Brevet FR2296824A1 — publié le 19760730

La présente invention se réfère aux systèmes de chauffage de fluide par accumulation avec source d'énergie électrique i pris réduit. Dans les systèmes utilisés actuellement, le principe consiste à accumuler les calories soit dans une masse solide (réfractaire par exemple) soit dans de l'eau. L'accumulation dans une masse solide présente l'avantage de pouvoir disposer de températures élevée. Mais le faible coefficient de chaleur spécifique de la masse solide entraine la nécessité d'avoir une masse importante. Les températures élevées posent des problèmes d'isolation thermique avec le milieu extérieur. I1 s'agit en fait plus d'appareils retardant l'utilisation des calories que de véritables accumulateurs. L'accumulation dans une masse d'eau, dans les systèmes actuels de par leur principe, entraîne des mélanges constants à l'intérieur de la masse d'eau et par suite répond à ltéquation suivant: Qu = N . ( T1 - T2 ) Qu = quantité de chaleur utilisable. M = masse d'eau emmagasinée T1 s température de réchauffage maximum. T2 ~ température minimale d'utilisation. (T2) est donné pour une température limitée de 70 à 80 OC, Compte tenu de la tension de la vapeur d'eau et pour rester a des pressions acceptables, la température T1 doit être limitée dans le cadre d'une installation domestique entre 120 et 140 C. Par suite, pour avoir une réserve de calories suffisante, il faut mettre en jeu de très grandes masses d'eau. D'autre part, dans le cadre de la limit ation de l'énergie électrique à tarif réduit, il faut pour une installation de chauffage central a accumulation, avoir une puissance installée importante. Ou avoir une installation mixte et le système actuel oblige au réchauffement de la masse d ' eau totale, ce, avec un tarif d' éner- gie défavorable, ce qui fait perdre une bonne part du bénéfice des systèmes électriques actuels à accumulation d'eau. L'invention vise à remédier à ces inconvénients et a permettre d'établir un système de chauffage mixte (accumulation en principal) direct ,mais avec une masse réduite de fluide thermiqueJen en appoint. La présente invention a pour effet et pour but de mettre en valeur l'équation suivante Qu = M . C ( 21 2 ) 8 Qu = quantité de chaleur utilisable. M = masse de fluide thermique. C = chaleur spécifique du fluide thermique. T1 = température de réchauffage maximum. T = température minimale d'utilisation. 2 = coefficient d'utilisation dont la valeur est supérieure à 1. La présenteinvention est basée sur le facteur ) et a pour but de le rendre le plus élevé possible. Pour ce faire, dans un réservoir, on place dans la partie basse un jeu de résistances de longueurs limitées, du type blindé (thermo plongeur par exemple). Ces résistances sont placées symétriquement sur le pourtour et sont alimentées en courant à tarif réduit. Une résistance du même type est placée dans la partie haute. du réservoir et sert d'énergie d'appoint. La prise de liquide chaud se fait dans la partie haute. Le retour de liquide froid se fait dans la partie axiale la plus basse. Un stème quelconque de dilatation différentiel doit entre prévu dans la partie basse. L'échange thermique sur l'installation de chauffage central se fait soit en direct, soit par échangeur intérieur de forme appro priée avec régulation thermostatique, soit par échangeur extérieur lui-meme régulé. Différents systèmes de sécurité doivent étre prévus (thermos tats, manostats, contact de niveau etc ...) ainsi qu'une régula tion des résistancesà programmes plus ou moins évolués. L'ensemble doit être calorifugé et carrossé. Dans une telle installation, application du principe de l'in vention, nous utilisons les principes physiques suivants Le poids spécifique des fluides (eau par exemple) diminue de manière notable au fur et à mesure que la température du fluide augmente. Dans un réservoir, si on chauffe de l'eau dans la partie haute, la partie basse reste froide. Par contre, si on chauffe la partie basse, c'est la masse tota le qui est chauffée. Dans un permier temps, chauffage à tarif réduit (de nuit par exemple) de la masse totale. Consommation en fonction des besoins sur un temps donné, vingt-quatre heures par exemple, en prélevant l'eau dans la partie la plus haute et en renvoyant les retours, le plus froid possible, dans la partie axiale la plus basse du réservoir (fig.1) Après un certain temps d'utilisation, on constatera des écarts importants de température, entre la partie basse et la partie haute On peut dire que l'on a une échelle de températures dégressives de haut en bas du réservoir. Si on arrête lePuisage a 70 OC et que la température de retour soit basse (40 OC par exemple), nous aurons utilisé approximative- ment la quantité de chaleur suivante, pour une température de départ (tri) de 120 C et pour une masse de 1000 litres Qu = 1000 120 -(90 + 40) n 65 000 Kilocalories. soit un coefficient de 1 ,3. 