Brevet FR2396935A1 — publié le 19790202

La présente invention est relative a une installation de chauffage central de locaux du type comprenant une réserve d'eau chauffée par l'énergie solaire, au moins un radiateur commandé par un robinet thermostatique, une conduite d'amenée d'eau de la réserve au radiateur, une conduite de retour de l'eau du radiateur à la réserve, et une chaudière auxiliaire. Afin de récupérer l'énergie emise par le soleil, on a déja pensé que cette énergie pouvait être transformée en énergie calorifique dans des capteurs et que cette énergie calorifique pouvait servir au chauffage de locaux d'habitation. Malheureusement, des études plus complètes ont montré que,en particulier dans les climats tempérés , l'énergie solaire ne permettait pas d'assurer, économiquement, tout l'apport calorifique nécessaire au chauffage de locaux et notamment en periode de froid en hiver. C'est pourquoi il est connu de compléter cet apport d'énergie calorifique d'origine solaire par un apport calorifique provenant d'une chaudière auxiliaire- classique du type électrique ou a combustible liquide, gazeux ou solide. Dans les installations connues de ce type, la chaudiere est placée en parallèle sur la réserve d'eau et assure seule le chauffage des locaux lorsque cette reserve ne suffit pas à assurer ce chauffage. Par suite, lorsque la chaudière auxiliaire assure le chauffage des locaux, l'énergie solaire récupérée n'est pas utilisée et est donc perdue. L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient en fournissant une installation qui utilise au maximum les calories solaires disponibles. A cet effet, elle a pour objet une installation du type précite, caractérisée en ce qu'elle comprend une vanne mélangeuse à trois voies montée dans la conduite d'amenée, dont. une première entrée est reliée à la réserve d'eau et dont l'autre entrée est reliée à la chaudière, et des moyens pour régler automatiquement et de façon continue, en fonction de la demande de puissance calorifique définie par le ou les robinets thermostatiques,les débits d'eau admis aux deux entrées de la vanne, avec priorité à la reserve. L'expression "avec priorité à la réserve" signifie que la vanne n'ouvre sa-seconde entrée que lorsque la puissance calorifique fournie par la réserve est insuffisante, la chaudière auxiliaire fournissant seulement alors le complément de puissance neces- saire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qu va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard du dessin annexé, sur lequel la Fig. unique est un schéma d'une installation dé chauffage central suivant l'invention. L'installation de chauffage central représentée est destinée à chauffer des radiateurs 1 commandés chacun par un robinet thermostatique 2 et disposés chacun dansun local. Ces radiateurs sont montés en parallèle entre deux points A et B. L'installation comporte deux sources de chaleur: un circuit solaire 3 et une chaudière auxiliaire 4 électrique ou à combustible. Le circuit 3 oorte d'une part un capteur solaire 5 muni d'un circuit d'eau CDEF et d'une pompe de circulation 6 intercalée dans ce circuit. Le tronçon DE constitue un élément d'un échangeur de chaleur 7 de faible capacité en eau. En amont du point D, un distributeur 8 peut faire passer l'eau soit dans le tronçon DE, soit en dérivation directement vers un point D' situé entre E et F. Le circuit 3 porte égalenent une réserve d'eau de chauffage 9 munie entre sa sortie et son entrée du un circuit GHJR de récupération des calories solaires. Le tronçon GH est en relation d'échange thermique avec le tronçon DE et complète l'échangeur 7. Une pompe 10 est intercalée dans ce tronçon GH. Un ballon Il d'eau sanitaire est disposé en relation d'échan- ge thermique avec la réserve 9 et se trouve donc sensiblement à la même température. L'installation comporte deux vannes mélangeuses à trois voies identiques 12a et 12b Les éléments correspondants seront respectivement affectés des indices a et b. Chaque vanne comporte un corps tubulaire 13 muni de deux tubulures d'entrée 14, 15 et d'une tubulure de sortie 16. L'intérieur du corps 13 est séparé en deux chambres par une cloison 17 percée en son centre et définissant un siège tronconique. L'endroit ou débouche la tubulure 15 définit un second siège tronconique coaxial au premier. La tubulure 14 débouche dans la chambre supérieure du corps 13, les tubulures 15 et 16 dans la chambre inférieure. Un double obturateur 18 est porté par une tige traversant la cloison 17, sollicitée vers le haut par un rèssort 19 et fixée à son extrémité à la membrane 20 d'un actionneur 21 solidaire du corps 13.Les chambres supérieure et inférieure del'actionneur 21 sont reliées respectivement aux tubulures 14 et 16 par des conduits 22 et 23. Les details de réàlisatlon de ces vannes sont décrits dans le brevet FR 2 211 108. Toutes