Brevet FR2502755A1 — publié le 19821001

La présente invention concerne un appareil électrique de chauffage d'eau ou d'autre fluide caloporteur notamment pour une installation de chauffage central à circulation de fluide. Les générateurs de chauffage connus utilisant l'énergie électrique pour le chauffage d'un fluide d'une installation de chauffage central sont soit du type à accumulation ce qui necessite au moins un réservoir de grande capacité muni d'une garniture calorifugeante très épaisse, ce qui est relativement onéreux et demande un temps de mise en température du fluide relativement long, soit du type comportant au moins un chauffe-eau électrique dit instantané constitué par une résistance électrique tubulaire blindée disposée concentriquement à l'intérieur d'une tubulure de circulation du fluide. Ce dernier type appareil de production d'eau chaude au moyen de résistances électriques noyées dans la tubulure de circulation de l'eau ou dans des corps de chauffe de faibles dimensions liés en série ou en parallèle possède l'avantage d'obtenir instantanément de liteau chaude sous un encombrement relativement réduit du dit appareil de production d'eau chaude. Cependant, tous les appareils de production d'eau chaude de ce type connus jusqu'ici ne permettent pas, du fait de-la puissance électrique necessaire pour obtenir de tels résultats de concurrencer valablement en rentabilité les générateurs d'eau chaude connus jusqu'à nos jours et notamment ceux utilisant pour le chauffage de l'eau, la combustion d'un agent thermique tel que le gaz ou le mazout par exemple. Ces derniers étant par ailleurs moins interessant par le fait qu'ils ne mettent pas l'utilisateur à l'abri des risques d'incendie ou d'explosion dus aux propriétés des dits agents thermiques. Ces risques sont d'autant plus importants que les dits appareils de chauffage necessitent bien souvent des moyens de stockage des dits agents thermiques, ce qui augmente en outre l'encombre- ment déjà relativement important de telles installations. La présente invention a pour but de palier aux inconvénients cités, ci-dessus, en réalisant un appareil de chauffage d'eau ou d'autre fluide caloporteur, comprenant essentiellement un certain nombre de corps de chauffe placés en série et munis intérieurement de résistances électriques ou thermoplongeurs permettant d'obtenir instantanément par exemple de l'eau chaude sous juin encombrement relativement réduit de appareil générateur, et à un prix de revient susceptible de concurrencer les générateurs deau chaude connus qui utilisent la combustion dtun agent thermique. En outre, appareil de chauffage de fluide. selon l'invention présente les avantages par rapport aux dits appareils producteurs d'eau chaude par combustion usagent thermique, 'être non polluant, silencieux, et ne necessitant pratiquement aucun entretien. A cet effet, l'appareil de chauffage de fluide caloporteur selon l'invention comprend une pluralité de corps de chauffe de préférence cylindrique placés horizontalement les uns au dessus des autres et constitués chacun d'une chambre de préférence cylindrique et à l'intérieur de laquelle est disposé concentriquement au moins un thermoplongeur de diamètre sensiblement plus faible que celui de la dite chambre, cette dernière comportant sur sa génératrice supérieure et/ou sa génératrice inférieure et de manière sensiblement perpendiculaire à celleci, plusieurs tubes calibrés ou gicleurs pour la communication en série avec au moins un autre corps de chauffe, une tuyauterie d'arrivée du fluide à chauffer branchée sous le corps de chauffe inférieur ou en extrémité de celui-ci une tuyauterie de départ du fluide chaud branchée sur le corps de chauffe supérieur ou en extrémité de celui-ci, un accelérateur de débit placé de préférence sur la tuyauterie d'arrivée du fluide à chauffer et au voisinage du corps de chauffe inférieur, un vase d'expansion branché de préférence et de façon connue sur la tuyauterie d'arrivée du fluide et une unité de commande et de distribution automatique de l'alimentation des différents corps de chauffe électriquement indépendant, la dite unité de commande coopérant avec des capteurs dtinformations du niveau de température set de pressions, de types connus, des moyens de régulation, connus tels que pressostat, thermostat et aquastat, des moyens de sécurité thermique et de pression également de types connus tels que soupape de sureté, disjoncteur etc, en sorte de permettre une régulation correcte et relativement précise de la température du fluide à la sortie du dernier corps de chauffe et en fonction de la