Brevet FR2341823A1 — publié le 19770916

L'invention concerne un chauffe-eau colportant une chaudière dont le contenu peut être chauffé par des éléments chauffants disposés dans sa partie inférieure. Les chaudières de ce type présentent un inconvénient majeur du fait que l'on ne peut chauffer que la totalité de leur contenu, si bien que, lorsqu'on désire accélérer le chauffage, on est obligé de dépenser de plus grandes quantités d'énergie par unité de temps. De ce fait, au cours d'une durée relative-. ment longue pendant laquelle tout le contenu de la chaudière serait chauffé, il conviendrait de fournir une haute puissance de chauffage avec les frais d'installation et de fonctionnement qui en résultent. L'invention a pour objet de fournir un chauffe-eau permettant d'accumuler de l'eau chaude de consommation, par exemple, en une quantité suffisante pour une habitation unifamiliale, tout en permettant cependant de fournir rapidement, en cas de besoin, une plus faible quantité d'eau chaude. A cet effet, suivant l'invention, un chauffe-eau du type décrit ci-dessus est caractérisé en ce qu'on prévoit, dans la partie supérieure de la chaudière, des éléments chauffants supplémentaires en vue de chauffer indépendamment une fraction de son contenu. Un chauffe-eau de ce type suivant l'invention peut fonctionner en chauffant tout d'abord, au moyen des éléments chauffants supérieurs, la quantitéd'eau setrouvantdansla.partie supérieure de la chaudière de façon à fournir une plus petite quantité d'eau chaude en une période relativement courte alors que, par après seulement, au moyen des éléments chauffants inférieurs, on chauffe également, dans la partie inférieure de la chaudière, le reste de la quantité d'eau se trouvant en dessous de la quantité d'eau déjà chauffée, ce dernier chauffage n'ayant lieu, de préférence, que lorsqu'on dispose d'une énergie suffisante ou économique. Un chauffe-eau suivant l'invention peut fonctionner, par exemple, à l'énergie électrique, de telle sorte que, dans le cas d'un chauffage de jour et lorsque cela est nécessaire,on ne puisse chauffer, par exemple, que le tiers supérieur du volume de la chaudière au moyen d'un chauffage relativement intense, par exemple, de 4,8 kW/heure alors que, de nuit, on pourrait chauffer avec un courant plus économique, tout dtabord la quan tité d'eau se trouvant dans la partie supérieure, fournissant déjà ainsi une réserve d'eau chaude puis, en débranchant les éléments chauffants supérieurs et en branchant les éléments chauffants inférieurs, on pourrait également chauffer le reste de la quantité d'eau encore froide se trouvant dans la partie inférieure. Toutefois, le chauffe-eau suivant l'invention présente également un avantage particulier du fait qu'il peut être chauffé au moyen de sources de chaleur de plus en plus en vogue, par exemple, des piles solaires et des thermopompes, ce chauffe-eau comportant alors avantageusement une enveloppe chauffante supE- rieure et une enveloppe chauffante inférieure dans lesquelles circule un liquide de chauffage, tandis que l'on prévoit des éléments à soupape afin de faire circuler le liquide chauffant suivant les conditions requises dans l'enveloppe chauffante supérieure ou l'enveloppe chauffante inférieure vers et à l'écart de la source de chaleur.De la sorte, au moins un volume limité d'eau chaude peut être maintenu constamment à une température prédéterminée dans la partie supérieure de la chaudière, tandis que la partie inférieure de celle-ci n'est chauffée que lorsqu'on dispose d'une quantité d'énergie supérieure à celle nécessaire pour le chauffage de la partie supérieure de la chaudière, ce qui est extrêmement utile, par exemple, lorsqu'on utilise des piles solaires. En outre, le chauffage électrique décrit cidessus peut évidemment être prévu comme chauffage d'appoint ou de secours; toutefois, on pourrait également prévoir le raccordement d'une source de chaleur supplémentaire au circuit du liqu-ide chauffant, par exemple, une thermopompe pouvant, au besoin, compléter le rendement des piles solaires. Dans ce cas, on prévoit avantageusement, dans le circuit du liquide chauffant, des éléments à soupape supplémentaires permettant, par exemple, en cas d'irradiation solaire déficiente, de faire passer le circuit des éléments chauffants par les thermopompes en le maintenant à l'écart des piles solaires. Inversement, ces éléments à soupape pourraient être branchés sur le fonctionnement par les piles solaires lorsque l'irradiation solaire est suffisante, si bien qu'il ne serait pas nécessaire de faire fonctionner les thermopompes. Grâce aux éléments supplémentaires à soupape, en cas d'apport d'énergie insuffisant par les sources de chaleur et/ou lorsque l'eau de la chaudière a atteint une température