2 L'installation, objet de l'invention, couvre les besoins normaux d'énergie de chauffage. Dans le cas oceasionnel d'une demande d'énergie plus importante cette dernière ne peut etre apportée en tarif réduit. Bulle le sera, au tarif d'énergie normal, par le biais d'une des caractéristiques de l'invention, qui consiste en une résistance d'appoint, placée dans la partie haute du réservoir, afin de ne chauffer que la quantité d'eau strictement nécessaire. Pour améliorer le coeffieient 7, une autre des caractéristiques de l'invention (fig.2) confise dans l'interposition d'une gaine étanche, thermiquement perméable,traversant le réservoir de bas en haut. Cette gaine devra avoir une résistance thermique plus élevée dans sa partie basse que dans sa partie haute. Pour ce faire, et & titre d'exemple non limitatif, elle peut avoir une forme adéquate (conte pointe en bas) ou avoir des échangeurs thermiques (ailettes) dans la partie haute intérieure et/ou extérieure. Cette gaine permettra en outre l'utilisation de liquides thermiques différents dans la meme chaudière. Une autre caractéristique de l'invention consiste en l'utilisa- tion d'une thermo-pompe (fig.3) Deux échangeurs sont placés,un dans la partie haute du réservoir l'autre à mi hauteur. Ces deux échangeurs sont reliés ensemble. A l'intérieur circule un fluide frigorigène. Sur une des oanPli- sations de liaison des échangeurs, un compresseur et sur l'autre, un détendeur. L'ensemble a pour but de prélever des calories par le biais de l'échangeur bas et de les recéder par le biais de l'échangeur haut. L'intérêt de cette caractéristique de l'invention est de pouvoir se substituer partiellement ou totalement à l'énergie électrique d'appoint sous forme de résistances. C'est aussi de récupérer des calories emmagasinées avec de l'énergie à prix réduit, ce, pour une dépense d'énergie électrique à prix plus élevé, plus faible que la quantité d'énergie calorifique récupérée. Un autre intérêt de cette caractéristique de l'invention, est d'être utilisable durant les intersaisons et en été pour fournir des frigories (utilisables pour la climatisation par exemple) tout en fournissant de l'eau chaude à volonté: eau domestique, chauffage de piscine etc...). Une autre caractéristique de l'invention, pour améliorer le coefficient consiste selon la fig.4 en la récupération supplémentaire de calories emmagasinées au tarif optimum, pour la production par exemple d'eau chaude sanitaire par accumulation. Elle tend à l'utilisation maximale de calories basse température. Dans un ballon d'eau sanitaire, nous plaçons dans la partie basse, uneéchangeur méthodique alimenté par le circuit de retour de l'installation de chauffage central. Un autre échangeur est placé dans la partie haute du ballon d'accumulation. I1 a pour but d'assurer l'appoint de calories. I1 est alimenté sur un circuit d'eau haute température, placé sur le départ du circuit de chauffage central, avant régulation. Une régulation propre lui est nécessaire. Le retour se fait sur l'entrée de l'échangeur bas. Un des avantages de la présente caractéristique de l'invention est que la température de retour de l'installation de chauffage cen tral est abaissée, d'où amélioration supplémentaire du coefficient AI La fig.5 qui est une variante de la caractéristique précédente non limitative, consiste à assurer un réchauffage ou un préchauffage de liteau sanitaire dans la partie basse du corps de la chaudière par l'introduction d'un échangeur, de forme adéquate, dans la moitié inférieure du corps de la chaudière. La caractéristique générale de l'invention est de stocker réél lement une grande quantité de calories et d'utiliser le maximum de ces calories,au fur et à mesure des besoins,ce, dans un volume de fluide réduit. Si on augmente notablement le volume du fluide, la quantité ée calories stockées sur un temps donné pourra ttre recédée en quasi totalité sur une