Brevet FR2549582A1 — publié le 19850125

La présente invention concerne un appareil biénergie monobloc pour la production d'eau chaude de chauffage central et d'eau chaude sanitaire. L'augmentation rapide du prix des énergies et les variations brusques de celui-ci font apparaître la demande d'appareils biénergie utilisant à la fois une énergie de réseau et une énergie stockable. L'utilisateur de ces appareils emploie l'une ou l'autre de celles-ci, suivant les circonstances, pour limiter sa facture de chauffage. La commutation entre les deux types d'énergie utilisés se fait manuellement ou automatiquement. Pour les chauffages à eau chaude, on s'est contenté, au début, de juxtaposer deux générateurs, l'un par exemple au gaz propane et l'autre à l'électricité. On y a ajouté un troisième appareil pour la production d'eau chaude sanitaire. Ce dernier appareil n'utilise qu'une seule des deux énergies donc pas toujours celle qui serait la moins onéreuse. Les pertes inévitables de ces trois appareils se cumulent ainsi que leur encombrement. Enfin, il faut une régulation délicate pour piloter l'ensemble des trois appa reis. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en procurant un appareil regroupant, dans une même enceinte calorifugée de dimensions restreintes, un générateur d'eau chaude de chauffage et un générateur d'eau chaude sanitaire, l'appareil utilisant pour ces deux usages deux sources différentes d'énergie, avec une régulation très simple incorporée. Dans toutes les applications prévues pour l'appareil suivant l'invention, ce dernier est destiné à utiliser en premier l'énergie électrique, dans l'optique d'une tarification donnant des prix attractifs à une utilisation à puissance limitée avec coupure de l'électricité pendant quelques périodes choisies par le distributeur. L'autre source d'énergie, utilisée conjointement avec l'électricité, doit être stockable. Ce peut être, suivant les cas, du gaz de pétrole liquéfié ou du fuel. L'appareil suivant l'inven tion a donc une puissance électrique volontairement limitée, inférieure à 1D kW, de façon que l'utilisateur puisse se contenter d'un abonnement classique de puissance souscrite inférieure ou égale à 12kW. Dans l'appareil suivant l'invention, l'énergie fossile, gaz ou fuel, est utilisée soit en appoint, occasionnellement, lorsque les puissances nécessaires cumulées pour la fourniture d'eau chaude et le chauffage dépassent la puissance électrique, pendant une courte période, soit en substitution pour fournir la totalité des besoins lorsque l'énergie électrique est facturée à un prix dissuasif. Pour disposer d'une réserve de calories suffisantes il est nécessaire de chauffer l'eau à une température supérieure à 700C. a condensation n'est donc pas à redouter et on peut donc se dispenser d'utiliser les matériaux coûteux nécessaires pour résister aux condensats acides. I1 n'est cependant pas admissible d'envoyer en toute saison de l'eau à cette température dans les radiateurs d'une installation de chauffage central. La plupart des fabricants de-chaudières préconisent, pour régler la rempérature de départ, l'emploi d'une vanne trois voies mélangeant l'eau sortant de la chaudière à de l'eau de retour pour obtenir la température de départ désirée. Cette méthode nécessite une motorisation de la vanne trois voies avec un dispositif d'asservissement coûteux et délicat. De plus le brûleur ayant toujours une puissance largement supérieure aux besoins de chauffage, l'inertie de la chaudière est trop faible pour éviter le phénomène de "trains de chaleur". L'invention a pour but de fournir un appareil biénergie destiné au logement individuel, avec une forte inertie permettant sans inconvénient,ltemploi des brûleurs classiques utilisant des combustibles gazeux ou liquides, sans trains de chaleur et sans démarrages répétés, et peremettant une régulation simple de la température de départ sans avoir à faire appel à une vanne trois voies. A cet effet cet appareil biénergie monobloc pour la production d'eau chaude de chauffage central et d'eau chaude sanitaire, comportant un réservoir ou ballon calorifugé contenant de l'eau chaude, des premiers moyens de chauffage électrique et des seconds moyens de chauffage de l'eau à partir d'une source autre que