Brevet FR2612285A1 — publié le 19880916

La présente invention concerne un préparateur d'eau chaude, notamment d'eau chaude sanitaire. Ce préparateur est du type comportant - un réservoir contenant un volume d'eau à chauffer, relié å une première extrémité à une conduite d'alimentation en eau froide et à une extrémité opposée à une conduite de soutirage d'eau chaude, et - un corps de chauffe immergé dans ce réservoir, pourvu d'un brûleur alimenté en combustible à une première extrémité, et d'un conduit d'évacuation des produits de combustion à une extrémité opposée. Les préparateurs de ce type utilisés jusqu'à présent présentent tous le défaut de subir rapidement un entartrement lorsque l'eau est calcaire. En effet, les produits de combustion, dont la température est comprise entre 2000C et 9000C, décomposent le calcaire en produits agressifs qui provoquent des corrosions, des fissures, et à terme la destruction de l'échangeur thermique fumées/eau froide. Ce phénomène s'accentue d'ailleurs de lul-même au fur et à mesure de itentartrement, car ''épaisseur de tartre formée sur le corps de chauffe provoque une surchauffe du métal de la surface d'échange qui accélère le phénomène de décomposition et de corrosion ; en outre, le dépôt de la couche de tartre s'oppose aux échanges thermiques et réduit d'autant l'efficacité du préparateur d'eau chaude. Ces phénomènes sont d'autant plus importants que la puissance et le rendement de l'appareil sont élevés, du fait de l'accroissement de la surface d'échange et du flux thermique échangé entre le corps de chauffe et l'eau du réservoir. De ce fait, ces appareils exigent actuellement des travaux d'entretien systématiques, onéreux et fréquents, par détartrage chimique ou mécanique. L'objet de la présente invention est de proposer un appareil évitant ces phénomènes d'entartrement, de corrosion et de surchauffe du mental, de manière à réduire â un minimum le cot d'entretien du préparateur et la fréquence des révisions. A cet effet, selon l'invention, le corps de chauffe comprend deux étages successifs distincts entre lesquels est réparti l'apport thermique résultant de la combustion, avec un étage principal à température plus élevée chauffant l'eau directement, et un étage secondaire à température moins élevée chauffant l'eau indirectement par un fluide intermédiaire, de sorte que l'étage secondaire assure le préchauffage de l'eau froide avant que celle-ci ne soit portée à sa température finale d'utilisation par l'étage principal, en réduisant à un minimum la précipitation de calcaire sur le corps de chauffe et la surchauffe des surfaces d'échange de celui-ci. En d'autres termes, on procède au chauffage de l'eau en deux étapes - tout d'abord, on chauffe l'eau neuve froide, calcaire, progressivement et sans choc thermique avec un fluide chauffant à la plus basse température possible (environ 700C), ceci grâce à un échangeur de hautes performances (échangeur tubulaire, à plaques ou à ailettes) ; ce préchauffage sans choc thermique évite tout dépôt de calcaire (les dépôts de calcaire sont provoqués par les chocs thermiques rencontrés dans les préparateurs classiques, où la surface chauffante dépasse 800C et l'eau chauffée 550C) ; par ailleurs, il est opéré par un circuit fermé d'un fluide intermédiaire, jamais renouvelé. - dans un second temps, on réalise une chauffe finale de l'eau ainsi préchauffée grâce à un foyer immergé dans l'eau, au niveau duquel se précipitera sans risques la totalité du calcaire apporté par l'eau neuve, ce calcaire pouvant se décrocher librement de la surface du foyer ; les boues formées pourront être collectées facilement par une simple vanne d'extraction de fond de cuve placée au point le plus bas du réservoir. De préférence, la température maximale de la surface d'échange de l'étage secondaire est inférieure à 1000C environ, de préférence inférieure à SO0C environ, et la température maximale de l'eau, préchauffée par l'étage secondaire, en contact avec cette surface d'échange est inférieure à 500C environ. Très avantageusement, l'étage principal du corps de chauffe est formé d'un foyer immergé en partie haute du volume d'eau à chauffer, foyer à l'intérieur duquel est réalisée la combustion, de manière que la puissance rayonnée résultant de cette combustion chauffe directement l'eau, préalablement préchauffée, en contact avec ce foyer. Avantageusement également, l'étage secondaire du corps de chauffe comporte un échangeur de refroidissement des produits de combustion permettant la récupération du solde de l'énergie de combustion qu'ils véhiculent, ce solde d'énergie étant communiqué au fluide intermédiaire circulant à