Brevet FR2578034A1 — publié le 19860829

DESCRIPTIF La présente invention concerne un appareillage permettant de produire de l'eau chaude domestique pour particulier, en quantité normale. Les chauffe-eau de conception classique, malgré leurs nombreuses qualites n'ont pas un rendement thermique élevé, du fait de la propulsion directe par eau froide sous pression. L 'eau chaude en contact avec l'eau froide abaisse considérablement la quantité réelle d'eau chaude utilisable. Il est a noter que dans certaines régions, l'hiver, l'eau du réseau municipal n'a que quelques degrés. Le particulier peut évidemment réenclencher une ou plusieurs chauffes suivant ses besoins immédiats, mais il ne bénéficiera pas du tarif de nuit. Un faible rendement thermique entraîne une dépense relativement élevée en énergie électrique et diminue, de beaucoup, le confort de l'usager. Le dispositif selon 1' invention permet de remédier a ces inconvénients, il consiste en un chauffe-eau à très haut rendement thermique du fait que, l'eau froide n'est pas en contact avec l'eau chaude, bien que celle-ci soit propulsée à une pression suffisante pour être utilisable normalement, sans apport d'énergie supplémentaire. La propulsion est indirecte, elle se fait grâce a une "turbine-pompe-vanne1 mue par l'éner- gie cinétique de l'eau du réseau municipal qui arrive tangentiellement sur une roue a aubes provoquant sa rotation (turbine). La "turbine-pompe-vanne" est composée principalement de deux roues a aubes, solidaires par un axe Côté "entrée" de l'eau froide, la roue a aubes motrice fait fonction de turbine. La deuxieme roue å aubes, réceptrice, fait fonction de pompe. Elle propulse l'eau chaude sous une pression légèrement inférieure a celle du réseau municipal, compte tenu du rendement global de la "turbinepompe-vanne". Côté turbine, l'eau froide entre et - sort de la tpompe-turbine-vanneZ par deux formes moulées et usinées (adaptées aux raccords normalisés). Côté pompe, l'eau chaude entre et sort par deux formes identiques, aux premières susdites. En ouvrant un robinet quelconque d'eau chaude la "turbine-pompevanne" se met automatiquement en action. En fermant ce même robinet, l'eau restant dans la canalisation, incompressible, bloquera la roue a aubes réceptrice, provoquant l'arrêt de la "turbine-pompe-vanne Un dispositif d'étanchéité interne empêche l'eau froide de s'écouler. Ce dispositif est auto-rXglable, compensant automatiquement le jeu qui se produira à l'usage. Les différentes sections, que ce soient celles de l'eau froide ou celles de l'eau chaufe sont analogues, d'oit des débits égaux. La quantité d'eau chaude tirée est simultanement remplacée par une même quantité d'eau froide stockée dans une cuve non isolée thermiquement. Cette cuve de stockage de l'eau froide présente deux orifices, un de mise à l'air libre laissant la pression atmosphérique agir, l'autre est une sécurité de niveau, un surplus d'eau serait evacue au fur et à mesure, par la canalisation générale des eaux usées. L 'instant du déclenchement du tarif de nuit, une électro-vanne s'ouvre permettant le transvasement de l'eau froide par gravité. La quantité d'eau transvasée dépend du reliquat restant dans la cuve de chauffe. Celle-ci est équipée d'une mise à l'air libre évitant toute surpression,et d'une sécurité de niveau, toutes deux identiques à celles de la cuve de stockage de l'eau froide. Le chauffage se fait par une ou deux résistances électriques, selon le type d'appareil et le choix de l'utilisateur. Le circuit de chauffe est fermé par deux contacteurs en série, commandés par des relais. Le premier relais sera actionné par le signal "tarif de nuit de l'electri- cité" le deuxième dépendra de l'état physique du thermostat. Dans une variante possible un capteur de niveau minimal permettrait d'assurer un fonctionnement automatique, se justifiant dans le cas d'une collectivité ou d'un hôtel. En amont de la 'tubine-pompe -vanne" un robinet permet d'isoler complètement le dispositif du circuit d'eau municipal. Des robinets vidangeurs peuvent être facilement installés. I1 est donné à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'invention, se référant aux dessins ci-annexés. La figure 1 représente le schéma général de principe de l'appareil- lage. Tous les dessins qui suivent sont à l'échelle 1. La figure 2 représente en coupe longitudinale la "turbine-pompevanne". La