suffisamment élevée, les enveloppes chauffantes de la chaudière peuvent être séparées du circuit du liquide chauffant, ce dernier pouvant être alors amené, par exemple, à un accumulateur de chaleur afin de chauffer ce dernier, ou dans un circuit dit de marche à vide jusqu'à ce qu'une quantité d'énergie suffisante soit requise et puisse être fournie. Afin d'actionner les éléments à soupape suivant les fonctions qui leur sont attribuées, on peut prévoir des éléments de commande pouvant généralement agir sur les soupapes par voie électronique et électromécanique ou électrohydraulique, ou encore électropneumatique, ces éléments de commande déterminant les différentes températures au moyen d'éléments sensibles appropriés, par exemple, des thermostats, pour régler ensuite les positions des soupapes. L'invention sera décrite ci-après plus en détail et à titre d'exemple en se référant au dessin annexé. Le dessin annexé représente, d'une manière purement schématique, une installation combinée de production et de chauffage d'eau chaude. On prévoit deux sources de chaleur W1 et W2 pouvant être sélectionnées suivant les conditions requises ou la pre- sence d'énergie, chacune de ces sources fournissant la chaleur au circuit rempli de liquide de chauffage. La soupape Vi prévue dans le retour R du circuit de chauffage permet de déterminer la source de chaleur Wl ouW2 qui doit être utilisée pour l'apport d'énergie. Lorsque, par exemple, W1 est un récupérateur d'énergie solaire et, W2, une thermopompe, Wl ne peut évidemment fonctionner qu'avec une irradiation solaire suffisante tandis que, dans le cas d'une thermopompe à air, W2 peut être utilisé, par exemple, lorsqu'il règne, dans l'atmosphère, des températures allant jusqu'à -150C (indépendamment du soleil). Un appareil de commande correspondant (non représenté) pouvant être conçu pour réagir aussi bien aux conditions ambiantes (par exemple, l'irradiation solaire et la température de l'air) qutà la quantité d'énergie requise, peut commander la soupape V1.Cet appareil de commande peut également assurer la mise en marche de la thermopompe W2 suivant les conditions requises. On part de l'hypothèse selon laquelle, dans le cas présent, on prévoit, dans la chaudière B, deux éléments chauf fants électriques El et E2 pouvant recevoir sélectivement de l'énergie par les lignes électriques EL et pouvant être mis en service, par l'appareil de commande précité lorsque l'énergie par ailleurs fournie par les sources de chaleur W1 et W2 n'est pas suffisante ou fait défaut. Dès lors,.dans le cas présent, les éléments El et E2 peuvent être prévus pour un chauffage de secours. Evidemment, en principe, les sources de chaleur W1 et W2 pourraient également être conçues différemment et être remplacées par une installation alimentée au mazout ou au charbon. En outre, en principe, au lieu de deux sources de chaleur, on peut également en utiliser une seule. Dans ce cas, on peut supprimer la soupape V1. Quelle que soit la source de chaleur W1 ou W2 en service,une soupape à trois voies V2 détermine si le liquide chauffant venant de la source de chaleur et passant par le circuit revient directement, via la soupape V4 (ouverte) (dans le petit circuit) vers la source de chaleur lorsqu'aucune énergie n'est nécessaire, ou si le liquide chauffant consomme de l'énergie dans un des grands circuits pour chauffer la chaudière B ou une autre installation, par exemple, un chauffage central H.En principe, dans l'installation préférée, le chauffage de la chaudière B a la priorité; toutefois, étant donné que le grand circuit relatif à ce chauffage est assez compliqué, il convient tout d'abord de mentionner que, lorsque la soupape V2 occupe la position correspondante et que la soupape V4 est fermée, le liquide chauffant circule dans l'échangeur de chaleur T d'un accumulateur de chaleur, par exemple, pour un chauffage central H. En outre, dans le cas du petit circuit, la soupape V4 est toujours fermée. Lorsque la chaudière B doit être chauffée, le liquide chauffant passe parlasoupapeV2en se dirigeant vers la soupape V3, laquelle est commandée en fonction de la température de la chaudière. Le liquide chauffant circule dans l'enveloppe M1 de la partie supérieure B1 de la chaudière B jusqu'à ce que la température maximale ou souhaitée de l'eau chaude (par exemple, 500C) règne dans cette partie supérieure B1. Dans ce cas, la soupape V3 est automatiquement inversée et le liquide chauffant circule alors dans l'enveloppe M2 de la partie B2 de la chaudière. Cette partie peut alors être chauffée jusqu'à ce que la température désirée de l'eau soit atteinte dans cette partie B2.Si la température est préalablement retombée dans la partie BI, le liquide chauffant circule à nouveau dans lten- veloppe