Brevet FR2568354A1 — publié le 19860131

La présente invention a essentiellement pour objet un procédé de production d'air chaud et d'eau chaude sanitaire. Elle vise également un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé et qui est susceptible d'équiper un logement quelconque. On a déjà proposé de chauffer des locaux, à usage d'habitation par exemple, au moyen d'installations produi- sant de l'air chaud ventilé. Par ailleurs, on sait déjà produire de l'eau chaude sanitaire au moyen de ballons ou analogues chauffés au gaz ou à l'électricité. Mais il n'a encore jamais été proposé de réunir les deux fonctions de chauffage par air chaud et de production d'eau chaude sani- taire dans un seul et même appareil assurant indépendamment ces deux fonctions à l'aide de moyens simples et présentant un encombrement minimum ainsi qu'un coût de fabrication peu élevé. Aussi, la présente invention a pour but de combler cette lacune en proposant un nouveau type d'appareil de chauffage à air chaud permettant de produire également de l'eau chaude sanitaire et offrant notamment les avantages sus-mentionnés. A cet effet, l'invention a pour objet, d'une manière générale, un procédé de production d'air chaud et d'eau chaude sanitaire, caractérise en ce qu'on réalise dans un même appareil équipé d'au moins un brûleur un chauffage de l'air ventilé au travers de cet appareil par échange thermi- que à contre-courant avec les produits de combustion du brûleur, et on réalise indépendamment un réchauffage de l'eau sanitaire par échange thermique avec lesdits produits de combustion. Selon une autre caractéristique de ce procédé, l'eau sanitaire est réchauffée par échange thermique de l'eau stockée avec les produits de combustion émanant du brûleur, et on réutilise les produits de combustion pour pré-chauffer l'arrivée d'eau froide avec condensation concomitante. L'invention vise également un appareil de production d'air chaud et d'eau chaude sanitaire pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, lequel appareil est essentiellement caractérisé par une partie centrale réservée à l'eau sani- taire et contenant au moins un échangeur, et par une enve- loppe entourant complètement la partie centrale et délimi- tant avec elle un espace annulaire contenant au moins un autre échangeur pour la production d'air chaud et relié à au moins un brûleur monté en partie basse de ladite enveloppe. Suivant une autre caractéristique de cet appareil, la partie centrale précitée comprend un premier échangeur traversant une cuve de stockage de l'eau sanitaire et un pré-échangeur disposé sur un circuit d'arrivée d'eau froide situé dans une chambre ou analogue au-dessus de ladite cuve. On précisera encore ici que le premier échangeur préci- té est constitué par des conduites débouchant d'une part en partie basse de la cuve vers un espace collecteur des produits de combustion émanant du brûleur, et débouchant d'autre part en partie haute de la cuve dans la chambre pré- citée en dessous d'un collecteur de condensats, lui-même agencé en dessous du pré-échangeur associé au circuit d'arrivée d'eau froide. -Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, l'échangeur de production d'air chaud est constitué par une paroi à ailettes agencée concentriquement autour de la partie centrale et formant avec celle-ci un premier passage annu- laire pour les produits de combustion émanant du brûleur, tandis qu'un deuxième passage annulaire est formé entre cette paroi et l'enveloppe précitée pour l'air soufflé par au moins un ventilateur monté dans ce deuxième passage. La paroi précitée pourra avantageusement contenir une certaine masse de liquide pour procurer une modulation sur la température de sortie de l'air chaud produit par l'appa- reil. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les produits de combustion émanant du brûleur sont guidés par un conduit débouchant dans l'espace collecteur sous la cuve précitée et muni d'un volet d'orientation des pro- duits de combustion soit vers le premier échangeur précité, soit vers le premier passage précité. L'appareil selon l'invention est encore caractérisé par une première ouverture ménagée en partie haute de la chambre précitée et par une deuxième ouverture ménagée dans le premier passage précité, cette deuxième ouverture étant en alignement axial avec la première et se prolongeant par une cheminée ou analogue équipée d'au moins un ventilateur d'extraction des produits de combustion passant au travers de la partie centrale et du premier passage précités. Selon encore une autre caractéristique, le collecteur des