figure 3 représente en coupe longitudinale le corps de la "turbine-pompe-vanne". La figure 4 représente en coupe transversale le corps de la "tur- bine-pompe-vanne". Les figures 5 et 6 représentent un des deux couvercles d'extrémité. Les figures 7 et 8 représentent l'axe de liaison des roues à aubes. Les figures 9 et 10 représentent une roue à aubes Les figures 11 et 12 représentent un joint radial de roue à aubes. Les figures 13 et 14 représentent un des flasques internes Les figures 15 et 16 représentent un des flasques externes. Les figures 17 et 18 représentent une des rondelles-élastiques d'ex trémie8 . La figure 19 représente la courbe de la force pressante en fonction de l'écrasement d'une rondelle-élastique. La figure 20 représente le schéma électrique d'une installation normale. La figure 21 représente le schéma électrique d'une installation entièrement automatique. Le schéma de la figure 81 représente le principe général de l'appa- reillage, selon l'invention. En ouvrant le robinet d'eau chaude (10) la "turbine-pompe-vanne" (1) tourne sous l'effet de l'eau froide, généralement à la pression de 1,5 bars, qui sera stockée dans la cuve (3), après avoir transitée par (2) 8 sur la cuve (3) un niveau maximal (36) est matérialisé par un trop plein (35) évacuant éventuellement un surplus d'eau dans la canalisation des eaux usées (34). Une mise à l'air libre (37) évite toute surpression. La cuve (3) à la même contenance que la cuve (6). I1 est à noter que la quantité d'eau stockée dans la cuve (3) est complémentaire de la quantité d'eau chaude restant dans la cuve (6). A l'instant du déclenchement du tarif de nuit de l'électricité, I'électro-vanne (4) s'ouvrira permettant le transvasement de l'eau froide par gravité dans la cuve (6) isolée thermiquement, apres avoir transitée par (5). Le niveau (40) sera atteint. Un trop plein, (41), . une mise à l'air libre (66) sont également installés sur la cuve (6). Un robinet (38) permet de transvaser manuellement. Les robinets (33) et (46), montes en dérivation, permettent une vidange complète de l'installation, après l'avoir isolée du réseau d'eau municipal par le robinet (32). La figure 20 représente le schéma electrique d'une installation classique. Le relais "heures creuses" (48) déclenchera le transvasement en actionnant l'électro-vanne (4) par le circuit (54) et, la chauffe qui s'effectuera grâce à la résistance (42) par le circuit (47). Un thermostat (43) limitera la température de l'eau chaude. Le signal du tarif de nuit aparaîtra en (53), une phase sera reliée à (5?) pour permettre la "marche forcée". La correspondance des bornes de contact est la suivante : (49) arrêt total, (50) "marche automatique n , (51) "marche forcXe n . La figure 21 représente le schéma électrique d'une installation entièrement automatique. Deux possibilités s'offrent à l'utilisateur fonctionnement classique ou production continue, avec chauffe de nuit prioritaire. Une production continue peut se justifier dans le cas d'une collectivité ou d'un hôtel. Un pressostat (44). réglé au "niveau bas" peut être installé en dessous de la cuve de chauffe, sur la canalisation (7) (voir également la figure 1). La production continue est commandee par l'interrupteur (56) et le relais (57), dans la position marche shor h .En fonction du niveau restant dans la cuve de chauffe le relais temporisé au déclenchement (60) commandera l'ouverture de l'électro- vanne (4) pendant une durée suffisante pour un transvasement complet. La chauffe s'effectue par la résistance (42), une deuxième résistance (65) peut être mise en service par l'interrupteur (63) et le relais (62). Un pressostat (45) définissant un niveau minimal de chauffe, monté en série avec le thermostat (43), actionnant le relais (61), assureront une très bonne sécurité. Le transvasement peut se faire manuellement en appuyant sur le bouton poussoir (59). Le fonctionnement classique est assuré par l'interrupteur trois positions (49), (50), (51), le relais (48) et le relais (58). Tensions aux bornes : (53) signal "tarif de nuit, (52) et (64) reliées à une phase, (55) circuit de commande 24 volts. La figure 2 représente en coupe longitudinale la Zturbine-pompe- vanne. Celle-ci est composée principalement de deux roues a aubes (20) et (29), fabriquées par frittage, solidaires par un axe (26), en acier, chromé au niveau des joints à lèvres (22), et de deux