l'intérieur de cet échangeur pour être ensuite restitué à l'eau froide à préchauffer. Dans un premier mode de réalisation, il est prévu un circuit pour la circulation du fluide intermédiaire, ce circuit comprenant un second échangeur traversé par le circuit d'alimentation en eau froide, pour restituer à cette dernière le solde d'énergie thermique communiqué au fluide intermédiaire par l'échangeur de refroidissement des produits de combustion. Dans ce cas, le second échangeur est de préférence disposé à l'extérieur du réservoir d'eau à chauffer. Dans un second mode de réalisation, il est prévu un circuit pour la circulation du fluide intermédiaire, ce circuit comprenant un serpentin, immergé dans le fluide intermédiaire, dans lequel circule l'eau froide prélevée en partie basse du volume d'eau à chauffer et restituée à proximité de l'étage principal. Dans un troisième mode de réalisation, il est prévu un circuit pour la circulation du fluide intermédiaire, ce circuit comprenant un serpentin immergé dans le réservoir d'eau à chauffer en partie basse de celui-ci, de manière à restituer à l'eau froide le solde d'énergie thermique communiqué au fluide intermédiaire par l'échangeur de refroidissement des produits de combustion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous de différents modes de réalisation, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels - les figures 1 et 2 sont des vues en coupe d'un préparateur d'eau chaude selon un premier mode de réalisation, respectivement pour un préparateur à réservoir vertical et pour un préparateur à réservoir horizontal - les figures 3 et 4 sont homologues des figures 1 et 2, pour un second mode de réalisation - les figures 5 et 6 sont homologues des figures 1 et 2, pour un troisième mode de réalisation. Sur les différentes figures, les mêmes références numériques désignent des éléments similaires. Sur les figures 1 à 6, le réservoir 10 contenant le volume d'eau à chauffer comporte une partie basse 11, froide, et une partie haute 12, chaude, elle-même surmontée par un volume tampon 13 d'eau chaude stockée. Les figures 1, 3 et 5 représentent un réservoir cylindrique s'étendant verticalement, tandis que sur les figures 2, 4 et 6 le réservoir s'étend horizontalement ; la structure d'ensemble et les fonctions remplies restent néammoins identiques dans les deux cas. Le réservoir est alimenté en eau froide neuve par une conduite 14 débouchant en partie basse 11, et l'eau chaude sanitaire est soutirée du volume tampon 13 par une conduite de soutirage 15 vers les différents appareils utilisateurs. I1 est enfin prévu, au point le plus bas du réservoir, une vanne 16 d'extraction de fond de cuve destinée à recueillir et éliminer périodiquement les boues calcaires précipitées et déposées au fond du réservoir 10. Le préparateur comprend également un corps de chauffe 20 avec un brûleur 21 (brûleur à gaz, au fuel,...) et un foyer 22 immergé dans la région médiane 12 du réservoir. Ce foyer 22 est par exemple réalisé en acier inoxydable ce forte épaisseur et de libre dilatation ; il comprend une chambre de combustion 23 portée à haute température par la flamme en sortie du brûleur, cette chambre de combustion étant prolongée par un conduit 24, 25, 26 en forme de chicane pour l'évacuation des produits de combustion, et relié à un conduit 27 d'extraction, naturelle ou forcée, des fumées. Cette chicane comporte en outre, entre les régions 25 et 26, un échangeur fumées/fluide intermédiaire (eau par exemple), que l'on va maintenant décrire en détail, en référence aux différents modes de réalisation. Sur les figures 1 et 2, l'échangeur 31 de refroidissement des fumées fait partie d'un circuit fermé dans lequel la circulation est forcée par une pompe 32 qui prélève l'eau (fluide intermédiaire) dans l'échangeur 31 en un point 33 situé à l'extrémité la plus chaude de celui-ci et la dirige vers la conduite 34 d'un second échangeur 35, duquel elle sera recyclée dans l'échangeur principal 31 en un point 36 en partie froide de celui-ci. L'énergie thermique véhiculée par le fluide intermédiaire est restituée par l'échangeur secondaire 35 à une conduite 37 reliée à la canalisation d'alimentation en eau froide 14, avec éventuellement interposition d'un accélérateur 38. L'échangeur secondaire 35 est installé entièrement à l'extérieur du réservoir 10 et de l'échangeur principal 31, de manière à pouvoir le démonter aisément pour le nettoyer par un procédé chimique ou mécanique. Dans un second mode de réalisation, illustré figures 3 et 4, l'échangeur thermique 41 posséde un serpentin ou faisceau 42 immergé dans le fluide intermédiaire, et à l'intérieur duquel circule l'eau froide prélevée dans la région il du réservoir par une prise 43 pour être restituée dans la région 12, au voisinage du corps de chauffe 22, par un orifice 44 une pompe 45 force la circulation de l'eau à réchauffer å l'intérieur du serpentin 42. Dans un troisième mode de réalisation, illustré figure 5 et 6, le fluide ir.tern?