période très longue et même avec un décalage dans le temps. Une des caractéristiques de l'installation est de permettre de résoudre les problèmes de chauffage avec une puissance électrique disponible très limitée. Elle consiste à utiliser l'installation en stockage permanent au fur et à mesure des disponibilités de l'installation électrique. Pour ce faire et à titre d'exemple non limitatif, la mise sous tension des résistances est commandée par un ampèremètre ou un watt mètre,contralant en permanence la puissance consommée par ailleurs par rapport à la puissance normale disponible. Les systèmes de sécu rité électrique classiques devront autre maintenus. Dans ce cas, on peut arriver à une puissance nécessaire pour chauffer l'installation comprise entre 35 et 50 ffi des déperditions maximales à compenser. La présente invention est applicable aux différents systèmes de chauffage. Elle est particulièrement intéressante dans le chauffage de locaux d'habitation. Une utilisation judicieuse partielle ou totale des différentes caractéristiques de l'invention permet d'avoir une installation éco nomique et pratique. Elle permet aussi de résoudre économiquement le problème de chauffage de locaux d'utilisation temporaire , par exemple des résidences secondaires. Elle permet aussi, installée en parrallèle ou en série sur une chaudière existante d'un autre type (fuel ou gaz par exemple) de réduire no blement le prix de revient de chauffage annuel. ElleVaussi servir entre autre au conditionnement thermique permanent des locaux, par jeu d'aérotherme par exemple. Elle pourra être utilisée dans le cas de limitation de puissan- ce électrique installée. Les liquides à chauffer ou de chauffage peuvent être des fluides thermiques de toutes sortes. I1 doit étre entendu que les descriptions qui précèdent n'ont été données qu'à titre d'exemple et qu'elles ne limitent nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tout autre équivalent. Légende des schémas Figure 1 1 Résistance principale 2 Résistance d'appoint 3 Départ circuit eau chaude 4Vers système de chauffage 5 Retour circuit froid 6 Vidange 7 Système d'expension 8 Reservoir 9 Mise a l'air libre 10 Remplissage Figure 2 1 Ailettes d'échange 2 Gaine 3 Fluide intermédiaire 4 Fluide à chauffer Figure 3 1 Compresseur thermo pompe 2 Echangeurs 3 Détendeur Figure 4 1 Ballon d'eau domestique 2 Echangeur 3 Echangeur méthodique Figure 5 1 Arrivée circuit froid eau domestique 2 Echangeur 3 Echangeur REVENDICATIONS 1/Système de chauffage electrique par accumulation, caractérisé en ce que le matériau accumulateur de chaleur est retenu sous pression à ltinterieur d'un reservoir approprié. 2/Système suivant revendication précedente,caractdrises par des sour ces principales de chaleur,placées dans le bas du reservoir,directement dans le liquideset des sources de chaleur d'appoint,placées dans le haut du reservoir. 3/Système suivant une des revendications précédentes,caractérisé par ?les positions extrèmes,hauteset basses,des sorties et entrées du flui de ou liquide à chauffer ou rechauffer. 4/Système suivant une des revendications précédentes,caractérisd par une gaine interne,de forme appropriée,étanche ou non,perméable thermiquement et progressivement de bas en haut. 5/Système suivant une des revendicationsprécédentes,caractérisé par une pompe thermique de transfert de calories. 6/Système suivant une des revendications précédentes, caractérisé par un échangeur dans la pertie basse du reservoir. 7/Système suivant une des revendications précedentes,caractéried par Un ballon d'eau chaude extérieur au reservoir,et alimenté en calories par un echangeur méthodique sur l'entrée d'eau froide du reservoir, retour du circuit eau chaude,et un autre échangeur sur la sortie eau chaude du reservoir. 8/Système suivant une des revendications précédentes,caractérieé par une puissance installée faible en service permanent et un puisage uniquement en fonction des besoins. 9/Système suivant une des revendications précédentes,carac*érisé en ce que les calories accumulées,peuvent ttre utilisées directement ou par échangeur sous forme liquide ou par échange dans des aerother mes. 10/Système suivant une des revendications précédentes,caracterisé par une régulation et des systèmes de sécurité et de réglagee,therm ostatiques ,pressostatiques, hydrauliques, electriques par tension, in- tensité ou puissance,par mélange,programmd ou non.