Brevet FR2452680A1 — publié le 19801024

La présente invention concerne un accumulateur de chaleur se composant d'un réservoir recevant un fluide accumulateur,- avec une canalisation d'arrivée et une canalisation de retour pour l'eau de consommation à échauffer, se trouvant à la pression d'un réseau de distribution d'eau, et avec au moins un échangeur de chaleur qui peut être relié, par l'intermédiaire de canalisations d'arrivée et de retour pour un fluide caloporteur, à une source de chaleur ou un collecteur de chaleur0 Des accumulateurs de chaleur de ce type sont surtout utilisés en association avec des capteurs solaires, des pompes à chaleur et éventuellement des chauffages d'appoint en vue de l'alimentation en eau chaude. I1 s'agit dans ce cas de chaudières à eau chaude, qui se trouvent ainsi soumises à la pression du réseau de distribution d'eau, l'eau de consommation constituant elle-meme le fluide accumulateur. Par conséquent, les réservoirs accumulateurs sont réalisés sous la forme de réservoirs sous pression et sont soumis à des.prescriptions de sécurité particulières. C ' est pourquoi de bls réservoirs sous pression sont principalement réalisés sous la forme de réservoirs cylindriques en acier, qui sont munis de parois métalliques épaisses, Ceci rend ces réservoirs accumulateurs extraordinairement lourds, leur manutention étant particulièrement incommode lors de l'installation. En outre, on vise dans de tels réservoirs accumulateurs à une stratification verticale de la température qui, par suite de l'épaisseur de la paroi mé tallique, qui présente une bonne conductibilité thermique, ne peut être obtenue que de façon médiocre et temporaire.Enfin, les réservoirs en acier présentent également l'inconvénient qu'une protection contre la corrosion fiable, ne présentant aucun inconvénient hygiénique et physiologique, est nécessaire, car l'eau de consommation peut également être une eau potable. Afin de remédieir à certains de ces inconvénients, on a également déjà utilisé, en vue de la fabrication de tels réservoirs accumulateurs, des tubes enroulés en matière plastique. Afin de ne pas devoir enrouler ces tubes de façon extrêmement épaisse pour des raisons de solidité, on est foroé de munir de tels réservoirs en tubes enroulés d'une armature de fibres de verre.Malgré cela, des limites sont imposées aux dimensions des réservoirs, car même dans le cas de pression d'eau de consommation de l'ordre de grandeur de 2 à 3 bars, l'épaisseur de la paroi du réservoir en matière plastique s'élève à un multiple de celle de parois en acier similaires0 Un autre inconvénient des accumulateurs de chaleur connus, indépendamment du fait qu'ils possèdent un réservoir en acier ou un réservoir en matière plastique, réside dans le fait que des inétanchéités entrainent avec elles le risque de la pollution de l'eau potable. Ainsi, par exemple, le fluide caloporteur provenant d'un circuit de capteur solaire peut parvenir directement dans l'eau de consommation dans le cas d'un échangeur de chaleur défectueux.Ces liqui des caloporteurs peuvent être combustibles ou toxi- ques, c'est pourquoi ils sont inadmissibles même en petites quantités du moins dans l'eau potable0 La présente invention a pour objet, dans un accumulateur de chaleur du type indiqué dans le préambule, de pouvoir mettre en oeuvre des réservoirs plus simples, de grande capacité, qui peuvent cepen dant avoir un poids faible et surtout peuvent être réalisés en matière plastique. Ce problème est, dans le cas d1un accumulateur de chaleur du type indiqué dans le préambule, résolu par le fait que le fluide accumulateur se trouve dans le réservoir sans aucune surpression extérieure et séparé de l'eafl de consommation, étant donné que dans le réservoir est disposé un échangeur de chaleur à prélèvement, avec lequel sont en communication l'arrivée et le retour d'eau de consommation'. t'avantage particulier de l'accumulateur selon l'invention, réside dans le fait