les variantes décrites dans ce brevet peuvent être utilisées ici. Le montage des vannes 12a et 12b est le suivant: Les entrées 14a et 15a de la vanne 12a sont reliées respectivement a la sortie de la chaudière 4 et au point J, l'entrée de cette chaudiere étant branchée en un point L situé entre ce point J et l'entrée 15 . La sortie 16 de la vanne 12 est reliée à l'entrée 14b de la La 12b La sortie 16b de celle-ci est reliée au point A par l'inter- médiaire d'une pompe de circulation 24; Le point B est relié à un point M du circuit solaire situé entre les points J et K, et l'entrée 15b de la vanne 1215 est branchée en un point N situé entre les points B et M. L'installation comporte encore un chauffe-eau sanitaire d'appoint 25 à résistance électrique 26, ainsi que deux capteurs de température 27,28 prévus respectivement dans le circuit CDEF et dans la reserve 9 . Un comparateur ( non représenté commande la vanne 8 de la façon suivante : lorsque la température au point 27 est la plus élevée, l'eau est envoyée vers le point D; lorsqu'elle est inférieure à la température mesurée en 28, l'eau est recirculée vers le point D(. L'installation ainsi decrite fonctionne comme indiqué ciaprès, les pompes 6, 10 et 24 fonctionnant en permanence; les fleches en traits pleins indiquent le sens de circulation de l'eau. Le fonctionnement de la vanne 12b est décrit en détail dans le brevet FR 2 211 108 précité. On n'en rappellera donc ci-dessous que les points essentiels: une température de consigne étant affichée sur chaque robinet thermostatique 2, on suppose atteint un état d'équilibre ou l'obturateur 18b laisse passer une certaine quantité d'eau par chaque entrée 14b, 15b Si la température d'un local baisse, le robinet 2 correspondant s'ouvre; le débit global entre A et B augmente, ainsi par conséquent que la différence de pression entre les points 14b et 16b, la vanne 12b elle-même jouant le rale d'un étranglement de la conduite 14b-16b; ceci provoque la descente de l'obturateur 18b et donc l'augmentation de la proportion d'eau entrant par l'entrée 14b.Cette eau étant plus chaude que l'eau de retour recyclée en 15h, la température du b mélange sortant en 16 s'élève, ce qui s'ajoute à l'effet d'ouver- ture du robinet 2 pour ramener la température du local à la valeur de consigne. Inversement, quand la température du local augmente, le débit global entre A et B et la pression différentielle diminuent, et l'obturateur 18b monte en augmentant la proportion d'eau relativement froide dans le mélange. I1 y a donc à tout moment une certaine demande de puissance calorifique globale définie par les robinets 2, et la vanne 12b assure que seule sera fournie par les sources de chaleur la quantité de chaleur additionnelle nécessaire; celle-ci se traduit par un débit d'eau chaude au point 14b variant en fonction inverse de la température de cette eau chaude. Un principe analogue est appliaué pour n'utiliser la chaudière 4 que pour fournir la puissance calorifique d'appoint nécesaaire lorsque la réserve 9 est insuffisante Grâce à la pompe 10, les calories sont constamment prélevées dans l'échangeur 7 au circuit CDEF et stockées dans la réserve 9, qui atteint une température d'équilibre fonction de l'ensoleillement. Pour une valeur donnée de cette température, chaque valeur de la demande calorifique globale, déterminée par les robinets thermostatiques 2, se traduit par un débit donné en 14b et en 16a. Jus qu 'à une certaine valeur de ce débit, la pression différentielle entre les points 14 et 16 est trop faible pour vaincre le ressort 19 , convenablement taré, de sorte que seule l'entrée 15 est ouverte : toutes les calories nécessaires sont fournies par le circuit solaire. Quandle débit global demandé augmente, la pression différentielle entre les points 14a et 16a augmente également; l'obturateur 18 descend en ouvrant dans une certaine mesure l'entrée 14 ; la chaudière 4 fournit alors une certaine quantité d'eau chaude, et l'on comprend qu'il ne s'agit que de l'appoint de calories nécessaires pour compléter l'apport principal venant du circuit solaire à la valeur demandée en 14b Il est à noter que c'est de l'eau chauffée par ltenergie solaire qui pénètre dans la chaudière 4, ce qui améliore le rendement de celle-ci et rend optimale l'utilisation des calories solaires. Normalement, la température T M au point M est inférieure à la température THI mais il peut en être autrement, notamment lorsque, par temps froid, la chaudière 4 fournit la quasi-totalité des calories nécessaires. Ceci est gênant , car des quantités ue chà- leur importantes risquent d'être perdues au passage de l'eau de retour dans la reserve 9. Dans un tel cas, on peut laisser fonctionner I pompe 10 et utiliser les calories excédentaires de l'eau de retour PQpt chauffer, ou au moins préchauffer, l'eau sanitaire du ballon 11.On peut également, au