Brevet FR2494405A1 — publié le 19820521

CHAUDIERE DE CHAUFFAGE CENTRAL A HYDRO-ACCUMULATION ELECTRI QUE ET COMBUSTIBLES MULTIPLES. La présente invention concerne un nouveau type de chaudièdre de chauffage central à hydro-accumulation susceptible d'utiliser comme source de chaleur non seulement l'électricité mais également d'autres combustibles tels que le mazout ou le gaz. Divers types de ces chaudières sont actuellement utilisés pour alimenter des installations de chauffage central telles que par exemple - à mazout à brûleur automatique, - à gaz à brûleur à gaz pulsé ou à brûleur atmosphérique, - électricité à hydro-accumulation. Dans les chaudières de chauffage central traditionnelles à mazout ou à gaz, le fluide caloporteur est l'eau. Dans ces chaudières, l'eau circule entre une enceinte extérieure qui constitue l'enveloppe externe de la chaudière et une enceinte intérieure qui constitue le foyer de combustion. De façon à éviter les déperditions calorifiques, cet ensemble est entouré d'un matériau isolant. Un habillage en tôle d'acier est généralement placé autour de celui-ci. Lorsque la chaudière est en fonctionnement l'eau circule entre l'enveloppe extérieure et le foyer. Elle arrive dans l'installa- tion de chauffage central par un "tuyau retour" et elle repart vers ce circuit par un "tuyau départ". La température de l'eau est en général au départ de l'ordre de 80 à 850C et au retour de l'ordre de 55 à 650C. Les caractéristiques du foyer sont telles que la combustion s'effectue dans de bonnes conditions et que la surface d'échange permette la transmission des calories produites par la combustion à l'eau du circuit de chauffage central. Un orifice situé en partie frontale du foyer reçoit le brûleur qui est externe au foyer s'il s'agit d'un brûleur à mazout ou à gaz pulsé ou placé:à l'intérieur s'il s'agit d'un brûleur à gaz atmosphérique. L'évacuation des gaz produits par la combustion est réalisée par l'intermédiaire d'une buse située soit en partie haute du foyer, soit sur la face opposée à celle du bruleur. La mise en marche ou l'arrêt sont obtenus par l'intenrdiaire d'un interrupteur général et d'un aquastat de contrôle de la température de l'eau associé éventuellement à un thermostat d'ambiance. Compte-tenu du coût de plus en plus élevé de la calorie mazout ou gaz, on a récemment proposé de réaliser des chaudières électriques à hydro-accumulation qui peuvent être utilisées pendant la période dite "heures creuses" pour laquelle il existe un tarif économique. Par rapport aux chaudières conventionnelles précitées, ces chaudières électriques à hydro-accumulation se caractérisent essentiellement par le fait que le volume d'eau situé l'intérieur de la chaudière est très important, et que l'eau est en général portée à une température pouvant atteindre ilO0C. Ces chaudières permettent de stocker les calories produites par des résistances électriques pendant la période où la tarification du fournisseur d'électricité est la plus faible (heures creuses). Ces calories sont ensuite restituées au circuit de chauffage central en fonction des besoins. A la sortie de la chaudière, une vanne mélangeuse motorisée, placée entre cette chaudière et le circuit de chauffage central permet d'obtenir la température souhaitée sur le circuit des radiateurs. Cette vanne est commandée par une régulation traditionnelle soit en fonction de la température ambiante des locaux soit en fonction des conditions climatiques extérieures. Lorsque la chaudière fonctionne en accumulation, un circulateur placé à l'extérieur de celle-ci provoque le déplacement de l'eau entre la partie haute de la chaudière et la partie basse jusqu'à ce que la totalité du volume d'eau soit portée à la température maximum recherchée. Un aquastat commande à la fois le chauffage électrique et cette circulation. Le chauffage fonctionne jusqu'à ce que la température maximum de l'eau d'accumulation (de l'ordre de 1050C) soit atteinte. La puissance de la chaudière et la capacité d'accumulation sont déterminées, pour une habitation donnée, de façon à ce que les calories accumulées pendant les heures à basse tarification couvrent les besoins de chauffage pendant le restant de la journée. Un des inconvénients de ce type de chaudière résulte du fait que l'on est conduit à des puissances électriques et à des volumes de stockage importants si l'on veut avoir une accumulation de calories suffisante pour que, pendant les périodes de grand froid, la totalité du chauffage soit assurée par du courant fourni pendant les heures à basse tarification. D'une manière générale, on peut dire que si le tarif (heures creuses) est appliqué pendant huit heures par jour, on est conduit à avoir une puissance électrique qui correspond à trois fois les déperditions calorifiques maximum du local à chauffer. Cette solution ntest généralement pas retenue car elle conduit à des investissements trop importants pour ne couvrir la totalité des besoins de chauffage que de