Brevet FR2685456A3 — publié le 19930625

FR 2685456 A3 19930625 FR 9214326 A 19921127 "Appareil de chauffage pour le chauffage de volumes et la préparation d'eau sanitaire" L'invention concerne des appareils de chauffage pour le chauffage de volumes et le chauffage d'eau sanitaire, avec un brûleur comme source de chaleur, un échangeur de chaleur soumis à l'action des gaz de combustion, un circuit d'eau chaude interne, qui passe par un réservoir d'eau sanitaire, en outre avec un système de canalisation assurant la circulation de l'eau chaude, système qui relie un raccord de retour pour un réseau de chauffage à un raccord d'alimentation en passant par un échangeur de chaleur et auquel est raccordé la chambre d'un réservoir d'expansion.Dans les appareils de chauffage connus de ce type (DE-OS 40 31 187) le réservoir d'eau sanitaire et le cas échéant un réservoir additionnel prévu pour augmenter le confort au robinet d'eau sanitaire sont constitués comme des réservoirs individuels, qui sont chacun pour soi fixés à un cadre de support de l'appareil de chauffage ou à d'autres parties de l'appareil et sont reliés à celui-ci par des canalisations tubulaires libres. Cette réalisation nécessite relativement beaucoup de place pour le vase d'expansion et le ou les réservoirs d'eau sanitaire et entraîne une dépense considérable de construction lors de l'assemblage des appareils de chauffage. Le dispositif selon l'invention est caractérisé par le fait que le réservoir d'eau sanitaire et le vase d'expansion sont rassemblés en une seule unité disposée sur le côté arrière de l'appareil. I1 en résulte une réalisation compacte, prenant peu de place qui permet aussi d'avoir un assemblage simple. L'unité qui consiste en un réservoir d'eau sanitaire et le vase d'expansion peut être réalisée de préférence de telle façon qu'elle remplisse le plus complètement possible le contour de l'appareil de chauffage vu depuis le côté avant. Pour cela sans augmenter nominalement le volume total de l'appareil de chauffage on peut donner au réservoir d'eau sanitaire une dimension assez grande pour assurer le confort d'une installation d'eau sanitaire avec un réservoir d'eau sanitaire placé à l'extérieur en liaison avec un brûleur d'une puissance adéquate. On peut faciliter l'assemblage de l'appareil de chauffage en utilisant l'unité formée du réservoir d'eau sanitaire et du vase d'expansion comme plaque de montage pour les autres éléments ou ensembles constitutifs tels que les circuits de gaz et d'eau, les pompes, les vannes, les brûleurs, les chambres de combustion, l'échangeur de chaleur, l'organe de sécurité du circuit, la soufflante et le bloc électronique central. Un cadre support particulier pour l'ensemble de toutes les pièces de l'appareil de chauffage est superflu, quand l'unité constitue directement le châssis porteur de l'appareil, pourvus de moyens pour le fixer sur un mur. Selon une autre forme de réalisation préféré, on rassemble des éléments constitutifs ou des ensembles se trouvant en étroite relation fonctionnelle et/ou reliés par des canalisation en groupes constitutifs préfabriqués qui sont fixés ou peuvent être fixés séparément chacun en soi à l'unité de construction pourvue de préférence aussi d'une partie de la tuyauterie. De cette façon on diminue le coût de la tuyauterie et on facilite l'emploi de méthodes de fabrication modernes lors du montage de l'appareil de chauffage. I1 est approprié de prévoir sur l'unité de construction les raccords des appareils pour le gaz, l'eau froide, l'eau sanitaire et pour le réseau de chauffage ainsi que de préférence aussi des moyens pour le centrage et le maintien d'une jaquette. Les particularités constructives décrites ci-dessus de l'appareil de chauffage peuvent être combinées selon l'invention avec des particularités de conception de 1' appareil déterminantes pour son fonctionnement, de façon à optimiser son rapport puissance/volume ou le confort de l'usager lors du soutirage de l'eau sanitaire. On obtient une