Brevet FR2636413A1 — publié le 19900316

Perfectionnements aux chaudières pour installations de chauffaae central à eau chaude. L'invention est relative aux chaudières destinées à équiper les installations de chauffage central mettant en oeuvre la circulation forcée d'eau chaude dans un circuit de chauffage comprenant des radiateurs. Elle vise plus particulièrement, parmi ces chaudières, celles qui présentent une faible inertie thermique, qui fonctionnent à une puissance fixe, notamment de l'ordre de 20 thermies, avec un rendement élevé dû notamment à l'exploitation de la "condensation", et qui sont du type mixte, c'est-à-dire agencées de façon à chauffer non seulement l'eau du circuit de chauffage, mais aussi l'eau contenue dans un second circuit sanitaire destiné au puisage. Elle vise plus particulièrement encore, parmi les chaudières du genre en question, les chaudières murales qui sont destinées à l'équipement de logements individuels à déperditions thermiques relativement faibles, c'est-à-dire pour lesquels les besoins en chauffa- ge sont réduits, la capacité du circuit chauffage de tels logements étant par exemple de l'ordre de 30 litres seulement ou même inférieure. La puissance calorifique requise pour le seul chauffage de tels logements est souvent très inférieure à celle requise pour chauffer l'eau de puisage. C'est ainsi que, même pour une température extérieure aussi basse que -7'C, il suffit en général d'une puissance calorifique de l'ordre de 2 thermies/helrre pour chauffer un petit logement, alors que la puissance calorifique instantanée nécessaire pour assurer les besoins sanitaires du même logement dépasse facilement 20 thermies/heure (on rappelle que 1 th/h est sensiblement égale à 1,16 kW). Il résulte de cette situation que, lorsque la chaudière est allumée pour satisfaire les seuls besoins du chauffage, sa puissance est largement excédentaire pour chauffer le débit de l'eau qui la traverse, et cette eau risque d'être rapidement surchauffée, avant même que la boucle complète du circuit de chauffage ait été parcourue par le volume d'eau chauffé au début de l'allumage. Cette surchauffe est préjudiciable à la longévité du corps de chauffe à moins que, du fait des sécu rités thermostatiques, la chaudière soit éteinte avant même que la totalité du circuit de chauffage ait été réchauffée à la température désirée. La régulation thermostatique assurée dans ces conditions se traduit par une cadence de répétition trop élevée des cycles allumage-extinction de la chaudière, ce qui présente de nombreux inconvénients, tant au plan de la durée de vie du brûleur qu'à celui du confort de l'usager, en raison non seulement des variations incessantes de la température des radiateurs de chauffage, mais aussi de la répétition des bruits occasionnés par les allumages successifs de la chaudière. Pour remédier à cet inconvénient, c'est-à-dire réduire la fréquence des cycles allumage-extinction de la chaudière tout en protégeant celle-ci, on pourrait avoir recours à l'une ou l'autre des mesures suivantes, mais chacune d'elles présente des inconvénients - utilisation d'une chaudière à puissance réglable : les moyens à prévoir pour obtenir un tel résultat sont re lativement couteux et fragiles, et l'on considérera ici que les chaudières à puissance variable sont exté rieures à la présente invention, seules les chaudières à puissance fixe, particulièrement économiques et ro bustes, étant ici envisagées - réduction de la puissance fixe de la chaudière ; une telle réduction n'est pas davantage considérée ici du fait que la puissance ainsi réduite serait insuffisan te pour assurer la fonction *puisage", laquelle doit être prévue pour les chaudières ici considérées, qui sont exclusivement du type mixte - augmentation du volume du circuit de chauffage par augmentation du diamètre de ses conduites : une telle solution est contraire aux habitudes des chauffagis tes, lesquels calculent les diametres des conduites en fonction des besoins réels du chauffage, et non dans le souci de protéger la chaudière - augmentation de la puissance mécanique de la pompe qui entraine l'eau dans le circuit de chauffage : cette solution non seulement conduit à un prix élevé, mais aussi et surtout ne donne pas entière satisfaction car, si l'eau contenue dans le corps de chauffe cir cule alors plus rapidement, son petit volume n'en est pas pour autant augmenté, de sorte que l'on observe encore une surchauffe très rapide de ce petit volume. L'invention a pour but, surtout, de supprimer ou tout au moins de réduire l'ensemble des inconvénients signalés ci-dessus. A cet effet, selon l'invention, les chaudières du genre indiqué