que le réservoir accumulateur n'est pas réalisé sous la forme d'un réservoir sous pression. On peut, par conséquent, fabriquer ce réservoir, par exemple, en tôle d'acier mince, qui peut être renforcée par des nervures ou des moulures simples en vue de l'absorption de la pression statique du fluide accumulateur. Avantageusement, on peut fabriquer un tel réservoir non soumis à une pression en matière plastique résistant à la température, c'est pourquoi les récipients en matière plastique déjà connus sous la forme de réservoirs à mazout peuvent être utilisés, qui sont fabriqués selon le procédé de soufflage et d'extrusion, par exemple en polypropylène ou en polyéthylène.On utilise avantageusement ces réservoirs en matière plastique qui possèdent des emboutissements allant jusqu'au milieu du réservoir et y sont réunis, une capacité pour le réservoir d'ac cumulation de l'ordre de grandeur de 1.000 litres et plus pouvant être facilement obtenue. Plus le volume du réservoir accumulateur est grand, plus sa température moyenne peut être maintenue faible, ce qui améliore le rendement, en particulier d'une installation de capteur solaire0 Pour une capacité d'environ 1.000 litres, un tel réservoir en matière plastique présente un poids inférieur à 50 kilogrammes, vis-à-vis duquel un réservoir sous pression en acier comparable est dix fois plus lourde Par voie de conséquence, un tel réservoir accumulateur plus léger peut être transporté facilement et installé à l'endroit d'édification.Vis-à-vis des réservoirs sous pression en matière plastique déjà connus, on obtient l'avantage du besoin en matière première beaucoup plus faible pour une capacité comparable, Si bien que la paroi mince dans le cas du réservoir accumulateur selon lrinvention présente, par rapport au réservoir sous pression en matière plastique, une conductibilité thermique encore réduite, grâce à quoi une stratification thermique satisfaisante et stable temporellement est encore favorisée dans l'accumulateur de chaleur. La protection contre la corrosion, de toute façon superflue dans le cas de réservoirs en matière plastique, peut être réalisée de manière plus simple dans le cas de réservoirs en acier à paroi mince, car ils peuvent être constitués de tôles déjà protégées contre la corrosion. Mais ainsi une protection hygiénique et physiologique de l'eau de consommation, qui peut, en particulier être également de l'eau potable, est obtenue. A cela contribue également l'échangeur de chaleur à prélèvement qui sépare le fluide accumulateur, constitué la plupart du temps par de l'eau, de l'eau de consommation.Ainsi, même dans le cas d'une irruption du fluide caloporteur, par exemple hors du circuit de capteur solaire dans le fluide accumulateur, une sécurité supplémentaire est assurée contre une pollution de l'eau de consommation utilisée comme eau potable0 il faut encore tenir compte du fait, en tant qu'avantage supplémentaire, que l'eau de consommatlon se trouvant en surpression vis-à-vis du fluide accumulateur peut faire irruption, dans le cas d'une fuite, dans le fluide accumulateur, mais inversement une pénétration du fluide accumulateur dans l'eau de consommation est empêchée. Il faut également encore mentionner, comme avantage particulier de l'accumulateur de chaleur seion l'invention, que liteau chaude prélevée est toujours de l'eau fraiche. Il ne s'agit pas ainsi d'eau viciée déjà échauffée d'avance depuis longtemps dans l'accumulateur, qui a un goût fade. L'invention est ci-après encore expliquée en détail, en regard du dessin annexé, à l'aide d'un exemple de réalisation. La figure unique du dessin représente, en coupe verticale, un accumulateur de chaleur selon l' & vention. On distingue sur la figure un réservoir accumulateur 1, qui est de préférence en matière plastique à paroi mince. Il a une forme parallélépipédique et possède, sur des c8tés en vis-à-vis l'un de l'autre, Un emboutissement 2 allant jusqu'au milieu du réservoir, ces