Brevet FR2714719A1 — publié le 19950707

Dispositif pour le chauffage simultané, à l'aide d'une rêre source de chaleur, de l'eau d'un circuit ferré de chauffage et de l'eau d'un circuit d'eau chaude sanitaire. La présente invention concerne un dispositif pour le chauffage simultané de l'eau d'un circuit fermé de chauffage et de l'eau d'un circuit d'eau chaude sanitaire, à l'aide d'un même moyen de combustion d'un combustible fossile. Pour réduire les coûts de chauffage et d'alimentation en eau chaude sanitaire, il est bien connu de n'utiliser qu une seule source de chaleur (foyer ou chambre de combustion), qui assure le chauffage direct de l'eau du circuit fermé de chauffage, cette eau servant ensuite à réchauffer indirectement l'eau du circuit d'eau chaude sanitaire. Dans les constructions les plus récentes, toutefois, dans lesquelles une isolation appropriée permet de réduire les besoins de chauffage, tandis que les besoins d'eau chaude soit demeurent inchangés, soit sont accrus du fait d'un plus grand nombre de salles d'eau ou de l'utilisation de baignoires de plus grande capacité, le système de chauffage usuel se révèle moins satisfaisant. En effet - si l'on continue à utiliser une source de chaleur (brûleur) de grande puissance, le brdleur sera surpuissant en fonctionnement du chauffage et aura donc des durées de fonctionnement très courtes, ce qui entrainera un mauvais rendement - si, en revanche, on réduit la puissance du brûleur pour l'adapter au chauffage, il faudra prévoir un volume de stockage d'eau chaude très important, pour satisfaire les besoins en eau chaude sanitaire, et ce volume sera donc très long à réchauffer. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients, en proposant un système dans lequel les séquences de chauffage de l'eau du circuit fermé de chauffage et de l'eau du circuit d'eau chaude sanitaire des dispositifs usuels sont inversées. L'invention a par conséquent pour objet un dispositif pour le chauffage simultané, à l'aide d'un même moyen de combustion d'un combustible fossile, de l'eau d'un premier circuit fermé de chauffage et de l'eau d'un second circuit d'eau chaude sanitaire, ce second circuit comprenant une enceinte de stockage d'eau chaude, équipée d'une ligne d'alimentation en eau froide et d'une ligne d'évacuation d'eau chaude, ce dispositif étant caractérisé en ce que des tubes dans lesquels circulent les gaz de combustion du combustible sont logés au moins partiellement dans l'enceinte de stockage de manière à chauffer directement l'eau de cette enceinte, tandis qu'une partie du circuit de chauffage est disposée de façon telle, par rapport à cette enceinte de stockage, qu'elle est chauffée indirectement par échange thermique avec l'eau de cette enceinte. Dans le dispositif conforme à l'invention, c'est donc l'eau de l'enceinte de stockage du circuit d'eau chaude sanitaire qui est chauffée directement par les gaz de combustion provenant d'un brûleur, tandis que l'eau du circuit de chauffage est chauffée indirectement par échange thermique avec cette eau chaude sanitaire. Du fait même de la conception de ce dispositif, l'ensemble constitué par la source de chaleur, et l'enceinte de stockage de l'eau chaude sanitaire, est donc suffisant pour assurer la fourniture d'eau chaude sanitaire. Lorsque le dispositif fonctionne pour assurer simultanément le chauffage du circuit de chauffage, ce dernier emprunte les calories qui lui sont nécessaires à l'enceinte de stockage de l'eau sanitaire. Lorsque la température de l'eau de cette enceinte se sera abaissée jusqu'à une première valeur de consigne, la source de chaleur se remettra à fonctionner, même s'il n'y a aucune demande d'eau chaude sanitaire, pendant une durée suffisante pour réchauffer le volume d'eau sanitaire stockée, jusqu'à une seconde valeur de consigne. Bien entendu, l'eau du circuit d'eau chaude sanitaire ne pourra être chauffée que jusqu'à une température nécessairement inférieure à celle de l'eau chaude sanitaire, par exemple jusqu'à 550C, si l'eau