ci-dessus, destinées à envoyer de l'eau chaude dans un tronçon extérieur de circuit de chauffage équipé de radiateurs à faibles déperditions thermiques et branché entre une sortie A et une entrée B de la chaudière, comprennent encore, d'une façon connue en soi, un premier tronçon de conduite s'étendant d'un point C à un point D et traversant un corps de chauffe, et une pompe agencée de façon à faire circuler l'eau dans ce premier tronçon, et elles sont essentiellement caractérisées en ce qu'elles comprennent en outre une capacité hydraulique de volume compris entre 0,5 et 25 litres montée entre les points D et C par respectivement un second et un troisième tronçons de conduite, un quatrième et un cinquième tronçons de conduite reliant respectivement la capacité aux points A et B, et une deuxième pompe montée sur l'un de ces quatrième et cinquième tronçons de conduite de façon à faire circuler l'eau dans le tronçon extérieur de circuit de chauffage. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - les deux pompes de circulation sont identiques, - les commandes des deux pompes de circulation sont syn chronisées lors du fonctionnement de l'installation en régime "chauffage", - des moyens de régulation thermostatique sont prévus pour commander l'arrêt de la première pompe même lors que la seconde pompe continue à fonctionner, lors du fonctionnement de l'installation en régime "chauffa ge - la capacité présente un volume de l'ordre de I à 2 li tres et les portions, des troisième et cinquième tron çons de conduite, qui sont raccordées à la capacité, sont confondues, - la capacité présente un volume de l'ordre de 20 litres et les raccords entre la capacité et les tronçons de conduite qui y aboutissent sont localisés de façon à croiser les deux courants de liquide qui traversent cette capacité en circulant respectivement du point B au point A et du point D au point C, - des moyens de régulation thermique sont prévus pour commander la mise en route et l'arrêt du brûleur chauffant le corps de chauffe pour respectivement des franchissements de deux seuils de température bas T1 et haut T2 respectivement vers le bas et vers le haut et la différence T2-T1 peut être réglée de façon sim ple, de préférence par un organe de commande manuel, entre quelques degrés et 40 degrés, - la chaudière comprend en outre un sixième tronçon de conduite monté en parallèle sur le corps de chauffe et traversant un échangeur de chaleur sanitaire, et un septième tronçon de conduite réservé à l'eau de puisa ge et étendant entre une source d'eau sanitaire sous pression et au moins un robinet de puisage à travers l'échangeur de chaleur sanitaire, la première pompe est montée sur le sixième tronçon de conduite et des moyens anti-retour sont prévus pour obliger les volu mes de liquide entrainés respectivement par les deux pompes à circuler dans le corps de chauffe. L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire quelques modes de réalisation préférés de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limitative. La figure 1, de ce dessin, montre schématiquement une installation de chauffage central équipée d'une chaudière établie conformément à l'invention, en fonctionnement "chauffage". La figure 2 est une portion de la figure 1 correspondant au fonctionnement "puisage" de l'installation. La figure 3 montre une variante d'une portion de l'installation de la figure 1, également conforme à l'invention. Dans chaque cas, la chaudière considérée remplit l'ensemble des conditions suivantes - elle est mixte, clest-å-dire destinée à assurer à la fois les besoins d'un logement ou analogue en eau chaude sanitaire puisable et en chauffage central par circulÙtion d'eau chaude dans des radiateurs, - elle presente une faible inertie thermique en ce sens que le volume de liquide contenu dans son échangeur principal est inférieur a 2 litres et de préférence à I litre, 1 litre, - elle est murale, c'est-à-dire correspond à un logement individuel ou analogue requérant une puissance de chauffage réduite , contrairement aux chaudières sur pied destinées à la desserte collective d'immeubles ou analogues, - elle est apte à délivrer, lorsqu'elle est allumée, une puissance calorifique fixe de l'ordre de 20 thermies --ou plus généralement comprise entre 15 et 30 ther mies--, ce qui rend inutiles tous les moyens permet tant une variation de la puissance, - et elle est d'un type à rendement élevé, mettant no tamment en oeuvre la condensation de la vapeur d'eau présente dans les gaz brûlés et la récupération de la chaleur latente de condensation correspondante. Plus précisément, cette chaudière 1, délimitée extérieurement par un capot 2, est destinée à