Brevet FR2562982A1 — publié le 19851018

;nL;tlation de chauffage nunie d'un dispositif de vidange aLtomal-ique destiné à éviter les effets du gel. Dans une installation de chauffage utilisant l'eau du réservoir de stockage comne liquide caloporteur, et comportant des portions de circuit exposées à la température extérieure, l'eau contenue dans lesdites portions de circuit risque de geler, par temps froid, pouvant ainsi causer de graves détériorations à l'installation. C'est le cas des installations de chauffage à l'énergie solaire,- où les capteurs sont particulièrement exposés au gel. Pour remédier à cet inconvénient, il est connu d'utiliser une vanne antigel qui permet de vidanger automatiquement les capteurs dès que leur température descend à une valeur voisine mais supérieure à OOC et de remplacer ladite eau par de 1' eau tiède arrivant du réservoir de stockage. On se réfèrera à la figure 1 ci-jointe pour la description d'une telle vanne connue et de son usage. La vanne 9 comprend un corps tubulaire 10, à l'extrémité supérieure 12 duquel s'adapte un té de raccordement à la canalisation 14 arrivant du réservoir de stockage 16 et à la canalisation 15 se rendant au capteur 22. A l'intérieur du corps tubulaire 10 sont montés un pointeau 26 destiné à obturer l'orifice inférieur 24 du corps et qui est normalement sollicité dans le sens de l'ouverture par un ressort précontraint 28, et un élément thermostatique allongé 30 dont la longueur est susceptible de varier avec la température, tout au moins dans une gamne de températures relativement basses, comprises typiquement entre 0 et 100C. Cet élément comprend un soufflet extensible 29, entourant un piston 31 et est rempli d'une matière incompressible, ayant un coefficient de dilatation relativement important dans cette gamme de températures. L'élément thermostatique étant pratiquement indéfoniable dans le sens transversal, il en résulte que toute augmentation de volume de la matière se traduit essentiellement par un déplacement du piston 31 vers le bas sur la figure 1 et in allongement du soufflet 29. L'élément thermostatique est disposé de telle manière que le piston 31 se trouve dans l'axe du corps 10 audessus du pointeau 26. Il comporte une partie médiane évasée 32 sur laquelle prend appui un ressort précontraint 42, plus fort que le ressort 28 et qui s'appuie d'autre part sur la paroi supérieure du corps 10.Ce aernier présente sur sa paroi latérale interne une butée fixe 33 située sous ladite partie médiane 32. En positionnant convenablement l'élément thermostatique dans le corpus, an peut régler la vanne pour que, lorsque la température à l'entrée des capteurs est suffisamment élévée pour exclure tout risque de gel, par exemple à une température supérieure à 50C, I 'élément thermostatique 30 est décollé de la butée fixe 33 et le piston 31 maintient le pointeau 26 appliqué contre l'orifice inférieur 24 et pour que, lorsque ladite température devient égale à une valeur critique, légèrement supérieure à OOC, par exemple 30C, l'élément thennostatique 30 vient s'appliquer par sa partie médiane 32 sur la butée 33, après quoi le piston 31 se déplace vers le haut sur la figure 1, libérant ainsi le pointeau qui est poussé vers sa position d'ouverture par le ressort 28.Dans le premier cas, l'eau est en circulation normale, par exemple au moyen d'une pompe 21 ou par thermosiphon dans le circuit de chauffage, dans le sens indiqué par les flèches sur la figure 1, tandis que dans le second cas, le circuit se vide par l'orifice inférieur 24. Une telle vanne ne peut cependant pas être utilisée efficacement en l'état car son fonctionnement est défectueux. En effet, pour pouvoir fonctionner correctement, elle devrait être mcntée au point le plus froid du circuit, c'est-à-dire à l'entrée des capteurs, conme le montre la figure 1. Or, dans cette position, la canalisation 14 est bien plus courte que le restant du circuit capteur, de sorte que sa perte de charge est également nettement plus faible que celle du circuit capteur. Il en résulte que le réservoir de stockage est vidangé en priorité, tandis que les capteurs restent pratiquement pleins d'eau sur le point de geler. Si l'on monte la vanne en un point A choisi pour que la portion de circuit capteur située entre ce point et le réservoir 16, ait une perte de charge