édiaire de l'échangeur 51 est relié à serpentin ou faisceau 52 immergé dans la région basse 11 d réservoir, et ~arts lequel circule le fluide intermédiaire prélevé en 53 dans une partie chaude de l'échangeur et recycle en 54 à l'extrémité opposée, la circulation étant forcée par une pompe 55. Bien entendu, dans tous les modes de réalisation, le clrcut fermé de fluide intermédiaire comporte les diffère.. accessoires tels que sécurités, système d'expansion, alimentateur,... que l'on retrouve classiquement dans tout système de refroidissement en circuit fermé, et qui n'ont pas été représentés pour la clarté des dessins. REVENDICATIONS 1. Un préparateur d'eau chaude, notamment d'eau chaude sanitaire, comprenant - un réservoir (10) contenant un volume d'eau à chauffer, relié à une première extrémité à une conduite d'alimentation en eau froide (14) et à une extrémité opposée à une conduite de soutirage d'eau chaude (15), - un corps de chauffe (20) immergé dans ce réservoir, pourvu d'un brûleur alimenté en combustible à une première extrémité, et d'un conduit d'évacuation des produits de combustion (27) à une extrémité opposée, caractérisé en ce que le corps de chauffe comprend deux étages successifs distincts entre lesquels est réparti l'apport thermique résultant de la combustion, avec un étage principal (22) à température plus élevée chauffant l'eau directement, et un étage secondaire (30;40;;50) à température moins élevée chauffant l'eau indirectement par un fluide intermédiaire, de sorte que l'étage secondaire assure le préchauffage de l'eau froide avant que celle-ci ne soit portée à sa température finale d'utilisation par l'étage principal, en réduisant à un minimum la précipitation de calcaire sur le corps de chauffe et la surchauffe des surfaces d'échange de celui-ci. 2. Un préparateur d'eau chaude selon la revendication 1, dans lequel la température maximale de la surface d'échange de l'étage secondaire est inférieure à 1000C environ, de préférence inférieure à 800C environ, et dans lequel la température maximale de l'eau, préchauffée par l'étage secondaire, en contact avec cette surface d'échange est inférieure à 50 C environ. 3. Un préparateur d'eau chaude selon la revendication 1, dans lequel l'étage principal du corps de chauffe est fo -.é d'un foyer (22), immergé en partie haute (12) du volume d'eau à chauffer, foyer à l'intérieur (23) duquel est réalisée la combustion, de manière que la puissance rayonnée résultant ce cette combustion chauffe directement l'eau, préalablement préchauffée, en contact avec ce foyer. 4. Un préparateur d'eau chaude selon la revendication 1, dans lequel l'étage secondaire du corps de chauffe comporte un échangeur (31;41;51) de refroidissement des produits de combustion permettant la récupération du solde de l'énergie de combustion qu'ils véhiculent, ce solde d'énergie étant communiqué au fluide intermédiaire circulant à l'intérieur de cet échangeur pour être ensuite restitué à l'eau froide à préchauffer. 5. Un préparateur d'eau chaude selon la revendication 4, dans lequel il est prévu un circuit pour la circulation du fluide intermédiaire, ce circuit comprenant un second échangeur (35) traversé par le circuit d'alimentation en eau froide, pour restituer à cette dernière le solde d'énergie thermique communiqué au fluide intermédiaire par l'échangeur (31) de refroidissement des produits de combustion. 6. Un préparateur d'eau chaude selon la revendication 5, dans lequel le second échangeur est disposé à l'extérieur du réservoir d'eau à chauffer. 7. Un préparateur d'eau chaude selon la revendication 4, dans lequel il est prévu un circuit pour la circulation du fluidè intermédiaire, ce circuit comprenant un serpentin (42), immergé dans le fluide intermédiaire, dans lequel circule l'eau froide prélevée en partie basse (11) du volume d'eau à chauffer et restituée à proximité de l'étage principal. 8. Un préparateur d'eau chaude selon la revendication 4, dans lequel il est prévu un circuit pour la circulation du fluide intermédiaire, ce circuit comprenant un serpentin (52) immergé dans le réservoir d'eau à chauffer en partie basse (11) de celui-ci, de manière à restituer à l'eau froide le solde d'énergie thermique communiqué au fluide intermédiaire par l'échangeur de refroidissement des produits de combustion.