température désirée et affichée par l'utilisateur sur un thermostat d ambiance. Un avantage non négligeable de l'invention qui provient du fait que le dit appareil de chauffage de fluide caloporteur est d'un emcombrement relativement réduit lui permet dtêtre logé à ltin- térieur d'un coffret de faibles dimensions susceptible d'être fixé sur un mur par exemple sans occuper une grande place, ce qui est particulièrement interessant pour son utilisation dans un appartement par exemple. Dtautres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description ci-après de formes de réalisation données à titre d'exemples non limitatifs avec référence aux dessins annexés en lesquels - La figure 1 est une représentation d'une forme de réalisation de l'appareil de chauffage selon l'invention avec production d'eau chaude sanitaire. - La figure 2 est un schéma d'une installation de chauffage central à circulation de fluide et comportant un appareil de chauffage selon l'invention. L'appareil électrique de chauffage d'un fluide caloporteur selon l'invention tel que représenté se compose notamment de plusieurs corps de chauffe I disposés les uns au dessus des autres de manière sensiblement horizontale et reliés entre eux en série au moyen de tubes calibrés ou gicleurs 2. Selon une forme préférentielle de réalisation chaque corps de chauffe 1 est constitué d'un tube 3 de préférence cylindrique fermé hermétiquement à chacune de ses extrémités par tout moyen connu et d'au moins un thermoplongeur 4 disposés longitudinalement à l'intérieur du dit cylindre 3 en sorte de former une chambre de chauffage du fluide. Chaque cylindre 3 comporte en outre sur sa génératrice supérieure et/ou sa génératrice inférieure une série d'orifices radiaux situés préférentiellement à des distances sensiblement équidis tantes permettant au moyen de tubes calibrés ou gicleurs 2 placés sur les dits orifices la communication en série des différentes chambres annulaires de chauffage du fluide. De préférence,les corps de chauffe situés entre le corps de chauf -fe supérieur et le corps de chauffe inférieur et qui comportent chacun une série d'orificies disposés à intervalles réguliers sur la génératrice supérieure et une autre série dgorifices disposés à intervalles réguliers sur la génératrice inférieure sont constitués en sorte que les dites séries d'orifices soient décalées l'une par rapport à l'autre d'un demi intervalle de manière que l'écoulement du fluide à travers le dit corps de chauffe ne soit pas direct mais au contraire que le dit écoulement soit cnntrarié et freiné afin que le dit fluide ait le temps de s'élever en température dans chaque corps de chauffe avant de passer sous pression dans les dits tubes calibrés 2 puis dans le corps de chauffe situé au niveau supérieur ce qui permet d'obtenir un gain de calories non négligeable par la dite élévation en pression du fluide et un laminage de celui-ci dans les dits tubes calibrés. Le cylindre 3 du corps de chauffe inférisur comporte sur sa génératrice inférieure ou à l'une de ses extrémités un orifice d'entrée du fluide à chauffer. Le dit orifice d'entrée du fluide est en communication au moyen d'un tuyau 5 d'arrive du fluide avec la sortie d'une pompe ou accélérateur 6. Le cylindre 3 du corps de chauffe supérieur comporte sur sa génératrice supérieure ou à l'une de ses extrémités un orifice de sortie du fluide chauffé. Le dit orifice permet la communication de la dernière chambre de chauffe avec le tuyau 7 de départ du fluide chauffé vers son utilisation. Un vase d'expansion 8 est en communication de manière connue et de préférence avec la tuyauterie 9 d'amenée du fluide à ltac- célérateur 6 en sorte de compenser la dilatation thermique du dit fluide. Une unité de commande électrique 10 permet en fonction d'informat ion provenant de différents capteurs de pression et de tem pérature situés préférentiellement en partie sur le dernier corps de chauffe, et en fonction de la température désirée et et affichée par l'utilisateur, dtenclencher at/ou de déclencher automatiquement la mise sous tension des différents thermoplongeur, indépendamment les uns des autres. Selon une autre forme de réalisation non représentée des corps de chauffe et de leur liaison entre eux, la série d'orifices située sur la génératrice supérieure du cylindre 3 de chaque corps de chauffe intermédiaire et la série d'orifices située sur ur la génératrice inférieure d'un même cylindre sont disposées à des extrémités opposées du cylindre en sorte que le fluide circule autour et le long du thermoplongeur de chaque chambre de chauffe de mnnière à