Brevet FR2477685A1 — publié le 19810911

La présente invention concerne un chauffe eau, notamment domestique, et plus particulièrement un chauffe eau équipé de plusieurs modes de chauffage de l'eau chaude sanitaire qu'il doit débiter en faisant appel a divers types d'énergie. On connait des chauffe eau à énergie uniquement électrique ainsi que des chauffe eau dont l'énergie calorifique provient d'une chaudière de chauffage. Les chauffe eau du premier type ne sont pas toujours économiques du point de vue de leur exploitation; les chauffe eau du second type ne sont bien entendu ni adaptés, ni économiques pendant la période de l'année où la chaudière ne fonctionne pas à des fins de chauffage. Depuis que l'on cherche à exploiter l'énergie solaire, on a été amenez à concevoir des chauffe eau utilisant l'énergie solaire et, de façon complémentaire, l'énergie électrique. On utilise alors des chauffe eau dont la plus grande par- tie, genéralement les deux tiers inférieurs, est équipée pour être chauffee par l'énergie solaire alors que l'on place dans l'autre partie, généralement le tiers superieur, une résistance électrique destinée à apporter, si besoin est, un complément de chauffage. Dans ce cas, il apparaît immediatement que pendant la saison de moindre ensoleillement, correspondant à la saison froide, le chauffe eau utilise quasi exclusivement l'énergie électrique et on rencontre le même problème que pour les chauffe eau purement électriques. De plus, lorsque l'ensoleillement est insuffisant et que l'on utilise l'énergie électrique, seule l'eau qui se trouve dans le tiers supérieur du chauffe eau est à la température désirée, le reste n'étant pas chauffé; la quantité d'eau chaude disponible est donc trop faible pour apporter le confort nécessaire à l'usager et il faut surdimensionner le chauffe eau avec les inconvénients de place, déperdition de calories, etc L'invention a pour but, en combinant l'énergie solaire, l'énergie électrique et l'énergie calorifique dispense par une chaudière de chauffage, de permettre une utilisation économique et optimum en autorisant quotidiennement la déli- vrance d'une quantite d'eau chaude suffisante, à savoir environ 150 à 200 litres, grâce a un chauffe eau qui presente une contenance voisine de ce débit quotidien, c'est-à-dire ne justifiant aucun surdimensionnement. A cet effet, l'invention a pour objet un chauffe eau, notamment domestique, carac terisé par le fait qu'il utilise, suivant les circonstances, l'énergie solaire, l'énergie électrique ou l'énergie calorifique dispensée par une chaudière de chauf fage. Ainsi, l'hiver, lorsque la chaudière de chauffage fonctionne et lorsque l'ener- gie solaire n'est à elle seule plus suffisante pour fournir les calories nécessaires au débit d'eau chaude quotidien demandé, la chaudière fournit l'appoint nécessaire. Suivant une autre caractéristique de l'invention, cet appoint fourni par la chaudière de chauffage est réalisé grace a une électrovanne commandée par une horloge de programmation. Lorsque la chaudière ne fonctionne pas, si l'énergie solaire n'est pas suffisante pour couvrir la demande en calories, l'appoint est realisé en faisant appel a l'énergie électrique. Pour ce faire, et suivant une autre caractéristique de l'invention, le chauffe eau est équipé à sa base d'un dispositif de chauffage électrique comportant une sonde thermostatique et un circuit résistif de chauffage relié au réseau électrique. Pendant la période d'ensoleillement maximum, par exemple en été, la chaudiere est arrêtée et l'énergie solaire suffit a elle seule a couvrir les besoins en calories du chauffe eau; aucun appoint en énergie électrique n'est nécessaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description ci-après en faisant référence a la figure unique annexee, donnée uniquement a titre d'exemple non limitatif. Suivant l'exemple de la figure, le chauffe eau de l'invention repéré dans son ensemble par la réference 1 est alimente en calories a partir de trois sources distinctes : une source solaire comprenant un ou plusieurs panneaux solaires 2 et un circuit 3, une source électrique 4 et une chaudière de chauffage 5 comprenant un circuit de chauffage et un circuit eau chaude repére dans leur ensemble respectivement par les références 6 et 7. Le chauffe eau 1 se compose d'un réservoir cylindrique 8 monté verticalement dont les extrémités supérieures et inférieures 9 et 10 sont bombées. Ces deux extrémités bombées 9 et 10 sont traversées respectivement par deux tubulures 11 et 12 pour l'eau circulant dans le circuit solaire 3. Dans ce circuit solaire 3, le fluide caloporteur circule suivant la flèche f, les tubulures 11 et 12 sont