réalisation particulièrement avantageuse en pourvoyant le réservoir d'eau sanitaire de surfaces d'échange de chaleur intégrées d'un échangeur de chaleur se trouvant dans le système de canalisations d'eau chaude. Dans ce cas on peut concevoir une disposition telle que l'on a un transfert de chaleur à l'eau chaude via le réservoir d'eau sanitaire au moins aussi longtemps que la température de son eau dépasse une valeur prédéfinie. De cette façon on arrive à ce que l'énergie calorifique produite par la source de chaleur soit transférée au moins partiellement sans difficultés par l'eau de chauffage à l'eau sanitaire stockée et/ou courante et à ce que les calories soient entraînées dans le système de conduite pour l'eau de chauffage. L'échangeur de chaleur dans le réservoir d'eau sanitaire peut être relié par une conduite avec la chambre à eau du vase d'expansion, qui est intégré dans l'unité formée par le réservoir d'eau sanitaire et le vase d'expansion. On obtient une disposition simple avec un degré d'efficacité particulièrement élevé quand le transport de chaleur se produit de lui-même à partir de l'échangeur de chaleur, exposé aux gaz de combustion, dans le réservoir d'eau sanitaire, sans interposition d'un agent de transport additionnel directement par l'eau sanitaire coulant dans le circuit d'eau chaude. On a représenté schématiquement deux exemples de réalisation de l'invention sur les dessins et on va ci-après les décrire plus en détail. La figure 1 représente la vue antérieure de la construction de base de l'appareil selon le premier exemple de réalisation, la jaquette étant enlevée. La figure 2 représente une vue latérale de la construction de l'appareil selon la figure 1. Les figures 3 et 4 montrent la conception de l'appareil selon le premier et second mode de réalisation. L'appareil de chauffage selon les figures 1 à 3 comprend un vase d'expansion 10, relié de façon solidaire à un réservoir d'eau sanitaire 12 et forme en commun avec celui-ci une unité de construction disposée sur le côté arrière de l'appareil. Cette unité de construction 14 sert en dehors du stockage d'eau sanitaire et de la réception de volume en expansion de l'eau de chauffage, comme plaque de montage pour d'autres éléments ou unités de construction de l'appareil de chauffage et constitue en outre son châssis porteur, de telle sorte qu'il rend superflu un cadre spécial de support. L'unité de construction 14 vue à partir du côté antérieur remplit le contour de l'appareil de chauffage autant que possible et est pourvue sur le bord de moyens 16 servant à sa fixation sur un mur.En outre sur l'unité de construction 14 il est prévu des moyens 18 pour poser une jaquette non représentée sur les dessins. Les autres éléments de construction ou ensembles de l'appareil de chauffage sont assemblés sous forme de groupes constitutifs préfabriqués 20, 22, 24, 26 qui chacun en soi sont fixés ou peuvent être fixés sur l'unité de construction porteuse 14. Les éléments constitutifs ne sont pas représentés en détail sur les figures 1 et 2, et ne sont décrits qu'en liaison avec la figure 3 et dans la mesure nécessaire à la compréhension de la conception de l'appareil. Les éléments constitutifs ou les ensembles d'un groupe constitutifs 20, 22, 24, 26 sont reliés les uns aux autres en étroite relation fonctionnelle et/ou sont reliés entre eux ou avec le réservoir d'eau sanitaire 12 et le vase d'expansion 10, par des canalisation tubulaires, qui sont intégrées pour partie dans les groupes constitutifs eux-mêmes et pour partie dans l'unité de construction 14. En outre il est prévu sur l'unité de construction 14 des raccords 28 pour le gaz, 30 pour l'eau froide, 32 pour l'eau sanitaire et 34, 36 pour un réseau de chauffage. Le groupe constitutif 20 construit entre autres un circuit de gaz et un générateur de chaleur 39 constituant en un brûleur de gaz, une chambre de combustion et un échangeur de chaleur 38 exposé à l'action des gaz de combustion, générateur de chaleur 39, qui est en