condensats dans la chambre précitée communique par une conduite d'évacuation avec l'extérieur de l'appareil, de même qu'une autre conduite d'évacuation des condensats com- munique avec le deuxième passage précité en partie basse de l'enveloppe. On ajoutera encore ici que le circuit d'arrivée d'eau froide débouche dans la cuve de stockage qui comporte un aquastat ainsi qu'une conduite de départ d'eau chaude sani- taire vers une salle d'eau par exemple. Mais d'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère au dessin unique annexé, donné uniquement à titre d'exemple, et montrant schématiquement en élévation et en coupe axiale un appareil générateur d'air chaud et d'eau chaude sanitaire, conforme aux principes de l'invention. En se reportant au dessin, on voit que cet appareil comprend essentiellement une partie centrale et par exemple cylindrique (1) réservée au chauffage et au réchauffage de l'eau sanitaire, ainsi qu'une enveloppe (2) entourant complè- tement la partie centrale (1) et délimitant avec elle un espace annulaire (3) dans lequel est chauffé l'air repris en (4) dans un local quelconque et soufflé au moyen d'un ventilateur (5) pour sortir par la conduite de départ (6). La partie centrale (1) constitue un ensemble thermique- ment isolé de l'enveloppe périphérique (2) qui elle-même est isolée vis-àvis de l'extérieur, comme on le voit bien sur la figure. Suivant l'exemple de réalisation représenté, la partie centrale (1) assurant la production d'eau chaude sanitaire comprend une cuve (7) de stockage de l'eau chaude au-dessus de laquelle est située une chambre ou analogue (8) dans laquelle passe un circuit (9) d'eau froide qui arrive en (9a) et qui débouche en (9b) dans la cuve (7). La cuve (7) est traversée par un premier échangeur (10) qui, plus précisément, comprend des conduites ou tubes si- nueux (11) débouchant d'une part en partie basse (7a) de la cuve (7) vers un espace collecteur (12) des produits de combustion émanant d'un brûleur (13), et débouchant d'autre part en partie haute (7b) de la cuve (7) dans la chambre (8) qui contient le circuit d'arrivée d'eau froide (9). A ce circuit (9) est associé un pré-échangeur (14), et en dessous de ce prééchangeur est disposé un collecteur (15) pour les condensats (16) qui sont évacués par une conduite (17) hors de l'enveloppe calorifugée (2). On a montré en (18) une conduite de départ de l'eau chaude sanitaire communiquant avec la cuve d'eau stockée (7). L'espace annulaire (3) réservé à la production d'air chaud renferme un échangeur (19) constitué par une paroi à ailettes, cette paroi étant agencée concentriquement au- tour de la partie centrale (1). Ainsi, la paroi d'échange (19) forme entre elle et la périphérie extérieure de la par- tie centrale (1) un premier passage annulaire (20) pour les produits de combustion émanant du brûleur (13), tandis qu'un deuxième passage annulaire (21) est formé entre la paroi (3) et l'enveloppe (2) pour lacirculation de l'air ventilé et distribué en (6) après chauffage par échange thermique à contre-courant avec les produits de combustion dans le pre- mier passage (20), comme cela est matérialisé par des flèches sur le dessin. Le brûleur (13) est, comme cela est connu en soi, re- lié à un thermostat d'ambiance (22). Les produits de combus- tion de ce brûleur sont canalisés dans un conduit (23) débou- chant en (24) dans l'espace collecteur (12) constitué par une paroi ou tôle (25) associée à la partie basse (7a) de la cuve d'eau stockée (7). Le conduit (23) est équipé d'un volet (26) permettant l'orientation des produits de combus- tion soit vers l'échangeur (10), soit vers le passage annulaire (20). En partie haute de la chambre (8) est prévue une ou- verture (27) assurant l'évacuation des produits de combus- tion traversant l'échangeur (10) et le pré-échangeur (14) associé au circuit d'arrivée d'eau froide (9). Une ouver- ture (28), en alignement axial avec l'ouverture (27), est également ménagée dans le passage (20) pour assurer l'éva- cuation des gaz de combustion ayant servi à chauffer l'air soufflé. Cette ouverture (28) constitue l'extrémité d'une cheminée (29) équipée d'un ventilateur d'extraction (30). On précisera ici que les passages annulaires(20, 21) sé- parés par la paroi d'échange (3) sont fermés en partie haute et en partie basse à l'aide de tôles(31) par exemple, l'o- rifice (28) mentionné précédemment étant ménagé dans la tôle (31) en partie haute et se prolongeant par la cheminée (29). On a montré en (32) un conduit d'évacuation des con- densats produitsdans le passage (21) pour l'air soufflé et chauffé. Enfin, un