte du changement de volume de l'air en circulation. La quantité d'air admise correspond toujours à la dépression atmosphérique par rapport à l'air extérieur. Pendant le chargement du noyau de l'accumulateur sans demande de chaleur, l'ouverture 20a et au moins aussi l'ouverture 15a entre la chambre extérieure lla et la chambre intermédiaire 12 sont fermées, afin d'empêcher toute circulation d'air qui pourrait déclencher un transfert de chaleur. L'eau de chauffage dans les systèmes de tubes 6 sera pendant le chargement, gardée une température d'environ 350C au moyen des couches isolantes 2. Cependant que l'air se dilate dans les canaux pendant le chargement, il faut prendre des précautions pour éviter que la pression ne devienne dangereuse pour la chaudière. Pour cette raison, la chambre de stockage supérieure 10 est en communication avec une soupape de sûreté réglée à une certaine pression d'air, produite dans le noyau d'accumulateur, qui se trouve en dessous de la pression d'air qui pourrait déclencher une circulation d'air indésirable entre les canaux extérieurs 7 de l'échangeur de chaleur et les autres canaux d'air 3 provoquée par la non étanchéité du dispositif de soupape fermé. Le mode de réalisation de chaudière selon les figures 3 et 4 n'est pas différent de celui des figures 1 et 2 par la disposition et le nombre de canaux d'air. Mais selon la figure 3, la chambre de stockage inférieure est séparée par des éléments inclinés en forme de bac pour former une chambre intérieure 11 de laquelle partent les canaux 3 du noyau d'accumulateur 1, une chambre intermédiaire 12 et une chambre extérieure pila. Cette chambre extérieure îîa est selon l'invention divisée en moyens de conduite supplémentaires 24 en forme de bac pour former une boucle ou conduite de dérivation aussi appelée "bypass" dans laquelle est disposé un ventilateur radial 26.La partie d'entrée de la boucle présente par rapport au ventilateur radial une chambre de dépression atmosphérique par quoi les cOtés de refoulement des ventilateurs se terminent dans la chambre extérieure lla par l'autre partie 25a de la boucle 25 devant le dispositif de soupape et qui est désignée généralement par V (Figure 4). Le fonctionnement de la chaudière-accumulateur de chaleur tel que décrit est le suivant. Au début du déchargement, l'air qui descend des canaux extérieurs 7 prend le chemin des canaux 4 des couches isolantes 2 par la chambre extérieure îîa et le chambre intermédiaire 12. Après un certain temps de décharge, le dispositif de soupape V tel que décrit plus haut s'ouvre assez, de façon à inclure aussi dans le circuit d'air les canaux 3 du noyau d'accumulateur 1 par la chambre intérieure 11. Le fonctionnement de la chaudière est purement statique vu que les ventilateurs sont arrêtés, et que les boucles 25 sont fermées; Lorsque les ventilateurs 26 sont mis en service arbitrairement ou par la températurede l'eau, l'air venant des canaux extérieurs 7 passe par les boucles 25 tel que représenté par les flèches 27. De préférence, les ventilateurs sont mis en service que lorsque les canaux 3 sont inclus dans le circuit, de façon à obtenir un fonctionnement dynamique jusqu'à l'épuisement du noyau d'accumulateur 1. Dans la phase de fonctionnement dynamique avec l'emploi préférentiel des canaux 3 et non l'emploi des canaux 4 les parties 25a des boucles 25 sont de chaque côté du dispositif de soupapes V et de l'ouverture 20a dirigées un peu vers le haut pour faciliter le passage de la chambre intermédiaire 12. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Chaudière-accumulateur de chaleur pour chauffage à l'eau chaude avec un accumulateur qui est entouré d'une couche isolante et traversé de canaux verticaux qui se communiquent par une chambre de stockage supérieure et une chambre de stockage inférieure par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur, caractérisée en ce qu'elle comprend deux chambres à eau isolées (6) qui communiquent entre elles et qui sont séparées des couches isolantes (2), un circuit primaire fermé constitué par les canaux { 1 entre les couches isolantes et les chambres à eau pour la circulation de l'air réchauffé des canaux (3) du noyau d'accumulateur (1) la circulation étant réglée par un dispositif de soupapes commandé par température (16, 17, 18) dont l'ouverture se règle avec la demande en chaleur. 2. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que les chambres à eau se composent de systèmes à tubes en forme de plaques. 3. Chaudière selon la revendication 2, caractérisée en ce que les systèmes à tubes (6) comprennent des prolongements (6a) en forme de lamelles qui s'étendent à l'intérieur des canaux d'air extérieurs (7). 4. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une autre paire de canaux (4) traversant les couches isolantes (2) et reliant les deux chambres à eau (10)rend pectivementCîî, îîa, 12) les extrémités des canaux étant reliées à leur chambre respective, la chambre intermédiaire (12) peut être reliée à la chambre (1 la) et aux canaux extérieurs (7) par l'intermédiaire du dispositif de soupape (16, 17, 18) au début du déchargement,avant que le dispositif de soupape ne libère le circuit -d'air par les canaux (3) du noyau d'accumulateur (1). 5. Chaudière selon la revendication 4, caractérisée en ce que les chambres (11, 12, lîa) se trouvent dans la zone des extrémités du bas des canaux et que le dispositif de soupape se compose de plaques de soupapes (16, 17, 18) qui s'ouvrent vers le haut, de façon télescopique, la plaque inférieure (16) rend étanche contre l'air extérieur, les canaux extérieurs (7) qui communiquent avec la chambre (lia) et qui lors d'une dépression atmosphérique dans la chaudière s'ouvre d'elle-même à la façon d'une soupape d'aspiration, la plaque intermédiaire (17) et la plaque supérieure (18) lors du déchargement de l'accumulateur (1) relient d'abord la chambre extérieure (lia) à la chambre intermédiaire (12) puis finalement les chambres intérieures (11) et les canaux (3) avec les deux autres chambres (lla et 12). 6. Chaudière selon l'ensemble des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la chambre supérieure de stockage (10) est reliée à une soupape de sûreté qui est réglée à une pression inférieure à celle qui provoquerait une circulation indésirable dans les canaux(3, 4) dûe à une non étanchéité du dispositif de soupape fermé (16, 17, 18). 7. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que le courant d'air circulant, dans la paire de canaux extérieurs (7) peut être accéléré momentanément au moyen d'un ventilateur (26) par la boucle (25). 8. Chaudière selon la revendication 7, avec une paire supplémentaire de canaux traversant les couches isolantes associés à une chambre intermédiaire de la chambre de stockage inférieure et à un dispositif de ventilation, ces canaux reliant au début du déchargement la chambre intermédiaire avec les paires de canaux extérieurs, avant que le dispositif de soupapes ne libère le circuit d'air par les canaux de l'accumulateur, caractérisée en ce que les ventilateurs (26) ne sont mis en marche que lorsque les canaux (3) de l'accumulateur (1) sont inclus dans le circuit d'air. 9. Chaudière selon les revendications 7 et 8, caractérisée en ce qu'elle comporte deux ventilateurs radials (26) à cOté du dispositif de soupape (V) la partie fonctionnant comme chambre de dépression étant formée par la boucle (25) et l'autre partie (25a) de la boucle (25) formant le côté de refoulement devant le dispositif de soupape (V).