Brevet FR2324999A1 — publié le 19770415

La production de chaleur pour les besoins du chauffage central et pour la production dteau chaude sanitaire peut se faire de différentes façons : on énumérera, parmi les plus commanement employées 1) des appareils séparés : chauffage seul et eau chaude par appareil à production à accumulation ou instantanée. 2) Des appareils mixtes : ils se caractérisent par un même brdleur pour les deux productions. Sur le circuit du chauffage central est montée une dérivation qui alimente un échangeur dont le circuit secondaire constitue l'appareil de production d'eau chaude. Suivant la capacité de cet échangeur, l'appareil est dit à production d'eau chaude à accumulation ou instantanée. Ces appareils présentent tous un certain nombre dtin- convénients : suivant la première formule, on peut, au point de vue confort, adapter chaque puissance des appareils aux besoins exacts du chauffage ou de la production d'eau chaude à satisfaire, mais on rencontre les inconvénients suivants i deux appareils nécessitant des raccordements différents au circuit du combustible et à ltévacuation des gaz de combustion, entretien de deux appareils distincts et surtout pertes importantes par déperdition des parois et pertes fatales par l'intérieur des appareils à 1 t arr8t s'ils sont à combustibles liquides ou gazeux. - La deuxième formule présente de nombreux inconvénients: s'il s'agit d'appareils mixtes à production d'eau chaude instan tannée, il est nécessaire, pour les besoins d'un logement unifamilial, d'avoir une puissance pour l'eau chaude d'au moins: 20 th/h et, malgré cela, il faut plus de 15 minutes pour remplir une baignoire ; il est pratiquement impensable, avec un tel appareil, de remplir simultanément deux baignoires, prestation que l'on trouve de plus en plus fréquemment dans les logements. S'il 5 slagtt d'un appareil avec production d'eau chaude sanitaire par accumulation, on obtient des appareils dont ltencombrement correspond presque à celui de deux appareils séparés chaudière et ballon accumulateur ; la régulation est complexe et les pertes de chaleur par les parois sont fortes, dues à lten- combrement de l'ensemble. A la suite de l'évolution imposée par les pouvoirs publics pour promouvoir ltéconomie de combustible en accroissant l'isolation des habitations, les besoins de chaleur pour le chauffage vont baisser considérablement pour entre deux fois plus faibles. Les déperditions d'un logement seront de l'ordre de 4 à 10 th/h, tandis que les besoins d'eau chaude sanitaire resteront les mêmes ou auront tendance à augmenter pour suivre ltévolution du confort. Le rapport de la puissance d'eau chaude, par rapport à la puissance totale, va plus que doubler et les appareils actuels sont mal adaptés.L'abaissement de la puissance de la chaudière, dans le cas d'appareils séparés, ntentratne pratiquement aucune économie sur le coflt total de l'installation et les pertes ne seront pas diminuées. En ce qui concerne les appareils mixtes, la diminution de puissance du chauffage ne pourra pas être répercutée sur les appareils mixtes à production d'eau chaude instantanée car la production d'eau chaude serait trop faible : pour une puissance de 4 th/h, il faudrait une heure pour remplir une baignoire. Ces appareils ne répondent donc pas au souhait des pouvoirs publics, car ils ne peuvent évoluer dans le sens demandé d'économie d'énergie pour des raisons de conception technique. En ce qui concerne les appareils mixtes à production d'eau chaude à accumulation, on se heurte à un autre problème le temps de rechauffage de l'accumulation d'eau demandera, pour un ballon de 100 litres à une température de 650 : 1 heure 1/4 avec une chaudière de 4 th/h, et de 20 minutes si la puissance de la chaudière est de 10 th/h. Ceci entratnera des périodes d'arrêt de chauffage importantes à chaque utilisation d'eau chaude, à moins de chercher à répartir la chaleur produite par la chaudière sur l'eau sanitaire et le chauffage par des systèmes complexes d'asservissements. Une réduction de la puissance de la chaudière n'entrainera qu'une faible diminution du coft de l'appareil et des déperditions de l'appareil. En conclusion, les appareils, dans leur conception actuelle, ne pourront s'adapter aux consdquences de l'action des pouvoirs publics pour une diminution des déperditions des logements; donc des puissances des appareils, et pour une diminution des pertes même de celles des appareils de production de chaleur. Le but de la présente invention est de concevoir une catégorie d'appareils plus simples, moins encombrants, aussi performants, donc moins coûteux et ayant moins de pertes. Il consiste en un appareil à accumulation contenant de l'eau pour usage sanitaire ; la capacité peut astre quelconque et se situera, pour les besoins d'une famille, entre 60 et 120 litres,sans que ces valeurs soient limitatives. Elle pourra Qtre augmentée si ltéquipement sanitaire est important et comporte, par exemple, plusieurs salles de