clavettes diques (21), en acier, commercialisées. L'axe (26) est guidé en rotation par deux roulements à billes standards (27), fixés par des anneaux élastiques (28) sur l'axe (26). A chaque extrémité des rondelles elastiques (13), commercialisées, assurent un auto-positionnement de l'ensemble, en s'appuyant sur les deux couvercles (12) en alliage d'aluminium, fixés par quatre vis M5 (17).Un dispositif interne d'étanchéité empêche l'eau de se répandre dans le logement des roulements (27), il comprend deux flasques (23) en acier rectifié ou frittés, deux joints toriques (24), commercialisés, et quatre joints a lèvre (22), commercialisés. Les flasques (23) ne peuvent être entrainés en rotation par frottement, grâce aux ergots (25), en acier. La "turbine-pompe-vanne" doit en outre assurer une fonction "vanne" et, de ce fait l'étanchéité doit être absolue, elle comprend Une étanchéité radiale assurée par un joint à lèvre (19), fabriqué spécialement en matière synthétique. La pression agissant sur la lèvre donne une très bonne étanchéité. I1 est à noter que pour la deuxième roue a aubes (29), côté "eau chaude", le joint radial (19) n'a pas lieu d'être. Une étanchéité transversale assurée par deux flasques (14) et (23), en acier rectifié ou frittés, pressant la roue à aubes par l'intermédiaire d'une rondelle élastique (13). La courbe de la force pressante totale sur une roue à aubes en fonction de l'écrasement qui dépend du réglage par un empilement de câles spéciales (11) commercialisées et de l'usure, est explicitée par la figure 19. Ecrasement (El) = 1,5mu Point (67) Force pressante (Fl) = 8 da.N Ecrasement (E2) = 0,5mu Point (68) Force pressante (F2) = 5 da.N Le flasque (14) reçoit un joint torique (18) commercialisé qui empêche les fuites externes. Un ergot (30), en acier, l'empêche de tourner. L'ensemble de ce dispositif est enfermé dans un carter (15) moulé en alliage d'aluminium. L'eau froide entre par l'orifice (66) et ressort par l'orifice (67) (voir fig. 4). L'eau chaude a ses propres orifices analogues. Quatre vis (16) permettent de fixer la "turhine-pompe-vanne" sur un support quelconque. L 'installation de cet appareillage sera de préférence en étage pour que la pression d'eau chaude soit augmentée par la gravitation. Cet appareillage selon l'invention, pouvant être fabriqué en série est particulièrement destiné à la production d'eau chaude domestique, dans tous les cas. Grâce à son haut rendement thermique, le chauffage de l'eau pourrait être fait par l'énergie solaire notamment. REVENDICATIONS 1) Appareillage produisant de l'eau chaude domestique caractérisé en ce qu il comporte une turbine-pompe-vanne (1), mue par l'énergie cinétique de l'eau du réseau municipal, reliée à une cuve de stockage (3), ellemême reliée à une cuve de chauffe (6). 2) Appareillage produisant de l'eau chaude domestique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tranvasement du contenu de la cuve (3) dans la cuve (6) s'effectue par l'intermédiaire d'une electro-vanne (4). 3) Appareillage produisant de l'eau chaude domestique selon la revendication 1, caractérise en ce que sous la cuve (6), sont placés deux pressostats (44) et (45), branchés en dérivation sur la canalisation (7) ; le pressostat (44) assurant la production continue d'eau chaude et le pressostat (45) empêchant pour sa part la chauffe si un certain niveau n'est pas atteint dans la cuve (6). 4) Appareillage produisant de 1 ' veau chaude domestique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la turbine-pompe-vanne (1) comporte une roue à aubes (20), reliée par un axe (26), guidé par deux roulements à billes (27), à une deuxième roueqzbi21hui entraîne l'eau chaude à une pression légèrement inférieure à celle du réseau d'eau municipal. 5) Appareillage produisant de l'eau chaude domestique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la turbine-pompe-vanne (1) comporte un dispositif d'étanchéité comprenant deux flasques internes (23) immobiles en rotation grâce à des ergots (25) et deux flasques externes (14) immobiles en rotation grâce à des ergots (30). 6) Appareillage produisant de l'eau chaude domestique selon la revendication 1 et 5 caractérisé en ce que la turbine-pompe-vanne (1) comporte un dispositif de rattrapage du jeu comprenant deux rondelles élastiques (13) poussées par deux couvercles (12) réglés par des câles spéciales (11) commercialisées.