Brevet FR2551187A1 — publié le 19850301

L'invention a pour objet des perfectionnements à un procédé et à une installation de production d'eau chaude sanitaire utilisant un générateur de chaleur à brûleur, notamment à gaz combustible. L'un des problèmes qui se pose dans ce type d'installation est celui d'obtenir quasiment instantanément de l'eau chaude sanitaire après ouverture d'un robinet d'eau chaude. Or, cela ne peut être obtenu habituellement que si l'on prévoit l'entretien permanent d'une boucle chaude consommatrice de beaucoup d'énergie perdue, notamment en période d'été, lorsqu'il n'v a pas de besoin de chauffage des locaux, ou encore si l'on a prévu un réservoir important de stockage d'eau chaude, avec les surcoûts correspondants d'installation et les difficultés parfois importantes d'implantation dans des locaux exigus. En l'absence de la prévision de tels moyens, il apparaît que lorsque l'usager ouvre un robinet d'eau chaude, il doit attendre un temps relativement long, parfois supérieur à 1 minute avant de commencer à obtenir effectivement de l'eau chaude au robinet. Ce laps de temps s'accroit encore dans les installations les plus modernes et les plus performantes utilisant des brûleurs à prémélange dans lesquels les normes de sécurité imposent que l'allumage du brûleur ne s'effectue qu'après une période de pré-balayage à l'air de l'installation ayant une durée minimale de 30 secondes. Le temps nécessaire à la montée en température de l'échangeur de production d'eau chaude sanitaire qui est fréquemment del'ordre de 20 à 30 secondes augmente encore le délai avant lequel toute production d'eau chaude est réalisée. L'invention a pour objet de résoudre les difficultés susmentionnées en permettant à l'usager d'obtenir quasiment instantanément de l'eau chaude au robinet d'eau chaude de l'installation, tout en évitant l'utilisation d'un ballon de stockage important ou le maintien d'une bouche chaude, et tout en permettant l'utilisation des installations les plus performantes, notamment du type à brûleur à gaz à prémélange total et cycle de pré-balayage à l'air du géné rateur de chaleur avant tout allumage du brûleur. Ceci est obtenu conformément à l'invention par le fait qu'on prévoit dans l'installation un petit réservoir de stockage permettant la satisfaction de la demande pendant un temps réduit, par exemple inférieur à 1 minute, on monte sur le circuit de ce réservoir une vanne automatique commutant le prélèvement d'eau chaude du réservoir sur l'échangeur de production d'eau de l'installation après un temps déterminé avantageusement de l'ordre de quelques dizaines de secondes, on pourvoit ledit réservoir dans sa partie basse d'une sonde de détection de température et on commande la mise en route du-brbleur de l'installation pour assurer le réchauffage de l'eau du ballon chaque fois que ladite sonde détecte une température inférieure à un seuil déterminé. On comprend que de cette façon, l'installation ne comporte qu'un tout petit réservoir, d'une capacité par exemple de l'ordre de quelques litres,qui peut se loger facilement en tout endroit convenable, et avantageusement à l'intérieur de la jaquette protégeant le générateur de chaleur. Ce réservoir, compte tenu du mode de pilotage de l'installation est constamment maintenu en chaud, et notamment sa petite réserve d'eau chaude est régénérée après chaque puisage consécutif à une nouvelle ouverture d'un robinet d'eau chaude.La faible capacité du réservoir ne permet pas de constituer à proprement parler un stockage d'eau chaude pour l'installation, mais suffit à assurer la fourniture d'eau chaude quasiment instantanée à l'ouverture d'un robinet d'eau chaude pendant les quelques dizaines de secondes nécessaires à l'allumage du brûleur de l'installation si celle-ci est arrêtée au moment du puisage, et à la mise en température du générateur d'eau chaude. L'invention concerne également une installation pourvue de tels perfectionnements, se caractérisant en ce qu'elle comprend - un petit réservoir ou ballon de stockage d'eau chaude de volume permettant d'assurer les besoins en eau chaude de l'installation pendant quelques dizaines de secondes au moins, par exemple pendant environ 1 minute, - un petit échangeur de chaleur permettant le chauffage de l'eau du ballon, - un échangeur de chaleur de production d'eau chaude, - une temporisation à l'allumage du brûleur retardant l'alimentation en combustible et l'allumage