s'élever progressivement en température au cours de son écoulement à l'intérieur du dit corps de chauffe. L'accélérateur 6 de débit du fluide caloporteur occasionne du fait du freinage du fluide lors de son passage de chambre en chambre au moyen des tubes calibrés 2 ou gicleurs, une pression relativement importante du fluide dans les dites chambres. Ceci a pour effet d'obtenir un gain de calories du fluide lors de son passage de chambre en chambre uniquement par freinage et laminage du fluide sous pression au travers des dits tubes calibrés 2. Par cette forme de réalisation utilisant le phénomène d'élévation en température d'un fluide sous pression passant au travers d'un orifice calibré, on obtient un gain supplémentaire de température qui est non négligeable car la dite opération est répétée entre chaque chambre de chauffe ce qui permet en marche normale du chauffage de faire appel moins souvent au thermoplongeur de maintenance en température et de réaliser une économie dténer- gie permettant ainsi au dit appareil de chauffage de rivaliser avec les appareils de chauffage connus à combustion d'agent thermique tel que le gaz ou le mazout par exemple. Selon une variante de réalisation le dit appareil de chauffage selon 1'invention comporte en complément un moyen de production d'eau chaude sanitaire. Ce moyen se compose comme représenté en figure 1 d'un réservoir 11 à ltintérieur duquel se trouve une partie du circuit d'eau sanitaire, la dite partie du circuit sanitaire se trouvant à l'intérieur du dit réservoir 11 est formé de préférence d'une tubulure 12 en cuivre conformée en double spirale en sorte qu'unie grande quantité d'eau sanitaire soit continue à ltintérieur du dit réservoir dans une longueur de tuyauterie relativement importante. Ceci afin que l'échange thermique entre le fluide chauffé par le dit appareil de chauffage et amené au dit réservoir au moyen d'une canalisation 13 et l'eau sanitaire contenue dans la dite tuyauterie 12 conformée en double spirale s'effectue le plus rapidement possible. La circulation du fluide chauffé à travers le dit réservoir 11 est assurée par une canalisation 14 de retour au dit appareil de chauffage et d'un accelérateur 15 monté sur la dite canalisation retour. Une vanne 16 permet la vidange du dit réservoir 11 tandis qu'un pressostat 17 est monté par sécurité de fanon connue sur la tuyauterie 18 de départ de l'eau chaude sanitaire. L'appareil de chauffage selon l'invention et tel que précédemment décrit peut être employé selon les besoins d'au moins trois ma -nières relativement différentes. Selon une première forme d'utilisation, le dit appareil peut être utilisé pour une simple production d'eau chaude sanitaire, à la manière d'un chauffe-eau. A cet effet, l'appareil se compose d'au moins un corps de chauffe 1 et du moyen de production d'eau chaude tel que décrit ci-dessus. I1 comporte en outre un vase d'expansion branché de façon connue sur le circuit fermé du fluide caloporteur et préférentiellementen aval de l'accelérateur 15. Selon une autre forme d'utilisation telle que représentée schématiquement en figure 2, le dit appareil de chauffage peut être utilisé comme chaudière de chauffage central à circulation de fluide. A cet effet, le tuyau 7 de départ du fluide chauffé est en communication avec les tuyauteries d'alimentation des radiateurs 19 tandis que le retour du fluide s'effectue au moyen de la canalisation 9 qui est en communication avec ltentrée de ltaccé- lérateur 6 du dit appareil. Une vanne 20 est placée de manière connue de préférence au point le plus bas de l'installation du dit chauffage central en sorte que la vidange totale du fluide caloporteur soit susceptible d'être effectuée. Selon une autre forme d'utilisation de l'appareil de chauffage selon l'invention et telle que représentée en partie en figure 1, le dit appareil est utilisé en tant que chaudière de chauffage central à circulation de fluide avec production.d'eau chaude. A cet effet, les branchements avec les canalisations dtarrivée 9 et de départ 7 du fluide caloporteur sont effectués avec les radiateurs 19 de la manière décrite ci-avant et appareil comporte en outre le moyen de production d'eau chaude tel que décrit précédemment. Dans une telle forme de réalisation appareil de chauffage comporte alors un accélérateur 6 de débit du fluide caloporteur pour le chauffage central et un accélérateur 15 pour la circulation du dit fluide dans le réservoir 11 de chauffage de l'eau sanitaire. Pour une raison d'économie et de rapidité de chauffe de liteau sanitaire, pendant la période de soutirage de l'eau sanitaire, alors