bains. Cette capacité est chauffée par de l'énergie : électricité, brdleur à gaz ou à mazout; un échangeur est disposé à l'intérieur ou/et à la périphérie, mais il se situe pour sa majorité dans les parties hautes de la capacité. Cet échangeur est relié au circuit du chauffage central. Les organes accessoires, accAlérateur,- vanne mélangeuse, peuvent astre ou non incorporés avec l'appareil.La puissance de l'appareil est choisie-pour correspondre aux déperditions ; pour une habitation unifamiliale, elle se situera généralement entre 4 et 10 thermies/h ; l'appareil peut comporter un dispositif modulant la puissance en fonction des besoins du chauffage, variable avec la température ex tér4eure, ou d'eau chaude ; le fonctionnement peut outre asservi à toute régulation. La surface de l'échangeur alimentant le chauffage sera d'environ un m2 pour une puissance de chauffage de 5 à 10 th/h pour un écart de température - entre l'eau de la capacité et celle du chauffage - de 8 à 180 suivant réalisation de l'échangeur. Le fonctionnement pourra astre le suivant s la température de l'eau sanitaire sera maintenue vers 650 en fonctionnement normal et en été; elle sera élevée à 950 pendant les périodes de grands froids pour obtenir une plus grande émission des corps de -chauffe. Bien que toutes les énergies (électricité, gaz, ma iout) puissent entre employées, ce principe d'appareil s'adapte particulièrement bien à l'utilisation du gaz. Le brdleur à gaz peut astre de tout type connu, atmosphérique, air primaire total, soufflé. Les gaz de combustion parcourent un conduit in trieur zunir- ou non d'ailettes qui permet le transfert de chaleur des gaz à l'eau de la capacité. Ce circuit des gaz peut outre normal ou à circuit étanche naturel ou pressurisé ; il peut comporter des turbulateurs pour améliorer l'échange. En cas de soutirage faible d'eau sanitaire, l'eau froide de remplacement est réchauffée au fur et à mesure. En cas de forts besoins d'eau chaude, le réchauffage progressif de la capacité donne une répartition naturelle de la chaleur entre les besoins eau chaude et chauffage. En effet, après un soutirage correspondant, par exemple, à la capacité, la chaleur produite servira d'abord à réchauffer l'eau de la capacité jusqu'à une température de 450 à 500 C., puis cette chaleur se répartira entre le réchauffage de la capacité et le chauffage central pour ne servir qu'au chauffage dès que la température normale est atteinte, la régulation Jouaat alors complètement son rôle d'asservissement de la source d'énergie aux besoins de chaleur. il est rappelé que les corps de chauffe ont une émission très faible pour des températures inférieures à 400C correspondant à une température de 45 à 500C de l'veau de la capacité pendant le réchauffage de l'eau sanitaire, l'émission n'est que de O * à 25 % de celle obtenue au régime maximal, ce qui permet le réchauffage rapide de l'eau sanitaire, puis la répartition naturelle de la chaleur venant de la source à'grergie, entre l'eau sanitaire et le chauffage, avec priorité à l'eau sanitaire. Cet appareil compact, simple, requiert moins dtacces- soires ; il est économique à fabriquer ; il présente un minimum de pertes suite à son ençombrement réduit. - On décrira plus en détails ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, cinq modes de réalisations de l'appareil de chauffage mixte faisant l'objet de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel les figures 1 et 2 repré- sentent schématiquement en coupe verticale un tel appareil de chauffage fonctionnant respectivement au gaz et à l'électricitéw. a figure 3 est une variante de représentation de la figure 1, montrant un appareil à circuit de gaz de combustion étanche. La figure 4 montre une autre variante de réalisation de cet appareil fonctionnant avec un brdleur à air soufflé, à gaz ou à mazout. La figure 5 montre une autre variante de réalisation dans laquelle l'échangeur alimentant le chauffage central se trouve dans une capacité annexe extérieure raccordée à la capacité principale La figure 1 représente un appareil raccordé à une installation de chauffage central : on note en 1, la capacité d'eau sanitaire ; en 2, l'échangeur pour réchauffer l'eau du chauffage central ; en 3, le brdleur ; en 4, le conduit permettant aux gaz de combustion de céder leur chaleur à l'eau de O; en 5, l'arrivée d'eau froide ; en o, la sortie d'eau chaude sanitaire , en 7, le thermostat commandant le fonctionnement du bradeur ; en 8, des chicanes ; en 9, les corps de chauffe ; en 10, la vanne mélangeuse ; en 1, la pompe. La figure 2 montre un appareil à chauffage électrique avec, en 1, la capacité d'eau sanitaire ; en 2, lléchan- geur ; en 3a, les résistances ; en 5, l'arrivée d'eau froide en 6, le départ d'eau chaude. La figure 3 montre un appareil à circuit étanche un tel appareil permet de prendre l'air de combustion directement à l'extérieur, à travers le mur 12, au niveau du rejet des gaz de combustion - on remarque la capacité 1, l'échangeur 