du brûleur après toute demande nouvelle d'eau chaude pendant quelques dizaines de seconde environ. L'invention et sa mise en oeuvre apparaîtront plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1 est un schéma général de l'installation, - La figure 2 montre schématiquement vue en coupe horizontale une partie du corps de chauffe du générateur, - La figure 3 montre une partie du circuit illustré à la figure 1 réalisé selon une variante. En se reportant à la figure 1, on a schématisé le générateur de chaleur avec sa jaquette 1 et on n'a montré que les composants essentiels nécessaires à la description, c'est-à-dire le programmateur P repéré 2 qui commande le cycle de fonctionnement du brûleur 3, l'électrovanne 4 d'admission du gaz en 55 ; cette électrovanne est avantageusement à deux ouvertures afin d'avoir une puissance par exemple de 5KW pour le chauffage des locaux et de 20KW pour la production d'eau chaude sanitaire dans le cas d'une installation de chauffage mixte chauffagecentral-eau chaude sanitaire. On trouve également le régulateur R repéré 5 qui analyse deux informations, par exemple la température de départ du fluide caloporteur à l'aide d'une sonde 6 et la température intérieure ou extérieure au local à l'aide d'une autre sonde 7.Le régulateur 5 donne ordre au programmateur 2 par une liaison 8 d'allumage du brûleur 3 selon qu'il y a demande de chaleur ou non, cette demande provenant, soit de l'installation de chauffage central, soit de l'installation de production d'eau chaude sanitaire comme il apparaîtra plus loin. Une pompe de circulation 9 est placée par exemple sur le retour du fluide caloporteur. Lorsqu'un utilisateur ouvre un robinet tel que figuré en 10 pour obtenir de l'eau chaude sanitaire, celle-ci provient par l'intermédiaire de la vanne motorisée 11 d'un petit ballon 12 de stockage d'eau chaude. A cet effet, la vanne motorisée 11 a deux entrées 13, 14, et lorsque son moteur 15 n'est pas alimenté, le clapet 16 ne permet le passage que de l'eau provenant de l'entrée 13 reliée au ballon 12. L'eau 17 entretenue chaude comme il apparaîtra plus loin contenue dans le ballon s'écoule poussée par l'eau froide qui arrive par la canalisation 18 d'entrée d'eau en 54, la canalisation 18 débouchant en partie basse du ballon 12. D'autre part,, du fait qu'il y a un appel d'eau froide sur la canalisation 18, la valve à dépression 19 commande l'inversion des trois contacts 20, 21, 22 par rapport à la position illustrée à la figure Le contact 20 a pour objet de donner une information, c'est-à-dire une consigne de température, par exemple 500C, au régulateur 5, sous la forme d'une tension par exemple. Cette information est prioritaire sur l'analyse faite des informations des sondes 6 et 7 qui servent au chauffage du local. Autrement dit, et comme il apparai- tra plus loin, dans un-tel cas, le générateur d 'eau chaude est prioritairement branché pour fournir de l'eau chaude sanitaire et non de l'eau chaude au circuit de chauffage central, la vanne trois voies 36 étant commandée en correspondance. L'information donnée par le contact 20 arrive à la borne 23 du régulateur 5, lequel donne ordre au programmateur 2 de commencer le cycle de fonctionnement du brûleur 3. I1 y a ainsi mise en route normale du cycle avec priorité des besoins d'eau chaude sanitaire sur les besoins de chauffage. Une seconde information identique arrive sur une autre borne 24 du régulateur 5 en provenance d'une sonde de température 25 placée en partie basse du ballon 12. Cette sonde 25 du fait de la demande d'eau chaude détecte une baisse de température par le fait de l'eau froide arrivant par la canalisation 18 à la base du ballon. La sonde donne non seulement au régulateur 5 l'information de baisse de température, mais commande également l'ouverture de la vanne motorisée 26 en alimentant électriquement son moteur 27 à l'aide de la liaison 28. De cette manière, le fluide caloporteur est admis à l'échangeur 29 contenu dans le ballon 12 et monté en dérivation sur le départ 51 chaud et le retour froid 52 au générateur de chaleur. Une vanne manuelle 30 permet le réglage du débit dans l'échangeur 29 à la mise en route de l'installation. Le programmeteur 2 commence le cycle d'allumage du brûleur et pendant le prébalayage, qui dure par exemple 30 secondes, l'eau chaude est puisée dans le ballon 12. Lorsque le brûleur 3 s'allume au bout de 30 secondes, la tension électrique est délivrée à