em^uqtissements 2 sont par exemple solidarisés en un point de contact médian 3, par exemple soudés llun à l'autre Le réservoir I est ainsi autoportant. Les emboutissements réunis 2 empêchent un gauchissement du réservoir sur les grandes surfaces latérales, si bien qu'un tel réservoir en matière plastique peut avoir une capacité de 1000 litres et plus. Il est surtout important que le réservoir 1 ne soit soumis à aucune pression, de elle sorte que sa paroi n'ait uniquement à résister à la pression statique du fluide accumulateur, constitué de préférence par de l'eau. C'est pourquoi le réservoir 1 peut fondamentalement être également réalisé par exemple en t8le d'acier mince. 'utilisation de matière plastique pour le réservoir 1 présente cependant encore des avantages en ce qui concerne une stratification thermique verticale recherchée du fluide accumulateur de chaleur dans le réservoir 1. Toutes les matières plastiques connues ont une très faible conductibilité thermique, c'est pourquoi, surtout dans le cas de la réalisation à paroi mince du réservoir 1, un court-circuit thermique, par l'intermédiaire de la paroi du récipient, est empêché entre les différentes couches de température. L'utilisation de matière plastique pour le réservoir 1 est également avantageuse en ce qui concerne la dilatation thermique. Le réservoir 1 peut en effet être entièrement rempli d'eau en tant que fluide accumulateur, sans que des réservoirs de compensation supplémentaires soient nécessaires. Dans le cas d'un accroissement de température du fluide accumulateur par apport de chaleur, non seulement le réservoir, mais également l'eau, se dilatent. Comme le coefficient de dilatation thermique linéaire moyen de l'eau est plus faible que celui de la matière plastique du réservoir 1, aucune surpression ne peut en résulter dans le réservoir par dilatation thermique, même s'il ne possède aucun joint de dilatation ni élément élastique analogue. Pour ces raisons, le réservoir 1 en matière plastique peut, de façon simple, être à paroi lisse. En vue du remplissage du fluide accumulateur et pour la mise en place des accessoires nécessaires, le réservoir a possède sur son c & é supérieur des tubulures 4, i peuvent être obturées au moyen du couvercle 5. BondameDtalement de telles tubulures de raccordement peuvent également être prévues en d'autres endroits du réservoir 1. Un échangeur de chaleur par apport 6 sert à l'apport de la chaleur provenant d'une source de chaleur au fluide accumulateur. Cet échangeur de chaleur 6 est disposé près du fond du réservoir 1 et possède une configuration allongée. Dans l'exemple de réalisation, l'échangeur de chaleur à apport 6 est réalisé en forme d'hélice, son axe longitudinal se trouvant dans le sens horizontal. La direction horizontale est importante pour la stratification thermique recherchée dans le fluide accumulateur, afin qu'un court-circuit thermique ne se produise pas par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur lui-même. L'échangeur de chaleur 6 est relié à une canalisation d'amenée 8 et à une canalisation de retour 7, qui sortent du réservoir 1 vers le haut à travers une des tubulures 4 et du couvercle correspondant 5. Pour la canalisation d'amenée 8 et la canalisation de retour 7 pour l'échangeur de chaleur à apport 6, il peut s'agir du départ et du retour d'un système de capteur solaire.D'une manière identique, l'échangeur de chaleur à apport 6 peut également être reliée à une autre source de chaleur, tel qu'un chauffage d'appoints il est également possible de prévoir dans le réservoir 1 plusieurs échangeurs de chaleur à apport 6 afin dlin- troduire dans le fluide accumulateur, en plus de la chaleur solaire captée, qui est amenée dans l'accumulateur de chaleur par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur circulant dans un circuit collecteur approprié, à la place de celle-ci la chaleur d'une installation de chauffage ou d'une pompe à chaleur. Du fait de sa capacité