inférieure à celle de la canalisation reliant le réservoir à l'orifice supérieur 12 de la vanne, on ne vidangera qu'une partie seulement des capteurs. De plus, étant donné que l'eau se réchauffe progressivement depuis l'entrée des capteurs-jusqu'à leur sortie, il peut arriver que l'eau au point A soit à une température pour laquelle le pointeau est encore en position de fermeture alors que la température des capteurs inférieurs est à la température critique.Ainsi, avec la distribution de températures représentée sur la figure 1, l'élément thermostatique 30 positionné au point A serait sensiblement à une température de 50C, et maintiendrait le pointeau 26 en position fermée, alors que 1 'entrée des capteurs serait à une tempéraure de OOC. L'eau gèlerait dans les capteurs sans que la vanne ne soit entrée en action. La vanne ne sera en état de vidange que lorsque la température au point A sera de 30C, donc après que l'eau dans le capteur inférieur auna déjà gelé. Ainsi, dans cette position, la vanne réagit avec un retard important sur la baisse de température. Enfin, la solution consistant à monter la vanne dans la position montrée sur la figure 1 et à prévoir un clapet en B en amont de la vanne, afin d'empêcher la vidange du réservoir de stockage en cas d'ouverture de l'orifice inférieur 24, est irréalisable car en fonctionnement normal, un tel clapet empêcherait 1 'eau de circuler dans le circuit dans le sens indiqué par les flèches. La présente invention a pour but de remédier à tous ces inconvénients et propose une installation de chauffage utilisant une vanne antigel susceptible d'être placée au point le plus froid de l'installation tout en assurant la vidange des capteurs à l'exclusion du réservoir de stockage. A cet effet, l'invention concerne une installation de chauffage utilisant l'eau du réservoir de stockage comme liquide caloporteur, et comportant des portions de circuit exposées à la température extérieure, et notamment tne installation de chauffage à l'énergie solaire, comportant une vanne du type tel que décrit cidessus, ladite installation étant rem2rquable en ce que le dispositif de r cordement à la canalisation réservoir de stockage- capteurs consiste en un corps tubulaire dont la partie inférieure est évasée, et dans lequel débouchent en des niveaux différents les canalisations le reliant au réservoir de stockage et aux capteurs, et dans lequel sont prévus des moyens pour obturer 1 'orifice d'arrivée de la canalisation le reliant au réservoir de stockage, lorsque la vanne antigel est en état de vidange. Selon une réalisation de l'invention, ces ncyens consistent en rn tiroir coulissant, apte à obturer l'orifice d'arrivée de la canalisation reliant ledit dispositif de raccordement au réservoir de stockage par suite d'une translation, ce tiroir coulissant étant monté sur une tige rigide raccordée à un plateau prenant appui sur un ressort qu'il compresse, lorsque le fluide contenu dans la partie inférieure du corps est évacué par la vanne antigel en état de vidange. Ainsi, lorsque la température de l'eau devient égale à la valeur critique prédeterninée -par exemple 30 C-, la vanne antigel remplit 3a fonction en déboucnant l'orifice inférieur, permettant ainsi a l'eau contenue dans le circuit de se vidanger, essentiellement l'eau contenue dans les capteurs. I1 devient donc possible de monter a vanne au point le plus froid du circuit, merne si en ce point la perte de charge de la canalisation reliant directement le réservoir à la vanne est inférieure à celle de la canalisation reliant indirectement le réservoir à la vanne au travers des capteurs. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un mode de réalisation de l'invention qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, dans lesquels La figure 1 représente le schéma d'une installation de chauffage solaire utilisant une vanne antigel classique, et La figure 2 représente une vue en coupe axiale du dispositif de raccordement, conforme à l'invention, entre l'installation solaire et la vanne antigel. Dans la description qui va suivre, les éléments homologues des figures 1 et 2 seront affectés des mêmes références numériques. Le dispositif de raccordement 49, tel que représenté à la figure 2, consiste en un corps tubulaire 50 dont la partie inférieure est évasée et qui