Brevet FR2485167A1 — publié le 19811224

Régulation thermo-hydraulique des calories transmises a un ballon d'eau chaude ou à un radiateur par un poêle et appareils si ilaires. L'utilisation de chaleur généralement dispersée par des poêles, cheminées et appareils similaires, dans des bal lons d'eau chaude ou radiateurs a eau chaude, réclame l'emploi de systèmes de contrôle et régulation utilisant des thermostats, électrovalves, et des moyens électro -mécaniques en général. L'invention en objet permet la régulation automatique thermo-hydraulique qui sera illustrée plus loin D'après cette invention, la chaleur perdue par des poêles, cheminées et appareils similaires, est transmise à un ballon d'eau chaude ou à un radiateur par l'entremise d'un circuit hydraulique comprenant un échangeur de chaleur en contact avec le feu ou les fumées. Le ballon d'eau chaude est situé au point le plus élevé de l'installation, tandis que l'échangeur est situé a son point le plus bas, leur raccordement étant réalisé à l'aide de deux tuyauteries les plus directes possibles, l'une portant l'eau chaude au ballon d'eau chaude, qui sera indiqué plus loin comme "tuyauterie chaude", l'autre portant l'eau à chauffer à l'échangeur, qui sera indiqué comme "tuyauterie froide1,. La tuyauterie d'entrée au radiateur s'insère sur la tuyauterie chaude a une hauteur sensiblement plus élevée que -le niveau supérieur du radiateur tandis que la tuyauterie de sortie s'insère sur la tuyauterie froide à peu près au ni veau inférieur du radiateur. Trois branches hydrauliques sont ainsi réalisées: la pre mière comprenant l'échangeur, nomme "branche échangeur", la deuxième comprenant le ballon d'eau chaude nommée ici "branche ballon d'eau chaude", la troisième comprenant le radiateur et- nommée "branche radiateur". Dans un tel système, de dimensions adéquates, la clrcl tion d'eau n'aura lieu que dans le circuit constitué par la "branche échangeur" plus la "branche ballon d'eau chau- det' tandis que dans la "branche radiateur" l'eau tendra à se porter à vitesse zéro et à y rester jusqu'à ce quand sera atteinte dans le ballon d'eau chaude une température déterminée indiquée par Tmax et qui dépend du niveau de puissance de la source de chaleur considérée constante. En d'autres termes, toutes les calories prélevées par l'échangeur seront cédées au ballon d'eau chaude jusqu'à ce quand la température Tmax sera atteinte dans le réservoir. Une fois cette température atteinte, l'échangeur cèdera au radiateur toute le chaleur prélevée tandis que la circulation tendra a s'annuler dans la "branche ballon d'eau chaude". Naturellement, un prélèvement d'eau chaude du ballon d'eau chaude, avec prélèvement conséquent d'eau froide du vase d'expansion, c'est-à-dire un abaissement de la température dans le réservoir, tendra à rétablir les conditions précédentes, c'est-à-dire à trasmettre toutes les calories pré- levées au ballon d'eau chaude jusqu'à ce qu'à la température T soit de nouveau atteinte. max Comme il est possible de dimensionner l'installation dans une habitation moyenne de façon à ce que la T ait une max valeur adéquate, (par ex. comprise entre 600C et 80 C) et présentant des variations contenues quand la puissance va rie (par ex. que T varie de 150C, de 700C a 850C pour max une variation de puissance de 25% à 130e de la valeur de référence), l'installation se comporte coitirne si elle était dotée d'un système de régulation efficace, comme il se produirait avec les thermostats, électrovalves normaux, etc. Les caractéristiques et les buts de l'invention seront rendus plus évidents par l'exemple de réalisation suivant, accompagné de figures schématiques. Fig. 1 Composition-de l'installation sur deux étages Fig. 2 Schéma de l'installation Le poêle 10 (type à bois et charbon) est pourvue d'un conduit de fumée (11).sur lequel l'échangeur de chaleur (12) est appliqué. Celui-ci est raccordé au ballon d'eau chaude (13) par la tuyauterie de l'eau chaude, c'est-a-dire la "tuyauterie chaude" (14) et la tuyauterie de l'eau froide c'est-a-dire la "tuyauterie froide" (15). Le vase d-expansion (16) alimente le ballon d'eau chaude par la tuyauterie (17) qui s'insère dans la partie basse du ballon d'eau chaude, tandis que du haut de celulci part la tuyauterie (18) de distribution d!eau chaude pour les différents usages domestiques. Le radiateur (21) est relié par la tuyauterie (19) à la tuyauterie (14) au point 22 et par la tuyauterie (20) à la tuyauterie (15) au point 23. La figure 2 montre les hauteurs qui sont à la base du fonctionnement de l'installation. h1 : niveau le plus bas de l'échangeur et Insertion de la tuyauterie froide h2 : niveau le plus élevé de l'échangeur et insertion de la tuyauterie chaude. h4 : hauteur de versement de l'eau chaude dans le ballon d'eau chaude