thermique accrue, un accumulateur de chaleur selon l'invention peut par exemple servir à ltamélioration du rendement médiocre de la préparation d'eau chaude avec un chauffage central en été. La chaleur engendrée par l'installation de chauffage est introduite, par l'intermédiaire des échangeurs de chaleur 6, dans l'accumulateur- et l'eau chaude nécessaire n'est pas prélevée sur la chaudière de chauffage, mais sur l'accumulateur de chaleur.Malgré les pertes de l'accumulateur de chaleur, on obtient un rendement global considérablement amélioré, car on peut augmenter l'intervalle de fonctionnement du chauffage, car il est notoire que la mise en marche fréquente d'un chauffage détériore le rendement0 Dans la canalisation de retour 7 ou, de façon correspondante, également dans la canalisation d'arrivée 8, peut être installée une pompe 9 pour le fluide caloporteur. Afin d'assurer également encore un transfert satisfaisant de chaleur entre l'échangeur de cha- leur 6 et le fluide accumulateur, lorsque la différence de température entre le fluide caloporteur et le fluide chaud se trouve à la limite inférieure, on pourrait fondamentalement agrandir l'échangeur de chaleur, ce qui est cependant une solution onéreuse et exigeant beaucoup de matériel. Au lieu de cela, dans le cas de l'accumulateur de chaleur selon l'invention, l'échan- geur de chaleur 6 est parcouru par le fluide accumulateur de chaleur, une circulation du fluide accumulateur de chaleur en totalité devant cependant être évitée. Ceci serait, en effet, néfaste à la stratification thermique verticale recherchée dans le fluide accumulateur de chaleur.Par conséquent, à proximité d'une extrémité de l'échangeur de chaleur allongé 6, est placé un dispositif à jet Il et à l'extrémité opposée de l'échangeur de chaleur 6 se trouve un dispositif d'aspiration 12, les deux étant réunis par l'in termédiaire d'une canalisation d'aspiration 13 et d'une canalisation de pression 15, à une pompe de circulation 14 se trouvant par exemple à l'extérieur du réservoir 1. Lors du fonctionnement de la pompe de cir cul ati on 14, le fluide accumulateur de chaleur est ainsi aspiré à une extrémité de l'échangeur de chaleur et l'autre extrémité de ce dernier est ainsi à nouveau balayée.Il est avantageux de ne mettre en service la pompe de circulation 14 que lorsque de la chaleur. est fournie à l'échangeur de chaleur 6 par l'intermédiaire de la canalisation d'amenée 8. La pompe 14 en vue du balayage de l'échangeur de chaleur 6 ne doit ainsi être mise en marche que, par exemple, lorsque les capteurs solaires délisrent effectivement de l'énergie, lorsque les capteurs solaires délivrent effectivement de l'énergie. A cette fin, la plupart du temps, une régulation appropriée est prévue, la pompe de circulation 14 pouvant par exemple être montée en parallèle sur la pompe 9 pour le fluide caloporteur0 Le plus loin possible vers le haut dans le réservoir 1, dans chaque cas cependant au-dessous du fluide accumulateur se trouve au moins un autre échangeur de chaleur 16, sous la forme d'un échangeur de chaleur à prélèvement.Cet échangeur de chaleur à prélèvement 16 peut être d'un mode de réalisation identique ou différent de l'échangeur de chaleur 6. Comme celui-ci, il possède cependant avantageusement une configuration allongée et est aligné avec son sens longitudinal horizontalement, afin de ne pas influencer défavorablement la stratification thermique dans le réservoir lo Afin d'accroître d'une manière identique comme dans l'échangeur de chaleur 6 la transmission de chaleur entre le fluide accumulateur et l'eau de consommation, qui parcourt l'échangeur de chaleur à prélève- ment 16, un dispositif de jet est également ici prévu à une extrémité-de l'échangeur de chaleur 16, comme à l'autre extrémité un dispositif d'aspiration 12, qui sont reliés, par l'intermédiaire d'tune canalisation d'aspiration 13 et d'une autre canalisation de pression 15, à une seconde pompe de circulation 