peut prendre des formes diverses, comme celle représentée ici, de deux parties cylindriques reliées par un évasement tronconique. Dans ce corps, débouchent en des niveaux différents, la canalisation 14 reliant le dispositif au réservoir de stockage et la canalisation 15 reliant le dispositif aux capteurs typiquement, l'orifice d'arrivée de la canalisation 14 est à un niveau supérieur à celui de la canalisation 15 et sans recouvrement partiel.Un tiroir coulissant 51, sous la forme d'un bloc dont les dimensions sont ajustées très précisément à celles du corps est disposé dans la partie supérieure du corps et est relié par une tige rigide 52 à un plateau 53 disposé en dessous de l'orifice d'arrivée de la canalisation 15, de telle sorte qu'il nraffecte pas l'écoulement de fluide entre les deux susdites canalisations 14 et 15. Le plateau 53 est rendu solidaire d'un ressort 54, sur lequel il prend appui, le ressort étant disposé généralement autour ou à côté de l'orifice inférieur 55, qui communique par l'intermédiaire d'un tuyau de raccord 56 avec l'orifice supérieur 12 de la vanne antigel 9 telle que décrite à la figure 1. On décrira à présent le fonctionnement de la vanne antigel et du dispositif de raccordement, des figures 1 et 2. La vanne antigel 9 est montée à l'entrée des capteurs 22, c'est-à-dire à l'endroit le plus froid de ces derniers, puisque l'eau est censée se réchauffer par circulation dans ces derniers. Lorsque la température de 1 'eau à 1' entrée des capteurs est supérieure à la valeur critique prédéterminée -par exemple à 30C-, l'élément thermostatique 30 est suffisamment allongé pour que le pointeau 26 soit maintenu appliqué, à l'encontre de la force de rappel du ressort 28, contre l'orifice inférieur 24, de vidange de la vanne antigel. La vanne est alors en état de fermeture, et l'eau circule normalement dans l'installation de chauffage, dans le sens des flèches, par le circulateur 21. L'eau qui arrive du réservoir de stockage 16, par la canalisation 14, traverse le dispositif de raccordement, et gagne les capteurs 22, par la canalisation 15 cette eau se réchauffe au contact des capteurs et elle regagne ensuite le réservoir de stockage 16. Si la température de 1 'eau à l'intérieur de la vanne 10 devient égale à ladite valeur critique susmentionnée -par exemple la nuit, ou en saison froide-, le raccourcissement de l'élément thermostatique 30 est tel que le pointeau 26, libéré de la pression du piston 31, est rappelé en position d'ouverture par le ressort 28. L'eau contenue dans la vanne antigel et dans la partie inférieure du dispositif de raccordement est alors évacuée par l'orifice inférieur 24 de ladite vanne. La pression de 1' eau qui s'exerce au-dessus du plateau 53 et qui n'est plus contrebalancée par celle de 1 'eau tiède située en dessous du plateau 53, provoque le déplacement de celui-ci, et par là même du tiroir coulissant 51, qui vient obturer l'orifice d'entrée de la canalisation 14. Ce mouvement de translation du tiroir coulissant peut être stoppé par exemple par une butée fixe 57 ménagée à l'intérieur du corps, ou par le simple effet des ressorts 54. Mais, de toute manière, ce mouvement est suffisant pour que le plateau 53 arrive dans la partie évasée du corps 50, de telle sorte que l'eau contenue dans l'installation de chauffage, essentiellement donc dans les capteurs, puisse s'écouler sur les bords du plateau et sortir par l'orifice inférieur 55 jusqu'à la vanne antigel, qui est toujours en état de vidange.Par contre, l'eau du réservoir de stockage 16 ne peut pas s'écouler puisque l'orifice d'entrée de la canalisation 14 est bouché par une des faces latérales du tiroir 51. L'eau contenue dans les capteurs 22, en état de geler, est remplacée au fur et à mesure de son écoulement, par l'eau contenue dans le réservoir de stockage 16, plus tiède, car située généralement à l'intérieur d'une maison d'habitation. Dès que la température de 1 'eau remonte au-dessus de la valeur critique, l'élément thermostatique s'allonge (avec parfois, pour certains éléments, un phénomène d'hystérésis), et la vanne repasse en état de fermeture. L'eau remplit à nouveau le corps de la vanne et la partie inférieure du dispositif, et le ressort 54 ramène le plateau 53 (et le tiroir coulissant 51) en leur état initial. La circulation de l'eau s'effectue