2, le brdleur 3, l'air de combustion entre par les orifices 13, alimente le brtleur 3, les gaz bilés s'échappent par les orifices 14 ; sur le parcours de l'air 13 - 3 - 14, on peut intercaler un ventilateur 15 pour vaincre plus facilement les pertes de charge du circuit, le conduit 16 peut comporter des ailettes 17 pour accrottro 11 échange. La figure 4 montre un autre exemple de réalisation, avec en 1, la capacité, l'échangeur 2, le brdleur à air soufflé 3b, le conduit 4 et, en 18, un siphon pour évacuer les condensats La figure 5 montre un exemple de réalisation dans lequel l'échangeur est monté dans une capacité annexe la à la capacité principale 1. Cette capacité annexe est raccordée en 2 endroits de la capacité principale pouvant être situés aux parties supérieure et inférieure. L'eau du chauffage circule dans I'échangeur 2 auquel se trouveraccordé le circuit chauffa ge par les orifices 20 et 21 ; ceci refroidit l'eau de la capacité annexe la et crée ainsi un thermosiphon.L'eau chaude de la capacité 1 située à la partie supérieure circule dans la capacité annexe, cede des calories à l'eau de chauffage par l'échangeur 3 et rentre refroidie par la conduite de raccordement à la partie inférieure de la capacité. L'eau de la capacité est réchauffée par le leur 3 qui code sa chaleur par l'intermédiaire du conduit 4. une pompe 19 peut titre incorporée sur le circuit de la capacité annexe la pour accélérer la circulation par thermosiphon ou pour le remplacer Si les orifices n'ont pas été placés pour permettre le fonctionnement en termosiphon (circulation naturelle par différence de densité thermique). il est, du reste, bien entendu, que de nombreuses modifications peuvent entre apportées à l'appareil de chauffage mixte dont cinq modes possible de réalisations ont été décrits ci-dessus, en référence au dessin annexé, sans que lton s'écarte pour cela du cadre de la présente invention. C'est ainsi notamment que la capacité peut avoir une forme quelconque, cylindrique avec fonds bombés, sphérique l'échangeur peut comporter des tubes à ailettes, Qtre de toute forme, comporter des plaques tubulaires, titre du type à double enveloppe ; il peut être monté à l'extérieur de la capacité et raccordé à celle-ci par des brides ; cet échangeur peut titre regroupé avec la capacité annexe et avec les pompes et vannes 3 voies pour faire un ensemble compact à raccorder sur la capacité principale. Le conduit, pour échange de chaleur entre les gaz de combustion et l'eau de la capacité peut comporter plusieurs tubes en paralèlle munis ou non d'ailettes ; il peut comporter des parties verticales et horizontales ; il pourrait être accolé à une paroi de la capacité. Un appareil à condensation de l'eau des produits de combustion, à tout régime ou à régime réduit, pourrait avoir une partie de l'échangeur en partie basse pour faciliter le phénomène. Le brdfeur peut titre à fonctionnement en tout ou rien, modulant ou être composé de plusieurs brtleurs élémentaires fonctionnant ensemble ou séparément suivant les besoins. REVENDICATIONS 1- Appareil de chauffage mixte pour chauffage central et pour production d'eau chaude sanitaire caractérisé en ce qutil comporte en combinaison a) une capacité contenant l'eau destinée aux besoins d'eau chaude sanitaire. L'eau sanitaire de la capacité est portée à la température désirée par les moyens-suivants résistance électrique, foyer alimenté en combustible solide, liquide ou gazeux, associé à un conduit d'évacuation de gaz de combustion pouvant etre intérieur ou accolé à la capacité et permettant de céder la chaleur des gaz de combustion à I1 eau sanitaire. b) un échangeur de chaleur associé à la capacité et destiné au réchauffage de l'eau du chauffage central circulant en circuit fermé. c) des accessoires, tels que vannes mélangeuses, accélérateur et organes de régulation, nécessaires au bon fonctionnement de l'ensemble. 2- Appareil suivant la revendication l,- caractérisé en ce que ltéchangeur consiste en un serpentin, un faisceau tubulaire ou autre situé dans la capacité contenant l'eau chaude sanitaire. 2- Appareil suivant revendication 2, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur est situé à la partie supérieure de la capacité. 4- Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur est situé à l'extérieur de la capacité. 2- Appareil suivant revendication 4, caractérisé en ce que 11 échangeur de chaleur consiste en une enveloppe concentrique à la paroi extérieure de la capacité, la paroi extérieure de la capacité servant de paroi d'échange. 6- Appareil suivant revendication 4, caractérisé en ce que l'échangeur est dans une capacité annexe raccordée à la capacité principale. ce que l'échangeur de chaleur consiste en une enveloppe con centrique å la paroi extérieure de la capacité, la paroi extérieure de la capacité servant de paroi d'échange. 8.- Appareil suivant revendication 6, caractérisé en ce que l'échangeur est dans une capacité annexe raccordé à la capacité principale.