Brevet FR2478797A1 — publié le 19810925

La présente invention concerne les appareils du type "chauffe-eau à accumulation" utilises pour la production de l'eau chaude1 dans la plage des temperatures comprises entre 40 et 60 C environ, destinée aux usages domestiiues tels lue sanitaires ou pour le chauffage, et à tous autres sages. Pans les appareils de ce genre, lténergie mise en oeuvre parvient à un écnangeur qui la transfère directement à l'eau d'utilisation contenue dans une cuve calorifugée; l'échangeur est disposé à l'intérieur d la dite cuve. Ces appareils sont alimentés en énergie selon un cycle habituellement Journalier, comportant des périodes d'alimentation suivies de périodes d'arret. La puissance mise en oeuvre est déterminée en fonction de la capacité de la cuve et pour assurer l'élévation progressive de la température de L'eau @u'elle contient.Cette puissance est insuffisante pour permettre le cnauffage instantané des quantités d'eau consommées, ce qui est par contre possible dans les appareils appelés "chauffe-eau instantanés" mais seulement durant les périodes ou l'énergie est disponlble, mais une réserve thermique se trouve ainsi progressivement accumulée dans l'eau de la cuve durant les périodes d'alimentation en énergie d'oii le nom de "chauffe-eau à accumulation" donné à ce genre d'appareils. De tels appareils présentent l'inconvénient de ne pas pouvoir maintenir, à une valeur stable, au fur et à mesure des prélévements, la température de la reserve d'eau chaude; en effet cette température s'abaisse progressivement par ie fait que l'eau froide, admise dans la cuve pour renouveler l'eau chaude prélevée, se mélange à la réserve et la refroidie; de ce fait une faible partie seulement de la réserve d'eau chaude se trouve disponible à une température convenable. Pour réduire cet inconvénient, un premier moyen consiste à augmenter la température de la réserve thermique. Cette température est habitu ellement contrôlée par un dispositif de régulation; en la portant à plus de 65 C, on peut en prenant soin de mitiger les prélèvements d'eau trop chaude) disposer d'une quantité accrue d'eau à température suffisante. Cette pratique provoque malheureusement un accroissement rapide des phé nomènes d'entartrage et de corrosion entrainant une détérioration prématurée des appareils. Un autre moyen consiste à sélectionner, pour des besoins donnés, des appareils surdimensionnés et surpuissants ce qui accroît proportionnellement la réserve d'eau chaude disponible. Ces divers moyens ne suppriment cependant pas l'inconvénient, ils permettent seulement de les réduire. Le chauffe-eau selon l'invention permet de st3biliser, à une valeur donnée, la température de la réserve d'eau chaude, c'est à dire de maint tenir la dite température, au fur et à mesure des prélevements, sans quelle ne s'abaisse en dessous de la température convenable. Une première caractéristique du chauffe-eau selon l'invention réside dans l'asseciation, aux organes connus d'un chauffe-eau à accumulation, d'une enceinte disposée autour de la cuve, entre les paroies de cette dernière et eut l'enveloppe calorifugée; la dite enceinte est remplie d'unie cire minérale élaborée de telle sorte que sa température de fusion soit égale à la température à laquelle doit être maintenue la réserve d'eau chaude. Ce dispositif permet de scinder en deux parties la réserve thermique accumulée; l'une des parties est contenue dans l'eau de la cuve,comme dans un chauffe-eau à accumulation habituel, l'autre partie est contenue dans la masse de cire à l'état de mélange liquide solide, cette dernière partie peut à tout instant être transférée pour chauffer instantanément l'eau froide admise dans la cuve selon le même procéssus que celui employé dans les chauffe-eau instantanés habituels dans lesquels cependant le chauffage de l'eau n'est possible que durant les périodes ou l'énergie est disponible. une deuxième caractéristique réside dans la disposition de l'échan- geur à l'intérieur de l'enceinte, en contact avec l'extérieur de la paroie de la cuve et non à l'intérieur de cette dernière. Une troisième caractéristique réside dans la manière dont les organes essentiels du chauffe-eau, disposés en un ensemble, sont suspendus au couvercle amovible du réservoir délimitant l'enceinte ce qui a pour effet de rendre la construction des appareils