Brevet FR2666874A1 — publié le 19920320

1,Appareil combiné de production d'eau chaude sanitaire et de chaleur" La présente invention concerne un appareil de production d'eau chaude sanitaire et d'alimentation en énergie calorifique d'un réseau d'émetteurs de chauffage ambiant, du type comprenant un premier circuit pour l'eau sanitaire, soumis à l'action de moyens de chauffage, et un second circuit muni d'une admission et d'une évacuation pour un liquide caloporteur, ce second circuit présentant un premier tronçon au moins partiellement placé en relation d'échange thermique avec le premier circuit pour constituer une partie au moins de ses moyens de chauffage et un second tronçon comportant un conduit de départ et un conduit de retour du liquide caloporteur pour assurer l'alimentation en énergie calorifique du réseau d'émetteurs de chauffage ambiant. De tels appareils, appelés aussi chaudières à eau chaude, sont plus particulièrement destinés à être installés dans des locaux habitables pour y assurer leurs deux fonctions à partir de l'eau chaude fournie par une chaufferie centrale ou collective. Dans des appareils connus de ce type, les deux tronçons du circuit de liquide caloporteur sont raccordés l'un sur l'autre en parallèle au moyen d'une vanne trois-voies pilotée par un aquastat qui est situé dans le premier tronçon, pour accorder une priorité au chauffage de l'eau sanitaire assuré par ce dernier. Un premier inconvénient de ces appareils connus réside dans l'utilisation d'une vanne trois-voies et d'un aquastat qui, étant des composants relativement coûteux et sensibles aux défaillances, augmentent d'autant les coûts de fabrication et d'entretien. Par ailleurs, comme les deux tronçons du circuit de liquide colaporteur ne peuvent être mis en service qu' alternativement et qu'une priorité est donnée au premier, qui assure le chauffage de l'eau sanitaire, il peut arriver que, pendant des périodes très froides de l'année, la mise hors service du second tronçon soit trop longue pour garantir un chauffage ambiant continu de niveau acceptable dans le logement, d'autant plus que la commutation mécanique réalisée par la vanne trois-voies introduit un léger retard dans la remise en service de ce tronçon. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients et, pour ce faire, elle a pour objet un appareil du type spécifié en introduction, pour la production d'eau chaude sanitaire et l'alimentation en énergie calorifique d'un réseau d'émetteurs de chauffage ambiant, qui se caractérise en ce que le premier tronçon du second circuit comprend une enceinte dont la partie haute, d'un côté, communique avec l'admission du liquide caloporteur et, de l'autre, se raccorde au conduit de départ du second tronçon dont le conduit de retour débouche dans la partie basse de ladite enceinte, sensiblement en face de l'évacuation du liquide caloporteur. Comme on le comprendra, cette enceinte boucle sur lui-même le premier tronçon du circuit de liquide caloporteur, lorsqu'aucun appel d'énergie calorifique ne se manifeste sur le second pour le chauffage ambiant, et, dans le cas contraire, relie automatiquement et instantanément en série les deux tronçons en conférant une priorité physique au premier. Elle remplace donc à elle seule l'ensemble vanne trois-voies/aquastat des appareils connus et, pouvant être constituée par un simple vase clos en tôle, elle abaisse dans une mesure appréciable les coûts de fabrication et d'entretien de l'appareil. En outre, l'appareil selon l'invention présente les mêmes performances en été et en hiver et, le second tronçon, pouvant lorsqu'il est en service, absorber les calories non-consommées dans le premier, il peut assurer une meilleure permanence du chauffage ambiant à un niveau de température acceptable pendant les périodes froides de l'années. Selon un premier mode de réalisation, le premier circuit comprend un ballon d'accumulation d'eau sanitaire renfermant, dans sa partie inférieure, un serpentin dont une extrémité est raccordée à l'admission de liquide caloporteur et l'autre à la partie haute de ladite enceinte avec laquelle ledit serpentin forme le premier tronçon du second circuit, ce serpentin étant de préférence un serpentin à boucles de Tickelmann. Dans ce premier mode de réalisation, la partie haute de l'enceinte est avantageusement logée dans le ballon d'accumulation et, de préférence à l'intérieur des boucles du serpentin. De la sorte l'enceinte participe à l'échange thermique et accélère ainsi le chauffage de l'eau sanitaire, cet effet étant renforcé si, selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le conduit de remplissage du ballon d'accumulation débouche, à l'intérieur de celui-ci, contre la paroi de la partie haute de l'enceinte. Dès lors, les interruptions de service du second tronçon du circuit de liquide caloporteur, assurant le chauffage ambiant, seront abrégées. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention plus simple de conception, tout en ayant les mêmes performances que le premier, ladite enceinte, de grandes dimensions, constitue à elle seule le premier tronçon du second circuit, le premier circuit consistant alors en un serpentin positionné à l'intérieur de la partie haute de l'enceinte. Un perfectionnement de l'invention, applicable à ses premier et second modes de réalisation, prévoit en outre que le conduit de départ et le conduit de retour du second tronçon du second circuit sont raccordés à un tube logé verticalement dans ladite enceinte et ouvert à ses deux extrémités, une extrémité du tube étant obturable sélectivement par un clapet. La présente invention va maintenant être décrite plus en détails, de façon non-limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure i est une vue en coupe verticale schématique d'un premier mode de réalisation de l'appareil qui en fait l'objet - la figure 2 est une vue en coupe verticale schématique d'un deuxième mode de réalisation de cet appareil, muni d'un perfectionnement ; et - la figure 3 est un agrandissement de la figure 1, illustrant l'application du perfectionnement de la figure 2 au premier mode de réalisation de l'invention. L'appareil selon l'invention est plus particulièrement destiné à être installé dans un local d'habitation pour y assurer tout à la fois le chauffage de l'eau sanitaire et la fourniture d'énergie calorifique aux radiateurs ou autres émetteurs de chauffage ambiant, à partir d'un liquide caloporteur constitué par l'eau chaude produite par une chaufferie centrale ou collective. Le mode de réalisation, représenté sur la figure 1, de cet appareil comprend un ballon d'accumulation classique 1, en tôle inoxydable ou tout autre matière de qualité alimentaire, qui définit le circuit d'eau sanitaire de l'appareil, avec un conduit de remplissage 2, branché sur l'arrivée générale d'eau du logement, et un conduit de puisage 3 qui, partant d'un point proche de la voûte supérieure 15 du ballon 1, traverse le dernier dans le sens de la hauteur, pour se raccorder à la canalisation d'alimentation des différents équipements consommateurs d'eau chaude sanitaire. Un second circuit, destiné à véhiculer le liquide caloporteur, comprend un serpentin 4 à boucles de Tichelmann placé dans le fond du ballon 1, avec son axe positionné verticalement. Par son extrémité inférieure, ce serpentin 4 est relié à un conduit d'admission 5 du liquide caloporteur provenant de la chaufferie. La seconde extrémité, placée en position supérieure, du serpentin 4, se raccorde, par un tronçon de tube cintré 6, à la partie haute 7a d'une enceinte 7, en forme de vase clos cylindrique, positionnée verticalement sur l'axe du serpentin 4, la partie basse 7b de cette enceinte se raccordant, du même côté, à un conduit d'évacuation 8 du liquide caloporteur. On observera ici que seule la moitié supérieure, constituant la partie haute 7a, de l'enceinte 7 est logée à l'intérieur du ballon 1 où elle est entourée par le serpentin 4 et que le conduit de remplissage 2 du ballon, pénètre à l'intérieur de celui-ci par un tronçon recourbé 2a débouchant contre la paroi de l'enceinte 7, entre celle-ci et le serpentin 4. Le serpentin 4 forme, avec le conduit d'admission 5, l'enceinte 7 et le conduit d'évacuation 8, un tronçon primaire du circuit de liquide caloporteur, placé en grande partie en relation d'échange thermique avec le volume intérieur du ballon d'accumulation 1. Le circuit de liquide caloporteur comprend en outre un tronçon secondaire constitué d'un premier conduit 9 raccordé à la partie haute 7a de l'enceinte 7, sensiblement en face du point où débouche l'extrémité supérieure du serpentin 4 et d'un second conduit 10 se raccordant à la partie basse 7b de cette enceinte, sensiblement en face du départ du conduit d'évacuation 8. Les conduits 9 et 10, qui constituent respectivement le conduit de départ et le conduit de retour du liquide caloporteur destiné à l'alimentation du réseau de radiateurs du logement, sont en outre reliés l'un à l'autre, à l'extérieur du ballon 1, par une vanne trois-voies il et une pompe de circulation 12 est montée sur le premier 9 de ces conduits en amont de la vanne troisvoies. La figure 1 montre encore que le fond du ballon d'accumulation 1 est fermé par une trappe de montage étanche 13 à travers laquelle passent, avec interposition de garnitures d'étanchéité, les conduits 2,3,5 et 9, ainsi que l'enceinte cylindrique 7 dont la moitié inférieure constituant sa partie basse 7b, munie des conduits 8 et 10, est tout entière située hors du ballon. Cette trappe de montage sert de trappe de visite, et permet de remplacer indépendamment le ballon 1 et l'ensemble d'échange thermique. Dans le circuit de liquide