que l'accélerateur 15 est en fonctionnement en sorte de provoquer la circulation et le renouvellement du fluide chauffé à l'intérieur du dit réservoir 11, l'accélérateur 6 du chauffage central est arrêté automatiquement par une sonde pyrométrique non représentée mais située sur la canalisation 18 de départ de liteau chaude sanitaire. Il est préférable dans toutes les formes de réalisation du dit appareil de chauffage que les caractéristiques de chaque accélérateur de débit employé permettent de faire circuler le fluide dans son circuit fermé de chauffage central et/ou dans son circuit fermé de chauffage de liteau sanitaire, à une vitesse de circulation relativement rapide en sorte que la différence entre la température du fluide à l'entrée des corps de chauffe et la température à la sortie des dits corps de chauffe ne soit pas trop grande. L'unité de commande électrique 10 coopère de la manière suivante avec le dit appareil de chauffage. Un pressostat 21 branché de manière connue sur l'une des chambres de chauffe du fluide caloporteur coupe toute alimentation en énergie électrique de l'appareil s'il constate une absence de fluide dans celui-ci. Des aquastats 22 branchés de manière connue respectivement chacun sur un corps de chauffe permettent un chauffage du fluide à l'intérieur de chacun des dits corps de chauffe jusqu'à une température correspondant à la température préalablement réglée sur chacun des dits aquastats. Lorsque la dite température est atteinte dans l'une quelconque des corps de chauffe > l'aquastat du dit corps de chauffe coupe automatiquement ltalimentation du thermoplongeur du dit corps de chauffe. Les dits aquastats sont réglés de telle sorte que l'aquastat d'un corps de chauffe coupe l'alimentation du thermoplongeur du dit corps de chauffe lorsque le fluide contenu de ce dernieratteint une température supérieure à la température réglée sur l'aquastat du corps dechauffe inférieur à celui-ci. De cette manière, le fluide est chauffé dans le premièr corps de chauffe situé à la partie inférieure de l'appareil à une certaine température par exemple 600. Puis le fluide passe sous pression et au moyen des tubes calibrés ou gicleurs 2 dans le corps de chauffe immédiatement supérieur à celui-ci ou l'aquastat réglé à une température supérieure à celui de la chambre précédente permet une élévation à une température supérieure du dit fluide, par exemple à 700C. Et ainsi de suite jusqu'à ce que le dit fluide arrivé dans le dernier corps de chauffe ou il a alors atteint, après son passage dans tous les corps de chauffe > une température relativement élevée, par exemple 800C est dirigée vers son circuit de chauffage. Un limiteur à réarmement automatique branché de façon connu sur le dernier corps de chauffe coupe l'alimentation en énergie électrique des thermoplongeurs sDil détecte une surchauffe du dit corps de chauffe supérieur. La dite surchauffe pouvant être due par exemple à la défaillance dtun aquastat. Dès que la température s'est abaissée à un niveau inférieur à la température réglée sur ltaquastat du dit corps de chauffe, le dit limiteur à réarmement automatique rétablit automatique ment l'alimentation des thermoplongeurs Lorsque la température du fluide à sa sortie de l'appareil de chauffage est d'une valeur correspondante à la température réglée sur ltaquastat du dernier corps de chauffe > la maintenance en température s'effectue automatiquement dans le cas où l'ac- célérateur le permet et que le circuit du fluide n'est pas excessivement long, au moyen d'un seul thermoplongeur. De préférence, ce maintien en température est effectué par le thermoplongeur du dernier corps de chauffe qui a cet effet est dtune puissance électrique moindre que la puissance de chacun des autres thermoplongeurs, ceci afin de réduire au maximum la consommation d'énergie électrique. Le rétablissement automatique de l'alimentation des autres ther moplongeurssteffectue Lorsque le besoin est ressenti à partir d'une sonde intérieure, d'une sonde extérieure ou d'un thermostat d'ambiance par exemple, en commençant par le thermoplongeur du corps de chauffe supérieur, puis si necessaire le thermoplongeur du corps de chauffe immédiatement inférieur à ce dernier et ainsi de suite selon les besoins. La mise en marche de l'appareil de chauffage selon l'invention s'effectue manuellement au moyen d'un bouton poussoir d'allumage qui met le dit appareil sous tension et l'accelérateur 6 de débit du fluide en fonctionnement. Chaque thermoplongeur est ensuite mis sous tension au moyen de boutons poussoirs individuels et de préférence en commençant