Brevet FR2565674A1 — publié le 19851213

La présente invention est du domaine des générateurs de fluides chauds. Elle vise plus précisément une chaudière à échangeur, thermiquement sélective. Parmi les générateurs de fluides chauds, on distingue deux catégories principales de chaudières, à savoir les chaudières à hydroaccumulation et les chaudières électriques à effet Joule. Les chaudières à accumulation volent leur utilisation limitée à de l'eau chaude, d'une température maximale de 900C, destinée à la consommation avec ou sans déminéralisation de l'eau. Dans de telles chaudières, le gradient de température utilisable t t est de 50 C, soit 50 th/m3, pour un retour à 400C et un départ à 90oC. Le développement de ce type de chaudières a été techniquement entravé du fait qu'il faudra, dans la plupart des cas, tenir compte de la minéralisation de l'eau.Par ailleurs les chaudières dlec- triques à effet joule, si elles présentent la particularité intéressante que leur puissance utile moyenne est très voisine de la puissance installée minimale, sont également limitées par un A t de même valeur que pour les chaudières par hydroaccumulation, et les températures maximales que peut atteindre l'eau sont encore plus basses, de l'ordre de 75 à 80oC. Un objet de l'invention est de réaliser une chaudière électrique à échangeur, thermiquement sélective, permettant de traiter, côté chaudière, une charge de fluide caloporteur circulante, constante, en circuit fermé, ce qui permet de ne traiter qu'en une seule fois le volume utile de fluide caloporteur. Un autre objet de l'invention est de réaliser une chaudière électrique à échangeur, thermiquement sélective, permettant d'obtenir des échanges à haute température, avec un gradients tde 1600C, par conséquent, une capacité de 160 th/m.3, ce qui se traduit par un coefficient d'ampliation de 3. Encore un objet de l'invention est de permettre d'obtenir un flux de fluide caloporteur disponible, supérieur à celui de la puissance électrique installée, en supprimant les contraintes des chaudières de la technique antérieure qui s'opposaient à ce résultat, et ce grâce au fait que l'on dissocie la génération thermique de l'utilisation, le client n'étant plus pénalisé par la puissance souscrite. L'invention a donc pour objet une chaudière comportant, limités par son enveloppe calorifugée, un espace de fluide liquide caloporteur, porté à une température donnée par des moyens générateurs de chaleur, et un espace de fluide vapeur situé au-dessus de l'espace de fluide liquide, cette chaudière étant associée à un échangeur thermique constituéd'au moins une zone d'échange primaire et d'au moins une zone d'échange secondaire et étant en outre caractérisée en ce que sont prévus des moyens régulateurs de débitdu fluide caloporteur dans le circuit primaire de l'échangeur thermique, ces moyens régulateurs étant constitués par une sonde thermique, montée sur le circuit secondaire de l'échangeur et coopérant avec des moyens de commande de l'ouvertu re ou de la fermeture progressive d'une vanne thermorégul atrice mont8e sur le circuit primaire de l'échangeur entre ce dernier et l'espace de fluide vapeur de la chaudière. Selon une variante de réalisation de chaudière électrique à échangeur, thermiquement sélective de l'invention, on dispose dans l'espace de fluide vapeur de la chaudière un échangeur minéral en un matériau cellulaire à surface infinie d'échange avec changement d'état (liquide-vapeur).Grâce à la supraconductivité de cet échangeur minéral, on obtient une absorption, désorption, instantanée. Le matériau cellulaire constitutif de 1'échangeur minéral sera choisi avantageusement parmi les bétons cellulaires mis au point et commercialisés par la Société SIPOREX. La chaudière à échangeur, thermiquement sélective de l'invention est en outre remarquable par les points suivants : les moyens générateurs de chaleur sont constitués par au moins un élément thermoplongeur électrique; on a prévu des moyens régulateurs en température des moyens générateurs de chaleur, ces moyens régulateurs de température étant constitués par une sonde thermosensible montée sur chaque thermoplongeur, et connectés à un appareillage de commande; on a également prévu des moyens de régulation de pression constitués d'une part par une soupape de sécurité en prise directe sur l'espace de fluide vapeur de la chaudière et d'autre part, par un manomètre de contrôle connecté, par l'intermédiaire fI'une prise de sécurité et de commande de pression( 16 ), à l'appareil de commande (12) ainsi qu'une pompe de circulation qui est montée sur le circuit secondaire de l'échangeur. Selon une forme de réalisation préférée de chaudière à échangeur, thermiquement sélective de l'invention, le volume interne de la zone d'échange primaire de l'échangeur est égal ou inférieur au volume interne de la conduite reliant cette zone d'échange primaire à la base de la chaudière. D'autres avantages et caractéristiques de l'inven- tion apparaltront à la lecture de la description suivante de formes de réalisation non limitatives de chaudières à é- changeur, thermiquement sélective de l'invention, en référence aux dessins annexés dans lesquels La