M1. Si l'eau chaude a atteint une température suffisamment élevée dans les deux parties B1 et B2 de la chaudière B, l'échan- geur de chaleur T peut alors recevoir le liquide chauffant via la soupape V2 ou, si cela n'est pas nécessaire, la soupape V4 peut être ouverte, tandis que les sources de chaleur peuvent être branchées sur le petit circuit, comme c'est le cas, par exemple, lorsque les sources de chaleur fournissent un liquide chauffant trop froid, évitant ainsi une utilisation négative de la chaudière B et de l'installation de chauffage H. La chaudière B reçoit de l'eau fraîche par le bas en FW lorsqu'on en soutire- de l'eau chaude en BW. De la sorte,de l'eau froide est constamment envoyée (de la manière habituelle) dans la partie inférieure de la chaudière B en dessous de l'eau plus chaude se trouvant dans la partie supérieure de cette chaudière, jusqu'à ce que cette dernière soit complètement refroidie. Dans ce cas, grâce au réglage correspondant des soupapes VZ et V3, la commande précitée assure tout d'abord le chauffage rapide du contenu de la partie B1, de sorte que lton peut disposer à nouveau très rapidement d'une certaine quantité d'eau chaude. Ce n'est qu'à partir de ce moment qu'en inversant la soupape V3, la partie inférieure de la chaudière, c1 est-à-dire B2, est à nouveau chauffée Le chauffage électrique E7 et E2 est conçu d'une manière analogue. Lorsque la chaudière B contient de l'eau froide, elle est tout d'abord chauffée assez rapidement en branchant l'élément El de sa partie supérieure, tandis que l'élément E2 n'agit que lorsqu'une température suffisante est atteinte dans la partie Bl, de préférence, uniquement lorsqu'on dispose de plus grands volumes d'énergie économique pour le chauffage (par exemple, de nuit).A cet égard, i1 est avantageux de calculer, pour l'élément El, une puissance calorifique à peu près égale au double de celle de l'élément E2, puisqu'aussi bien le premier doit fournir rapidement de l'eau chaude de consommation, tandis que le second peut produire lentement une réserve d'accumulation, par exemple, de nuit. C'est ainsi que, par exemple, la puissance de El peut être de 4,8 kW pour une capacité de 100 litres dans la partie B1 d'une chaudière B de 300 litres, la puissance de E2 étant de 2,4 kW. Dans le cas de températures atmosphériques allant jus qu'à -13 C et avec une consommation maximale de puissance de 5,5 kW, une thermopompe appropriée pour une habitation unifaniliale peut avoir un débit de condensateur de 13.150 kcal./heure avec de l'eau à une température de 500C dans la chaudière ou l'installation de chauffage. Un récupérateur approprié d'énergie solaire doit avoir une surface collectrice d'au moins 10 m2. REVENDICATIONS 1. Chauffe-eau comportant une chaudière dont le contenu peut être chauffé par des éléments chauffants disposés dans sa partie inférieure, caractérisé en ce que, dans la partie supérieure de la chaudière, on prévoit des éléments chauffants supplémentaires en vue de chauffer indépendamment une fraction du contenu de cette chaudière. 2. Chauffe-eau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prévoit des éléments de commande par lesquels on peut mettre en circuit les éléments chauffants supérieurs jus qu'à ce qu'on atteigne une température prédéterminée dans la partie supérieure de la chaudière, puis les éléments chauffants inférieurs, jusqu' ce qu'on atteigne une température prédéterminée dans la partie inférieure de la chaudière ou jusqu'à ce que la température régnant dans la partie supérieure de la chaudière diminue. 3. Chauffe-eau selon la revendication 2, caractérisé en ce que, comme éléments chauffants, on prévoit des échangeurs de chaleur d'un circuit de liquide de chauffage, tandis que les éléments de commande comportent des éléments à soupape. 4. Chauffe-eau selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on prévoit des éléments de commande qui, au moyen d'éléments à soupape supplémentaires, séparent les échangeurs de chaleur précités du circuit du liquide chauffant lorsque le contenu de la chaudière a atteint une température prédéterminée ou que la température du liquide chauffant descend en dessous de la température régnant dans la chaudière. 5. Chauffe-eau selon la revendication 4, caractérisé en ce que, dans le circuit du liquide chauffant, on prévoit plusieurs sources de chauffage, tandis que l'on prévoit également des éléments de commande afin de raccorder sélectivement les sources de chaleur au circuit en fonction de la température du liquide chauffant qu'elles reçoivent, ainsi que de la température du contenu de la chaudière. 6. Chauffe-eau selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on prévoit des éléments d'accumulation de chaleur auxquels on peut fournir un excès d'énergie.