quelques jours par saison. Par suite, dans la pratique, la puissance retenue correspond à 1 ou 1,5 fois les déperditions de l'habitation. En conséquence, lorsque l'on atteint un niveau de froid tel que les calories accumulées pensant les heures de basse tarification ne suffisent plus pour assurer la totalité du chauffage, il est nécessaire de faire fonctionner l'installation pendant des heures à tarification élevée. Le coût de chauffage se trouve donc fortement augmenté. De plus, le fonctionnement de telles chaudières pendant des périodes à foyte demande en électricité présente un gros inconvénient économique par le fait que la consommation étant alors extrêmement forte, il peut arriver que la demande soit plus importante que les possibilités du fournisseur de courant ce qui entraine des coupures voire même une disjonction de l'ensemble du réseau électrique. Pour surmonter cet inconvénient, il pourrait être envisagé de coupler une chaudière électrique à hydro-accumulation avec une chaudière à mazout ou à gaz. Cette solution satisfaisante d'un point de vue technique présente cependant l'incon vénient de nécessiter deux chaudières pour une seule et même installation de chauffage. Donc,non seulement d'augmenter le coût mais également l'encombrement et de rendre délicate la réalisation des asservissements entre les deux chaudières. La présente invention vise à surmonter ces inconvénients. D'une manière générale, l'invention concerne un nouveau type de chaudière pour chauffage central à hydro-accumulation qui, non seulement peut être utilisé de manière conventionnelle en faisant appel à l'électricité comme source d'énergie dans le cas-de l'accumulation mais qui,par ailleurs, peut également être utilisé avec d'autres combustibles et plus particulièrement le mazout ou le gaz. La chaudière à hydro-accumulation selon l'invention comporte - un réservoir d'accumulation contenant le fluide caloporteur constitué de préférence par de l'eau, ce réservoir étant relié à un circuit de chauffage, - des éléments électriques de chauffage dudit fluide caloporteur, - des moyens permettant de contrôler la température du fluide et de le faire circuler à l'intérieur du réservoir et/ou dans le circuit de chauffage, et elle se caractérise par le fait qu'elle comporte en outre - un foyer additiohnel, disposé å l'intérieur de l'enceinte et entouré complètement par le fluide caloporteur, foyer muni d'une part, d'un brûleur à mazout ou à gaz, et, d'autre part d'un conduit d'évacuation des fumées débouchant à l'extérieur de l'enceinte, - un moyen d'arrêt de la circulation d'air parasite à l'intérieur du fbyer-entre le brûleur ou sa fixation sur le foyer et le conduit d'évacuation des gaz de la combustion, - un contrôle de la température du fluide caloporteur qui peut être le même que le précédent. Une telle chaudière peut être utilisée telle quelle à la oondi- tiai que l'enceinte d'accmulaticn ait un volume suffisant ou peut, si ai le desire,être couplée à des enceintes d'accurmlatiai additicnnefles. De préférence - le contrôle de la température du fluide à l'intérieur de l'enceinte est réalisé par l'intermédiaire de deux aquastats l'un permettant d'assurer la température la plus élevée dans le cas d'un fonctionnement en accumulation avec chauffage électrique de l'ordre de 1050C, l'autre contrôlant la température dans le cas du fonctionnement en relance au mazout ou au gaz qui sera alors en général de 75 à 850C, - l'arrêt de la circulation d'air parasite dans le foyer mazout ou gaz est obtenu soit par un clapet situé dans le conduit d'évacuation des gaz de combustion soit à l'orifice d'entrée d'air du brûleur, - le passage de l'un à l'autre des modes de chauffage est effectué automatiquement après affichage par l'utilisateur du cycle retenu en fonction des tarifications du fournisseur d'électricité et des horaires leur correspondant. L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grace aux exemples de réalisation donnés ci-après à titre indicatif mais non limitatif et qui sont illustrés par les schémas annexés dans lesquels - les figures 1, 2 et 3 illustrent une chaudière conforme à l'invention, - les figures 4 et 5 sont respectivement des vues en élévation et de dessus d'une chaudière conforme à l'invention couplée à un réservoir d'accumulation additionnel. Dans la suite de la description, les mêmes références seront utilisées pour daigner les mêmes organes. Si l'on se reporte aux schémas annexés, la chaudière à hydro-accumulation faisant l'objet de l'invention est constituée d'un réservoir 1 dans lequel est disposé le fluide caloporteur (eau). Ce réservoir a une capacité d'accumulation utile déterminée en fonction de la quantité de calories que l'on désire accumuler. A l'intérieur du réservoir sont disposés des éléments classiques . de chauffage électriques conventionnels 2 qui peuvent être placés aussi bien dans la partie haute de l'enceinte tel que cela est représenté que dans la partie basse de l'enceinte