Brevet FR2581741A1 — publié le 19861114

INSTALLATION DE CHAUFFAGE DOMESTIQUE A L'EAU CHAUDE, CHAUFFEE AU MAZOUT OU AU GAZ L'invention concerne une installation de chauffage domestique à l'eau chaude, chauffée au mazout ou au gaz, comportant un brûleur et une chaudière avec circulation d'eau, et commandée par un régulateur de température. De telles installations sont connues sous de très nombreuses formes de réalisation. Chacune est toutefois affectée de certains inconvénients ayant des répercussions économiques négatives. Un premier système exige des absorbeurs coûteux pour la chaleur de l'air extérieur, le système équipé d'un entraînement de pompe à chaleur électrique n'apporte aucune économie d'énergie primaire, et les systèmes entraînés par moteur Diesel présentent non seulement l'inconvénient d'exiger un important travail d'entretien et d'émettre des matières nocives, mais aussi l'inconvénient d'exiger des dispositions onéreuses pour l'insonorisation. Presque tous les sytèmes doivent avoir, pour des températures extérieures de par exemple moins de 0 C, un équipement bivalent autonome et, pour cette raison, ne sont pas économiques. La présente invention a pour but de réaliser une installation de chauffage domestique du genre indiqué au début, qui ne présentera pas les inconvénients mentionnés, permettra l'utilisation bivalente d'un brûleur et d'une chaudière et n'exigera aucun entraînement électrique. Selon l'invention, ce but est atteint, de manière surprenante, par le fait qu'un moteur Stirling est directement associé au brûleur, par le fait qu'une pompe à chaleur Stirling et le refroidissement du moteur Stirling sont directement associés à la chaudière avec système de circulation d'eau, et par le fait que la protection contre la surchauffe et l'amenée d'air sont adaptées automatiquement à la température extérieure, par le régulateur de température réglable. Parmi les différentes formes de réalisation possibles, l'invention prévoit notamment que: - plusieurs unités, constituées chacune par un moteur Stirling et par une pompe à chaleur Stirling, sont agencées modulairement sur la chaudière avec un système de circulation et sont commandées ensemble par un régulateur de température; - la ou les têtes de chauffage des moteurs Stirling sont disposées directement dans la zone des flammes du brûleur à mazout ou à gaz; - l'air cédant de l'énergie est amené à la pompe à chaleur de manière réglable manuellement ou automatiquement, cet air provenant soit de l'extérieur, soit, via des gaines d'air, des locaux du bâtiment, soit des deux simultanément, après quoi il est évacué du bâtiment via une gaine isolée thermiquement, un ventilateur étant utilisé pour le transport de cet air; - l'unité constituée par un moteur Stirling et par une pompe à chaleur Stirling est agencée sur son site d'utilisation de manière à pouvoir être remplacée; et - l'installation comprend plusieurs unités Stirling, et le chauffage est réalisé par combustion en cas de défaillance d'une ou de l'ensemble de ces unités. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus complètement dans les exemples non limitatifs présentés ci-après en se reportant au dessin annexé, dont les figures représentent: - la figure 1, schématiquement, la configuration d'une installation de chauffage à eau chaude, chauffée au mazout; - la figure 2, un schéma du flux d'énergie typique du chauffage domestique selon la figure 1; et - la figure 3, une représentation schématique de la configuration d'un chauffage domestique chauffé au gaz. La configuration esquissée sur la figure 1 illustre un exemple de réalisation pour une installation domestique de chauffage à eau chaude, chauffée au mazout et incluant une pompe à chaleur, cette installation réalisant une double utilisation des composantes de chauffage nécessaires pour la bivalence, et ne comportant pas l'absorbeur jusqu'à présent nécessaire à l'extérieur du bâtiment. En outre, la chaleur de lt'air usé à remplacer, venant du volume intérieur du bâtiment, est exploitée en même temps que le processus de chauffage et de ventilation de ce volume. A cet effet, une unité à cycle Stirling, constituée par un moteur Stirling 11 et une pompe à chaleur Stirling l1a est montée dans le fond d'une chaudière à eau chaude 12 chauffée au mazout et transmet au chauffage à eau -chaude de la chaleur tirée de l'air du local. Le moteur Stirling 11 est agencé dans la chambre de combustion de la chaudière 12 de façon que la ou les têtes de chauffage 11c viennent se placer directement dans la zone des flammes du brûleur 10 et soient chauffées. Le reste de la chaleur des fumées est, comme dans l'art antérieur, transmis à la chaudière. La tête de chauffage précitée 11c ne peut pas être surchauffée, même en cas d'arrêt du moteur, car un dispositif protecteur 18 dévie alors les fumées. Aspiré de manière prédominante via des gaines d'air 14, par le ventilateur 15, l'air des locaux peut être mélangé avec de l'air extérieur 19, puis être refroidi dans la pompe à chaleur Stirling ou au contact de son dispositif de captation et transfert de chaleur 11b, et évacué à l'extérieur