Brevet FR2521270A1 — publié le 19830812

La présente invention concerne les ballons d'eau chaude (chauffe eau, chauffe bain selon leur dénomination). Elle est intéressante principalement avec l'utilisation des énergies discontinués tel que le solaire qui sera pris comme exemple. Dans l'état actuel de la technique (fig. 1) un ballon d'eau (2) est chauffé grtce à un circuit primaire. Ce circuit primaire est composé d'un capteur solaire (6) et d'un échangeur de chaleur (7). Le liquide contenu dans le circuit primaire se réchauffe dans le capteur grâce au rayonnement solaire puis va se refroidir dans l'échangeur en cédant ses calories à contenue dans le ballon. Pendant les périodes oU'l'énergie reçue par les capteurs est faible (hiver, printemps, automne) le contenu du ballon est chauffé entierement mais la température à l'intérieur du ballon ne s'élève que de quelques degrés. Prenons par exemple un ballon de deux cents litres dont l'eau est à 80 celoius au début d'une journée peu ensoleillée, le soir la température des deux cents litres d'eau s'élèvera par exemple à 280. Â cette température l'eau est inutilisable pour l'usage domestique ou industriel escompté. I1 serait dans ce ca" bien plus intéressant pendant cette meme journée d'obtenir oient litres d'eau à 480 ou oinquante litres à 880 (les déperditions n'étant pas prises en compte). En somme, il serait intéressant d'utiliser l'énergie reçue pour chauffer de l'eau à une température prédéterminée quitte à en obtenir une quantité limitée. D'où le procédé de ballon à volume variable. Ce ballon devra comporter une partie mobile permettant d'augmenter ou de diminuer le volume d'eau à chauffer. De nombreux procédés peuvent titre mis en oeuvre pour satisfaire cette exigence. Deux exemples seront exposés. -A- LE BALLON A VOLU}IE VARIABLE GRACE A UNE MEBrsBRllE ELASTIQUE (fig. 2) Le ballon est divisé par une membrane (1) qui peut se déformer sous la pression soit vers le haut et donc augmenter le volume soit vers le bas et réduire le volume jusqu'à expulsion complète de l'eau si nécessaire. Pour que cette amélioration soit viable quelques petites transformations sont nécessaire par rapport au ballon classique a) fixer la membrane dans le ballon de manière étanche b) réguler l'entrée d'eau en fonction de la température intérieure du ballon.Pour ce faire un aquastat, un thermostat ou un tableau de régulation(3) donne le signal à l'électrowanne (4) de s'ouvrir et de laisser entrer l'eau lorsque la température de l'eau contenue dans le ballon est supérieure à la température choisie. Dès que la température de l'eau contenue dans le ballon revient par l'apport d'eau franche inférieure a la température choisie l'électrovanne se referme et ainsi de suite. S il n'y a plus d'eau dans le ballon, la chaleur de l'eau de l'échangeur (7) déclenchera l'ouverture de l'électrovanne (4) des que la température du circuit primaire sera adéquate. Il serait opportun que sur l'arrivée l'eau froide dans le ballon soit fixé un système simple qui grâce à la pression permettrait de mélanger l'eau contenue dans le ballon en vue d'une homogénéisation thermique procurant une plus grande précision du système de régulation. Ce système pourrait être une sortie en pomme d'arrosoir, une sortie à ailettes, impliquant un mouvement de rotation à l'eau froide. c) la pression de sortie d'eau chaude peut être provoquée par - la chute d'eau Si le ballon est situé en hauteur - l'introduction au dessus de la membrane d'un gaz (5) par exemple de l'azote si le ballon ne peut etre situé en hauteur ou si la pression de chute est insuffisante. Le réglage de la pression de ce gaz se fera en fonction de l'installation. - d) l'eau chaude sortira par le bas du ballon pour permettre d'utiliser toute l'eau. Si l'on pense nécessaire de garder une quantité d'eau en permsnence dans leballon (par exemple pour laisser l'aquastat en contact aqueux) il sera possible d'introduire en bas du ballon une grille interdisant à la membrane de se déformer complètement vers le bas et d'augmenter la hauteur de la tubulure de sortie eau chaude e) l'échangeur de chaleur t73 sera dissimulé sur les parois du ballon pour permettre à la membrane (1) de se déformer vers le bas sans rencontrer d'obstacle. -B- BALLON À VOLUKE VARIABLE GXhCE A UN PISTON OU FLOTTEUR (fig. 3 & ) Le ballon est formé de deux parties : un corps (2) et un élément mobile flotteur ou piston (1) qui sous la pression ou la dépression montera ou descendra dans le corps augmentant ou diminuant le volume du ballon. Pour que ce ballon Boit fonctionnel quelques améliorations sont nécessaires a) l'étanchéité entre le flotteur et le corps devra titre parfaite, la technique actuelle nous donne de nombreux procédés tel que joint, segment... b) régaler l'entrée d'eau en fonction de la température intérieure du ballon. Pour ce faire un aquastat, un thermostat ou un tableau de régulation(3) donne le signal à l'électrovanne (4) de s'ouvrir lorsque la température de l'eau contenue dans le balcon est supérieure à la température choisie. Dès que la température devient, par l'apport d'eau franche, inférieure à la température choisie l'électrovanne se referme et ainsi de suite. L'eau