d'accumulation.Ces éléments de chauffage peuvent être soit du type thermoplongeur soit cons titués de gaines en acier soudées sur l'enceinte d'accumulation à l'intérieur desquelles se trouvent des résistances électriques montées sur des barillets en céramique. Par ailleurs, cOnformément à l'invention, à l'intérieur de l'enceinte, est disposé un foyer de combustion additionnel 3 qui peut être situé soit dans la partie basse soit éventuellement en partie haute de l'enceinte. Eventuellement, ce foyer pourrait être disposé immédiatement en dessous des éléments chauffants électriques (figures 4 et 5). Le foyer 3 est complètement entouré par l'eau du ballon d'accumulation 1. Sa forme est adaptée à la combustion, aux conditions de transmission des calories à l'eau et aux pressions qu'il doit supporter. A l'avant de ce foyer, la buse 4 qui reçoit le brûleur 5 est soudée sur le ballon d'accumulation 1. Sur la face opposée, est prévu un conduit d'évacuation 6 des gaz de combustion vers la cheminée, ce conduit étant également soude sur le ballon d'accumulation 1. Le contrôle de la tewpérature de l'eau est effectué par deux aquastats 7 et 15 situés à la partie supé- rieure du ballon dwaccumulation 1. Un orifice de départ de l'eau chauffée 8 se trouve dans la partie supérieure du ballon. Cet orifice peut être constitué par un tube coudé placé à la partie arrière de la chaudière et dont l'extrEmqtE située à l'intérieur de ladite chaudière se trouve le plus haut possible de celle-ci de façon à collecter le maximum d'eau chaude. Le retour de l'eau à chauffer est réalisé par un tube 9 situé en partie basse de la chaudiere ou de l'accumulateur complémentaire. Lorsque la chaudière fonctionne en accumulation, le brassage de l'eau steffectue au moyen d'une pompe 10 située à l'extérieur du ballon. Ce circuit prend l'eau en partie haute de la chaudière et la renvoie en partie basse de celle-ci ou de l'accumulateur complémentaire. De façon à diminuer au minimum les pertes calorifiques du ballon d'accumulation, un isolant 11, constitué par exemple par une couche- de laine de verre d'épaisseur appropriée est placé tout autour de celui-ci. Un habillage 12 entoure le tout. Un coffret électrique 13 reçoit les fils d'alimentation en courant électrique de la chaudière. A partir des données présélectionnées par l'utilisateur et celles fournies par les aquastats de contrôle de température de l'eau de la chaudière, d'une régulation conventionnelle et d'une horloge de programmation heures creuses, heures pleines,des relais commandent soit la mise en route du chauffage électrique 2 ou -son; arrêt soit la mise en route du brûleur (5) ou son arrêt. De façon à éviter, lorsque le brûleur n'est pas en fonctionnement, que des calories soient entraînées vers la cheminée par une circulation d'air parasite, un obturateur 14 est placé soit dans la buse d'évacuation des gaz brûlés, soit éventuellement à l'entrée d'air du brûleur. L'ouverture de cet obturateur ainsi que sa fermeture peuvent, par exemple, être réalisées par une tringlerie solidaire de la partie mobile d'un électro-aimant. Elle est commandée à partir du tableau général à la mise en route du brûleur. Sa fermeture s'effectue lorsque le brûleur cesse de fonctionner. En demi-saison, l'utilisateur pouvant bénéficier des tarifications du fournisseur d'électricité dites d'été utilisera en général un fonctionnement électrique "heures creuses + heures pleines". Pendant cette période, en raison du niveau habituel des températures, la chaudière fonctionnera en général totalement en accumulation, le réchauffage de l'eau à une température de l'ordre de 1050C (aquastat 7) ayant été réalisé pendant la période Uheures creuses".Cependant, si exceptionnellement une vague de froid faisait que certains jours les calories accumulées pendant la période "heures creuse s" ne suffisent pas à assurer le chauffage des locaux pendant la totalité de la journée, le chauffage électrique prendra le relais sur "heures pleines. Etant en demi-saison, cette solution ne présente pratiquement aucun inconvénient tant pour l'utilisateur du point de vue de la tarification que pour le fournisseur d'électricité. En revanche, en hiver, pour l'électricité, la tarification "heures pleines" étant élevée, l'utilisateur a intérêt à n'utiliser le courant électrique que sur la période "heures creuses". I1 affichera donc sur le tableau général de commande "heures creuses". Dans la journée, si les calories accumulées par le chauffage électrique pendant les heures creuses ne suffisent pas à assurer le chauffage des locaux, la relance du chauffage est effectuée automatiquement sur le mazout ou le gaz, la température de l'eau étant alors limitée à 80-850C par l'aquastat 15. L'utilisateur bénéficie donc d'un automatisme total qui permet d'effectuer un chauffage par l'énergie la moins onéreuse. Pour le fournisseur d'électricité, il y a diminution de l'appel de courant au moment où le besoin est maximum. I1 pourrait