en passant par un canal 17 muni d'une isolation thermique 17a. Par des ouvertures dans les murs extérieurs, de l'air frais est introduit dans la mesure même o de l'air usé est évacué des locaux. Cet air frais est chauffé et chauffe le corps de chauffe parcouru par de l'eau. Dans un exemple de réalisation particulier, il est proposé que plusieurs unités constituées d'un moteur Stirling 11 et d'une pompe à chaleur Stirling 11a soient agencées modulairement dans le fond de la chaudière 12. Il est ainsi possible de ne recourir qu'à un type d'unité Stirling 11, 11a, 11b, 11c relativement petite, conçue sous la forme d'un ensemble modulaire, pour couvrir une large plage de puissances en disposant, selon ce qui est nécessaire, deux, trois ou plus de tels modules dans la chaudière 12 ou dans le fond de celle-ci. Du point de vue de la fabrication, on parvient donc à une simplification considérable puisqu'il n'y a besoin de fabriquer qu'un seul type d'unité. Par exemple, avec une unité modulaire fournissant une puissance de 4 kw, on peut réaliser des puissances de chaudière de l'ordre de 4 kW, 8 kW ou 12 kW, selon qu'il y a un, deux ou trois modules. Comme la marche est exclusivement par combustion (bivalence) lors des périodes pendant lesquelles la température est, par exemple, inférieure à 0 C, le brûleur et la chaudière sont établis chacun pour une puissance double. La figure 2 montre le flux d'énergie de l'installation de chauffage domestique à eau chaude, chauffée au mazout, décrite dans ce qui précède. Les valeurs suivantes ont été admises: a) rendement du brûleur: 45/70 = 0, 64 b) rendement du moteur Stirling: 15/45 = 0,33 c) coefficient de performance de la pompe à chaleur: 45/15 = 3. Comme coefficient d'amplification ou de chauffage typique, on obtient une valeur approximative de 1,4. Outre la performance rationnelle, découlant de ce que l'installation conduit à une économie de combustible valant de 1/4 à 1/3 de ce qui était jusqu'à présent nécessaire, sans exiger d'augmentation de la consommation de courant, la configuration prévue proposée ici offre une redondance génératrice de fiabilité puisqu'en cas de défaillance d'unités Stirling, les parties restantes de l'installation restent toujours fonctionnelles. Dans le cas extrême, le chauffage peut encore fonctionner uniquement avec un brûleur. La figure 3 représente le schéma d'une installation de chauffage domestique chauffée au gaz, dont la construction correspond au système décrit dans ce qui précède. Là encore, la fonction et la performance sont identiques à ce qui a été expliqué, et le but recherché est atteint avec la même ampleur. Il convient en outre d'indiquer que les installations existantes avec foyer chauffé au gaz, tout aussi bien que les installations existantes avec foyer chauffé au mazout peuvent être converties sans problème, pour être équipées de la manière décrite. Q) RÉPUBLIQUE FRAN AISE 2 581 742 INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE PARIS Ce numéro n'a donné lieu à aucune publication N u) N cc u_ REVENDICATIONS: 1. Installation de chauffage domestique à l'eau chaude, chauffée au mazout ou au gaz, comportant un brûleur et une chaudière avec circulation d'eau, et commandée par un régulateur de température, caractérisée en ce qu'un moteur Stirling (11) est directement associé au brûleur (10), en ce qu'une pompe à chaleur Stirling (11a) et le refroidissement du moteur Stirling (11) sont directement associés à la chaudière (12) avec système de circulation d'eau, et en ce que la protection contre la surchauffe et l'amenée d'air sont adaptées automatiquement à la température extérieure, par le régulateur de température réglable (13). 2. Installation de chauffage domestique selon la revendication 1, caractérisée en ce que plusieurs unités, constituées chacune par un moteur Stirling (11) et par une pompe à chaleur Stirling (11a), sont agencées modulairement sur la chaudière (12) avec un système de circulation et sont commandées ensemble par un régulateur de température (13). 3. Installation de chauffage domestique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la ou les têtes de chauffage (11c) des moteurs Stirling (11) sont disposées directement dans la zone des flammes du brûleur à mazout ou à gaz (10). 4. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'air cédant de l'énergie est amené à la pompe à chaleur de manière réglable manuellement ou automatiquement, cet air provenant soit de l'extérieur, soit, via des gaines d'air (14), des locaux (A, B) du bâtiment, soit des deux simultanément, après quoi il est évacué du bâtiment via une gaine isolée thermiquement (17), un ventilateur (15) étant utilisé pour le transport de cet air. 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'unité constituée par un moteur Stirling (11) et par une pompe à chaleur Stirling (11a) est agencée sur son site d'utilisation de manière à pouvoir être remplacée. 6. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs unités Stirling (11, 11a), et en ce que le chauffage est réalisé par combustion en cas de défaillance d'une ou de l'ensemble de ces unités (11, 11a).