réalisés selon l'invention particulièrement simple et aisée. Une quatrième caractéristi-Iue réside dans la possibilité d'adapter, par construction et selon les besoins, les capacités de stockage thermique et de débit d'eau des appareils c'est à dire de réaliser des appareils de différente taille dans lesquels les masses d'eau et de cire minérale, respectivement mises en jeu, sont déterminées en fonction de la durée de stockage thermique à obtenir pour une consommation d'eau chaude donnee. La forme sous laquelle l'énergie est fournie au chauffe-eau n'a pas de rapport avec la nouveauté de l'invention; alimenté en courant électrique, l'échangeur sera une résistance enroulée autour de la cuve du cnauffe-eau; si un fluide caloporteur est utilisé, il circulera dans un ser pentin en tube Û encore dans un anneau disposé l'un ou l'autre autour de la cuve; enfin des alimentations mixtes peuvent aussi être utilisées. Dans cna.cun de ces différents cas l'échangeur constitue un organe connu du chauffe-eau selon l'invention. La figure 1, planche 1/4, annexée est une vue en coupe de l'ensem ble du chaufte-eau selon l'invention; tel qu'il est représenté le dessin indique la disposition des différents organes nouveaux ou connus qui le composent; la cuve à eau 1 est suspendue à l'intérieur du reservoir par l'intermédiaire des pattes 2 fixées, d'une part en 3 sur la cuve et d'autre part en 4 sur le couvercle amovible 5 du réservoir 6; le couver- cle amovible est bridé sur le réservoir par l'intermédiaire de la cein ture 7 et du joint 8: sur le couvercle est aménagé un orifice 9 de char gement de la cire fermé par une bride pleine 10 munie d'un reniflard il; autour de la cuve 1 es t disposé l'échangeur 12 alimenté par les canalisa tiens 13 et 14; l'eau froide pénètre dans la cuve en 15 par la canalisation 16; en 17 se trouve le groupe de sécurité, 18 est une canalisation de vidange de la cuve, 19 est l'orifioe de ltarrivée d'eau froide; l'eau chaude est prélevée en 20 par la canalisation d1, la cire minérale est disposée dans l'enceinte 22 en ménagent une garde 23 au dessus du niveau 24 de la cire, pour assurer la libre dilatation de cette dernière pendant le fonctionnement, mais de telle fanon telle recouvre à tout moment la partie supérieure de la cuve 1; la sonde thermique 25 permet le contrôle de la température de la cire en agissant sur le système de régulation de l'alimentation en énergie du chauffe-eau; l'isolation thermique de l'ensemble est assurée par l'enveloppe calorifuge 26 protégée par la jupe 27; le chauffe-eau repose sur le sol par les pieds 28 ou peut etre fixé con- tre un support par les pattes de fixation 29. La figure 2, planche 2/4, annexée est une vue en élévation de la partie du chauffe-eau objet de la troisième caractéristique de l'inven- tion; cette partie, représentée retirée de l'intérieur du réservoir, comprend la cuve 1, l'échangeur 12, les canalisations 13 et 14 d'alimen- tation de ce dernier, les canalisations d'eau 16 et 21 et la sonde ther mîque 25, qui attachés au couvercle amovible 5, par les pattes 2, constituent un ensemble 30 comprenant les organes essentiels de l'appareil9 le dessin montre clairement les avantages que cette conception apporte, au point de vue de la construction industrielle du chauffe-eau, en permettant un assemblage et un contrôle facile des organes de cet ensembl. Les figures j et 4, planche i/4, annexées représentent deux chauffe-eau réalisés selon l'invention et comportant, l'un et l'autre, le même ensemble d'organes selon la figure 2; chacun de ces ensembles 30 est disposé à l'interieur de réservoirs de cire minérale 6 de capacités différentes; la figure 3 est une vue en coupe partielle d'unu chauffe-eau dans lequel les masses d'eau et de cire mises en oeuvre sont dans le rapport de 1 à 1,25i la figure 4 est une vue en coupe partielle d'un chauffeeau dans lequel ce même rapport est de 1 à 6,3; ces deux combinaisons sont montrées comme deux exemples spécifiques pris parmi les applications de la quatrième caractéristique de l'invention. La figure 5, planche 4/4, annexée est un diagramme qui rend compte du principe de fonctionnement du chauffe-eau selon l'invention; en ordonnées sont portées les températures atteintes dans la cire et en abscisses les énergies mises en oeuvre pour y parvenir; la quantité d'énergie Qi est celle qui doit être fournie