l'électrovanne 4 commandant l'arrivée du gaz par la borne 31 du programmateur. Cet ordre d'ouverture sera d'ailleurs un ordre de grande allure, par exemple à puissance de 20KW, car le contact 22 de la valve 19 étant fermé, la boucle électrique qui arrive aux bornes 32, 33 du prpgrammateur 2 permet l'alimentation de la grande allure. La borne 31 qui alimente l'électrovanne 4 d'arrivée de gaz délivre également une tension à la borne commune du contact 21 de la valve 19 qui est fermée et de ce fait, le moteur 15 de l'électrovanne 11 attire le clapet 16 et cette manoeuvre met en communication hydraulique le robinet 10 avec la canalisation 14 provenant de l'échangeur 34, avantageusement du type à plaques ou à coupelles pour la production d'eau chaude sanitaire. De même, le contact 21 alimente le moteur 35 de la vanne trois voies 36 qui, lorsqu'elle était au repos, mettait en communication la canalisation 37 de retour au générateur avec la canalisation 38 de retour de l'installation de chauffage et qui maintenant permet l'irrigation du circuit primaire de l'échangeur 34 en mettant en commu nication les canalisations 37 et 39. Ainsi, après le pré-balayage, et lorsque le brûleur est allumé sous le régime grande allure, l'eau chaude est produite par l'échangeur 34 à plaques ou à coupelles de façon quasi-instantanée. A ce stade de la description, on notera que le ballon 12 d'hydro-accumulation étant raccordé entre le générateur 1 et la vanne 36 trois voies, il peut réchauffer son contenu pendant que l'échangeur 34 travaille gracie à son échangeur 29 monté en parallèle avec l'échangeur 34 et en avant de lui sur le circuit de production du fluide caloporteur. Lorsque l'eau qui y est contenue sera chaude, par exemple à 450C, la sonde 25 peut donner ordre au moteur 27 de fermer l'électrovanne 26 pour arrêter la circulation dans l'échangeur 29. Le temps de réchauffage de l'eau contenue dans le ballon 12 est relativement court, compte tenu de sa faible capacité et du faible puisage d'eau à chaque démarrage de l'installation. En outre, en cas de puisage très court, pendant unlaps de temps inférieur à la période de prébalayage à l'air du générateur, il y a lieu de noter que la sonde 25 ayant détecté une arrivée d'eau froide au ballon 12 a donné au régulateur 5 l'ordre de remise en température du ballon, par son échangeur 29, même si la durée du puisage d'eau au robinet 10 est insuffisante pour avoir commandé la mise en route de l'échangeur de production d'eau chaude 34. Avantageusement, on peut en outre prévoir que le moteur 15 de l'électrovanne il est légèrement temporisé en retard par rapport au moteur 35 de la vanne trois voies 36 afin de permettre la mise en température de l'échangeur 34 avant alimentation de l'eau chaude au robinet 1Q par cet échangeur. En se reportant à la figure 2, on a montré schématiquement une implantation préférée du petit ballon 12 entourant le corps de chauffe 41 du générateur de chaleur, l'enveloppe extérieure du ballon 12 étant protégée d'une couche de calorifuge 42. De cette façon, le ballon 12 est logé aisément à l'intérieur de la jaquette 1 du générateur et d'autre part, profite directement de l'échauffement des parois extérieures du corps de chauffe. Selon la variante de réalisation illustrée à la figure 3, la vanne 26 est une vanne à moteur pneumatique permettant une ouverture progressive et donc l'alimentation progressive de l'échangeur de chaleur 29 du ballon 12. Ceci permet d'alimenter cet échangeur avec un débit proportionnel aux besoins, ce qui est intéressant lorsque l'installation fonctionne pour alimenter le chauffage dont les départ et retour ont été repérés en 52 à la figure 1. Dans ces conditions, le ballon se comporte dans le circuit comme un radiateur. Lorsque l'eau contenue dans le ballon 12 se réchauffe, le fluide 43 enfermé dans la sonde 44 en relation avec le ballon se dilate. De ce fait, le fluide 43 pousse sur la membrane 45 du moteur 46 de la vanne 26 grâce à la canalisation capillaire de liaison 47 , ce qui a pour effet de refermer la vanne. D'autre part, un contact électrique 48 solidaire de la membrane 49 enfermée dans la sonde 44 s'ouvre à partir d'un certain seuil, par exemple lorsque la vanne 26 est fermée, ce qui a pour effet d'annuler l'ordre de priorité que le câble électrique 50 donnait àla borne 24 du régulateur 5 pour commander le chauffage du ballon. REVENDICATIONS 1. Perfectionnements à un procédé de production