série avec le réservoir d'eau sanitaire 12 dans un circuit d'eau chaude 40a, 40b parcouru par de l'eau sanitaire. La section d'alimentation 40a du circuit d'eau chaude qui débouche dans la zone supérieure du réservoir d'eau sanitaire 12, passe par un distributeur trois voies, dont la sortie est reliée par une évacuation d'eau sanitaire 44 au raccord correspondant 32 sur l'unité de construction 14.Dans la section de retour 40b du circuit d'eau chaude partant de la zone inférieure du réservoir d'eau sanitaire 12 est incorporée une pompe d'eau sanitaire 46, qui est assemblée par le distributeur trois voies 42 allant au groupe 22. La zone inférieure du réservoir d'eau sanitaire 12 est reliée par une arrivée d'eau froide au raccord correspondant 30 sur l'unité de construction 14. A l'intérieur du réservoir d'eau sanitaire 12 sont disposées les surfaces d'échanges, constituées sous forme de serpentins tubulaires, d'un échangeur de chaleur 50, qui se trouve sur le parcours d'un système 52a, 52b de conduites faisant circuler l'eau de chauffage. La section d'alimentation 52a de ce système de conduites va de l'échangeur de chaleur 50 via une pompe d'eau de chauffage 54 au raccord 34 d'appareil. La section de retour 52b revient du raccord 36 d'appareil via un distributeur trois voies 56 à l'échangeur de chaleur 50 et est reliée en outre à la chambre 58 du vase d'addition 10 menant à la section d'alimentation 52a, qui débouche à cet endroit entre l'échangeur de chaleur 50 et la pompe d'eau de chauffage 54. La pompe d'eau de chauffage 54, le distributeur trois voies 56 et la conduite d'addition 60 sont réunies dans le groupe constitutif 24. Le groupe de construction 26 contient le système électronique central de l'appareil de chauffage. Ce système commande les éléments fonctionnels de l'appareil de chauffage, à savoir le brûleur, les pompes 46, 54 et les distributeurs trois voies 42, 56 selon l'indication de détecteurs de valeurs de consigne non représentés pour la température d'alimentation de l'eau de chauffage et la température de sortie de l'eau sanitaire ainsi que de capteurs de température 62, 64, 66, 68 dans la section d'alimentation 52a, dans le réservoir d'eau sanitaire 12, dans la sortie de l'eau sanitaire 44 et sur l'échangeur de chaleur 38. L'appareil dont on a décrit la conception fonctionne comme suit Lors du soutirage d'eau sanitaire qui envoie un signal à un détecteur, habituellement un détecteur de pression différentielle, du système électronique central, on dispose tout de suite, à partir du réservoir 12 d'eau sanitaire, l'eau chaude en quantité suffisante pour dépasser le temps d'accélération de la température dans le générateur de chaleur 39. Via le distributeur trois voies 42 l'eau sanitaire qui sort est mélangée en liaison avec l'eau froide qui arrive et la pompe d'eau sanitaire 46 jusqu'à ce qu'on ait la valeur de consigne. En même temps le générateur de chaleur 39 est mis en marche et le distributeur trois voies est actionnée de telle façon qu'il s'écoule une proportion croissante du débit d'eau sanitaire courant sur le générateur de chaleur 39. Dès qu'est atteint dans celui-ci la valeur de consigne pour l'eau sanitaire, le distributeur trois voies 42 s'inverse de telle façon que le débit tout entier d'eau sanitaire en circulation est réchauffé selon le principe du chauffage en circuit traversant. La régulation du générateur de chaleur peut avoir lieu soit de façon continue, soit en fonctionnement en 2 points. L'énergie calorifique est directement transférée, c'est-à-dire sans interposition d'un agent additionnel d'échange à l'eau sanitaire dans le circuit d'eau chaude 40a, 40b, de telle sorte que l'on a un temps particulièrement court d'accélération de la température de l'eau sanitaire. En liaison avec la forme de construction déjà décrite et un dimensionnement adéquat de la puissance du brûleur on peut obtenir sans accroissement sensible du volume de l'appareil une installation avec un réservoir externe d'eau sanitaire offrant