Brevet FR2727504A1 — publié le 19960531

Installation de production d'eau chaude. La présente invention concerne une installation de production d'eau chaude d'un nouveau type. Les installations de production d'eau chaude connues à ce jour sont diverses et variées. Elles visent toutes le même but, à savoir, créer un potentiel de chaleur pour produire de l'eau chaude utilisable comme énergie thermique (chauffage central et/ou eau chaude sanitaire) à un moindre coût. Une installation répondant partiellement à ce problème est décrite dans le brevet FR-B-1.058.624. Dans ce brevet, il est intercalé, entre la chaudière et le système de distribution aux surfaces de chauffe, un réservoir accumulateur pour régler la température des eaux de retour à la chaudière, ce réservoir accumulateur communiquant d'une part avec les conduits de départ et de retour de la chaudière, d'autre part, avec le départ et le retour de la distribution de chauffage. Une telle installation présente de nombreux avantages. En particulier, elle permet de court-circuiter l'eau chaude provenant de la chaudière pour réchauffer l'eau y retournant, d'utiliser comme fluide primaire de l'eau surchauffée, et d'assurer par un fonctionnement rationnel un grand confort aux utilisateurs. Cette installation devient particulièrement performante lorsque le fluide primaire formé d'une eau surchauffée est obtenu à moindre coût. Le but de l'invention est donc d'améliorer les installations de chauffage existantes équipées d'un réservoir accumulateur en associant audit réservoir accumulateur une chaudière capable de produire à moindre coût et avec une faible dépense énergétique de l'eau surchauffée. L'invention concerne à cet effet une installation de production d'eau chaude du type comprenant une chaudière alimentant en eau chaude une distribution notamment à des surfaces de chauffe, un réservoir accumulateur intercalé entre la chaudière et la distribution aux surfaces s de chauffe pour régler la température des eaux de retour à la chaudière, ce réservoir accumulateur communiquant d'une part avec les conduits de départ et de retour de la chaudière, d'autre part avec le départ et le retour de la distribution de chauffage, caractérisée en ce que la chaudière est constituée d'un caisson, de préférence sous vide, à l'intérieur duquel sont disposés une série de tubes remplis d'un fluide, de préférence frigorigène, et plongeant par une extrémité fermée dans un -collecteur rempli d'eau délimitant une cavité fermée équipée, en partie haute, dudit conduit de départ débouchant à la partie supérieure du réservoir accumulateur, et en partie basse, dudit conduit de retour du réservoir accumulateur, lesdits tubes étant chauffés au moyen de concentrateurs de l'énergie calorifique émise par une source de chaleur rayonnante, telle qu'un panneau à résistance chauffante, ce chauffage assurant l'évaporation du fluide de remplissage desdits tubes qui se condense au contact des parois internes des tubes disposées à l'intérieur du collecteur pour chauffer l'eau circulant à l'intérieur dudit collecteur. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, les tubes comportent, à leur extrémité disposée à l'intérieur du collecteur, un renflement pour augmenter leur surface de contact avec l'eau circulant dans ledit collecteur. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente une vue schématique simplifiée de l'ensemble de l'installation la figure 2 représente une vue de face de l'installation sans le système de distribution la figure 3 représente une vue en coupe transversale de ladite installation la figure 4 représente une vue de dessus d'une partie de la chaudière de l'installation ; la figure 5 représente une vue en coupe de l'extrémité d'un tube disposé à l'intérieur du collecteur et la figure 6 représente une vue en coupe du dispositif de prise d'eau de retour. L'installation conforme à l'invention, représentée à la figure 1, comporte une chaudière 1, un réservoir accumulateur 2 et un système de distribution 8, 9. Le réservoir accumulateur d'eau chaude 2 est, par exemple, constitué par un réservoir cylindrique horizontal équipé en partie haute d'une soupape de sécurité 10 pour la purge et la protection dudit réservoir 2. De la partie supérieure dudit réservoir accumulateur 2 part la canalisation de