par le thermoplongeur du corps de chauffe inférieur puis celui du corps de chauffe immédiatement supérieur et ainsi de suite. Un thermomètre 23 monté de façon connue sur le dernier corps de chauffe informe ltutilisateur de la température du fluide au départ du dit appareil de chauffage. L'appareil de chauffage comporte en outre des moyens de sécurité connus de l'homme de l'art, tel que disjoncteur, soupape de sureté, etc... Le dit appareil de chauffage selon ltinvention peut être contenu à ltintérieur d'un coffret 24 de dimensions relativement modestes. Le dit coffret 24 étant de préférence verrouillable au moyen dune porte munie d'une serrure à clef par exemple et trouve facilement sa place en un quelconque endroit d'un appartement où il peut être aisément fixé à un mur. L'invention s t applique en genéral aux installations de chauffage central avec ou sans production d'eau chaude sanitaire ainsi qu'aulx appareils de chauffage instantanés d'un fluide tel qutun chauffe-eau par exemple. La présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation décrites ci-avant et la présente invention peut recevoir des aménagements et des variantes sans pour autant sortir du cadre et de L'esprit de l'invention. REVENDICATIONS R1/ Appareil électrique de chauffage d'eau ou d'autre fluide ca loporteur notamment pour installations dechauffage central à circulation de fluide caractérisé en ce qu?il comprend plusieurs corps de chauffe (1) disposés horizontalement les uns au dessus des autres et constitués chacun d'au moins un thermoplongeur (4) disposé concentriquement à l'intérieur d'un cylindre (3) de diamètre sensiblement supérieur compor tant sur sa génératrice supérieure et/ou sa génératrice in férieure et de manière sensiblement perpendiculaire au dit corps de chauffe plusieurs tubes calibrés ou gicleurs (2) pour la communication en série avec au moins un autre des dits corps de chauffe, une tuyauterie (7) de départ du flui de chauffé branchée sur le corps de chauffe supérieur ou en extrémité de celui-ci et une tuyauterie (5) d'arrivée du fluide à chauffer branchée sous le corps de chauffe inférieur ou en extrémité de celui-ci, un accélérateur de débit (6) placé de préférence sur la dite tuyauterie (5) d'arrivée du fluide à chauffer et au voisinage du dit corps de chauffe inférieur, un vase dtexpansion ( & monté de façon connue de préférence en aval du dit accélérateur de débit t6) et une unité de commande électrique (10) de distribution automa tique de l'alimentation en électricité des différents corps corps de chauffe électriquement indépendant la dite unité de commande coopérant avec des capteurs d'information de tempé rature et de pression de type connus et des moyens de sécu rité thermiques, électriques et de pression également de ty pes connus, en sorte de permettre une régulation correcte et relativement précise de la température de l'eau à la sor tie du dernier corps de chauffe en fonction de la température désirée et affichée par l'utilisateur. R2/ Appareil électrique de chauffage de fluide notamment pour l'installation de chauffage central à circulation de fluide selon la revendication 1 caractérisé en ce que les dits tu bes calibrés ou gicleurs (2) de communication en série des différents corps de chauffe sont disposés à intervalles sen siblement réguliers sur la génératrice supérieure et/ou la génératrice inférieure de chaque corps de chauffe. R3/ Appareil électrique de chauffage de fluide selon les reven dications 1 et 2 caractérisé en ce que les corps de chauffe intermédiaires comportent chacun une série de tubes calibrés ou gicleurs (2) disposés perpendiculairement et à intervalles réguliers sur la génératrice supérieure et décalés d'un demi intervalle avec la série de tubes calibrés ou gicleurs (2) disposés perpendiculairement et à intervalles réguliers le long de la génératrice inférieure du dit corps de chauffe. R4/ Appareil électrique de chauffage de fluide selon les reven dication 1 et 2 caractérisé en ce que les différents thermo plongeurs (4) situés dans les différents corps de chauffe (1) ont des puissances électriques différentes. R5/ Appareil électrique de chauffage de fluide selon la revendi cation 4 caractérisé en ce que le thermoplongeur (4) du der nier corps de chauffe (1) qui se trouve à la partie supérieure de l'appareil est de puissance électrique moindre que la puis- sance dtun quelconque autre thermoplongeur employé dans le dit appareil en sorte d'effectuer correctement la maintenance en température du fluide à la sortie de l'appareil unique ment au moyen du dit thermoplongeur de moindre puissance.