reliées par un échangeur ou serpentin 13 disposé à l'intérieur du reservoir 8 du chauffe eau et permettant au circuit solaire 3 de céder ses calories à l'eau sanitaire contenue dans ledit réservoir 8. Le réservoir 8 du chauffe eau 1 communique en outre avec l'extérieur grâce à deux tubulures, 1 'une, 14, permettant son alimentation en eau froide sanitaire suivant la flèche g, l'autre, 15, disposée a la partie supérieure du chauffe eau debitant l'eau chaude sanitaire vers les differents points d'utilisation suivant la flèche h; les quatre tubulures 11, 12, 14 et 15 sont d'axe vertical parallèle à l'axe vertical du réservoir 8 du chauffe eau 1. Autour de sa partie cylindrique, le réservoir 8 présente une double enveloppe 16 dans laquelle circule l'eau chaude délivrée par le circuit 7 d'eau chaude de la chaudière 5. L'ensemble du réservoir 8 et de sa double enveloppe 16 est recouvert d'un calorifugeage 17 en mousse de polyurétnane; ce calorifugeage enveloppe complètement le chauffe eau y compris ses parties supérieures et inférieures en ne laissant déboucher que les tubulures 11, 12, 14 et 15, les tubulures 18 et 19 respectivement d'entrée et de sortie suivant les flèches j et k de l'eau chaude délivrée par la chaudière 5 et en laissant proéminent, à sa partie inférieure, le boitier 20 de l'ensemble de chauffage électrique. La chaudière 5 est reliée aux circuits de chauffage 6 et d'eau chaude 7 par deux tubulures, l'une de sortie 21 débitant de l'eau chaude suivant la flèche m, l'autre 22 d'entrée admettant l'eau à réchauffer suivant la flèche n. De la tubulure 21 de la chaudière 5 part, d'une part, le circuit 7 d'eau chaude qui alimente la double enveloppe 16 avec interposition d'une électrovanne 23 dont 1 'ouverture ou la fermeture sont commandées par une horloge de programmation 24 et, d'autre part, une canalisation 25 qui traverse une vanne à quatre voies 26 pour alimenter le circuit de chauffage 6. Ce circuit 6 alimente des radiateurs 27 et comporte par ailleurs un accélérateur 28, l'eau circulant dans ce circuit suivant les flèches p et q respectivement pour l'aller et le retour. Ainsi, la vanne a quatre voies 26 comporte une voie reliée à la canalisation 25, une voie branchée directement sur l'accélérateur 28, et une voie raccordée à la tubulure 22 d'entrée de la chaudière 5; la quatrième voie de la vanne 26 est reliée d'une part au retour suivant la flèche k de l'eau provenant de la double enveloppe 16 entourant le réservoir 8 du chauffe eau 1 et, d'autre part, au retour suivant la flèche q de l'eau provenant des radiateurs 27. La source d'énergie électrique 4 est disposée à la partie inférieure et au centre du chauffe eau 1; elle n'est pas recouverte par le calorifugeage 17, elle se compose d'un boitier 20 contenant le dispositif électrique proprement dit, relié au réseau électrique 29, une sonde thermostatique 30 dirigée vers l'intérieur du réservoir 8 du chauffe eau et baignée par 1 'eau contenue dans celui-ci et un échangeur schématisé en 31 constitué par une résistance électrique de chauffe contenue dans un tube d'echange. En ce qui concerne les panneaux solaires 2, ils peuvent être couplés, ils sont constitués de façon classique d'un circuit de circulation de fluide caloporteur non représenté, d'un cadre et d'un absorbeur. Le fonctionnement du chauffe eau de l'invention est le suivant Lorsque la chaudiere 5 ne fonctionne pas, et lorsqu'on est dans une période d'ensoleillement suffisante, les capteurs solaires 2 suffisent à eux seuls pour fournir au chauffe eau l'énergie suffisante pour délivrer quotidiennement 150 à 200 litres d'eau chaude. Dans ce cas, l'énergie utilisée est donc totalement gratuite, l'échange thermique est réalise uniquement grâce au serpentin ou échangeur solaire 13 dispose à l'intérieur du réservoir 8 du chauffe eau. Lorsque la chaudiere 5 ne fonctionne pas et que l'ensoleillement n'est pas suffisant pour que les calories ainsi fournies permettent au chauffe eau de délivrer le debit quotidien nécessaire d'eau chaude, l'appoint en calories est réalisé grâce à la source électrique 4 qui, en fonction des indications fournies par la sonde thermostatique 30, permet d'alimenter ou non en électricité l'é- changeur électrique 31. Dans ce cas, l'échange thermique entre 1 'eau contenue dans le chauffe eau et la source électrique d'énergie 4 s'effectue par l'intermédiaire de l'échangeur 31. Lorsque la chaudière 5 fonctionne, la source d'energie électrique 4 n'est pas du tout sollicitée, l'énergie solaire disponible à partir des panneaux 2 est, en quantité variable, l'appoint nécessaire pour débiter la quantité quotidienne d'eau chaude et réalisé grâce au circuit 7 d'eau