h5 : hauteur de la bouche de sortie de la tuyauterie froi- de du ballon d'eau chaude h7 : bouche d'entrée de la tuyauterie chaude dans le radiateur h3 : hauteur d'insertion de la "branche radiateur" sur la "tuyauterie chaude" h6: hauteur d'insertion de la "branche radiateur" sur la "tuyauterie froide". Faisant référence à la fig.2, trois branches de circuit aboutissant aux points (22) et (23) sont déterminées,c'està-dire les: - "branche échangeur" indiquée par a - "branche ballon d'eau chaude indiquée par b - "branche radiateur" indiquée par c d La dérivée # p (h) c'est-à-dire la dérivée par rapport dh au niveau h de la différence de pression p entre la branche ascendante "tuyauterie chaude" + l'échangeur et labranche descendante "tuyauterie froide" + le ballon d'eau chaude à une hauteur générique h, peut subir de très for-- tes variations et même des changements de signé.Elle re présente en effet la différence entre un terme dependant de la différence de densité entre les deux branches, avec des variations limitées, et la résistance hydraulique qui peut au contraire subir de très amples variations. Si nous prenons # p (h1) = p (h4) = 0, il s'ensuit que pour certaines valeurs de h telles que h1 Si le raccordement se fait entre les deux branches 14 et 15 à des hauteurs sensiblement différentes, il pourrait se produire, étant donné l'excursion possible dans les valeurs des résistances hydrauliques, que le # p entre les points raccordés soit égal à celui correspondant au poids de la colonne de liquide de la branche de raccordement, c'est-à-dire qu'un système du type reporté à la fig 2) permettra encore d'arriver une condition d'é- quilibre où la circulation dans la branche radiateur soit nulle. Si l'on se trouve dans ces dernières conditions avec le radiateur contenant de l'eau froide (par ex. à une tempé- rature proche de la température ambiante), cette condition d'équilibre résulte stable C'est-awdire qu'au fur et à mesure que l'eau chauffe, la différence de pression aux extrémités de la "branche ra diateur" augmente, de façon d déplacer l'eau froide de la tuyauterie (19) en y introduisant de l'eau chaude provenant de la tuyauterie (14), réduisant le poids de la "branche radiateur" jusqu'à compenser la différence de pression qui avait causé le déplacement et parvenant à une condition d'équilibre où dans la branche (19) le niveau de hy qui est la hauteur séparant l'eau chaude de la froide, ré- sulte seul varié. Quand h en s'abaissant atteint la hauteur h7, la la circula- tion commence dans la "branche radiateur" tandis que l'eau séjourne dans la "branche ballon d'eau chaude". C'est-à-dire que la température Tmax (pour h = h7) étant atteinte dans le ballon d'eau chaude, l'installation passe à céder au radiateur toute la chaleur prélevée de l'échangeur. Evidemment, dans le cas d'un abaissement de tempêrature du ballon d'eau chaude, par ex. à la suite da distribution d'eau chaude, l'installation cède de niveau la chaleur au ballon d'eau chaude lui-même. Ce qui précède rend clair que l'installation décrite, tout en ne possédant aucun organe de régulation thermo- mécanique tel que thermostats et autres similaires, se comporte comme un système thermostatique parlait d'une fiabilité absolue avec un fonctionnement complètement automatique. Etant donné que les applications de cette invention ont été décrites à titre d 7 exemple indicatif et non limita- tif, il est entendu que toute application équivalente des concepts inventifs exposés et tout produit réalisé et/ou opérant suivant les caractéristiques de llinven- tion rentreront dans son domaine de protection. Revendications Système pour la regulation automatique thermo-hydraulique d'une installation dans laquelle les calories de récupération d'un générateur de chaleur 10 tel que poêles, cheminées et autres appareils similaires, sont transmises, par l'entremise d'un échangeur de chaleur 12, à un ballon d'eau chaude 13 et à un radiateur 21, caractérisé de ce que la tuyauterie 19 d'entrée du radiateur s'insère dans la tuyauterie 14 de l'eau chaude raccordant l'échangeur 12 au ballon d'eau chaude 13, à une hauteur h3 considérablement plus élevée de celle dfl radiateur, alors que la tuyauterie 20 de sortie du radiateur s'insère dans la tuyauterie 15 de l'eau froide qui raccorde le ballon d'eau chaude 13 à l'échangeur de chaleur 12 à peu près a la hauteur de la bouche de sortie du radiateur, avec un effet de régulation thermo-hydraulique automatique, substantiellement equivalente ou superieure a la régulation obtenue par les dispositifs de thermostat, électro-mécaniques et autres similaires, en déterminant la transmission de la chaleur prélevée de I'échangeur 12 au ballon d'eau chaude 13 ou au radiateur 21 en fonction de la température de l'eau dans le ballon d'eau chaude 13.