chaude sanitaire est réchauffée jusqu'à 600C. Mais, un tel niveau de température (55 0C) est tout-à-fait acceptable, si les systèmes de chauffage alimentés par le circuit de chauffage sont, par exemple, des sols chauffants, dont la température ne dépasse jamais 450C, des radiateurs dits à chaleur douce, dimensionnés pour être alimentés en eau à une température comprise entre 50 et 600 C, ou des ventiloconvecteurs. De préférence, l'alimentation en eau froide de l'enceinte de stockage d'eau sanitaire s'effectuera à la partie inférieure de cette enceinte, tandis que l'évacuation de l'eau chaude s'effectuera à sa partie supérieure. De préférence, également, pour que l'échange thermique entre la source de chaleur et l'eau de l'enceinte de stockage s'effectue avec la meilleure efficacité, il sera préférable de disposer les tubes dans lesquels circulent les gaz de combustion à la partie basse de l'enceinte thermique, où l'eau froide sanitaire est admise. Pour la même raison, il sera avantageux de disposer la partie du circuit de chauffage au niveau de laquelle s'effectue l'échange thermique avec l'eau de l'enceinte à la partie haute de celle-ci, c'est-à-dire la partie la plus chaude, où l'eau chaude sanitaire est prélevée. L'échange thermique avec le circuit de chauffage pourra être effectué de façon simple en noyant une partie de ce circuit dans l'eau chaude sanitaire de l'enceinte de stockage. La partie noyée pourra avantageusement avoir la forme d'un serpentin, de préférence coaxial à l'enceinte. De façon analogue, les tubes dans lesquels circulent les gaz de combustion seront avantageusement enroulés en forme de serpentin, de préférence coaxial à l'enceinte. Avantageusement, une virole cylindrique disposée verticalement dans l'enceinte de stockage sera entourée au moins partiellement par les tubes dans lesquels circulent les gaz de combustion du brûleur et entourera une partie des tubes du circuit de chauffage, ou inversement, de manière à provoquer un effet de cheminée et à provoquer à l'extérieur de la virole (respectivement à l'intérieur) un mouvement ascendant à l'eau réchauffée, tandis que l'eau refroidie à la partie supérieure de l'enceinte, par échange thermique avec le circuit de chauffage, redescendra à l'intérieur de la virole (respectivement à l'extérieur). On disposera ainsi toujours de l'eau la plus chaude à la partie supérieure de l'enceinte de stockage, où elle est prélevée comme eau chaude sanitaire et où elle sert simultanément à réchauffer le circuit de chauffage. Au lieu de noyer une partie de ce circuit de chauffage dans l'eau de l'enceinte, on pourra alternativement prévoir une enveloppe à l'extérieur de l'enceinte de stockage, sur une partie de la hauteur de celle-ci, de préférence à sa partie supérieure, de manière à former avec elle un volume fermé, faisant partie intégrale du circuit de chauffage, l'échange thermique avec l'eau chaude de l'enceinte de stockage s'effectuant alors à travers la paroi extérieure de cette enceinte. Dans cette forme de réalisation, également, il sera préférable de prévoir, à l'intérieur de l'enceinte, une virole cylindrique formant cheminée qui entourera les tubes dans lesquels circulent les gaz de combustion ou sera entourée par ceux-ci. Pour des dispositifs de petite puissance thermique, il n'est cependant pas nécessaire d'utiliser une virole formant chicane, la diminution d'efficacité des enroulements en serpentin des tubes dans lesquels circulent les gaz de combustion du brûleur et des tubes de circuit de chauffage pouvant être compensée par un léger accroissement de leurs dimensions. Les dessins annexés, qui n'ont pas de caractère limitatif, illustrent différentes formes de réalisation, évoquées ci-dessus, du dispositif conforme à l'invention. Sur ces dessins : Les figures 1, 2 et 3 sont des vues schématiques, en élévation, de trois formes de mise en oeuvre de l'invention. On se réfèrera d'abord à la figure 1. Sur cette figure, l'enceinte de stockage d'eau chaude sanitaire est désignée par la référence 