l'électricité, est caractérisé en ce que le ballon réservoir est séparé, par une cloison , en deux compartiments å savoir un premier compartiment dans lequel sont logés les premiers moyens de chauffage électrique et les seconds moyens de chauffage et contenant une masse d'eau maintenue à température constante relativement élevée, et un second compartiment formant bouteille de mélange auxquels sont reliées les canalisations de départ chauffage et de retour chauffage et contenant une masse d'eau à une température sensiblement égale à la température désirée pour le départ vers les radiateurs. On décrira ci-après,à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé qui est un schéma d'un appareil biénergie monobloc pour le chauffage et la production d'eau chaude sanitaire suivant l'invention. L'appareil suivant l'invention dont le schéma est représenté sur le dessin annexé comprend un réservoir ou ballon 1 soigneusement calorifugé, d'une capacité choisie en fonction des besoins et que l'on prendra égale à 150 litres pour la commodité de l'explication. Ce ballon 1 est séparé en deux compartiments supérieur 2 et inférieur 3 par une cloison horizontale 4. Le compartiment supérieur 2 du ballon 1, d'une capacité égale aux 2/3 de la totalité du ballon, contient de liteau qui est chauffée soit par une résistance électrique 5, soit par un serpentin 6 recevant les fumées d'un brûleur 7 à combustible liquide ou gazeux. La température de l'eau contenue dans le compartiment supérieur 2 du ballon 1 est maintenue entre deux limites distantes d'environ 100C, grâce à un thermostat 8 dont le bulbe est protégé par un doigt de gant 9. Le compartiment inférieur 3 du réservoir 1 forme une bouteille de mélange. Dans ce compartiment inférieur 3 débouche une canalisation de départ chauffage 10 dont l'extrémité supérieure est voisine de la cloison de séparation 4, ainsi qu'une canalisation de retour chauffage 11 débouchant près du fond du compartiment inférieur 3, par l'intermédiaire d'une vanne 12. Par ailleurs une canalisation verticale 13 fait communiquer les deux compartiments 2 et 3 du réservoir 1 en s'étendant à travers la cloison de séparation 4, l'extrémité supérieure de la canalisation verticale 13 étant proche du sommet du compartiment supérieur 2 tandis que son extrémité inférieure est proche du fond du compartiment inférieur 3.Une autre canalisation 14, traversant la cloison de séparation 4, relie le compartiment supérieur 2 du réservoir 1 à la canalisation retour chauffage 11 et sur cette canalisation 14 est branchée une électrovanne 15 fone- tionnant en tout ou rien. Cette vanne 15 est commandée par un thermostat 16 relié à un bulbe 17 placé au contact de la canalisation de départ chauffage 10. Par ailleurs, un serpentin 18 est immergé dans l'eau chaude contenue dans le compartiment supérieur 2 du réservoir 1 et ce serpentin 18, représenté en trait interrompu, est connecté aux canalisations 19 fournissant l'eau chaude sanitaire. Le fonctionnement de l'appareil qui vient d'être décrit est le suivant: Pour la nécessité de la production d'eau chaude sanitaire par le serpentin 18 et les canalisations 19 et pour éviter la corrosion, l'eau chaude se trouvant dans le compartiment supérieur 2 du réservoir 1 est maintenue à une température à peu près constante de l'ordre de 900C. L'eau alimentant les radiateurs de l'installation de chauffage sortde l'appareil par la canalisation 10 et revient, refroidie, par la canalisation 11. Si le thermostat 16 détecte, par l'intermédiaire du bulbe 17, une température de l'eau de chauffage s'écoulant dans la canalisation 10 inférieure à la température de consigne, il commande alors l'ouverture de la vanhe 15.De l'eau de retour de chauffage relativement froi de, pénètre alors, b travers la canalisation 14, dans le compartiment supérieur 2 du réservoir 1. Cette arrivée d'eau froide s'effectue assez haut dans ce compartiment et l'eau froide arrivant ainsi tend à se diriger vers le bas en se mélangeant à l'eau chaude du compartiment supérieur 2. Du fait de cette arrivée d'eau froide dans le compartiment supérieur 2, il se produit un excès d'eau chaude dans ce compartiment supérieur et cet excès d'eau chaude, chassé par l'eau froide de retour, s'écoule à travers la canalisation verticale 13, du