distribution 12A, sur laquelle sont intercalés un mitigeur thermostatique 3, une pompe de circulation 5 et un éjecteur 6. La distribution d'eau chaude sanitaire ou les surfaces de chauffe, (non représentées), sont branchées entre cette distribution et une canalisation de retour 12B raccordée à la partie inférieure du réservoir accumulateur 2 du même côté que la canalisation de distribution 12A.A titre d'exemple, le circuit représenté en 8 constitue le circuit cuisine véhiculant une eau à une température de l'ordre de 60"C, le circuit 9 représentant le circuit d'eau mitigée dont l'eau est à une température de l'ordre de 40-45-C. De manière en soi connue, une tuyauterie 7 amène au mélangeur 3 une proportion variable d'eau froide pour obtenir la température de départ désirée dans le circuit de distribution. Du côté opposé aux canalisations de distribution 12A et 12B, le réservoir accumulateur 2 est raccordé à la chaudière 1 par deux canalisations 13A et 13B. La chaudière 1 est, quant à elle, constituée d'un caisson 16 de préférence mis sous vide à l'intérieur duquel sont disposés une série de tubes 14 qui sont, comme le montre la figure 4, disposés parallèles et plongent, à l'une de leurs extrémités, dans un collecteur 18 rempli d'eau (figure 5). Ce collecteur 18 délimite une cavité fermée équipée, en partie haute, dudit conduit de départ 13A débouchant à la partie supérieure du réservoir accumulateur 2, et en partie basse, d'un conduit de retour 13B du réservoir accumulateur 2 provenant de la partie inférieure dudit réservoir accumulateur 2. Les tubes 14 sont généralement réalisés en un matériau conducteur de la chaleur, tel que du cuivre. Ces tubes peuvent être maintenus perpendiculaires au sol au moyen d'un rail (non représenté) fixé au sol. Le collecteur 18 est quant à lui délimité par une paroi en tôle ou en acier. La capacité de ce collecteur 18 est de quelques litres, généralement inférieure à cinq litres, ce qui facilite le maintien de l'eau à une température élevée parfois supérieure à 100"C. C'est l'un des intérêts de cette chaudière qui permet d'obtenir avec une faible dépense d'énergie le maintien d'une température d'eau particulièrement élevée. Les tubes 14 sont équipés de concentrateurs d'énergie calorifique 17 qui sont généralement constitués par une plaque continue ou discontinue appliquée à contact sur les tubes 14. Cette plaque est également réalisée en un matériau conducteur de la chaleur, par exemple, en cuivre. L'énergie calorifique est quant à elle produite par une source de chaleur rayonnante 15, telle qu'un panneau à résistance chauffante. Ce panneau électrique peut être de faible puissance. Il émet un rayonnement omnidirectionnel de petite longueur d'onde de manière à permettre le chauffage simultané de l'ensemble des concentrateurs 17. La faible puissance de ce panneau rayonnant 15 est liée au fait que la réserve en eau du collecteur 18 est très petite. En conséquence, le volume d'eau à chauffer est particulièrement faible. En outre, grâce à la combinaison des tubes 14 et des concentrateurs d'énergie 17, les pertes de chaleur sont très faibles. Un tel système est donc lent, lors de sa mise en marche, pour obtenir la température souhaitée à l'intérieur du collecteur 18, par contre, une fois la mise- en régime réalisée, le maintien à la température de 1 'eau contenue dans le collecteur 18 nécessite une dépense en énergie négligeable. On obtient ainsi pour une telle chaudière des rendements sept à huit fois supérieurs aux rendements d'une chaudière gaz ou électrique classique. En outre, les frais d'installation et en particulier de branchement d'une telle installation sont minorés du fait que, par exemple, le compteur électrique n'a pas besoin de disposer d'un ampèrage important. Le principe de fonctionnement d'une telle installation est le suivant. Les tubes 14 sont disposés parallèles et affectent la forme d'un étrier, le panneau rayonnant 15 étant disposé entre les branches de 1 'étrier, parallèlement à ces s dernières, les tubes 14 sont alors chauffés au moyen des concentrateurs 17 de l'énergie calorifique émise par le panneau rayonnant 15. Ces con concentrateurs 17 chauffent les tubes par contact avec les parois externes de cesdits tubes.Sous l'action de ce chauffage, le fluide de remplissage desdits tubes