Brevet FR2227501A1 — publié le 19741122

La présente invention se rapporte aux cylindres à eau chaude pour usages domestiques. Il est connu d'assurer l'alimentation en eau chaude pour usages domestiques en chauffant de l'eau contenue dans un grand cylindre de cuivre (typiquement, d'une capacité de 90 à 140 litres environ) au moyen d'un dispositif de chauffage électrique immergé ou d'un échangeur de chaleur comprenant un serpentin en tube de cuivre par lequel on fait passer de l'eau chaude (ou un autre fluide) provenant d'une chaudière. Le serpentin s'étend en général sur une grande partie de la hauteur du cylindre.Du fait que l'eau chauffée chasse l'eau plus froide vers le fond du réservoir, la prise est en général disposée en haut du cylindre et, pour empêcher le mélange fâcheux, avec l'eau chaude restant dans le cylindre, de l'eau froide qui entre pendant que de l'eau chaude est soutirée, l'entrée d'eau froide dans le cylindre se trouve près de son fond. Jusqu'à présent, les températures typiques des chaudières étaient de l'ordre de 71 à 82 C. Cependant, il est proposé à présent des systèmes de chauffage central sous pression permettant d'utiliser des températures de chaudière plus élevées (et par conséquent d'obtenir de meilleurs rendements), de l'ordre de 100 à 1050C environ. Du fait que la température à laquelle est chauffée l'eau dans le cylindre n'est en général que légèrement inférieure à la température de liteau (ou d'un autre fluide) parcourant le serpentin de l'échangeur de chaleur, l'eau contenue dans le cylindre atteint une température excessive (de tordre de 93 à 99 C). On peut empêcher la température de l'eau au sommet du cylindre de dépasser une température de sécurité (par exemple 71 C) inférieure aux températures ci-dessus, en utilisant un thermostat et une soupape commandée de façon appropriée pour couper, lorsque la température de sécurité est atteinte, le courant d'eau très chaude provenant de la chaudière et parcourant le serpentin de l'échangeur de chaleur.Cependant, lorsque l'échan- geur de chaleur fonctionne à des températures très élevées,l'eau qui monte dans le cylindre va être à une température correspondante lorsqu'elle atteindra le haut du cylindre où est monté le thermostat et, sauf si de l'eau est soutirée, le thermostat sera actionné et empêchera le reste de l'eau d'être chauffé Si le thermostat se trouve plus près du fond du cylindre (ce qui était le cas jusqu'à présent), on obtient une couche d'eau chaude plus profonde, mais cela permet à la température de l'eau se trouvant à la partie supérieure de la couche d'atteindre une valeur excessive avant que le thermostat entre en action, ce qui est inacceptable. Le gradient de température est le même, que le dispositif de chauffage soit un serpentin d'échangeur de chaleur ou un dispositif de chauffage électrique immergé. En conséquence, selon l'invention, dans un cylindre à eau chaude pour usages domestiques dont une région inférieure reçoit de la chaleur, un dispositif de cloisonnement est placé entre la région inférieure chauffée et le haut du cylindre pour réduire le débit d'eau chaude et d'eau froide passant d'une région à l'autre. Ce débit limité entraine la présence d'une couche d'eau très chaude sous le dispositif de cloisonnement, les quantités faibles et à vitesse relativement basse qui s'échappent vers le haut étant refroidies par l'eau qui se trouve au-dessus dudit dispositif, de sorte que la couche d'eau se trouvant en haut du cylindre n'atteint pas une température excessive peu après le début du chauffage, comme cela peut se produire en l'absence de dispositif de cloisonnement. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif de cloisonnement est constitué par une plaque qui divise l'intérieur du cylindre en une section supérieure et une section inférieure, dans laquelle se trouve Le dispositif de chauffage, la plaque comportant au moins deux ouvertures dont chacune est entourée sur la face inférieure de la plaque par un tube qui descend à partir de celle-ci dans la section inférieure du cylindre. Les tubes peuvent avoir des longueurs identiques ou différentes, et ils peuvent avoir des diamètres identiques ou différents Selon une caractéristique préférée de l'invention, l'entrée d'eau froide dans le cylindre se trouve juste au-dessous de la cloison. Il s'avère que cela améliore le mélange de l'eau très chaude et de l'eau froide, par rapport à la position plus classique, ctest-à-dire près du fond du cylindre, de l'entrée d'eau froide. On obtient une autre amélioration du mélange en montant une plaque déflectrice au voisinage de l'entrée d'eau froide dans le