envoyer un liquide chauffé --qui sera supposé dans le présent mémoire être de l'eau additionnée ou non d'antigel-- dans un tronçon de conduite extérieur 3 s'étendant entre un point A de sortie de la chaudière et un point B de rentrée dans cette chaudière, tronçon comprenant des radiateurs de chauffage 4 ou éléments analogues. La chaudière 1 comprend, d'une façon connue en soi, à l'intérieur du carter 2 - un premier tronçon de conduite 5 pour l'eau de chauf fage s'étendant entre un point C et un point D et tra versant successivement une pompe de circulation 6, un corps de chauffe 7 servant d'échangeur de chaleur entre l'eau en circulation dans la conduite et les flammes et/ou produits de combustion 8 engendrés par un brûleur à gaz 9, et l'ensemble constitué par une vanne distributrice 10 et son organe de commande 1t, - un second tronçon de conduite 12 pour l'eau de chauf fage s'étendant entre la vanne distributrice 10 et un point E, du premier tronçon 5, disposé entre le point C et la pompe 6 et comprenant un échangeur de chaleur 13 pour chauffer l'eau sanitaire, - et un troisième tronçon de conduite 14 pour l'eau sa nitaire s'étendant entre une source d'eau sanitaire sous pression 15 et au moins un robinet de puisage 16 en traversant l'échangeur 13 Dans les modes de réalisation connus, le point C est confondu avec le point B et le point D est confondu avec le point A et le fonctionnement de la chaudière est le suivant. Trois états de fonctionnement sont possibles l'arrêts le puisage seul et le chauffage seul. Lors des arrêts, le brûleur 8 est éteint et aucune circulation d'eau ntintervient. Chaque puisage est déclenché par simple ouverture d'un robinet 16, ce qui entraine les conséquences suivantes : le courant d'eau de puisage est exploité d'une part1 par l'organe 11, pour placer la vanne distributrice 10 dans sa position pour laquelle l'eau sortant du corps de chauffe est envoyée en totalité dans le tronçon 12 à travers l'échangeur 13 (figure 2), et d'autre part pour exciter la pompe 6, ce qui entraine l'eau dans la boucle fermée 5,12, ledit entrainement ayant lui-même pour effet d'allumer le brûleur 8. Dans ces conditions, l'échangeur 13 est chauffé par l'eau circulant en circuit fermé dans ladite boucle et l'eau puisée en 16 est chauffée en traversant ledit échangeur 13. Enfin, la mise en état de chauffage est obtenue par excitation de la-pompe 6 à partir de moyens thermos tatiques appropriés sensibles au franchissement d'un seuil par la température ambiante ou par la température de l'eau en un point donné du circuit. Pour cet état de chauffage, aucun courant d'eau de puisage ne parcourt la conduite 14 et donc l'organe 11, de sorte que la vanne distributrice 10 se trouve en sa position visible sur la figure 1 pour laquelle la totalité de l'eau chauffée par le corps de chauffe 7 est envoyée dans le circuit de chauffage 3. Comme exposé plus haut, cette solution présente certains inconvénients lorsque le circuit 3 considéré présente de faibles déperditions calorifiques et engendre une perte de charge relativement élevée en raison de l'étroitesse des tuyauteries qui le constituent. En effet, la puissance calorifique de la chaudière est alors excédentaire, ce qui met rapidement en surchauffe le faible débit d'eau parcourant le corps de chauffe 7, d'où il s ensuit une fatigue de ce corps et une suite de cycles d'extinctions-réallumages automatiques du brûleur à fréquence élevée. Pour écarter ces inconvénients, selon l'invention, les points A et D demeurent ici distincts, on interpose entre les points D et C une capacité hydraulique 17 par l'intermédiaire de respectivement deux tronçons de conduite 18 et 19, on relie par ailleurs cette capacité aux points A et B par deux autres tron çons de conduite 20 et 21 et l'on monte sur l'un de ces deux derniers tronçons 20 et 21 une seconde pompe de circulation 22 agencée de façon à faire circuler l'eau dans le tronçon de chauffage 3 depuis la sortie A de la chaudière vers la rentrée B de celle-ci. Les points A et B désignant deux bornes de raccord de la chaudière au circuit extérieur, la capacité 17, les tronçons 18, 19, 20 et 21 et la pompe 22 sont tous disposés à l'intérieur du capot 2 de cette chaudière : ces éléments font partie de la chaudière et sont vendus avec elle. Bien entendu, dans les chaudières conformes à l'invention, les points C et D décrits ci-dessus ne sont matérialisés par aucun élément particulier tel qu'un raccord : ces points C et D n'ont été évoqués que pour faciliter la comparaison avec l'art antérieur et dans la pratique les tronçons de conduite 18 et 19 (ou 192 dans le cas de la figure 1) sont de simples prolongements du premier