Brevet FR2505462A1 — publié le 19821112

La présente invention a pour domaine technique d'application le chauffage des immeubles (domestiques ou iaustriels), ainsi que le chauffage de l'eau sanitaire. Elle s'apique tout particulièrement aux installations du type "solaire" avec stockage thermique important, et appoint par combustion (gaz, fuel,...). L'invention concerne un appareil assurant à lui seul les quatres fonctions principales suivantes I.Récupération optimisée de calories sur des sources diverses, à tempé ratures variables et à production aléatoire (panneaux solaires7 bouilleur d'rtre, fermenteur aérobie, circuit de refroidissement et d'échappement de moteur thermique), 2. Production thermique d'appoint par combustion de gaz ou de fuel, en mode condensation, 3.Stockage thermique (à grande inertie7 avec multi-niveau de température), 4.Distribution d'eau de chauffage dans (éventuellement) plusieurs circuits de dalles, ainsi que la distribution d'eau sanitaire, par puisage optimisé sur les différents sous-stock6 thermiques existant à un moment donné. En l'état actuel des techniques, il existe de nombreux dispositifs assurant, distinctement, chacune des quatre fonctions ci-dessus évoquées. L'étude de la combinaison éfficace de ces moyens incombe à l'installateur ou au maître d'oeuvrez d'où un cott d'étude et un risque quant à la qualité fonctionnelle du résultat. L'installation présente en outre un surcot par redondance d'éléments fonctionnels (cuves, régulation, boitiers, alimentations,...) communs à plusieurs de ces dispositifs ; son installation requiert par ailleurs un temps de main d'oeuvre important. Les générateurs à combustion sont des appareils complexes, donc à prix de revient élevez, surtout s'ils doivent assurer une régulation de le puissance délivre, une satisfaction de besoins mixtes sanitaires et de chauffage, et un niveau de sécurité elevé dans le cas des appareils à gaz (azuto- contrôle, étanch:ité vers l'habitation). Les générateurs travaillant en mode condensation ne sont pas utilisés pour les applications domestiques (coût, volume). Les stockages thermiques (confort pour le sanitaire et ncessit pour la technique "solaire") se font dans des cuves distinctes, chacune dotée d'appareillage de contr81e, d'isolation etc..., et devint résister à la pression du réseau d'alimentation, d'où un coût important. La distribution d'eau ae chauffage est régulée en fonction de valeurs instantainces des paramètrce, sqnt prit en compte des fnadiants thermiques (extérieurs et intérieurs) ce qui serait nécessaire compte tenu de l'inertie des éléments chauffants (dalle). Cette remarque est également valable pour la récupération des capteurs. La présente invention permet d'éviter ces inconvénients et apporte des avantages et fonctionnalités nouvelles. Elle est ci-dessous décrite au plan matériel puis au plan fonctionnel ; (voir schéma et croquis ennexés). Extérieurement, l'appareil se présente comme un meuble compact, destiné à être posé en rez-de-chaussée, sur dalle de béton armé, et à être adossé à un mur d'enceinte de l'immeuble ou du local. Ses dimensions et surtout sa longueur, sont fonction du volume de stockage choisi; il présente une profondeur d'environ I mètre et une hauteur d'environ 2 mètres (et plus). Il est raccordé à de nombreux circuits ou éléments t a.Réseau électrique E.D.F. (plus éventuellement générateur autonome). b.Alimentation en eau froide sanitaire, départ et retour panneau solaire départ et retour pour chacune de. éventuolles autres sources calorifiques de récupération, départ pour chacune des nappes chauffantes de dalle et retour commun, départ d'eau sanitaire à température donné, départ d'eau sanitaire à température gratuite (option), d part d'eau sanitaire à température physiologique (option) ; (ces deux dernières sorties sanitaires sont exploitables par la robinetterie mélangeuse à trois voies d'entrée brevetée par l'auteur). c.Evacuation d'eau (vidange, trop plein, fuites, condensats), au niveau du sol. d.Arrivée d'air et évacuation de gaz viciés par traversées de mur, rao cordées ptr gaine inox souple (traversée haute pour l'arrivée, basse pour l'évacuation ; ou basse simplement si traversée double flux). e. Arrivée de fuel ou de gaz. Dans ce dernier cas, la canalisation de gaz peut circuler dans la gaine d'arrivée d'air, ce qui rend parfaite l'étanchéité gaz de l'appareil. Intérieurement, l'appareil est formé d'une structure métallique et de trois blocs fonctionnels : la cuve de stockage ct le générateur thermique incorporé ; le bloc technique (tuyauteries, monteurs, vasnes,etc...) et