être envisagé de réaliser une télécommande provoquant, au niveau d'une région, un déclenchement général de toutes les commandes électriques de ce type de chaudière avec passage automatique sur fonctionnement au mazout ou au gaz. Pour une habitation traditionnelle, les capacités d'accumulation du réservoir 1 seront en général comprises entre 600 litres et 2500 litres mais, bien entendu, il pourrait être envisagé de réaliser des réservoirs ayant un volume beaucoup plus important pouvant aller par exemple jusqu'à 10000 litres Cependant, afin de réduire le nombre de modeles de chaudières, il peut être avantageux de coupler une chaudière conforme à l'invention ayant un relativement faible volume d'accumulation, avec un ou plusieurs accumulateurs thermiques additionnels. Une telle variante est -illustrée par les figures 4 et 5. Dans l'exemple de réalisation illustré par les figures 4 et 5, la chaudière est couplée avec un accumulateur thermique dont la capacité d'accumulation est le complément de celle de la chaudière nécessaire à l'installation. Cet accumulateur complémentaire comporte en partie haute un tube 21 qui est relié à la partie basse de la chaudière ainsi qu'un tube 22 disposé en partie basse et qui est relié en partie haute de la chaudière. La pompe de circulation 10 se trouve placée sur le tube 22. Le retour du circuit chauffage central est réalisé par un tube 9 situé en partie basse de l'accumulateur thermique, le départ étant toujours réalisé par le tube 8 situé en partie haute de la chaudière. Pendant le fonctionnement en accumulation, la pompe de circulation 10 reprend l'eau en partie haute de la chaudière et la renvoie en partie basse de l'accumulateur complémentaire. Le départ vers l'installation de chauffage central se fait en partie haute de la chaudière, le retour étant placé en partie basse de l'accumulateur thermique complémentaire. Le mazout ou le gaz étant généralement utilisés en relance de jour, cette disposition chaudière + accumulateur thermique complémentaire, du fait de la capacité réduite de la chau dière, réduit l'inertie de l'ensemble et permet une remise en température plus rapide de l'installation de chauffage. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits précédemment mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit. Par rapport aux chaudières antérieures, elle présente de nombreux avantages et surtout permet de choisir la source d'énergie utilisée pour produiré la chaleur en fonction du coût de cette source et des possibilités d'approvisionnement. REVENDICATIDNS 1/ Chaudière à hydro-accumulation comportant - un réservoir (1) d'accumulation contenant le fluide caloporteur, constitué de préférence par de l'eau, ce réservoir (1) étant relié à un circuit de chauffage, - des éléments de chauffage électriques (2) dudit fluide caloporteur, - des moyens permettant de contrôler la température du fluide et de le faire circuler à l'intérieur du réservoir (1) et/ou dans le circuit de chauffage, caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre un foyer additionnel (3),disposé à l'intérieur de l'enceinte (1) et entouré complètement par le fluide caloporteur, foyer muni d'une part, d'un brûleur 55) à mazout ou à gaz et, d'autre part, d'un conduit (6) d'évacuation des fumées débouchant à l'extérieur de enceinte (1), - un moyen d'arretitl4) de la circulation d'air parasite à l'intérieur du foyer (1) entre le brûleur ou sa fixation sur le foyer et le conduit d'évacuation des gaz de combustion, - un contrôle de la température du fluide caloporteur qui peut etre le même que le précédent. 2/ Chaudière selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle est couplée à au moins unesenceinte d'accumu- lation additionnelle. 3/ Chaudière selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que le contrôle de la tenipérature du fluide à I'intérieur de l'enceinte (1) est réalisé par l'in termédiaire de deux aquastats (7), (15) l'un permettant d'assurer la température la plus élevée dans le cas d'un fonctionnement en accumulation avec chauffage électrique de l'ordre de 1050C, l'autre contrôlant la température dans le cas du fonctionnement en relance au mazout ou au gaz qui sera alors en général de 75 à 85 C. 4/ Chaudière selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que l'arrêt de la circulation d'air parasite dans le foyer (3) mazout ou gaz est obtenu par un clapet (14) situé dans le conduit d'évacuation (6) des gaz de combustion. 5/ Chaudière selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que l'arrêt de la circulation d'air parasite dans le foyer (3) mazout ou gaz est obtenu par obturation de l'orifice d'entrée d'air des brûleurs (5). 6/ Chaudière selon l'une des revendications 1 à 4,caractérisée par le fait que le passage à l'un des modes de chauffage est effectué automatiquement après affichage par l'utilisateur du cycle retenu en fonction des tarifications du fournisseur d'électricité et des horaires leur correspondant.