1 et est alimentée à sa base par une ligne 2 d'alimentation en eau froide, tandis que l'eau chaude est évacuée par la ligne 3 à sa partie supérieure. L'enceinte 1 a la forme générale d'un cylindre dont l'axe est disposé verticalement, mais, comme d'ailleurs dans les formes de réalisation qui seront décrites ci-après en référence aux figures 2 et 3, elle pourrait aussi bien avoir la forme d'un cylindre à axe horizontal. Le chauffage de l'eau sanitaire s'effectue à l'aide d'un brûleur 4, disposé à l'extérieur de l'enceinte, ici au-dessous de celle-ci, qui alimente en gaz de combustion un foyer vertical 5, disposé à l'intérieur de l'enceinte 1. A la partie supérieure du foyer 5 est connecté un tube 6, qui est enroulé en serpentin autour du foyer 5, coaxialement à l'enceinte 1, et qui est relié à l'extérieur de cette enceinte (ici au-dessous de celle-ci) à un système 7 d'évacuation des gaz. Pour que le rendement de la combustion des gaz soit optimum, la circulation des gaz, dans le tube 6 enroulé en serpentin, qui correspond à la partie terminale de leur trajet, s'effectuera de préférence de haut en bas, c'est-à-dire à contre-courant de la circulation naturelle de l'eau sanitaire dans l'enceinte. Comme on le verra ci-après en référence à la figure 2, la totalité du trajet des gaz peut naturellement s'effectuer de haut en bas, à l'intérieur de l'enceinte de stockage de l'eau chaude sanitaire, depuis le brûleur jusqu'au système d'évacuation. Une virole 8, disposée verticalement à l'intérieur de l'enceinte 1, entoure le foyer 5 et le tube 6 et s'étend depuis la base de l'enceinte 1 jusqu'à sa partie supérieure, où elle est entourée par une partie 9, enroulée en serpentin, du circuit fermé de chauffage. Cette virole 8 a pour effet de produire un effet de cheminée vis-à-vis de l'eau chaude sanitaire, à l'intérieur de l'enceinte 1, l'eau chauffée par les tubes 5 et 6 s'élevant par thermosiphon à l'intérieur de la virole jusqu'à la partie supérieure, où elle se refroidit par échange thermique avec l'eau du circuit de chauffage circulant dans le tube 9, avant de redescendre à l'extérieur de la virole 8 vers la base de l'enceinte 1. De préférence, conformément aux principes du thermosiphon, la hauteur moyenne, suivant son axe, du serpentin 9 devra être plus importante que celle du serpentin 6. Dans la forme de réalisation de la figure 2, où les organes déjà décrits sont désignés par les mêmes chiffres de référence, affectés de l'indice ', le brdleur 4' est disposé latéralement, par rapport à l'enceinte 1', et alimente directement le tube 6' enroulé en serpentin. Les gaz de combustion s'écoulent ainsi de haut en bas, à contre-courant du mouvement naturel de l'eau chaude dans l'enceinte 1, depuis le brûleur 5' jusqu'au système d'évacuation 7', suivant toute la longueur du tube 6'. Dans cette variante, le tube 6' est enroulé en serpentin autour de la virole 8', tandis que la partie 9', de diamètre plus petit, du circuit fermé de chauffage, est logée à l'intérieur de celle-ci à sa partie supérieure. Le fonctionnement de cette forme de réalisation est en tout point analogue à celui de la figure 1, excepté que, par effet de thermosiphon, l'eau chaude s'élève dans l'enceinte 1 à l'extérieur de la virole 8', pour se refroidir par échange thermique au contact du serpentin 9', puis redescendre à l'intérieur de la virole 8', vers la base de l'enceinte 1'. Sur la figure 3, qui représente une autre forme de mise en oeuvre de l'invention, les organes déjà décrits en relation avec la figure 1 sont désignés par les mêmes chiffres de référence affectés de l'indice ". On y retrouve un brûleur 4'' alimentant un foyer 5", disposé verticalement à l'intérieur de l'enceinte 1" et connecté à sa partie supérieure à un serpentin 6", enroulé autour du foyer 5", jusqu'à un système 7" d'évacuation des gaz de combustion. Le serpentin 6" est logé dans la partie inférieure d'une virole 8" formant cheminée, mais le circuit fermé de chauffage ne comporte plus de partie enroulée en forme de serpentin