caloporteur de l'appareil selon l'invention, l'enceinte 7 constitue ce qu'il est convenu d'appeler une bouteille casse-vitesse,reliant en série le tronçon primaire qui assure le chauffage de l'eau sanitaire et le tronçon secondaire alimentant en liquide caloporteur les radiateurs de chauffage. Lorsqu'aucune demande en énergie calorifique n'est présente sur le tronçon secondaire, comme par exemple en été, le tronçon primaire se boucle sur lui-même à travers l'enceinte 7, entre l'extrémité supérieure du serpentin 4 et le départ du conduit d'évacuation 8, comme indiqué par les flèches en trait plein sur la figure 1. Par ailleurs, l'eau froide entrant dans le ballon d'accumulation 1 par l'extrémité recourbée 2a du conduit de remplissage 2, est projetée sur la paroi chaude de la partie haute 7a de l'enceinte et, étant de surcroît diffusée entre les boucles 4a du serpentin 4, est portée presque instantanément à haute température par échange thermique avec le liquide caloporteur. Le ballon 1 peut ainsi se remplir totalement d'eau chaude sanitaire en un bref laps de temps, avec une consommation d'énergie minimum. Dans le cas où un appel d'énergie se manifeste sur le tronçon secondaire, par exemple en hiver, pour le chauffage du logement, un thermostat d'ambiance commute la vanne il qui raccorde le conduit de départ 9 à la canalisation d'alimentation 14 du réseau de radiateurs. La pompe 12 étant en fonctionnement, le liquide caloporteur ayant parcouru le serpentin 4 suit alors le trajet symbolisé par les flèches en traits interrompus. Plus précisément, il passe de l'extrémité supérieure du serpentin 4 dans le conduit de départ 9, à travers la partie haute 7a de l'enceinte 7 puis, ayant cédé ses calories aux radiateurs, revient par le conduit de retour 10 d'où il passe, à travers la partie basse 7b de l'enceinte, dans le conduit d'évacuation 8. Dans l'enceinte 7, les flux aller de liquide chaud et retour de liquide froid se séparent naturellement par différence de densité, au niveau d'une surface imaginaire sensiblement médiane 19, dite de stratification, qui se situe à hauteur de la paroi de fond 13 du ballon 1. L'enceinte raccorde ainsi instantanément en série le tronçon secondaire du circuit de liquide caloporteur sur son tronçon primaire, tout en accordant une priorité physique à ce dernier, et joue ainsi le rôle d'une vanne trois-voies de commutation classique, sans en présenter les inconvénients. Le tronçon secondaire, lorsqu'il est en service, peut en outre éventuellement absorber les calories non épuisées dans le tronçon primaire, en vue du chauffage ambiant du logement. Dans le second mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 2, l'enceinte formant bouteille casse-vitesse présente la forme d'un gros ballon 7' en tôle inoxydable qui, avec un raccord d'admission 5' en partie haute et, un raccord d'évacuation 8' situé en partie basse, à la verticale du raccord d'admission, définit le tronçon primaire du circuit du liquide caloporteur. Comme dans le premier mode de réalisation, le tronçon secondaire comprend un conduit de départ 9' et un conduit de retour 10' du liquide caloporteur se raccordant respectivement à la partie haute 7'a et à la partie basse 7'b de l'enceinte 7'. Ici toutefois les conduits de départ et de retour 9' et lO' du tronçon secondaire du circuit de liquide caloporteur communiquent avec le volume intérieur de l'enceinte 7' au travers d'un tube 20 placé verticalement dans celle-ci, le long de sa paroi latérale 21. Plus précisément, les deux conduits 9' et 10' traversant la paroi de l'enceinte 7' par des joints d'étanchéité, se raccordent au tube 20 non loin respectivement de son extrémité supérieure ouverte 22 et de son extrémité inférieure 23 obturable par un clapet 24, à ouverture commandée par un thermostat d'ambiance 25. Le circuit d'eau sanitaire est quant à lui constitué ici par un serpentin classique 1' placé, avec son axe orienté verticalement, dans la partie haute 7'a de l'enceinte 7', et muni d'un conduit de remplissage 2' à son extrémité inférieure et d'un conduit de puisage 3' à son extrémité supérieure. Ce second mode de réalisation de l'invention fonctionne de la manière suivante. Quand un besoin en chauffage ambiant apparaît, le thermostat 25 ouvre le clapet 24 et le liquide caloporteur, après avoir traversé la partie haute 7'a de l'enceinte 7', suit le trajet symbolisé par les flèches en traits interrompus, sous l'action de la pompe de circulation 12'. Plus précisément, il pénètre, par l'extrémité supérieure ouverte 22 du tube, dans le conduit de départ 9' et, après avoir parcouru les canalisations du réseau de radiateurs, passe du conduit de retour 10' dans la partie basse 7'b de l'enceinte 7', par l'extrémité inférieure ouverte 23 du tube 20, pour s'échapper par le raccord d'évacuation 8'. En revanche, quand le besoin