moyen d'un comparateur de températures, provoquer 11 arrêt automatique de la pompe 10, auquel cas l'eau de retour retourne en quasi-totalité directement à la chaudière 4 par le conduit J (flèche f en traits mixtes); un faible débit continue à circuler dans le circuit solaire et permet au comparateur de remettre la pompe le marche lorsque L'inégalité TM On remarque que la présence de la vanne 12b diminue la quantite de calories véhiculées par l'eau de retour, grâce a la recirculation de l'eau de retour qu'elle assure. En variante, comme représenté en trait pointillé, 11 entrée de la chaudière 4 peut être reliée à un point P du conduit de retour situé entre les points N et M, au lieu d'être reliée au point L. En d'autres termes, les deux sources de chaleur 3 et 9 sont alors branchées en parallèle sur la vanne 12a Dans cette configuration, l'eau de retour rejoint la chaudière 4 sans traverser le circuit solaire; ceci peut être avantageux, par exemple Si le ballon il est supprimé. Dans les installations décrites, toute la régulation est hydraulique et s'effectue automatiquement et en continu sans apport extérieur d'énergie; il n'y a aucun organe électronique, aucun risque de panne ni d'étincelle; les organes actifs 12 , 12b sont très peu encombrants, très bon marché, faciles à installer, et leur entretien est à peu près nul. La seule condition pour qu'une telle installation fonctionne est que le débit global entre les points A et B varie en fonction de la demande de puissance calorifique, ce qui est vérifié soit dans le montage en parallèle des radiateurs qui est représenté, soit dans un montage en série à débit global variable. Bien entendu, dans ces cas, il est possible de remplacer les vannes 12a, 12b, ou 11 une d'elles, par des vannes mélangeuses a trois voies commandes électroniquement à partir de différents paramètres de l'installation, tels que température de l'eau en différents points, température extérieure, etc., mais la commande automatique entièrement hydraulique représentée est nettement préférable. Par contre, dans un montage en série à débit global constant, la commande électronique des vannes mélangeuses doit être utilisée, car les actionneurs 21 ne peuvent fonctionner. Il est à noter que la vanne 12b n'est pas absolument indispensable pour le fonctionnement de l'installation suivant l'invention. Cependant, en son absence, la régulation ne serait faite que par les robinets thermostatiques 2, avec les inconvenients indiqués dans le brevt FR 2 211 108 précit. - REVENDICATIONS - 1.- Installation de chauffage central, du type comprenant une réserve d'eau chauffée par ltenerg-le solaire, au moins un radiateur commande par un robinetthermostatique, une conduite d'amenée d'eau de la réserve au radiateur, une conduite de retour de l'eau du radiateur à la réserve, et une chaudière auxiliaire, caractérisée en ce qu'elle comprend une vanne mélangeuse à trois voies (12 ) montée dans la conduite d'amenée (14a-14b), dont une première entrée (15a) est reliée à la réserve d'eau (9) et dont l'autre entrée (14a) est reliée à la chaudière (4), des moyens (20 à 23) pour régler automatiquement et de façon continue, en fonction de la demande de puissance calorifique définie par le ou les robinets thermostatiques (2), les débits d'eau admis aux deux entrées de cette vanne, avec priorité à la réserve, et une seconde vanne mélangeuse à trois voies (12b) montée dans la conduite d'amenée en aval de la première (12 ), les deux entrées (14b-15b) de cette seconde vanne étant res pectivement reliées à la sortie (16a) de la première vanne (12a) et à la conduite de retour (N). 2.- Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'entrée de la chaudière (4) est reliée à la conduite de retour (P). 3.- Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'ventrée de la chaudière (4) est reliée à la sortie (L) de la réserve (9). 4*- Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, à débit global variable, caractérisée en ce que chaque vanne mélangeuse (12a-12b) possède une tige d'actionnement (18) solidaire d'une membrane (20) soumise respectivement sur ses deux faces aux pressions régnant de part et d'autre d'un organe d'etranglement (12a-12b) de la conduite d'amenée (14 -14b}. 5.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4,caractérisée en ce qu'une conduite (GHJK) pourvue d'une pompe de circulation (10) relie l'entrée et la sortie de la réserve (9), cette conduite comportant une partie (GH)disposee en relation d'échan- ge thermique avec un circuit d'eau (CDEF) chauffé par l'énergie solaire. 6.- Installation suivant la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour arrêter la pompe de circulation (10) lorsque la température de l'eau à la sortie (H) de ladite partie (GH) de la conduite de stockage (GHJK) est inférieure à la tem pérature de l'eau à l'entrée (M) de la réserve (ql