à la partie supérieure de l'enceinte 1". Dans le cas présent, une enveloppe 10", concentrique à l'enceinte 1" est soudée à l'extérieur de celle-ci pour former un volume fermé 11". Ce volume fait partie intégrante du circuit fermé de chauffage, dont on distingue le tube 13" d'arrivée d'eau et le tube 12'' de départ de l'eau réchauffée par échange thermique avec l'eau chaude de l'enceinte 1", à travers les parois latérales de cette enceinte 1". L'invention apporte donc un moyen simple et facile à mettre en oeuvre pour remédier aux inconvénients des systèmes antérieurs assurant le chauffage simultané de l'eau d'un circuit d'eau chaude sanitaire et de l'eau d'un circuit fermé de chauffage. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le chauffage simultané, à l'aide d'un même moyen (4, 4', 4") de combustion d'un combustible fossile, de l'eau d'un premier circuit fermé de chauffage et de l'eau d'un second circuit d'eau chaude sanitaire, ce second circuit comprenant une enceinte (1, 1', 1") de stockage d'eau chaude, équipée d'une ligne (2, 2', 2") d'alimentation en eau froide et d'une ligne (3, 3', 3") d'évacuation d'eau chaude, ce dispositif étant caractérisé en ce que des tubes (6, 6', 6") dans lesquels circulent les gaz de combustion du combustible sont logés au moins partiellement dans l'enceinte de stockage de manière à chauffer directement l'eau de cette enceinte, tandis qu'une partie (9, 9', 10") du circuit de chauffage est disposée de façon telle, par rapport à cette enceinte de stockage, qu'elle est chauffée indirectement par échange thermique avec l'eau de cette enceinte. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne (2, 2', 2") d'alimentation en eau froide est connectée à la base de l'enceinte (1, 1', 1"), tandis que la ligne (3, 3', 3'') d'évacuation de l'eau chaude est connectée à la partie supérieure de cette enceinte. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les gaz de combustion, au moins dans la partie terminale de leur trajet à l'intérieur des tubes (6, 6', 6") s 'écoulent de haut en bas dans ces tubes. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tubes (6, 6') dans lesquels circulent les gaz de combustion à l'intérieur de l'enceinte (1, 1') sont disposés à la partie inférieure de l'enceinte, tandis qu'à la partie supérieure de celle-ci, une partie tubulaire (9, 9') du circuit fermé de chauffage est disposée à l'intérieur de l'enceinte au contact de l'eau chaude sanitaire. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'aussi bien les tubes (6, 6') dans lesquels circulent les gaz de combustion que la partie tubulaire (9, 9') du circuit fermé de chauffage sont enroulés en serpentin. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une virole cylindrique (8, 8') formant cheminée est disposée verticalement dans l'enceinte (1, 1'), de manière à entourer au moins partiellement les tubes (6, 6') dans lesquels circulent les gaz de combustion et à être entourée par la partie tubulaire (9, 9') du circuit fermé de chauffage, ou vice-versa. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tubes (6") dans lesquels circulent les gaz de combustion à l'intérieur de l'enceinte (1"), sont disposés à la partie inférieure de celle-ci, tandis qu'une enveloppe (10") disposée à la partie supérieure de celle-ci et fixée à l'extérieur de cette enceinte définit avec elle un volume fermé (11") faisant partie intégrale du circuit fermé de chauffage. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les tubes (6") dans lesquels circulent les gaz de combustion à l'intérieur de l'enceinte (1") sont enroulés en serpentin et éventuellement disposés à l'intérieur ou à l'extérieur d'une virole (8") formant cheminée, disposée verticalement à l'intérieur de l'enceinte (1"). 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'un foyer (5, 5") ou une chambre de combustion, alimenté par le moyen de combustion, s'étend à l'intérieur de l'enceinte (1, 1") et est relié aux tubes (5, 5") dans lesquels s'écoulent les gaz de combustion.