cylindre, pour dévier dans une direction générale ascendante le courant d'eau froide à son entrée. Du fait que la section transversale des ouvertures est de faible dimension, il est préférable d'incorporer, dans le tuyau d'alimentation amenant l'eau froide à l'entrée du cylindre, un dispositif adoucisseur d'eau pour prévenir la formation de tartre. On réduit de préférence la corrosion de façon connue en montant, à l'intérieur du cylindre, une anode en une matière appropriée, par exemple en aluminium. De façon appropriée, cette anode se trouve en haut du cylindre, de sorte qu'on peut la remplacer lorsque c'est nécessaire, sans évacuer tout le contenu du cylindre. Lorsque le chauffage est effectué par un serpentin d'échangeur de chaleur, le courant de fluide chauffé parcourant le serpentin est réglé par une soupape électromagnétique, elle-même commandée par un thermostat situé, de façon avantageuse, au sommet du cylindre. Lorsque le chauffage est effectué par un élément chauffant électrique du type dit immergé, son alimentation en courant est commandée par un thermostat situé, de façon avantageuse, au sommet du cylindre. Le dispositif de cloisonnement peut être en n'importe quelle matière appropriée, par exemple en métal ou en matière plastique, ou en feuilles de fibre de verre liées par de la résine. L'invention est décrite ci-après à l'aide de deux-de ses modes de réalisation, donnés uniquement à titre illustratif et sans caractère limitatif, en se référant aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue avec arrachement partiel d'un cylindre en deux parties comprenant une cloison de séparation la figure 2 est une vue en plan du cylindre de la figure 1, suivant la ligne Il-Il de ladite figure ; la figure 3 est-une vue analogue à la figure 1 d'un cylindre en deux parties comprenant un élément chauffant immergé ;; la figure 4 est une vue en plan, suivant la ligne IV-IV de la figure 3 La figure 1 représente un cylindre d'eau chaude pour usages domestiques classique 10, avec arrachement partiel pour faire apparaître un serpentin d'échangeur de chaleur 12 qui est ali menté par de l'eau chaude provenant d'une chaudière (non représentée) au moyen d'un tuyau d'amenée d'eau chaude 14, l'eau étant renvoyée à la chaudière par un tuyau de retour 16. De l'eau froide est envoyée au cylindre par une entrée d'eau froide 18 et l'eau chaude pour les usages domestiques est prélevée par un tuyau de sortie 20 disposé à la partie supérieure. Le courant d'eau chaude dans le serpentin 12 est réglé par une soupape électromagnétique 22 commandée elle-même par un thermostat (représenté schématiquement en 24) situé en haut du cylindre. L'action du thermostat est de provoquer la fermeture de la soupape 22, lorsque la température des couches supérieures d'eau dans le cylindre dépasse une valeur acceptable pour l'eau chaude domestique (typiquement de l'ordre de 60 à 82 C). La corrosion dans le cylindre est limitée, de façon connue, par une anode en aluminium (représentée schématiquement en 26). La position indiquée est une position préférée, car l'anode peut devoir être remplacée de temps en temps. Si elle est située en haut du cylindre, on peut effectuer ce remplacement sans évacuer tout le contenu du cylindre 10. Bien qu'on ne lait pas représenté, un élément faisant partie intégrante de l'installation d'amenée d'eau froide au cylindre peut être constitué par un dispositif de détartrage adoucisseur d'eau, pour prévenir la formation de tartre, comportant typiquement une cartouche remplaçable contenant une matière chimique appropriée. Le cylindre 10 est divisé intérieurement par une plaque 28 qui peut être en métal ou en matière plastiqueuen feuilles superposées de fibres liées par de la résine,et qui repose et est fixée (par exemple par brasage) sur un rebord annulaire intérieur 30 formé par un enfoncement de la paroi latérale du cylindre sur environ 6,35 mm. On choisit la position du rebord 30 de façon que le volume intérieur du cylindre soit divisé approximativement dans le rapport de un tiers au-dessus de la plaque pour deux tiers au-dessous . Il y a lieu de noter que ce rapport est uniquement préféré et que l'invention ne se limite pas à la division du cylindre dans ce rapport ou dans tout autre rapport particulier. Un serpentin de chauffage 12 est situé au-dessous de la plaque 28 et deux tubes 32, 34 sont fixés par leurs extrémités supérieures à la face inférieure de la plaque 28, de façon à en tourer séparément deux ouvertures circulaires 36 et 38, respectivement. Bien qu'on les ait représentés avec la même longueur, les deux tubes 32 et 34 peuvent avoir des longueurs