à nouveau normalement dans 1' installation. Ainsi, contrairement aux installations de chauffage connues, le dispositif selon l'invention permet de monter la vanne à l'endroit le plus froid du circuit et d'assurer alors une protection efficace aux capteurs, qui, en cas de gel, peuvent être amenés à rompre, provoquant ainsi des dommages importants à l'installation, et souvent son arrêt complet jusqu'à remise en l'état. En outre, la conEommation d'eau qu'elle entrains n'est pas excessive, puisque celle-ci a pu être évaluée à quelques m3 dans la région de~NANCY (ER). I1 va de soi que I'hcsrme de l'art pourra apporter plusieurs modifications de détail à l'invention, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention ; ainsi, le corps tubulaire du dispositif de raccordement pourra prendre des formes diverses sans pour cela que sa fonction varie, ou néme sans être intégré avec celui du corps de la vanne et constituer ainsi un seul dispositif de raccordement et de vidange. Le tiroir coulissant peut également être remplacé par un clapet muni d'une tige reliée à l'élément thermostatique, et constituer ainsi un autre mayen propre à assurer la fermeture de la canalisation réservoirvanne, celle-ci débouchant dans ce cas à la partie supérieure de la vanne, alors que la canalisation vanne-capteur débouche sur la partie latérale de la vanne. REJEi\ll)ICATIONS 1.- Installation de chauffage notamment à l'énergie solaire, utlisai'it l'eau conme liquide caloporteur et comportant au moins un réservoir de stockage (16), des capteurs (22) et des canalisations pour la circulation du fluide entre ledit réservoir de stockage et lesdits capteurs, alors qu'au moins une partie de l'installation est exposée à la température extérieure, et une vanne antigel (9) du type comportant un corps tubulaire (10) présentant à son extrémité supérieure un orifice (12) pouvant etre mis en communication par un dispositif de raccordement avec la canalisation (14, 15) reliant le réservoir de stockage aux capteurs, et à son extrémité inférieure un orifice de vidange (24), ledit corps tubulaire renfermant un élément thermostatique (30) rempli d'une matière présentant un coefficient de dilatation relativement élevé, au moins dans une gamme de températures voisine de OOC, l'extrémité inférieure dudit élément prenant appui par l'intermédiaire d'un piston (31), sur un pointeau (26) qu'elle sollicite, à l'encontre de la force d'un ressort précontraint (28) contre l'orifice de vidange (24), assurant ainsi le passage de la vanne d'un état de fermeture à un état de vidange lorsque la température de 1 'eau est respectivement supérieure puis inférieure à une valeur critique prédéterminée, caractérisée en ce que le dispositif de raccordement comprend un corps tubulaire (50) dont la partie inférieure est évasée, dans lequel débouchent en des niveaux différents les canalisations (14, 15) le reliant au réservoir de stockage et aux capteurs et dans lequel sont prévus des moyens (51) pour obturer l'orifice d'arrivée ae la canalisation (14) le reliant au réservoir de stockage, uniquement lorsque la vanne antigel (9) est en état de vidange. 2.- Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens pour obturer l'orifice d'arrivée de la canalisation reliant le dispositif de raccordement (49) au réservoir de stockage (16) consistent en un tiroir coulissant (51) raccordé par une tige rigide (52) à un plateau (53), qui prend appui sur un ressort (54) qu'il compresse, lorsque le fluide contenu dans sa partie inférieure est évacué par la vanne antigel (10), en état de vidange. 3.- Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens pour obturer l'orifice d'arrivée de la canalisation (14) reliant le dispositif de raccordement (49) au réservoir de stockage (16) consiste en un clapet muni d'une tige et relié à l'élément thermostatique (30), alors que la canalisation (15) reliant le dispositif de raccordement aux capteurs (22) débouche sur sa partie latérale. 4.- Installation de chauffage selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que le dispositif de raccordement (49) est intégré à la vanne (9). 5.- A titre de produit industriel nouveau, la combinaison de la vanne antigel (9) et du dispositif de raccordement (49) utilisés dans l'installation de chauffage selon l'une des revendications 1 à 4.