airstat (33) est prévu sur le départ (6) de l'air chaud, et un aquastat (34) est monté sur la cuve (7) de stockage d'eau chaude. Le fonctionnement de l'appareil de chauffage selon l'invention se déduit immédiatement de la description qui précède. La production d'eau chaude sanitaire est semi-instan- tanée. L'aquastat (34) maintient la température de l'eau entre environ 55 et 65 C. Et lorsque la température atteint C, l'aquastat commande la mise en route du brûleur (13). Les gaz de combustion traversent les conduites (11) de l'é- changeur (10) puis, à la sortie de cet échangeur, les gaz de combustion sont réutilisés et passent au travers du pré- échangeur (14) disposé à contre-courant sur l'arrivée d'eau froide (9), puis les gaz de combustion sont finalement éva- cués par la cheminée (29). On notera ici que le pré-échangeur à plaques (14) améliore de façon importante le rendement en eau chaude sanitaire en raison notamment de la condensation lors des puisages. On notera ici que la cuve (7) d'eau stockée peut avoir une contenance d'environ 30 litres, que la surface d'échange du pré-échangeur (14) est de l'ordre de quelques mètres carrés et que le brûleur (13) a une puissance utile de l'or- dre de 18 kilowatts. Mais on pourrait parfaitement, sans sortir du cadre de l'invention, prévoir simplement pour la partie centrale (1) une simple cuve de stockage d'eau d'une capacité compri- se entre environ 80 et 100 litres, tandis que le brûleur (22) présenterait une puissance utile de l'ordre de 14 kilowatts. Enfin, en ce qui concerne la production d'eau chaude, on notera que le volet (26) assure la priorité sur cette production. Quant à la production d'air chaud, elle s'effec- tue par le passage (21), comme on l'a expliqué précédemment, c'est-à-dire paréchange thermique à contre-courant avec les produits de combustion circulant dans le passage (20) et évacués par la cheminée (29) qui sert aussi à évacuer les gaz de combustion pour le réchauffage de l'eau sanitaire. La régulation de la fonction chauffage qui, encore une fois, est indépendante de la production d'eau chaude sani- taire, s'effectue au moyen du thermostat d'ambiance (22) et de l'airstat (33). Le thermostat (22) situé dans le local le plus défavo- risé thermiquement du logement commande en tout ou rien le brûleur (13), ce qui assure le chauffage par de l'air soufflé à environ 40 C. Et le ventilateur (5) de soufflage de l'air chaud est commandé par l'airstat (33), et s'arrête si l'air atteint une température minimale, par exemple de l'ordre de C. On se trouve donc ici en présence d'une régulation en tout ou rien sur le débit, mais on peut parfaitement envisa- ger de produire de l'air chaud avec une certaine modulation en température. A cet effet, on pourrait utiliser un brûleur modulant pour le chauffage, c'est-à-dire par exemple un brûleur d'une puissance utile maximale de l'ordre de 6 kilowatts et modula- ble jusqu'à 2 kilowatts, ce brûleur étant commandé par le thermostat d'ambiance. Dans ce cas là, on utiliserait un deuxième brûleur d'une puissance utile comprise entre environ 14 et 18 kilowatts qui serait spécifiquement destiné à chauf- fer l'eau sanitaire. Ainsi, avec un brûleur modulant pour le chauffage, la température de l'air soufflé serait modulée etpourrait être ajustée avec précision en fonction.des besoins, selon des valeurs comprises entre environ 40 C et 25 C pour un même débit de soufflage. Cependant, pour éviter la mise en oeuvre de deux brû- leurs comme expliqué ci-dessus, et également pour remédier à certaines difficultés liées à l'emploi d'un brûleur modu- lant, la modulation en température de l'air chaud soufflé peut être obtenue tout simplement en augmentant I'inertie de l'échangeur de chaleur (19). Par exemple, cette inertie pourrait être augmentée en incorporant à l'échangeur préci- té une certaine masse de liquide tel que de l'eau par exemple. Ainsi, on pourrait obtenir une modulation importante en température à la sortie (6) de l'air chaud, ce qui procure- rait une amélioration du confort et également une meilleure récupération des apports solaires et internes, puisque le débit moyen d'air recyclé serait supérieur, pour un même fourniture de chaleur. Enfin, on ajoutera ici que grace à la condensation qui se produit aussi bien en chauffage qu' en eau chaude sanitaire, on obtiendra de hauts rendements. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au modes de réalisation décrit qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Ainsi, au lieu de prévoir les deux fonctions chauffage et eau chaude sanitaire emboîtées, comme cela est représen- té sur le dessin, on pourrait parfaitement, sans sortir du cadre de l'invention, disposer ces deux fonctions dans deux caissons adjacents, le principe de l'invention reposant essentiellement sur le fait que les deux fonctions en question sont réunies dans un seul appareil et sont assurées d'une manière indépendante l'une de l'autre. L'invention comprend donc tous les équivalents techni- ques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Procédé de production d'air chaud et d'eau chaude sanitaire, caractérisé en ce qu'on réalise dans un même appareil équipé d'au moins un brûleur un chauffage de l'air ventilé au travers de cet appareil par échange thermi- que à contre-courant avec les produits de combustion du brûleur, et on réalise indépendamment un réchauffage de l'eau sanitaire par échange thermique avec lesdits produits de combustion. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'eau sanitaire est réchauffée par échange thermique de l'eau stockée avec les produits de combustion émanant du brûleur et on réutilise les produits de combustion pour pré-chauffer l'arrivée d'eau froide avec condensation con- comitante. 3. Appareil de production d'air chaud et d'eau chaude sanitaire pour la mise en oeuvre du procédé selon la reven- dication 1 ou 2, caractérisé par une partie centrale (1) réservée à l'eau sanitaire et contenant au moins un échangeur, et par une enveloppe (2) entourant complètement la partie centrale (1) et délimitant avec elle un espace annulaire (3) contenant au moins un autre échangeur (19) pour la production d'air chaud et relié à au moins un brûleur monté (13) en partie basse de ladite enveloppe. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie centrale précitée comprend un premier échangeur (10) traversant une cuve (7) de stockage de l'eau sanitaire et un pré-échangeur (14) disposé sur un circuit d'arrivée d'eau froide (9) situé dans une chambre ou analogue (8) au-dessus de ladite cuve. 5. Appareil selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le premier échangeur précité (10) est constitué par des conduites (11) débouchant d'une part en partie basse (7a) de la cuve (7) vers un espace collecteur (12) des produits de combustion émanant du brûleur (13), et débouchant d'autre part en partie haute (7b) de la cuve (7) dans la chambre précitée (8) en dessous d'un collecteur (15) de condensats (16) lui-même agencé en dessous du pré-échangeur (14) associé au circuit d'arrivée d'eau froide (9). 6. Appareil selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'échangeur (19) de production d'air chaud est constitué par une paroi à ailettes agencée concen- triquement autour de la partie centrale (1) et formant avec celle-ci un premier passage annulaire (20) pour les produits de combustion émanant du brûleur, tandis qu'un deuxième passage annulaire (21) est formé entre cette paroi et l'en- veloppe précitée (2) pour l'air soufflé par au moins un venti- lateur (5) monté dans ce deuxième passage. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la paroi précitée contient une certaine masse de liquide. 8. Appareil selon l'une des revendications 3 à 7, carac- térisé en ce que les produits de combustion émanant du brûleur (13) sont guidés dans un conduit (23) débouchant dans l'es- pace collecteur (12) sous la cuve précitée (7) et muni d'un volet (26) d'orientation des produits de combustion soit vers le premier échangeur précité (10), soit vers le premier passa- ge précité (20). 9. Appareil selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé par une ouverture (27) ménagée en partie haute de la chambre précitée (8) et par une deuxième ouverture (28) ménagée dans le premier passage précité (20), cette dernière ouverture étant en alignement axial avec la première et se prolongeant par une cheminée ou analogue (29) équipée d'au moins un ventilateur (30) d'extraction des produits de combustion passant au travers de la partie centrale (1) et du premier passage précités (20). 10. Appareil selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que le collecteur (15) des condensats dans la chambre précitée (8) communique par une conduite d'évacuation (17) avec l'extérieur de l'appareil, de même qu'une autre conduite (32) d'évacuation des conden- sats communique avec le deuxième passage précité- (21) en partie basse de l'enveloppe (2). il 11. Appareil selon l'une des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que le circuit d'arrivée d'eau froide (9) débouche dans la cuve précitée (7) qui comporte un aquastat (34) ainsi qu'une conduite (18) de départ d'eau chaude sanitaire.