Brevet FR2213468A1 — publié le 19740802

L'invention concerne-les installation de réchauffage d'eau sanitaire, notamment mais non exclusivement, celles qui utilisent, comme source de chaleur, l'eau d'une installation de chauffage central. Une installation de réchauffage d'eau sanitaire doit répondre à deux conditions principales, à savoir: possibilité de satisfaire unJ demande essentielle^ent variable dans le temps avec des pointes de très grande importance et possibilité de détartrer commodément les surfaces de chauffe Dans un premier type d'installations connues, la puissance du dispositi-- de réchauffage est calculée pour pouvoir satisfaire aux pointes les plus importantes, ce qui présente l'inconvénient de nécessiter des puissances très importantes .Cependant, tout en consommant instantanément des quantités de fluide chauffant (eau de chauffage ou vapeur basse pression) importantes, puisque l'eau sanitaire n'est réchauffe que lorqu'elle est consommée, les installations de ce type peuvent ne pas nécessiter une puissance aussi importante au niveau du générateur, dans la mesure où du fluide chauffant est stocké, ce qui se produit par exemple dans le cas de réchauffeurs comportant un serpentin immergé dans un réservoir d'eau à une température de l'ordre de goc et dans lequel circule l'eau sanitaire à réchauffer .Il est évident que le détartrage de tels serpentins est une opération difficile.De plus, étant donné que la capacité en eau du serpentin est extrêmement faible, les variations de température sont très rapides et il n'est pas possible de con trouer la température à l'intérieur même du serpentin, ce qui implique que le fluide chauffant doit être à une température relativement faible, c'est-à-dire inférieure à environ 90g, si l'on veut éviter qu'en l'absence de soutirage d'eau sanitaire ou en cas de défaillance du système de recirculation d'eau sanitaire, la température de l'eau ne s'élève excessivement et provoque un fort entartrage.Par contre, ces appareils sont d'un encombrement assez faible et le prix de revient du circuit d'eau sanitaire, en métal ne se corrodant pas, est relativement écnnomique, puisque le circuit est de petites dimensions Dans un autre-type d'installations, pour faire face aux pointes de consommation, l'eau chaude est stockée dans une enceinte qui est constituée soit par un réservoir dans lequel circule l'eau sani taire qui est réchauffée par un faisceau de tubes dans lequel circule le fluide chauffant, soit par un réservoir à double enveloppe dans l'épaisseur de laquelle circule le fluide chauffant .Le principe du stockage de l'eau sanitaire réchauffée dans une enceinte permet d'absorber les pointes de consommation et de se contenter d'une régulation lente La solution du réservoir avec faisceau tubulaire permet de réaliser des surfaces chauffantes importantes, mais elle rend le détartrage difficile et cela d'autant plus que le faisceau est plus important et que les tubes sont plus rapprochés les uns des autres. La solution du réservoir à double enveloppe autorise un détartrage facile, mais elle limite~la valeur de la surface chauffante; étant donné que, dans les phénomènes de convection, le coefficient d'échange est d'autant plus grand que le diamètre des cylindres est plus petit, cette construction n'est pas plus avantageuse. Le but de l'invention est de réaliser une installation de réchauffage d'eau sanitaire d'une construction simple et économique qui ne présente pas les inconvénients précités des installations classiques A cet effet, l'installation de réchauffage d'eau sanitaire suivant l!invention comporte un échangeur de chaleur particulier formé d'un faisceau de tubes verticaux reliés à un collecteur inié- rieur d'amenée d'eau froide et éventuellement d'eau chaude sanitaire recyclée et d'un collecteur supérieur de départ d'eau sanitaire chau de, ledit faisceau tubulaire étant logé dans une enceinte étanche munie d'un orifice supérieur et d'un orifice inférieur , respectivement , d'entrée et de sortie d'un fluide de chauffage tel que de l'eau chaude ou de la vapeur, le diamètre des tubes du faisceau étant compris entre 30mm et 80mm environ et, de préférence, de l'or- dre de 50mm Gràce à cette structure particulière, les tubes à l'intérieur desquels circule l'eau sanitaire peuvent être facilement nettoyés par des moyens mécaniques, puisqu'ils sont rectilignes On remarquera que pour obtenir un certain volume sur le cir cuit d'eau sanitaire, à surface d'écnane de tubes égale, plus les tubes auront un gros diamètre et plus ce volume sera important L'utilisation de tubes de gros diamètre, c'est-à-dire supérieur à 2cm environ, permet, même avec de faibles vitesses d'écoulement , ce qui est nécessaire pour que l'appa-eil ne oit pass trop long, 'obtenir un bon coefficient d'échange si les tubes sont verticaux et si l'eau sanitaire est -échauff-ée en s'élevant, tandis que le fluide chauffant cède sa chaleur en s 'écoulant vers le bas , car les effets de la convection naturelle et de la convection forcée s'ajoutent alors. Cependant, si le diamètre des tubes est plus petit que celui indiqué plus haut, le volume intérieur des tubes, à surface d'échange égale, diminue et, s'il est plus grand, c'est le coefficient d'échange qui diminue en même temps que 11 encombrement du faisceau augmente d'une maniere prohibitive.La température de l'eau est contrôlée dans le collecteur supérieur, mais l'utilisation