tout le confort. Après la fin du passage de l'eau sanitaire la température dans le réservoir d'eau sanitaire 12 s'élève via le circuit interne d'eau sanitaire 40a, 40b avec un degré élevé d'efficacité d'échange à la valeur de consigne contrôlée par le détecteur de température 64. On transfert indirectement l'énergie calorifique dans le réseau de chauffage via le réservoir d'eau sanitaire 12 et l'échangeur de chaleur 50 disposé dedans. Dans le cas d'un besoin de chaleur détecté via le capteur de température 62 dans l'alimentation du chauffage le distributeur trois voies, est actionnée de telle façon qu'elle prélève une fraction, correspondant à l'écart de la température d'alimentation par rapport à la valeur de consigne, de la quantité d'eau de chauffage en retour dans la conduite d'addition 60 et l'échangeur de chaleur 50.Ce faisant l'énergie calorifique est d'abord utilisée dans le réservoir d'eau sanitaire 12 et le brûleur n'est ensuite mis en marche que quand le point inférieur de commutation du capteur de température 64 est atteint. L'échangeur de chaleur 50 dans le réservoir 12 d'eau sanitaire est dimensionné de telle façon qu'il a seulement la possibilité de transférer une partie de l'énergie du brûleur à l'eau de chauffage grâce à l'incorporation du réservoir d'eau sanitaire 12 dans le système de conduites interne de l'appareil 52a, 52b on peut arriver à ce que dans le cas d'un dimensionnement et d'une conception adéquate des éléments constitutifs et de commande, on ait une régulation continue du brûleur dans presque toutes les situations de besoin de chaleur.Grâce à la conception du système décrit selon l'invention il est, en outre, possible d'avoir des températures d'alimentation dans la zone de 20 à 80 degrés Celsius sans problème de corrosion. Pour l'exemple de réalisation décrit les données suivantes servent de base Energie pour l'eau sanitaire 28 kW Puissance de chauffage 11 kW Température maximale de l'eau sanitaire 90 degrés Celsius Température maximale d'alimentation 80 degrés Celsius Contenu du réservoir d'eau sanitaire 15 1 Volume d'azote du vase d'expansion 8 1 La construction de l'exemple de réalisation selon la figure 4 coïncide fondamentalement avec celle du premier exemple de réalisation décrit. A la différence de celui-ci le deuxième exemple de réalisation a toutefois un générateur de chaleur 70, avec deux échangeurs de chaleur 72, 74 dont l'un au moins est pourvu de surfaces d'échange de chaleur directement exposées aux gaz de combustion et l'autre reçoit au moins indirectement, par l'intermédiaire du contenu en eau de l'un des échangeurs de chaleur, l'énergie calorifique des gaz de combustion. L'échangeur de chaleur 72 se trouve dans un circuit interne d'eau chaude 76a, 76b qui passe à travers un réservoir d'eau sanitaire 80 combiné avec un vase d'expansion 78 et contient un distributeur à trois voies 82, à laquelle il est raccordé une sortie d'eau sanitaire 84.La régulation de la température dans la sortie d'eau sanitaire 84 a lieu comme dans le premier exemple de réalisation, à la description duquel on se réfère. Le deuxième échangeur de chaleur 74 dans le générateur de chaleur se trouve dans un système de conduites 86a, 86b pour l'eau de chauffage, dont la section d'alimentation 86a va, via une vanne d'inversion 88, à un raccord d'appareil 90 pour la conduite d'alimentation du réseau de chauffage. La section de retour 86b du système de conduites va d'un raccord d'appareil 92 pour la conduite de retour du réseau de chauffage, via une pompe d'eau de chauffage 94, à l'échangeur de chaleur 74 et est, en outre, reliée à la chambre à eau 96 du vase d'expansion 78. A partir du troisième raccord de la vanne d'inversion 88 une conduite d'addition 98 mène à travers le réservoir d'eau sanitaire 80 à la section de retour 86b. Dans le réservoir d'eau sanitaire 80 la conduite d'addition 98 est formée comme une hélice tubulaire constituant un échangeur de chaleur 100. Dans le cas de la disposition selon la figure 4 on