d'eau chaude sanitaire à partir d'une installation génératrice de chaleur à brûleur 3, notamment à alimentation en gaz combustible, caractérisés en ce qu'en vue d'obtenir instantanément de l'eau chaude en évitant l'entretien permanent d'une boucle d'eau chaude ou le stockage de grande quantité d' eau chaude, on prévoit dans l'installation un petit réservoir de stockage (12) permettant la satisfaction de la demande pendant untemps réduit par exemple inférieur à 1 minute, on monte sur le circuit de ce réservoir une vanne automatique (11) commutant le prélèvement d'eau chaude du réservoir sur l'échangeur (34) de production d'eau chaude de l'installation après un temps déterminé avantageusement de l'ordre de quelques dizaines de secondes , on pourvoit ledit réservoir dans sa partie basse d'une sonde (25) de détection de température et on commande la mise en route du brûleur (3) de l'installation pour assurer le réchauffage de l'eau du ballon, chaque fois que ladite sonde détecte une température inférieure à un seuil déterminé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ne commande l'ouverture de la vanne automatique (11) pour sa commutation sur l'échangeur (34) de production d'eau chaude que si la durée de la demande est supérieure à un laps de temps prédéterminé, par exemple de quelques dizaines de secondes. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit laps de temps est choisi légèrement supérieur à celui nécessaire à la montée en température dudit échangeur (34) de production d'eau chaude. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans le cas d'un prélèvement trop bref pour assurer la mise en service de l'échangeur (34) de production d'eau chaude, on commande la mise en route de l'installation à puissance réduite pour le réchauffage du seul ballon de stockage (12) sur information correspondante recueillie par ladite sonde (25). 5. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend - un petit réservoir ou ballon (12) de stockage d'eau chaude de volume permettant d'assurer les besoins en eau chaude de l'installation pendant quelques dizaines de secondes au moins, par exemple pendant environ une minute, - un petit échangeur de chaleur (29) permettant le chauffage de l'eau du ballon, - un échangeur de chaleur (34) de production d'eau chaude, - une temporisation pour l'allumage du brûleur (3) retardant l'alimentation en combustible et l'allumage du brûleur après toute demande nouvelle d'eau chaude pendant quelques dizaines de secondes environ. 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur (34) de production d'eau chaude est monté en parallèle avec l'échangeur de chauffage (29) du ballon et après lui sur le circuit de circulation du fluide caloporteur. 7. Installation selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisée en ce que le ballon (12) est disposé à l'intérieur dela jaquette (1) du générateur de chaleur. 8. Installation selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que le ballon (12) est construit au moins en partie de façon à entourer la chambre de combustion du générateur (41). 9. Installation selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisée en ce qu'il est prévu une vanne motorisée (26) sur le circuit d'échange- de chaleur chauffant le ballon, ladite vanne étant commandée à l'ouverture lorsque la température mesurée en partie basse du ballon (12) est inférieure àun seuil déterminé. 10. Installation selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisée en ce qu'il est prévu sur le circuit de fourniture d'eau chaude une vanne motorisée (11) assurant la communication avec le réservoir (12) dans une première position de la vanne et assurant la communication avec l'échangeur de chaleur (34) de production d'eau chaude dans une deuxième position de la vanne. 11. Installation selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que, comprenant une vanne automatique (36) trois voies pour le fonctionnement de l'installation en chauffage central ou en production d'eau chaude sanitaire, ladite vanne est placée à l'entrée (37) dans l'installation des retours froids de chauffage et à la sortie (39) de l'échangeur de chaleur (34) de production d'eau chaude sanitaire, tandis que l'échangeur (29) pour le chauffage du ballon (12) est placé avant cette vanne (36) en dérivation entre un départ relié au départ chaud (51) du généra- teur et un retour relié au retour froid (52) dans le générateur.