pour amener la température au point 31 c'est à dire de la valeur TO (température de départ) à la valeur T1 ( température de fusion de la cire); Q2 est l'énergie à fournir pour fondre la masse de cire sans élévation de température; Q3 est l'énergie suplémentaire à fournir pour amener ensuite la température du point 32 au point 33, c'est à dire à la valeur T2 (point de consigne de la sonde thermique) et provoquer l'arrêt de l'alimentation en énergie. La réserve thermique se trouve alors constituee, elle comprend: - d'une part, l'énergie contenue dans l'eau de la cuve, - d'autre part, 1 'énergie fournie à la cire pour porter sa masse à l'état liquide et qu'elle peut réstituer à tout instant en reprenant l'état solide. Lors de chacun des prélèvements d'eau chaude, l'eau froide, admise dans la cuve pour les compenser, se mélange à la réserve et tendrait à la refroidir; mais, dés lors, la chaleur provenant de la cire et transférée à l'eau à travers les paroies de la cuve, rétablie constamment la température de la réserve en la stabilisant à une valeur tendant à se confondre avec celle de la cire. Les résultats pratiques que permet d'obtenir l'invention sont montrés dans les deux exemples ci-après qui peuvent être obtenus lorsque les chauffe-eau représentés par les figures 3 et 4 fonctionnent dans les conditions et hypothèses suivantes: 1/ Caractéristiques de la cire -température de fusion (?1) 60 OC -densité à cette température 0,7 -chaleur de fusion 46 Kcal/Xg -chaleur spécifique 0,7 Kcal/Kg 2/ Températures mises en jeu -de l'eau froide, ou de départ 10 C -de consigne de la sonde 65 C Les ga@ns de température sont donc les suivants; -de TO à T1 50 C -de T1 à T2 5 C 3/ Caractéristiques des appareils selon:: fig. @ fig. 4 -capacité en eau 100 1 100 1 -capacité en cire 180 1 900 1 -masse de cire (densité 0,7) 126 Kg 630 Kg Les deux appareils sont supposés avoir été déja alimentés en entre gie et contenir la réserve thermique totale représentée par le point 32 du diagramme. Premier exemple - chauffe-eau selon figure @ -valenr de Q2 126 x 46 = 5796 Kcal -stock d'eau chaude (à 60 C) 100 1 -renouvellement possible 5796 : 50 115 1 -consommation totale possible à QO C 215 1 Deuxième exemple - cnauffe-eau selon figure 4 -valeur de Q2 630 x 46 29980 Kcal -stock d'eau chaude (à 60 C) 100 1 -renouvellement possible 29980 : 50 = 575 1 -consommation totale po sible à 60 C 675 1 le chauffe-eau du premier exemple conviendrait pour un usage Jour- nalier de 200 1 d'eau à 60 C et un cycle d'alimentation de 24 h, il correspond par exemple à un appareil alimenté en courant électrique en heures creuses, l'énergie journalière à fournir serait de 11,6 Kwh Le chauffe-eau du deuxième exemple conviendrait encore pour le même usage mais la réserve permettrait trois jours de cosommation - après cessation de l'alimentation en énergie -, il pourrait donner entière satisfaction dans une inptallation de production d'eau chaude solaire en palliant les inconvénients inhérent aux variation d'ensoleillement. Le domaine de la production d'eau chaude solaire pour l'alimentation des habitations individuelles est un champ d'applications particulièrement intéressantes pour l'invention. REVENDICATIONS i. Chauffe-eau à accumulation, caractérisé par le fait que lui est associée une enceinte (22) disposée autour de la cuve (1), entre les paroies de celle-ci et l'enveloppe calorifugée (26), la dite enceinte étant remplie de cire minérale élaborée de telle façon que sa température de fusion soit égale à la température à laquelle doit être maintenue la réserve d'eau chaude. 2. Chauffe-eau selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'échangeur (12) est disposé à l'intérieur de l'enceinte (22), en contact avec l'extérieur de la cuve (6) et non à l'intérieur de cette dernière. 3. Chauffe-eau selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'ensemble (30) des organes essentiels du chauffe-eau est suspendu au couvercle amovible (5) du réservoir (6) délimitant l'enceinte (22). 4. Chauffe-eau selon la revendication 3, caractérisés par le fait qu'ils peuvent être réalisés, par construction et suivant les besoins, selon différentes tailles dans lesquelles les masses respectives d'eau et de cire mises en jeu sont déterminées en fonction de la durée de stockage thermique à obtenir pour une consommation d'eau chaude donnée.