tronçon 5 au-delà des points C et D, ici fictifs. Le volume de la capacité hydraulique 17 est compris entre 0,5 et 25 litres. Dans chaque cas, les emplacements et orientations des branchements entre la capacité 17 et les tron çons qui la desservent sont choisis de façon telle qu'on obtienne un bon brassage des courants de liquide qui traversent cette capacité. Dans le mode de réalisation de la figure 1, ce volume est relativement petit, savoir de l'ordre de 1 à 2 litres, et la pompe 22 est placée sur le tronçon 20, immédiatement à la sortie de la capacité 17. Dans ces conditions, le volume de liquide contenu dans ladite capacité forme une réserve constituant un tampon thermique propre à s'opposer à une surchauffe trop rapide du débit d'eau traversant le corps de chauffe 7. Ce débit est en effet facilement renouvelé à partir de ladite réserve. Par ailleurs, cette réserve est progressivement chauffée par le débit d'eau chaude sortant du corps de chauffe et c'est dans celle-ci qu'est prélevée l'eau envoyée dans le circuit de chauffage 3 par la seconde pompe 22. Dans ce mode de réalisation, on peut considérer que le tronçon de conduite 19 reliant la capacité t7 au point C comprend deux portions, savoir - l'une t91 s'étendant de la capacité à un point F, por tion commune avec une portion 211 du tronçon 21 qui relie ladite capacité 1; au point B, - et l'autre portion 192 est prolongée en F par la se conde portion 212 dudit tronçon 21. Dans un tel cas, le liquide présent dans la portion commune 191, 211 circule en général dans le sens pour lequel il s'éloigne de la capacité 17, mais ce n'est pas obligatoire. Dans le mode de réalisation de la figure 3, le volume de la capacité 17 est supérieur au précédent, étant par exemple de l'ordre de 20 litres, et la pompe 22 est placée sur le tronçon 21. Dans ce cas, on dispose les points de raccordement à la capacité 17 des différents tronçons reliant cette capacité aux points A, B, C et D de façon à croiser dans celle-ci les courants de liquide circulant respectivement du point D au point C et du point B au point A. On observe donc un brassage de ces courants dans la capacité 17, avec réduction sensible --voir élimination-- des risques de surchauffe indésirable du débit d'eau dans le corps de chauffe 7. On peut prévoir des moyens appropriés, tels que des étranglements, pour régler les pertes de charge en certains points des circuits de façon notamment à donner aux différents débits les valeurs optimales. Dans des modes de réalisation préférés, les deux pompes de circulation 6 et 20 sont identiques. Bien entendu, seule la pompe 6 est excitée pour les périodes de "puisage" de l'installation. Pour ses périodes de chauffage, les excitations des deux pompes 6 et 20 peuvent être synchronisées, étant notamment commandées par un aquastat ou thermostat d'ambiance. Mais elles peuvent être également commandées séparément dans certaines conditions. C'est ainsi que les moyens de régulation thermostatique de la chaudière peuvent être agencés de façon à arrêter la pompe 6 du circuit court seule, la pompe 22 du circuit long étant alors seule excitée et assurant une circulation en circuit fermé de l'eau dans le tron çon extérieur 3, la capacité 17 et les tronçons de raccordement 20 et 21. Cette pompe 22 est elle-méme arrêtée ensuite par des moyens thermostatiques appropriés dès que, par homogénéisation des températures dans le circuit fermé indiqué, la température en un point donné de ce circuit a atteint une valeur de seuil prédéterminée. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on obtient finalement une chaudière dont la constitution et le fonctionnement résultent suffisamment de ce qui précède. Cette chaudière présente un grand nombre d'avantages par rapport à celles antérieurement connues, notamment en ce qui concerne la bonne protection de son corps de chauffe et surtout la faible valeur de la fréquence de répétition des cycles automatiques d'allumageextinction de ladite chaudière. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire toutes les variantes, notamment - celles où le circuit de puisage serait d'un type dif férent de celui décrit et illustré ci-dessus, ce cir cuit comprenant par exemple une tubulure spéciale accolée dans le corps de chauffe à celle constitutive du premier tronçon de conduite 5, la vanne distribu trice 10 étant alors bien entendu supprimée, mais un organe de commande du genre de l'organe 11 ci-dessus étant toujours prévu pour exciter la pompe 6 dès le début de chaque puisage, - celles ou, le circuit de puisage étant du type décrit et illustré ci-dessus, la pompe 6 serait montée sur le tronçon 12 lui-meme, comme montré en tirets en 6', au lieu de l'être sur le tronçon 5, et deux organes antiretour 23 et 24 étant alors montés respectivement entre les points C et E pour empêcher l'eau de circuler dans le tronçon CE du point E vers le point C (de façon à bien affecter la pompe 6' à la circulation de l'eau dans le corps de chauffe 7 et non dans le circuit de chauffage 4) et entre le point F et la capacité 17 pour empêcher l'eau de circuler du point F vers cette capacité dans le tronçon correspondant (de façon à éviter que l'eau entrainée par la pompe 22 circule en boucle fermée entre la capacité 17 et le circuit de chauffage 4), cette solution permettant de supprimer la vanne distributrice 10 et son organe de commande 11, lesquels sont remplacés par un simple raccord en T, et celles où, la chaudière comprenant, d'une façon connue en soi, des moyens de régulation thermostatique propres à commander la mise en route et l'arrêt du brûleur chauffant le corps de chauffe pour respectivement des franchissements de deux seuils de température bas T1 et haut T2 respectivement vers le bas et vers le haut, la différence T2-T1 pourrait être réglée de façon simple, de préférence par un organe de commande manuel, entre quelques degrés et 40 degrés. REVENDICATIONS 1. Chaudière murale mixte à puissance fixe, à faible inertie thermique et à rendement élevé destinée à envoyer de l'eau chaude dans un tronçon extérieur de circuit de chauffage (3,4) branché entre une sortie A et une entrée B de la chaudière1 comprenant un premier tronçon de conduite (5) s'étendant d'un point C à un point D et traversant un corps de chauffe (7), et une pompe (6) agencée de façon à faire circuler l'eau dans ce premier tronçon, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une capacité hydraulique (17) de volume compris entre 0,5 et 25 litres montée entre les points D et C par respectivement un second t18) et un troisième (19) tronçons de conduite, un quatrième (20) et un cinquième (21) tronçons de conduite reliant respectivement la capacité aux points A et B, et une deuxième pompe (22) montée sur l'un de ces quatrième et cinquième tronçons de conduite de façon à faire circuler l'eau dans le tronçon extérieur de circuit de chauffage (3,4). 2. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux pompes de circulation (6,22) sont identiques. 3. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les commandes des deux pompes de circulation (6,22) sont synchronisées lors du fonctionnement de l'installation en régime "chauffage". 4. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de régulation thermostatique propres à commander l'arrêt de la première pompe (6) même lorsque la seconde pompe (22) continue à fonctionner, lors du fonctionnement de l'installation en régime "chauffage". 5. Chaudière selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisée en ce que la capacité (17) présente un volume de l'ordre de 1 à 2 litres et en ce que les portions (191,211), des troisième (19) et cinquième (21) tronçons de conduite, qui sont raccordées à la capacité, sont confondues. 6. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que la capacité (17) présente un volume de l'ordre de 20 litres et en ce que les raccords entre la capacité et les tronçons de conduite (18, 19, 20, 21) qui y aboutissent sont localisés de façon à croiser les deux courants de liquide qui traversent cette capacité en circulant respectivement du point B au point A et du point D au point C. 7. Chaudière selon l'une quelconque des précédentes revendications, comprenant des moyens de régulation thermostatique propres à commander la mise en route et l'arrêt du brûleur chauffant le corps de chauffe pour respectivement des franchissements de deux seuils de température bas T1 et haut T2 respectivement vers le bas et vers le haut, caractérisée en ce que la différence T2-T1 peut être réglée de façon simple, de préférence par un organe de commande manuelr entre quelques degrés et 40 degrés. 8. Chaudière selon l'une quelconque des précédentes revendications, comprenant en outre un sixième tronçon de conduite (12) monté en parallèle sur le corps de chauffe (7) et traversant un échangeur de chaleur sanitaire (13), et un septième tronçon de conduite (14) réservé à l'eau de puisage et s'étendant entre une source d'eau sanitaire sous pression (15) et au moins un robinet de puisage (16) à travers l'échangeur de chaleur sanitaire (13), caractérisée en ce que la première pompe (6') est montée sur le sixieme tronçon de conduite (12) et en ce que des moyens anti-retour (23,24) sont prévus pour obliger les volumes 2 liquide entrainés respectivement par les deux pompes (6',22) à circuler dans le corps de chauffe (7).