a un échange indirect de la chaleur de chauffage via le réservoir d'eau sanitaire 80, seulement aussi longtemps que sa température se trouve au dessus de la valeur de consigne établie de par exemple 90 degrés Celsius. Le générateur de chaleur en-dessous de cela est branché et il couvre alors aussi bien le besoin de chaleur de chauffage qu'il augmente aussi la température de l'eau sanitaire dans le réservoir d'eau sanitaire 80 de nouveau jusqu'à la valeur de consigne. Dans le cas du dispositif selon la figure 4 on peut se passer de pompe dans le circuit d'eau chaude 76a, 76b. Le besoin de chaleur du réservoir d'eau sanitaire 80 peut avantageusement être couvert quand l'eau est à l'arrêt dans le circuit d'eau chaude 76a, 76b rien que par les échangeurs de chaleur 74 et 100 dans le système de conduites pour l'eau de chauffage. REVENDICATIONS 1) Appareil de chauffage pour le chauffage de volumes et le chauffage d'eau sanitaire, avec un brûleur comme source de chaleur, un échangeur de chaleur soumis à l'action des gaz de combustion, un circuit d'eau chaude interne, qui passe par un réservoir d'eau sanitaire, en outre avec un système de canalisation assurant la circulation de l'eau chaude, système qui relie un raccord de retour pour un réseau de chauffage à un raccord d'alimentation en passant par un échangeur de chaleur et auquel est raccordé la chambre d'un réservoir d'expansion, caractérisé en ce que le réservoir d'eau sanitaire (12, 80) et le vase d'expansion (10, 78) sont rassemblés en une unité (14) disposée sur le côté arrière de l'appareil. 2) Appareil de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité (14) formée du réservoir d'eau sanitaire (12, 80) et du vase d'expansion (10, 78) sert de plaque de montage pour les autres éléments ou ensembles constitutifs tels que les circuits de gaz et d'eau, les pompes, les vannes, les brûleurs, les chambres de combustion, l'échangeur de chaleur, l'organe de sécurité du circuit, la soufflante et le bloc électronique central. 3) Appareil de chauffage selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité (14) constitue directement le châssis porteur de l'appareil, pourvus de moyens (16) pour le fixer sur un mur. 4) Appareil de chauffage selon l'une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisé en ce que l'on rassemble des éléments constitutifs ou des ensembles se trouvant en étroite relation fonctionnelle et/ou reliés par des canalisation en groupes constitutifs préfabriqués (20, 22, 24, 26) qui sont fixés ou peuvent être fixés séparément chacun en soi à l'unité de construction (14) pourvue de préférence aussi d'une partie de la tuyauterie. 5) Appareil de chauffage selon les revendications précédentes prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que sont prévus sur l'unité de construction (14) les raccords des appareils pour le gaz (28), l'eau froide (30), l'eau sanitaire (32) et pour le réseau de chauffage (34, 36) ainsi que de préférence aussi des moyens (18) pour le centrage et le maintien d'une jaquette. 6) Appareil de chauffage selon les revendications précédentes prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que le réservoir d'eau sanitaire (12, 80) est pourvu de surfaces d'échange de chaleur (50, 100) intégrées d'un échangeur de chaleur se trouvant dans le système (52a, 52b, 86a, 86b) de canalisations d'eau chaude. 7) Appareil de chauffage selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on a un transfert de chaleur à l'eau chaude via le réservoir dleau sanitaire (12, 80) au moins aussi longtemps que la température de son eau dépasse une valeur prédéfinie. 8) Appareil de chauffage selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le transport de chaleur se produit de lui-meme à partir de l'échangeur de chaleur (38, 72), exposé aux gaz de combustion, dans le réservoir d'eau sanitaire (12, 80), sans interposition d'un agent de transport additionnel directement par l'eau sanitaire coulant dans le circuit d'eau chaude (40a, 40b, 76a, 76b).