14. A l'échangeur de chaleur par prélèvement 16 est amenée, par l'intermédiaire d'une canalisation d'arrivée 17, de l'eau froide fraîche, qui s'échauffe dans ltéchangeur de chaleur à prélèvement 16 et parvient, par l'intermédiaire d'un retour d'eau de consommation 18 aux points de prélèvement respectifs. L'eau de consommation se trouve ainsi à la pression, par exemple, d'un réseau de distribution d'eau, c'est pourquoi l'échangeur de chaleur à prélèvement 16 doit être réalisé en conséquence de façon résistant à la pression. Lorsque plusieurs circuits d'eau doivent être alimentés, plusieurs échangeurs à prélèvement 16 peuvent également etre disposés dans le réservoir 1. Le rendement d'un chauffage peut également être amélioré par l'intermédiaire d'un tel échangeur de chaleur à prélèvement 16 avec une durée de mise en marche relativement faible, afin d'élever la température d'eau chaude de l'installation de chauffage. Pour le cas où l'eau chaude est toujours nécessaire à la sortie de l'échangeur de chaleur à prélèvement 16, il est également ici avantageux, comme expliqué déjà à propos de l'échangeur de chaleur à apport 6, de commander la pompe de circulation 14 associée à l'échangeur de chaleur à prélèvement 16 en fonction du prélèvement d'eau chaude. Comme déjà mentionné plus haut, le réser voir 1 peut être totalement rempli de fluide accumulateur de chaleur, et il demeure dans des conditions déterminées également sans pression, -s'il est clos'de façon étanche. Il est avantageux de prévoir sur le côté supérieur du réservoir 1, par exemple sur un des coucercles 5 pour les tubulures 4, une soupape de ventilation 10, parce qu'en effet le fluide accumulateur, en particulier de l'eau, après le remplissage dans le réservoir 1, contient encore de l'air en solution, qui s'échappe lors de l'échauffement. Cet air doit pouvoir être évacué du réservoir 1, car sinon il en résulte un matelas de gaz dans le réservoir I, qui peut conduire à une surpression dans ledit réservoir. La soupape de ventilation 10 rend superflu un vase d'expansion distinct. Les tubulures 4 fermées par des brides d'obturation ou les couvercles 5 peuvent servir à la mise en place d'autres accessoires, comme par exemple de thermomètres. Il est en outre décisif-que l'ouverture des tubulures 4 soit dimensionnée de sorte que les capteurs à introduire dans le réservoir 1 en particulier, mais également les échangeurs de chaleur 6 et 16 puissent être passés à travers elles. Un montage aisé des appareils est ainsi possible qui garantit également une possibilité de remplacement aisée. En outre, les couvercles 5 sur. les tubulures 4 peuvent posséder de petites ouvertures ou des inétanchéités calibrées, afin de permettre une égalisation de pression de l'intérieur du réservoir avec l'environnement. Le réservoir tout entier 1 est revetu d'une enveloppe d'isolement, afin d'une part de maintenir les pertes thermiques aussi faibles que possible et d'autre part d'éviter un chauffage inutile des zones ou des espaces adjacents à l'accumulateur de chaleur. Comme matériaux d'isolement, on peut envisager par exemple la laine de verre ou la laine minérale, ainsi que des matières plastiques sous forme de mousse. Avantageusement, l'isolement est réalisé sous forme de coquille et se compose d'un fond 19 et de parties latérales 20 s'élevant au-dessus et qui portent un couvercle 21. Avantageusement, les parties latérales 20 se complètent sous la forme de demi-coquilles. Les parties latérales d'isolement 20 et le couvercle 21 présentent un espacement par rapport à la paroi du réservoir 1, afin que l'isolement ne soit pas soumis à des dilatations thermiques de celui-ci0 Ceci est surtout important dans le cas d'utilisation de réservoirs en matière plastique qui doivent se dilateur de façon déterminée sans un accroissement de la pression interne dans le cas de l'omission d'un vase d'expansion distinct. Afin d'éviter des pertes par rayonnement, il est avantageux de doubler