le bloc de commande (sauf Si ce dernier est installer en armoire murale séparée). Le bloc de stockage thermique est l'élément le plus volumineux (I à 3 m3 pour un appareil domestique). I1 est de forme parallWlipipè- digue et ces six faces sont complètement isoles au plan thermique. La cuve en elle-même ne possède pas de face supérieure, elle peut'être en matériau rigide ou constituée d'une simple poche étanche et souple. île est munie en partie basse de trois orifices : l'un permet le prélèvement de liquide caloporteur en bas de cuve ainsi que la vidange de l'appareil l'autre permet l'évacuation d'un trop plein accidentel ; le dernier permet le passage de l'échangeur - conduit de fumée (voir ci-après). Le remplissage en eau de cette cuve est assuré par un dispositif classique à flotteur et vanne d'arrêt ; ce mécanisme actionne en outre un contacteur électrique de détection de niveau d'eau. La cuve est séparée en deux zones ; l'une inférieure, permet le stockage des calories de récupération, l'autre, supérieure permet un stockage à température donne. La partie basse contient : un serpentin d'eau sanitaire alimenté depuis le sommet de cuve; la partie terminale de l'échangeur - conduit de fumée et son élément de maintien ; l'extrémité du tuyau de retour de calories récupérées débouchant dans "l'ascenseur thermique", ou bien les extrémités des deux tuyaux de retour débouchant l'un en partie médiane, l'autre en partie haute de cette zone de la cuve ; deux thermîstances, l'une devant l'orifice de puisage (bas), l'autre en partie haute ; des chicanes horizontales et isolantes. La partie supérieure de la cuve contient un cloisonnement interne para llébipipèdique réalisé en panneau isolant (polystirène entrudé par exemple) délimitant l'enceinte à température régulée (d'un volume de I00 à 300 litres pour un appareil domestique). Un petit orifice situe en partie basse de cette enceinte permet une circulation de liquide caloporteur. Cette enceinte contient : un serpentin d'eau sanitaire ; la chambre de combustion et l'lchangeur - conduit de fumée du générateur thermique interne ; une thermistance ; un aquastat autonome de sécurité. Elle est surmontée (hors cuve) du dispositif d'alimentation du générateur (arrivée d'air, palette nti-retour avec son conttecteur de détection de flux d'air, détection de flamme, injecteur a fuel ou clapet gaz, , tuyère, allumage). Le bloc technique, facilement accessible, disposé en face latérale de I cuve, contient tous les éléments de robinetterie destinés à la circulation du fluide caloporteur et de l'eau sanitaire. Gn peut y remarquer : une plaque pour rccordeent rapide de l'appareil aux divers tuyaux extérieurs, antérieurement fixés au mur dans un gabarit de pose ; les circulateurs d'eau (un par source calorifique externe utilisée, et un par circuit de dalle chauffante) ; la vanne mélangeuse motorisée à trois voies d'entrée (brevetée par l'auteur), pour distribution en dalle d'une eau à température désirée et un aquastat autonome de sécurité ; en option une seconde vanne du même type pour production d'eau sanitaire à température "physiologique" ; les électrovannes de distribution dans les divers circuits de dalle (option; aucune si un seul circuit) ; une électrovanne permettant la décharge automatique de l'eau contenue dans les panneaux solaires dans la cuve de stockage ou vers une évacuation, en cas de gel ou de panne électrique ; une cuvette pare-fuite et son évacuation; éventuellement cette zone contient une batterie pour fonctionnement en autonome de l'appareil. Le bloc dé commande contient tous les équipeients électroniques de régulation, les contXacteurs ou le clavier de commande, les afficheurs d'état et de températures. I1 peut tre réalisé en technologie olassiquement utilisée dans le secteur, mais il est très avantageux de le réorganiser autour d'un microprocesseur permettant par programmation la régulation optimisée de la centrale. Au plan fonctionnel, l'appareil a les propriétés suivantes : il surveille en permanence la température des sources de calories récupé- rables et crée une circulation de liquide caloporteur vers toute source dont la température est supérieure d'un nombre de degré à celle de la strate froide du stockage thermique. En cas d'utilisation d'une source du type fermenteur aérobie, il est tenu compte d'une température minima d'autorisation de puisage calorique. Pour les panneaux solaires et en cas d'utilisation d'un microprocesseur, il peut être programmé une diminution dynamique du rendement quantitatif des capteurs au bénfice d'une production à température plus élevée. L'introduction dans l'unité de stockage des calories récupérées sur les sources se fait avec respect maximum de la stratification thermique existante (technique de l'a censeur ou du bi-orifice). L'appareil maintient, à fin de confort sanitaire une musse de IGO à 300 litres d'eau à une température donnée. Le puisage sanitaire provoque la circulation d'eau dns les serpentins l'eau froide refroidissant le bas de cuve et s'échauffant progressivement jusqu'à sa sortie de l'enceinte régulée. un peut obtenir en option des sortie d'eau sanitaire 'ra chialeur gratuite" ou d'eau sanitaire à tempe- rz:tu.