haut du compartiment supérieur 2 au bas du compartiment inférieur 3. Dans ce compartiment inférieur 3 l'eau chaude arrivant se mélange à l'eau froide qui y est contenue et la réchauffe dans sa masse.On obtient donc simultanément un réchauffement progressif de l'eau se trouvant dans le compartiment inférieur 3 et un refroidissement de l'eau se trouvant dans le compartiment supérieur 2. Dès que le bulbe 17 détecte, dans la canalisation 10, une température égale à la température de consigne, le cycle normal recommence, cycle au cours duquel l'eau de retour est introduite dans le compartiment inférieur 3 et chasse, par la canalisation 10, l'eau chaude qui s'y trouve. Lorsque le bulbe 8 du thermostat réglant la température du compartiment supérieur 3 signale une température trop basse, le système de réchauffage fonctionnant à l'électricité, au gaz ou au fuel, se met en marche jusqu'à ce que l'on retrouve la température de consigne. Le fonctionnement du brûleur 7, quelle que soit sa surpuissance par rapport aux besoins, ne conduit pas à des trains de chaleur. La vanne 12 est réglée de façon que le jour le plus froid, la température à l'endroit où se trouve le bulbe 17 ne dépasse pas le maximum nécessaire pour les besoins du chauffage. Ce maximum est toujours inférieur à la température réglée par le thermostat 16. Par exemple, si le jour le plus froid il faut un départ à 700C et un retour à 550C, pour une réserve à 850C, il faut que la vanne 12 laisse passer la moitié du débit total en circulation dans l'installation de chauffage. On obtient ainsi des cycles de fonc tionnement relativement courts comprenant chacun une période d'ouverture et une période de fermeture de l'électrovanne 15. Pour un débit de 1000 I/h et 50 1 de réserve, les séquences sont de l'ordre de 3 minutes. L'ouverture de 1 'élec- trovanne 15 dure un temps variable à l'intérieur du cycle, de quelques secondes lorsque les besoins sont très faibles, à la presque totalité de la durée d'un cycle pour les besoins maximaux. La durée d'un cycle est suffisamment courte pour que les variations correspondantes de température de départ soient imperceptibles au niveau des radiateurs de l'installation de chauffage. REVENDICAT IONS 1.- Appareil biénergie monobloc pour la production d'eau chaude de chauffage central et d'eau chaude sanitaire, comportant un réservoir ou ballon calorifugé contenant de l'eau chaude, des premiers moyens de chauffage électrique et des seconds moyens de chauffage de l'eau à partir d'une source autre que l'électricité, caractérisé en ce que le ballon réservoir (1) est séparé, par une cloison (4), en deux compartiments à savoir un premier compartiment (2) dans lequel sont logés les premiers moyens de chauffage électrique (5) et les seconds moyens de chauffage (6) et contenant une masse d'eau maintenue à température constante relativement élevée, et un second compartiment (3) formant bouteille de mélange auxquels sont reliées les canalisations de départ chauffage (10) et de retour chauffage (11) et contenant une masse d'eau à une température sensiblement égale à la température désirée pour le départ vers les radiateurs. 2.- Appareil suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le ballon réservoir (1) est séparé en deux compartiments supérieur (2) et inférieur (3) par la cloison horizontale (4), la canalisation-de départ chauffage (10) débouche dans le compartiment inférieur (3), au voisinage de la cloison de séparation (4), la canalisation de retour chauffage (12) débouche près du fond du compartiment inférieur (3), par l'intermédiaire d'une vanne (12), une canalisation verticale (13) fait communiquer les compartiments supérieur (2) et inférieur (3) en s'étendant en travers la cloison de séparation (4), l'extrémité supérieure de la canalisation verticale (13) étant proche du sommet du compartiment supérieur (2) tandis que son extrémité inférieure est proche du fond du compartiment inférieur (3), une autre canalisation (14), traversant la cloison de séparation (4), relie le compartiment supérieur (2) à la canalisation retour chauffage (11) et sur cette canalisation (14) est branchée une électrovanne (15) commandée par un thermostat (16) reliée à un bulbe (17) placé au contact de la canalisation de départ chauffage (10).