froide (10) sous pression entrant dans le ballon soulèvera le piston (1) jusqu'à la fermeture de l'électrovanne. Lorsque le piston est au plus bas de sa course il reste une garde d'eau inutilisable dans cet exemple (effet de vide), il va de soit qu'en donnant une forme concave au piston on peut diminuer cette garde d'eau dans ce cas il faudra déplacer l'échangeur ou opter pour un ballon sans circuit primaire 11 eau du ballon étant directement chauffée dans le capteur. c) la pression de sortie d'eau chaude est effectuée par le poids du piston surmonté d'une tare (8). Cette tare permet de régler la pression en fonction de l'installation. Le poids du piston et de la tare ne devant pas être trop important pour ne pas empêcher la montée du piston sous la pression d'eau froide. d) prévoir un système permettant la charge de l'appareil en eau lors de sa mise en service tel que robinet de charge (9) en by-pass sur ltelectro- vanne (4) ou un aquastat réglable sur basse température, e) à remarquer qu'un détartrage, périodique chimique ou mécanique est nécessaire pour une bonne étanchéité entre le piston et le corps. Au regard de ces deux exemples de ballon à volume variable, il est à remarquer les caractéristiques et les avantages de tous les ballons de ce type. Ces ballons permettent d'utiliser l'énergie reçue pour chauffer une quantité d'eau certes variable mais utilisable grtGe à sa température élevée plut8t que de chauffer une grande quantité d'eau inutilisable à cause de sa basse température. Ils permettent d'utiliser des sources d'énergies discontinues tel que le solaire, les pompes à chaleur, le méthane par fermentation anaérobie etc... pendant une période plus étendue sur l'année que dans les ballons classiques. Dans les ballons à volume variable c'est la quantité d'eau à chauffer qui oscille en fonction de l'énergie reçue et non la température. Ils permettent de ne pas refroidir l'eau chaude non utilisée par une arrivée intempestive d'eau froide comme dans le ballon classique rendant ainsi possible le stockage de cette eau chaude. Ils permettent de prendre des ballons de plus grande capacité pouvant dépasser les besoins moyens en eau chaude n'étant plus limité par le risque de ne pouvoir chauffer toute l'eau à une température convenable. Ils permettent lorsque la source d'énergie est abondante un fonctionnement identique aux ballons classiques : électrovanne ouverte en permanence, élément mobileen position haute. Ils permettent, comme dans les ballons classiques de brancher tous les appareillages et dispositifs déjà connus tels que groupe de sécurité réducteur de pression, jauge, installation en cascade ou couplée avec une énergie continue etc ... Ils permettent mtme avec une énergie continue tels que l'électricité, le gaz, le mazout de chauffer rapidement une petite quantité d'eau (dans l'attente d'une plus importante) à la température choisie et donc de pouvoir rapidement utiliser de l'eau chaude sans attendre le chauffage complet de toute la capacité du ballon. REVENDICATIONS 1) Ballon d'e & chaude caractérisé en ce qu'il comporte une nartie mobile (membrane ou piston) permettant de varier le volu-e d'eau à chauffer. 2) Ballon d'eau chaude selon la revendication 1 caractérisé en ce nu'il comporte une électrovanne, régulant l'entrée de l'eau froide et par la même la variation du volume d'eau à chauffer, commandée par un aquastat en fonction de la température de l'eau du ballon et par conséquence en fonction de l'énergie reçue. 3) Ballon d'eau chaude selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la pression est appliquée par la partie mobile soit par son propre poids soit par un gaz la pouvant, 4) Ballon d'eau chaude selon l'ensemble des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une tubulure de sortie d'eau chaude en position basse. 5) Ballon d'eau chaude selon l'ensemble des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il peut comporter un échangeur de chaleur implanté hors de la course de la partie mobile du ballon. 6) Ballon d'eau chaude selon l'ensemble des revendioations/caractérisé en ce qu'il peut comporter une canalisation, permettant la charge initiale en eau du ballon lors de sa mise en service, pouvant notamment entre un by-pass avec un robinet dtarrêt sur l'élestrovanne. 7) Ballon d'eau chaude selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'S peut comporter un dispositif mélangeur d'eau pouvant notament être situe sur l'arrivée d'eau froide (pomme d'ariosoir, sortie à ailettes). L E G N D s FIG. 1 : Msllon d'eau chauffé par capteur solaire (état actuel de la technique) FIG. 2 : Ballon à volume variable grâce à une membrane élastique FIG. 3 s Ballon à volume variable grSce à un piston ou flotteur (position haute) FIG. 4 : Ballon à volume variable grtce à un piston ou flotteur (position basse) 1 - Partie mobile permettant de varier le volume (membrane ou piston) 2 - Corps du ballon 3 - Aquastat 4 - Eleotrovanne 5 - Gaz sous pression (par exemple azote N 2) 6 - Source d'énergie (capteurs solaire, chaudières, pompes à chaleur...) 7 - Echangeur de chaleur 8 - Tare 9 - Robinet de charge en by-pass sur ltélectrovanne 10 - Arrivée eau froide 11 - Sortie eau chaude