de tubes de diamètre important et qui, par conséauent, ne provoquent qu'une très faible perte de charge, permet, en l'absence de circulation dans le circuit d'eau sanitaire, à l'eau réchauffée de s'élever vers le collecteur supérieur et de sensibiliser la sonde de détection de température . Si le fluide chauffant est de l'eau à 900 environ, l'appareil permet de faire face aux pointes de consommation grâce à un double stockage de chaleur, d'une part dans l'eau sanitaire chaude contenue dans les tubes et d'autre part, dans l'eau de chauffage qui se trouve entre les tubes et la paroi de l'enceinte Si le fluide chauffant est de la vapeur, le stockage de fluide chauffant disparait, mais alors on peut compenser la réduction du stockage de chaleur sur le circuit du fluide chauffant par une augmentation du stockage de chaleur sur le circuit d'eau chaude sanitaire en augmentant le volume du collecteur supérieur L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et à ltexamen du dessin annexé dont la figure unique représente en coupe un mode de réalisation d'une installation de réchauffage d'eau sanitaire suivant l'invention L'installation de réchauffage d'eau sanitaire représentée sur le dessin comporte essentiellement un échangeur de chaleur de caractéristique particulière formé d'un faisceau de tubes rectilignes verticaux 1 reliés à un collecteur inférieur 2 et à un collecteur supérieur 7, ledit faisceau tubulaire étant logé dans une enceinte étanche qui est formée par 11 espace compris entre une virole cylindrique 4 et les fonds intérieurs des deux collecteurs 2 et 3 et qui est munie d'un orifice supérieur 5 et d'un orifice inférieur 6 Le collecteur inférieur 2 est muni d'une tubulure d'arrivée d'eau froide 8 et d'une tubulure de récyclage d'eau chaude sanitaire 9, tandis que le collecteur supérieur 3 est muni d'une tubulure 11 de sortie d'eau chaude sanitaire.Les orifices supérieur 5 et inférieur 6 de l'enceinte 4 servent, respectivement, à l'entrée et à la sortie du fluide de chauffage Le diamètre des tubes 1 du faisceau est compris entre dOmm et 80mm environ, et de préférence, de l'ordre de 50mm, tandis que l'espace e entre deux tubes voisins dudit faisceau est de l'ordre du cinquième du diamètre desdits tubes de telle façon que le volume total de l'eau qui se trouve à l'intérieur des tubes soit sensiblement égal au volume de l'eau qui se trouve à l'extérieur desdits tubes Une colonne montante 13 branchée sur la tubulure-11, alimente des robinets tels que 14.L'orifice d'aspiration d'une pompe de recyclage 15 est relié à la partie supérieure de la colonne montante par une conduite 16, tandis que son orifice de refoulement est relié à la tubulure de recyclage 9 par une conduite 17. La pompe 15 est entrainée par un moteur électrique incorporé alimenté, à partir d'une ligne de distribution 21 par l'intermédiaire d'un coffret d'alimentation 22 placé sous le contrôle d'un aquastat 23 disposé à l'intérieur du collecteur supérieur 3 En fònctionnement, l'eau chaude sanitaire est soutirée par l'orifice il du collecteur supérieur 3, tandis qu'une quantité équivalente d'eau froide entre dans le collecteur inférieur 2-par la tubulure 8, le recyclage se faisant par la pompe 15 qui; aspire de 1' eau à la partie supérieure de la colonne montante 13 et la refoule dans la tubulure inférieure 9, tandis que le fluide de chauffage, qui est par exemple de l'eau de chauffage central, cir cule- le long des tubes dans l'enceinte 4, à contre-courant par rapport au sens de circulation de l'eau sanitaire Le recyclage d'eau sanitaire tend à élever la température de l'eau introduite dans le réchauffeur et, par conséquent, à diminuer l'écart de température entre le fluide chaud et le fluide froid c'est-à-dire à diminuer la quantité de chaleur transmise entre les deuz fluides, mains, dès que la température s'abaisse dans le collecteur supérieur 3, en dessous d'une valeur prédéterminée, l'aquastat coinnande l'anet de la pompe de recyclage, ce qui permet au réchauf- feur de développer toute sa puissance On ne reviendra pas sur les avantages de l'appareil puisque ceux-ci ont déjà été exposés plus haut Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté; on peut y apporter des modifications, suivant les applications envisagées, sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention Revendications 1.- Installation de réchauffage d'eau sanitaire, caractérisée en ce qu'elle comporte un échangeur de chaleur particulier formé d'un faisceau de tubes rectilignes verticaux reliés à un collecteur inférieur d'arrivée d'eau froide et éventuellement d'eau chaude sanitaire recyclée et à un collecteur supérieur de départ d'eau sanitaire chaude, ledit faisceau tubulaire étant logé dans une enceinte étanche munie d'un orifice supérieur et d'un orifice inférieur, respectivement, d'entrée et de sortie d'un fluide de chauffage tel que de l'eau chaude ou de la vapeur, le diamètre des tubes du faisceau étant compris entre dOmm et 80mm et, de préférence, de l'ordre de 50mm 2.- Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce quelle comporte un circuit de recyclage d'eau sanitaire dans lequel est interposée une pompe placée sous le contre d'un aquastat disposé dans le collecteur supérieur, de façon telle que ladite pompe ne soit en fonctionnement que lorsque la température de l'eau à l'intérieur dudit collecteur est supérieure à une valeur prédéterminée