-e dite "physiologique"(is 370). our le chauffage, l'appareil, en fonction 'unc programmation horaire, (éventuellement hebdomad- ire), surveille les niveux cte température extérieure et de températures de pièces(ainsi qu les grdiants thermiques amans le modèle à microprocesseur ) pour Lotionner les vannes tout ou rien d'alimentation des divers circuits et la vanne élangeusse motorisée (~ trois voies d'entrée pour une de sortie). (Ce dispositif de chauffage peut être utilise parallèle,lent au récheuffage des fermenteurs nnacrobies). La s cuité de fonctionement est ure caractéristique fonctionnelle essentielle, assurée par les principes et dispositifs suivants : Un aquastat classique autonome surveille la température maxi de l'enceinte régulée, et provoque une coupure de sécurité (pompes, gaz, entracteur), actionne un buzzer et allume un voyant. Un aquastat classique autonome sur le départ chauffage, assure une fonction équivalente. L'apareil ne fonctionne qu'après test positif de présence d'eau uans la cuve. Le bon fonctionnement du microprocesseur (option) est testé par un dispositif autonome réagissant à l'interruption de réception à période strictement définie, des fonts montants de signaux émis par le microprocesseur (par programmation). L'allumage du combustible n'a lieu qu'après purge du circuit de combustion. Le non-fonctionnement de l'entracteur est détecté par un contacteur sur palette mobile. La non-présence de flamme après cycle d'allumage est également dltectee. Les fuites peuvent être détectées par examen de périodicité des demandes d eau de remplissage (option microprocesseur). L'interruption de courant d'alimentation provoque la fermeture automatique de l'arrivée gaz. Enfin, dans le cas du générateur gaz, l'ense-ble des canalisations, raccords, électrovanne gaz, se situs à l'intérieur d'une gaine de faible volume, en permanence et directement ouverte sur l'extérieur de l'immeuble. La présente invention, de par la technologie qu'elle sous-entend (panneaux solaires, dalle chauffante), de par le résistance requise de t dalle de sous-sol, intéresse surtout le marché de la construction neuve. Elle fournit alors une solution complète, économique, fiable et performante aux problèrles dc chauffage et de production d'eau sanitaire. Deux planches complètent la description du dispositif. La planche 1/2 fournit le schéma de circulation des fluides caloporteur et sanitaire; sa légende est la suivante: 1 cuve étanche et isolée 2 enceinte interne,isolée et régulée en température 3 chicane isolante 4 vanne à flotteur de remplissage 5 circulateurs de départ vers les sources caloriques 6 retour des sources caloriques 7 "ascenceur thermique 8 trop-plein de cuve 9 vidange de cuve 10 serpentin sanitaire 11 sortie sanitaire à température régulée 12 sortie sanitaire à chauffage par récupération 13 vanne mélangeuse à trois voies d'entrée pour une sortie (vanne motorisée) 14 circulateurs des circuits de chauffage en dalle (départ) 15 retour commun chauffage La planche 2/2 fournit le schéma de principe du générateur thermiqe sa légende est la suivante: : 1 cuve étanche et isolée 2 enceinte interne, isolée et régulée 3 chicane isolante 4 liquide calo-porteur 5 gaine-échangeur 6 tuyau d'arrivée de gaz 7 arriZZQ d'air en percée de mur 8 volet mobile anti-retour 9 ;rouleur 1,0 allumage et sonde de détection de flamme 11 extracteur d'air vicié et traversée de mur 12 évacuation des condensats 1.3 sonde thermique REVENDICATIONS 1. Centrale thermique pour le chauffage des immeubles et la production d'eau chaude sanitaire, caractérisée en ce qu'elle se présente sous la forme d'un meuble unique et compact. Pour assurer la fonction de récupération de calories sur une ou plusieures sources thermiques, ce meuble contient un ou des circulateurs 5-pl 1 et une unitée de contrôle. Pour assurer la fonction de stockage thermique, il contient une cuve 1 unique remplie de liquide caloporteur sous pression atmos phérique. Pour assurer la fonction générateur thermique, le meuble contient un dispositif de combustion (gaz ou fuel) et un échangeur à condensation 5-pl 2 baignant dafls la cuve 1, ainsi qu'un dispositif d' auto-régulation. Enfin pour assurer la fonction distribution, il contient un circuit échangeur pour l'eau sanitaire 11-pl 1 , et un ensemble de vanne mélangeuse,circulateur(s) 13-14-pl 1, et unité de commande. 