chaude. L'échange thermique s'effectue alors grâce à la double enveloppe 16 entourant le réservoir 8 du chauffe eau 1. Le chauffe eau de l'invention est donc, pour ce qui concerne son principe de fonctionnement, avant tout solaire. L'énergie solaire disponible et captée n'etant pas toujours suffisante, les calories manquantes, pour que le chauffe eau puisse délivrer quotidiennement une quantite de l'ordre de 150 à 200 litres d'eau chaude, sont apportées, lorsque la chaudière de chauffage fonctionne, par le circuit eau chaude de celle-ci et de façon programmée, et, lorsque la chaudière ne fonctionne pas, par une source électrique 4 réagissant simplement grâce à une sonde thermostatique 30. Le chauffe eau de l'invention présente un certain nombre d'avantages Il est avant tout économique, puisqu'il utilise au maximum les calories fournies par le circuit solaire 3, puisque l'appoint réalisé par la source électrique 4 est en général peu important etant donné qu'il intervient dans les périodes où la chaudière 5 ne fonctionne pas, c'est-à-dire où l'ensoleillement est en général non négligeable et puisque l'appoint réalisé par le circuit 7 d'eau chaude de la chaudière 5 s'est effectué grâce à une programmation judicieuse de l'heure de déclenchement et du temps de chauffage. Grâce à la position basse ou moyenne du serpentin ou échangeur solaire 13 et de l'échangeur électrique 31 de la source 4, il est possible de concevoir un chauffe eau dont la capacité de stockage est voisine du débit quotidien d'eau chaude necessaire, c'est-à-dire en moyenne de l'ordre de 150 à 200 litres. Grâce au calorifugeage 17, en polyuréthane, les déperditions calorifiques sont réduites. Grâce à la combinaison judicieuse de trois sources d'énergie calorifique, le chauffe eau de l'invention, donnant cependant priorite à l'énergie solaire est particulièrement intéressant pour bus régions où l'ensoleillement est important ou moyen. Diverses variantes de l'invention peuvent être envisagées Le chauffe eau de l'invention a été décrit comme comportant pour ce qui concerne son alimentation par le circuit 7 d'eau chaude de la chaudière 5, une horloge de programmation 24 agissant sur une électrovanne 23. Le circuit solaire 3 comporte un serpentin ou échangeur 13, la source d'énergie électrique 4 apporte ses calories grâce à l'échangeur 31, l'eau chaude délivrée dans le circuit 7 par la chaudiere 5 apporte ses calories par l'intermédiaire de la double enveloppe 16, ces divers types d'echangeurs peuvent être modifiés ou interchangés; on peut par exemple envisager un chauffe eau comportant un échangeur intérieur du type du serpentin 13 commun pour les trois sources d'énergie utilises; on pourrait également envisager un échangeur commun à deux sources, par exemple, solaire et électrique. Divers équipements accessoires sont prévus sur le circuit solaire 3, le chauffe eau 1 proprement dit, les circuits 6 et 7 de chauffage et d'eau chaude de la chaudière 5, la source d'énergie électrique 4 et ses éléments, ils sont classiques et n'entrent pas dans le cadre de la présente invention. Revendications. 1. Chauffe eau notamment domestique, caractérisé par le fait qu'il utilise l'énergie solaire récupérée par des capteurs (2) et l'une ou l'autre de deux énergies d'appoint. 2. Chauffe eau suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que l'une des énergies d'appoint est d'origine électrique et est fournie par une source électrique (4) au moyen d'un échangeur (31), la source réagissant à une sonde thermostatique (30). 3. Chauffe eau suivant l'une des revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que la source d'énergie électrique (4) est disposée à la partie inférieure du chauffe eau. 4. Chauffe eau suivant l'une des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que l'autre énergie d'appoint est constituée par le circuit (7) d'eau chaude d'une chaudière (5). 5. Chauffe eau suivant la revendication 4 caractérisé par le fait que l'énergie d'appoint est dispensée pendant une certaine période grâce à une électrovanne (23) commandée par une horloge de programmation (24). 6. Chauffe eau suivant l'une des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que l'énergie solaire est fournie au moyen d'un échangeur ou serpentin (13) disposé à l'intérieur du réservoir (8) du chauffe eau (1) à la partie basse ou moyenne de celui-ci. 7. Chauffe eau suivant l'une des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait que l'énergie d'appoint fournie par le circuit (7) d'eau chaude sanitaire d'une chaudière (5) est transmise par l'intermédiaire d'une double enveloppe (16) disposée autour de la partie cylindrique du réservoir (8) du chauffe eau (1).