les parties internes 22 de l'isolement du réservoir, avec une couche réfléchissante, comme par exemple une feuille d'aluminium brillante. RE=vgiDIC S 1) Accumulateur de chaleur se composent d'un réservoir recevant un fluide accumulateur, avec une canalisation d'arrivée et une canalisation de retour pour l'eau de consommation à chauffer, se trouvant à la pression d'un réseau de distribution d'eau, et avec au moins un échangeur de chaleur qui peut être relié, par l'intermédiaire de canalisations d'arrivée et de retour pour un fluide caloporteur, à une source de chaleur ou à un collecteur de chaleur, caractérisé en ce que le fluide accumulateur dans le réservoir (1) n'est soumis à aucune surpression extérieure et est séparé de l'eau de consommation, dans lequel dans le réservoir (n) est disposé un échangeur de chaleur à prélèvement (16), avec lequel sont en communication l'arrivée (17) et le retour (18) d'eau de consommation. 2) Accumulateur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur à apport (6) est disposé à ou près du point le plus bas dans le réservoir~(1) et l'échangeur de chaleur à prélèvement (16) près du niveau du fluide accumulateur dans le réservoir (1) et les deux étant réalisés sensiblement allongés et dirigés horizontalement. 3) Accumulateur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'à proximité de chacun des échangeurs de chaleur (6, 16) est placé un dispositif de circulatiop (11 à 15) pour le fluide accumulateur. 4) Accumulateur de chaleur selon la r-evendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de circulation se compose d'une pompe de circulation (14), qui est reliée à un dispositif d'aspiration (12) placé à proximité d'une erémité de l'échangeur de chaleur associé d'une part et avec un dispositif de jet (11) disposé à proximité de l'autre extrémité de cet échangeur de chaleur (6, 16). 5) Accumulateur de chaleur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le fontionnement du dispositif de circulation (11 à 15) de l'échangeur de chaleur à prélèvement (16) est commandé en fonction de la traversée d'eau de consommation et/ou du dispositif de circulation (11 à 15) de l'échangeur de chaleur à apport (6) est comnandé en fonction de la traversée du fluide caloporteur. 6) Accumulateur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le réservcir (1) pour le fluide accumulateur est en matière plastique résistant à la température à faible conductibilité thermique. 7) Accumulateur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le réservoir de matière plastique (1) possède sur des cotes se trouvant en vis-à-vis des emboutissements (2), qui sont réunis l'un à l t autre directement ou indirectement. 8) Accumulateur de chaleur selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le fluide accumulateur remplit totalement le réservoir (1) en matière plastique. 9) Accumulateur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le réservoir (1) en matière plastique possède en son point le plus élevé une soupape de ventilation (10). 10) Accumulateur de chaleur selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le r- servoir (1) possède des brides ou des tubulures (4) pouvant être obturées par des couvercles (5), dont l'ouverture est adaptée à la forme en projection des échangeurs de chaleur (6, 16). 11) Accumulateur de chaleur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les couvercles (5) forment avec les échangeurs de chaleur (6, 16) et/ou les dispositifs de circulation (11-15) une structure unitaire. 12) Accumulateur de chaleur selon l'une des revendications 6 à 11, caractérisé en ce qu'une enveloppe d'isolement (19 à 21) entoure de toutes parts le réservoir de chaleur (1), qui est disposée latéralement et en haut à distance de la paroi du réservoir. 13) Accumulateur de chaleur selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'enveloppe d'isole- ment (19 à 21) est doublée sur ses côtés internes (22) d'une feuille réfléchissante.