2. Centrale thermique selon revendication 1 , caractérisée en ce que le meubleest posé sur le sol et qu'il contient tous les éléments de l'installation à l'exclusion des circuits échangeurs de récupération (sur panneaux-solaires, fermenteur aerobie, moteur thermique ...), du ou des circuits de distribution sanitaire ou en dalle chauffante. Son bloc électronique de controle est éventuellement contenu dans un boitier mural. 3. Centrale thermique selon revendication 1 , caractérisée en ce qu'elle est connectée à une source thermique donnée par un circuit spécialisé de fluide caloporteur et par un circuit électrique à thermistance. Une logique (électronique ou à microprocesseur ) assure la surveillance continue de la température de la source et de son gradiant thermique (éventuellement) et commande la mise en marche et l'arret d'un circulateur 5-pl 1 après comparaison entre les données thermiques de la source et du point bas de la cuve 1. UN clapet de décharge actionné par l'unitée de commande permet la vidange automatique des panneaux solaires en cas de gel ,panne électrique ou défaillance auto-détectée ae la logique interne. 4. Centrale thermique selon revendication 1, caractérisée en ce que le générateur interne est composé d'un tuyau de trn- versée de mur pour l'arrivée d'air frais7-pl 2, d'une chambre de combustion avec bruleur (gaz ou fuel),allumeur à étincelle,et détecteur de flamme (9 et 10-pl 2), et d'une longue gaine échangeur en inox avec en partie basse et terminale , une évacuation de condensats, un extracteur électrique des gaz de combustion et un tuyau de traversée de mur.La gaine échangeur présente une pente descendante sur tout son parcours et traverse successivement l'enceinte chaude de liquide caloporteur 2-pl 2 à tempéra ture régulée, puis le volume de stockage des calories de récupération en allant successivement des couches chaudes vers les couches froides. 5. Centrale thermique selon revendication 1 , caractérisée en ce que la cuve unique 1 contient sous simple pression atmosphérique le liquide caloporteur utilisé au stockage thermique. Cette cuve isolée thermiquement, d'une contenance de 1 à 3 m3 pour un usage dodestiques contient dans sa partie haute une seconde enceinte d'environ 100 à 300 litres, isolée thermiquement, et présentant à sa base un petit orifice de communication (équipé d'un clapet anti-retour) avec la cuve principale. Elle est régulée en température et reçoit l'essentiel de l'appoint thermique du générateur , alors que le volume de stockage des énergies de récupération n'est pas régulé en température. La stra tification maximum des températures est recherchée par usage de chicanes isolantes, par le positionnement des points de puisage et d'alimentation (ascenseur thermique 7-pl 1), et par la hauteur de cuve. 6. Centrale thermique selon revendication 5 caractérisée en ce que la cuve de stockage peut contenir des éléments autonomes de stockage par chaleur latente de changement d'état. 7. Centrale thermique selon revendication 1, caractérisée en ce que la distribution thermique pour le chauffage d'immeuble se fait par circulation du liquide caloporteur unique, en dalle chauffante, à température régulée depuis la centrale elle-mdme, et par puisage optimisé (c'est à dire sollicitant le moins possible le stock le plus chaud). Ce puisage et mixage est assuré par une vanne mélangeuse à trois voies d'entrée pour une de sortie 13-pl 1. 8. Centrale thermique selon revendication 1, caractérisée en ce qu'elle contient un échangeur pour le chauffage de l'eau sanitaire 10-pl 1 ,baignant successivement dans le sous-stock des calo ries de récupération, puis dans le sous-stock à température régu lée. 9. Centrale thermique selon revendication 8, caractérisée en ce que une sortie 12-pl 1 de l'échangeur sanitaire permet la pro duction d'eau chaude sanitaire à chaleur "gratuite" 10. Centrale thermique selon revendicatio 1, caractérisée en ce que les dispositifs de régulation nécessaire peuvent entre remp- lacés avantageusement par un dispositif à micro-processeur permettant la prise en compte de notions de gradiants thermiques et d'une programmation horaire et hebdomadaire.