en chauffage ambiant devient inexistant, le clapet 24 se ferme contre l'extrémité inférieure 23 du tube 20. Dès lors, le tronçon primaire se boucle sur lui-même, à travers l'enceinte 7' entre les raccords 5' et 8' pour, en cas de besoin, assurer le chauffage de l'eau sanitaire. Le tronçon secondaire se boucle également sur lui-même par le tube 20 comme indiqué par les flèches en trait plein. Le clapet 24 joue donc le rôle de la vanne trois-voies 11 du premier mode de réalisation, en coopération avec le tube 20, qui étant quant à lui placé en relation d'échange thermique avec le liquide caloporteur, absorbe les calories disponibles dans ce dernier pour assurer une diminution lente du chauffage ambiant et même une certaine inertie de celui-ci qui peut éviter de trop fréquentes remises en service du second tronçon du circuit de liquide caloporteur. Il s'agit donc là d'un perfectionnement qui, d'une part, permet d'abaisser encore les coûts de fabrication et d'entretien de l'appareil selon l'invention et, d'autre part, améliore ses performances. Bien entendu, l'appareil conforme au premier mode de réalisation de l'invention peut être doté de ce perfectionnement sur l'enceinte 7 éventuellement élargie à cet effet, comme le montre la figure 3 sur laquelle les références 20',22',23' et 24' désignent respectivement le tube vertical de jonction des conduits de départ 9 et de retour 10, son ouverture supérieure, son ouverture inférieure et le clapet d'obturation de cette dernière. On observera encore sur les figures 1 et 2, la présence à l'intérieur du ballon d'accumulation 1 et de l'enceinte 7' d'une résistance électrique 26, respectivement 26', que l'on peut utiliser, par exemple en été pour chauffer l'eau sanitaire sans avoir à mettre en service la chaufferie. REVENDICATIONS 1. Appareil de production d'eau chaude sanitaire et d'alimentation en énergie calorifique d'un réseau d'émetteurs de chauffage ambiant, du type comprenant un premier circuit (1,2,3 ; 1',2',3') pour l'eau sanitaire, soumis à l'action de moyens de chauffage, et un second circuit muni d'une admission (5 ; 5') et d'une évacuation (8 ; 8') pour un liquide caloporteur, ce second circuit présentant un premier tronçon (4,7 ; 7') au moins partiellement placé en relation d'échange thermique avec le premier circuit pour constituer une partie au moins de ses moyens de chauffage et un second tronçon comportant un conduit de départ (9 ; 9') et un conduit de retour (10 ; 10') du liquide caloporteur pour assurer l'alimentation en énergie calorifique du réseau d'émetteurs de chauffage ambiant, caractérisé en ce que le premier tronçon du second circuit comprend une enceinte (7 ; 7') dont la partie haute (7a ; 7'a), d'un côté, communique avec l'admission (5 ; 5') du liquide caloporteur et, de l'autre, se raccorde au conduit de départ (9 ; 9') du second tronçon dont le conduit de retour (10 ; 10') débouche dans la partie basse (7b ; 7'b) de ladite enceinte, sensiblement en face de l'évacuation (8 ; 8') du liquide caloporteur. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier circuit comprend un ballon d'accumulation d'eau sanitaire (1) renfermant, dans sa partie inférieure, un serpentin (4) dont une extrémité est raccordée à l'admission de liquide caloporteur (5) et l'autre à la partie haute (7a) de ladite enceinte (7) avec laquelle ledit serpentin (4) forme le premier tronçon du second circuit. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le serpentin (4) est un serpentin à boucles de Tichelmann. 4. Appareil selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la partie haute (7a) de ladite enceinte (7), de petites dimensions, est logée dans la partie inférieure du ballon d'accumulation (1). 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le serpentin (4) entoure la partie haute (7a) de ladite enceinte (7). 6. Appareil selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le conduit de remplissage (2) du ballon d'accumulation (1) débouche à l'intérieur de celui-ci contre la paroi de la partie haute (7a) de l'enceinte (7). 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite enceinte (7'), de grandes dimensions, constitue à elle seule le premier tronçon du second circuit, le premier circuit consistant alors en un serpentin (1')positionné à l'intérieur de la partie haute (7'a) de l'enceinte. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le conduit de départ (9 ; 9') et le conduit de retour (10 ; 1O')du second tronçon du second circuit sont raccordés à un tube (20' ; 20) logé verticalement dans ladite enceinte et ouvert à ses deux extrémités (22',23' ; 22,23), une extrémité (23) du tube étant obturable sélectivement par un clapet (24' ; 24). 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens de chauffage du premier circuit comprennent également une résistance électrique (26 ; 26').