Brevet FR2403521A1 — publié le 19790413

La présente invention est relative aux installations dans lesquelles, à partir d'une source unique d'énergie thermique, deux fluides différents sont échauffés à des températures différentes, et sont prélevés à des débits, des volumes et des températures différentes. Bien que cette application ne soit nullement limitative, l'invention vise en particulier la production simultanée deau chaude destinée au chauffage d'un immeuble et d'eau chaude sanitaire, grâce à une source unique de gaz chauds provenant d'un compres- seur et de préférence d'une pompe à chaleur. Les installations déjà connues prévues au même effet sont complexes et onéreuses, du fait que leur fonctionnement fait obligatoirement intervenir des sources.d'énergie différentes. Grâce à l'invention, ces inconvénients sont éliminés par l'emploi d'une pompe à chaleur et d'unsystème échangeur unique. Selon l'invention, ce système échangeur se compose, d'une part drun réservoir d'eau sanitaire, dans lequel de l'eau froide est introduire à la partie inférieure et l'eau échauffée par unélément chauffant se rassemble par convexion à la partie supérieure d'où elle est prélevée à mesure des besoins, et d'autre part, d'un échangeur de chaleur tubulaire co-axial disposé dans ledit réservoir dont l'élément chauffant ou tube extérieur est le meme que celui du réservoir d'eau sanitaire et l'élément chauffé ou tube intérieur est une conduite d'alimentation en eau de chauffage, le dit élément chauffant étant parcouru par des gaz chauds en provenance d'une pompe à chaleur à contre-caurant avec la direction de circulation de ladite eau de chauffage. Les gaz chauds provenant de la pompe à chaleur échauffent donc à volonté l'eau de chauffage et I'eau sanitaire, la première circulant en permanence dans l'installation de chauffage des locaux qui en snnt équipés, tandis que l'autre est prélevée en fnnction des besoins del'utilisation. Dans la pratique, un interrupteur détermine à volonté la mise en route ou l'arrêt de la ciruclation de l'eau de chauffage, de sorte que, àla mise en route, dans un premier temps, c'est l'eau sanitaire qui est réchauffée la première jusqu'à ce que sa température ait atteint la température équivalente de condensation des gaz puis, alors dans un second temps, c'est à l'eau de chauffage qu'est cédée la chaleur latente de condensation. On peut ainsi maintenir en service la production d'eau chaude sanitaire pendant la saison chaude, avec un rendement élevé qui est lui-même la conséquence du fonctionnement de la pompe à chaleur pendant cette saison. Bien entendu, le dimensionnement et la disposition des éléments de l'installation pourront dépendre des conditions de fonctionnement de l'installation ainsi que de la nature des fluides utilisés et deleurs applications. A titre d'exemple, on décrit ci-après un mode de réalisation de l'invention dans on application à la production d'eau sanitaire et d'eau de chauffage de locaux. Cette description se réfère au dessin annexé qui représente en coupe axiale le dispositif à double échange thermique caractéristique de l'invention. Sur ce dessin, ce dispositif consiste en un échangeur placé à l'intérieur du réservoir (2). Le dit échangeur (1) est fixé sur la partie inférieure du réservoir (2), assemblé à lapartie supérieure par l'intermédiaire dlune bride de raccordement (3). Un système de dégazage (4) est situé à la partie supérieure de lté- changeur et permet l'évacuation des particules gazeuses en suspen- sion dans le fluide, destinées au circuit de chauffage. Une conduite relie ce dégazeur (4) à la partie inférieure du réservoir (2). L'eau froide destinée à l'utilisation sanitaire arrive à la partie inférieure du réservoir (2), circule par convection naturelle autour des spires de l'échangeur (1), et s'évacue à la partie supérieure du réservoir (2) par unorifice de départ d'eau chaude sanitaire. Le réservoir (2) comporte, outre les canalisations précitées toutes lesprises necessaires au cnntrôle des températures et aux organes de\régulatio. Afin d'éviter les pertes thermiques, dues à la présence d'une quantité importante d'eau chaude stockée à la température d'environ 50 à 600 , un isolant thermique (5) est prévu autour du réservoir (2). L'échangeur est constitué lui-même par deux tubes concentriques de dimensions adaptées a la puissance désirée. Dans l'espace annulaire, constitué par le montage co-axial de ces deux tubes, les gaz chauds sortant du compresseur de la pompe à chaleur circulent à contre courant des deux autres fluides. Le réchauffage de l'eau chaude sanitaire s'effectue par la condensation apparaissant sur les parois du tube extérieur. Le gaz cédant sa chaleur latente de condensation, à l'eau chaude sanitaire, parl'intermédiaire dudit tube. La température de l'eau chaude sanitaire ayant atteint la température équivalente de condensation des gaz, aucun échange à ce moment là ne peut se produire entre les deux fluides. A cet instant, la chaleur latente de condensation va être cédée à l'eau du circuit de chauffage par l'intermédiaire du tube intérieur. Un aquastat dans la partie inférieure de la réserve d'eau chaude sanitaire assure la mise en route et l1arrêt de la pompe à chaleur. La quantité d'eau contenue dans le réservoir (2) est calculée pour assurer un volant d'inertie suffisant pour éviter des mises en route trop fréquentes du groupe, et une régularité de la température du circuit chauffage suffisante. Le raccordement de l'ensemble des canalisations de gaz, de liquide et d'eau étant situées sur la partie fixe et inférieure du réservoir (2). Ce montant permet d'enlever de façon aisée la partie supérieure et d'avoir ainsi accès à l'ensemble de l'échan- geur pourun entretien éventuel. De préférence, pour améliorer encore le rendement thermique, les tubes extérieurs et intérieurs de l'échangeur sont munis d'ailettes rapportées et serties ou d'augmenter dans de grandes proportions sa surface d'échange, et les tubes, constituant ledit échangeur, sont en acier inoxydable ou cupro-nickel. REVENDICATIONS 1. Installation de production de deux fluides chauds à partir d'une source unique d'énergie thermique, caractérisée en ce que l'installation comporte un système à double échange thermique qui se compose, drune part d'un réservoir d-'eau sanitaire, dans lequel de l'eau froide est introduite à la partie inférieure et l'eau échauffée par un élément chauffant se rassemble par convexion à la partie supérieure d'où elle est prélevée à mesure des besoins, et d'autre part, d'un échangeur de chaleur tubulaire co-axial disposé dans ledit réservoir, dont ltélément chauffant ou tube extérieur est le même que celui du réservoir d'eau sanitaire, et l'élément chauffé ou tube intérieur est une conduite d'alimentation en eau de chauffage, ledit élément chauffant étant parcouru par des gaz chauds en provenance d'une pompe à chaleur à contre-courant avec la direction de circulation de ladite eau de chauffage. 2. Installation selon la revendication 1,caractérisée en ce qu'un interrupteur détermine à volonté la mise en route ou l'arrêt de la circulation de l'eau de chauffage, de sorte que, à la mise en route, dans un premier temps, c'est l'eau sanitaire qui est réchauffée la première jusqu'à ce que sa température ait atteint la température équivalente de condensation des gaz, puis alors, dans une seconde étape c'est à l'eau de chauffage qu'est cédée la chaleur latente de condensation.