figure l est une vue schématique d'une première forme de réalisation de chaudière selon l'invention; et La figure 2 est une vue schématique partielle d'une seconde forme de réalisation de chaudière de l'invention. Dans la forme de réalisation de la figure 1, le dispositif de chaudière selon l'invention est constitué d'une chaudière proprement dite ou générateur primaire constitué par une enveloppe 1 pourvue d'un recouvrement isolant 4. Le volume interne de la chaudière se divise en deux parties une partie supérieure A dans laquelle règne une atmosphère de vapeur sèche et une partie inférieure B pour le fluide liquide, par exemple de l'eau, dans laquelle baigne au moins un thermoplongeur électrique 6. La zone de vapeur sèche A est reliée à un échangeur 7 par l'intermédiaire d'une conduite 23 qui définit avec la partie primaire 7a de l'échangeur 7 et la conduite de retour 22 à la base de la chaudière, c'està-dire à la base de la partie inférieure en phase liquide B, un circuit primaire.Ce circuit primaire coopère avec un circuit secondaire constitué par la zone d'échange secondaire 7b de l'échangeur ou générateur secondaire 7 et les conduites 20 de départ du circuit de chauffage 19 de retour dudit circuit de chauffage. Le dispositif de chaudière selon l'invention est pourvu d'un dispositif de régulation constitué par une vanne thermostatique 8 montée sur la conduite 23, cette vanne étant pourvue de moyens d'ouverture et de fermeture progressives non représenXés aux dessins et accionnés par des signaux générés par une sonde thermostatique 9 montée sur le conduit de départ du circuit de chauffage 20 du générateur secondaire 7. Sur la conduite de retour du circuit de chauffage 19 du générateur secondaire 7 est montée une pompe de circulation 18, alors que le circuit primaire peut fonctionner avantageusement sans pompe de circulation. Chaque thermoplongeur électrique 6 du générateur primaire A, est pourvu d'une thermo-sonde desécurité 21 reliée par l'intermédiaire d'une prise de sécurité de température maximale 14 à un appareillage ou boite de commande 12 connectée en 5 au secteur et à laquelle est également reliée une prise de sécurité et de commande de pression 13 coopérant avec un manomètre de contrôle (16), une soupape de sécurité 15 étant montée en prise directe sur la chaudière au niveau supérieur de la zone de vapeur sèche A. Sur la chaudière, est monté en dérivation entre les zones de vapeur sèche A et de phase liquide B, un indicàteur visuel de niveau 11, tandis qu'est égalementprévue à la base de la chaudière, c'est-à-dire dans la zone la plus inférieure de la phase liquide B 17, une vanne de vidange (17). La chaudière proprement dite ou générateur primaire du système de chaudière de l'invention est également pourvue au niveau de la zone de vapeur sèche A, d'une porte de visite (10), montée de façon étanche et isolée de l'extérieur. Le dispositif de chaudière à échangeur, thermique mentsélective de l'invention fonctionne de la manière suivante Par mise sous tension des thermoplongeurs 6, la zone de phase liquide B reçoit suffisamment de calories pour générer de la vapeur sèche qui vient remplir sous pression la zone A. Cette vapeur sous pression dans la zone A passe le long de la flèche fl par la vanne 8, qui se trouve à l'état ouvert, et vient remplir la zone 7a de l'échangeur 7 où elle transfère son gradient thermique à la zone secondaire de l'échangeur 7b dont le fluide ainsi porté a un gradient de température donné circule en circuit fermé par les conduits 20, 19 et la pompe 18 selon les flèches f2 pour revenir à la zone secondaire d'échange 7b de ltéchangeur 7. A la sortie de la zone d'échange primaire 7a, le fluide vapeur se transforme en fluide liquide et s'écoule par la conduite 22. Lorsque ce fluide caloporteur secondaire atteint une température prédéterminée critique ou suffisante pour fournir les apports de calories nécessaires dans le circuit secondaire, la thermo-sonde 9 agit sur des moyens moteurs non représentés aux dessins pour réaliser la fermeture progressive de la vanne 8. La non circulation de fluide caloporteur primaire peut alors être susceptible de provoquer une surchauffe de la phase liquide B, et pour une température critique prédéterminée, un thermo-sonde 21 intervient pour couper automatiquement dans la boite de commande 12 la tension aux bornes du ou des thermoplongeurs 6.Lorsque le fluide caloporteur secondaire sera revenu en-dessous de la température optimale d'utilisation, la sonde thermique 9 agira sur les moyens moteurs appropriés pour la réouverture progressive de la vanne 8, ce qui rétablira le passage du fluide caloporteur primaire issu de la phase vapeur sèche A à travers l'échangeur 7, et les échanges caloriques entre les fluides caloporteurs primaire et secondaire reprendront comme auparavant. Lorsque la phase liquide B atteindra une température inférieure prédéterminée, la thermosonde 21 rétablira par l'intermédiaire du relais 14 et de la boite de commande 12 la tension aux bornes du thermoplongeur 6. Parmi les avantages du dispositif de chaudière selon l'invention, on remarquera principalement que l'ensemble générateur primaire et secondaire fonctionne