différentes, le plus court devenant automatiquement celui par lequel l'eau chauffée sort de la section inférieure du cylindre, liteau plus froide chassée de la section supérieure revenant par le tube le plus long. L'entrée d'eau froide 18 du cylindre 10 est située juste au-dessous de la plaque 28 et une plaque déflectrice 40,inclinée à environ 60C par rapport à la paroi du cylindre, recouvre partiellement l'ouverture pratiquée dans la paroi du cylindre, de sorte que l'eau froide est, à son entrée, dirigée vers le haut. Les figures 3 et 4 représentent un cylindre semblable 10 dans lequel le serpentin de chauffage 12 est remplacé par un élément chauffant immergé 42 comportant une partie extérieure 44 constituée par une plaque de connexion et un couvercle. Son alimentation en courant électrique est commandée de façon connue par le thermostat 24. A tous autres égards, le cylindre et les appareils auxiliaires sont conformes à la description donnée ci-dessus à propos des figures 1 et 2. Bien qu'on ne l'ait pas représenté sur les figures, un thermostat peut être placé juste au-dessous de la plaque 28 et réglé pour couper l'alimentation en fluide chauffé de l'échangeur (par l'intermédiaire d'une soupape 22) ou l'alimentation électrique de l'élément immergé 42, si la température de l'eau au-dessous de la plaque 28 devient excessive. Ce thermostat peut s'ajouter au thermostat 24 ou le remplacer. Selon un mode de réalisation préféré, la paroi et la partie supérieure ou couvercle du cylindre 10 sont constituées par du cuivre de calibre 22 (22-gauge), la base par du cuivre de calibre 18, et la plaque 28 est en tôle de cuivre de calibre 22. Le serpentin de l'échangeur de chaleur a environ 7,30 m de longueur de tube de cuivre de 1,90 cm , les tubes 32-et 34 ont environ 2,50 cm de diamètre (les ouvertures 36 et 38 étant dimensionnées en conséquence) et chaque tube a une longueur de 18 cm environ. Selon un autre mode de réalisation préféré, le cylindre et la plaque sont constitués par un acier ferritique (appelé souvent acier inoxydable). Les épaisseurs d'acier formant les par ties respectives du cylindre et de la plaque sont identiques, ou sensiblement identiques, à celles indiquées ci-dessus pour le cuivre. REVENDICATIONS 1. Cylindre à eau chaude pour usages domestiques divisé intérieurement par une plaque pour former une chambre supérieure et une chambre inférieure, des moyens de chauffage de l'eau etant placés dans la chambre inférieure, caractérisé en ce qutil comporte des ouvertures (36, 38) pratiquées dans la plaque 28 pour régler le débit d'eau chaude et d'eau froide passant d'un compartiment à l'autre. 2. Cylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des ouvertures (36, 38) est entourée sur la face inférieure de la plaque (28) par un tube (respectivement 32, 34), qui, à partir de ladite plaque, s'étend dans la chambre inférieure. 3. Cylindre selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux tubes (32,34) ont la même longueur. 4. Cylindre selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux tubes (32,34) sont de longueurs différentes. 5. Cylindre selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les deux tubes (32,34) ont le même diamètre. 6. Cylindre selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les deux tubes (32,34) ont des diamètres différents. 7. Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'entrée d'eau froide (18) du cylindre (10) se trouve juste au-dessous de la plaque (28). 8. Cylindre selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque déflectrice (40) située au voisinage de l'entrée d'eau froide (18) du cylindre, pour dévier dans une direction générale ascendante le courant d'eau froide à son entrée. 9. Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un serpentin d'échangeur de chaleur (12) disposé au-dessous de la plaque (28) et une soupape (22) commandée par un thermostat (24) placé en-haut du cylindre (10) pour régler le débit de fluide chauffé parcourant l'échangeur de chaleur. 10. Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un élément chauffant électrique immergé (42) situé au-dessous de la plaque (28) et un thermostat (24) dont le rôle est de commander le passage du courant électrique dans l'élément c'chauffant et de couper le courant lorsque la température de l'eau au sommet du cylindre dépasse une valeur prédéterminée. 11. Cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte un thermostat disposé juste au-dessous de la plaque (28) et agencé pour couper l'apport de chaleur au cylindre si la température de l'eau audessous de la plaque (28) dépasse une valeur prédéterminée.