sans pompe haute pression d'eau alimentaire, ce qui constitue un avantage très appréciable par rapport aux générateurs à vapeur de type connu. En outre, la chaudière peut être fabriquée à partir d'éléments qu'on peut se procurer facilement dans le commerce; I1 s'agit essentiellement d'assemblage chaudronnés accessibles à des industriels locaux sur le marché national. Dans la forme de réalisation de la figure 2, on a disposé à l'intérieur de l'enveloppe 1 de la chaudière entre les zones de phases de vapeur sèche A et de phase liquide B, un échangeur minéral 3, servant d'élément tampon, et constitué par un produit cellulaire ou alvéolaire, avantageusement du béton cellulaire, tel que celui commercialisé par la Société SIPOREX. Un tel agencement permet d'obtenir une surface pratiquement infinie d'échange d'état (liquide-vapeur). En fait, face à la supraconductivité de l'échangeur 3, on améliore les capacités de la chaudière de l'invention grâce à une absorption et une désorption -instantanées. Ainsi se trouve résolu selon l'invention le problême posé par les échanges à haute température, etce, grâce au fait que l'eau restant du côté de la chaudière ou générateur primaire en circuit fermé, il importe de ne traiter qu'en une seule fois le volume utile de la charge circulante. A ce sujet, il est judïcieux, pour obtenir un rendement maximal, que la conduite 22 de retour de l'eau condensée provenant de la zone d'échangeur primaire 7a, présente un volume interne égal ou supérieur au volume interne de ladite zone d'échange- primaire 7a. On notera en autre que, d'une part, le fluide circulant dans le circuit secondaire pourra être sous forme vapeur ou liquide, et qu'on pourra enfin à l'évidence utiliser des générateurs secondaires à circuit ouvert ou fermé. I1 est clair que le dispositif de chaudière décrit ci-dessus pourra utiliser comme fluides caloporteurs, avantageusement l'eau sous forme liquide et/ou vapeur mais également d'autres fluides susceptibles de convenir pour le chauffage et des échanges thermiques. En outre, bien que ce dispositif de chaudière soit plus particulièrement adapté à l'utilisation de l'énergie électrique pour les thermoplongeurs, il est évident que n'importe quelle source d'énergie peut être mise en oeuvre avec le même résultat intéressant.0n peut également envisager -d'associer au dispositif de chaudière de 1 invention des moyens de programmation. REVENDICATIONS 1. Dispositif de chaudière thermiquement sélective, comportant, à l'intérieur d'une enveloppe calorifugée, un espace de fluide liquide porté à une température donnée par des moyens générateurs de chaleur, et un espace de fluide vapeur, situé au-dessus de l'espace de fluide liquide, et associée à un échangeur thermique constitué d'au moins une zone d'échange primaire et d'au moins une zone d'échange secondaire, ce dispositif étant caractérisé en ce que sont prévus des moyens régulateurs de débit du fluide caloporteur dans le circuit primaire, constitués par une sonde thermique (9) montée sur le circuit secondaire (20) de l'échangeur (7) et coopérant avec des moyens de commande de l'ouverture ou de la fermeture progressive d'une vanne thermorégulatrice (8) montée sur le circuit primaire (23) de l'échangeur entre ce dernier et l'espace de fluide vapeur (A) de la chaudière (1). 2. Dispositif de chaudière selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'est prévu un échangeur minéral (3) disposé entre les espaces de vapeur sèche (A) et de phase liquide (B) de la chaudière (1) au-dessus du niveau liquide (2) de cette dernière. 3. Dispositif de chaudière selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'échangeur minéral est constitué par un élément en béton cellulaire (3). 4. Dispositif de chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens générateurs de chaleur sont constitués par au moins un élément thermoplongeur électrique (6). 5. Dispositif de chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que sont prévus des moyens de régulation de température (21, 14) agissant sur les moyens générateurs de chaleur (6). 6. Dispositif de chaudière selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens régulateurs des éléments thermoplongeurs sont constitués par une sonde ther mosensible 21 reliée par l'intermédiaire d'une prise de sécurité de température maximale (14) à un appareillage de commande (12). 7. Dispositif de chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que sont prévus des moyens régulateurs de pression constitués, d'une part, par une soupape de sécurité (15) et, d'autre part, par un manomètre de contrôle (16) connecté, par l'intermédiaire d'une prise de sécurité et de commande de pression (16), à l'appareillage de commande (12). 8. Dispositif de chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une pompe de circulation (15) est montée sur le circuit secondaire (19) de la zone d'échange secondaire (7b) de l'échangeur (7). 9. Dispositif de chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le volume interne de la zone d'échange primaire (7a) de l'échangeur (7) est égal au volume interne de la conduite (22) reliant cette zone d'échange primaire (7a) à la base de la chaudière.