s'évapore en absorbant les calories du milieu extérieur puis se condense au contact des parois internes des tubes disposées à l'intérieur du collecteur 18, ces s parois internes des tubes ayant été refroidies par l'eau circulant à l'intérieur du collecteur 18. Le changement de phase du fluide (liquide/gaz) se traduit par la restitution par ledit fluide des calories absorbées lors du premier changement de phase Ces calories permettent le chauffage de l'eau circulant à l'intérieur dudit collecteur 18.Ce fluide de remplissage des tubes 14 est de préférence un fluide frigorigène et peut être en particulier un composé chlorofluoroearbone. Ces composés sont connus pour leur aptitude d'absorption des calories du milieu extérieur, lorsqu'ils passent de la phase liquide à la phase vapeur et leur excellente aptitude à la restitution desdites calories lors d'un nouveau changement de phase qui correspond au passage d'une phase gazeuse à la phase liquide. L'eau ainsi chauffée dans le collecteur 18 peut atteindre des températures supérieures à 100 e C. De ce fait, grâce à la différence de températures entre le réservoir accumulateur 2 et le collecteur 18 de la chaudière 1, la circulation de l'eau du collecteur 18 vers le réservoir accumulateur 2 s'effectue par thermosiphon, ce qui constitue une nouvelle économie.Par contre, on utilisera une pompe 4 sur le conduit de retour 13B du réservoir accumulateur 2 vers le collecteur 18. Pour supprimer toute perte d'énergie, il est également recommandé d' enfermer le réservoir accumulateur 2 et la chaudière 1 à l'intérieur d'une jaquette calorifuge 11. Dans un même souci d'économie, mais également de limitation de l'usure de la chaudière et de régulation de la température à l'intérieur du réservoir accumulateur 2, on dispose un tube plongeur 20 dans le réservoir accumulateur 2. Ce tube plongeur 20 est monté coulissant dans le conduit de retour 13B du réservoir accumulateur 2 vers le collecteur 18 de la chaudière 1, ce tube 20 étant déplaçable axialement par l'intermédiaire d'une commande manuelle ou mécanisée 21 de manière à permettre le réglage de la température de 1 'eau retournant à la chaudière. En effet, en raison de la disposition des conduits de départ 13A et de retour 13B qui débouchent au niveau du réservoir accumulateur 2, l'eau, contenue à l'intérieur de ce réservoir accumulateur 2, se présente sous forme de nappes horizontales à température croissante du bas vers le haut dudit réservoir 2.L'intérêt d'un tel tube plongeur 20 est donc de pouvoir ramener à la chaudière, en particulier à l'entrée du collecteur 18 de la chaudière 1, de l'eau dont la température est parfaitement régulée. Pour choisir la température, il suffit donc d'introduire, à une hauteur variable, le tube plongeur 20 à l'intérieur du réservoir accumulateur 2. Plus ce tube plongeur pénétrera à l'intérieur du réservoir, plus la température en entrée du collecteur 18 de la chaudière 1 sera élevée. Ce réglage est généralement effectué par déplacement du tube plongeur 20 commandé, par exemple manuellement, au moyen d'un mécanisme à vis et à volant. Bien évidemment, cette commande peut être également asservie à un paramètre déterminé de l'installation.Le tube plongeur 20 est guidé en déplacement à l'intérieur du conduit de retour du réservoir accumulateur 2 vers le collecteur 18 au moyen d'ailettes 22 disposées à intervalles réguliers sur les parois internes dudit conduit 13B. Le contrôle et la mise en service du panneau rayonnant 15 sont assurés par deux aquastats, l'un placé sur le conduit de retour 13B du réservoir accumulateur d'eau 2 qui assure la mise en service dudit panneau 15, l'autre placé sur le conduit de départ de l'eau surchauffée à partir du collecteur 18 et qui permet un stockage de l'eau à une température déterminée. Bien évidemment un thermostat de sécurité complète l'ensemble. L'intérêt d'une telle installation est qu'elle est entièrement modulaire. En effet, selon les locaux à chauffer ou les besoins en énergie, il suffira d'augmenter ou de diminuer le nombre de tubes pour obtenir l'énergie thermique nécessaire à l'ensemble de l'installation. Cette augmentation du nombre de tube pourra s'accompagner d'une multiplication des panneaux rayonnants 15 ou d'une augmentation de leur puissance. Grâce à une telle installation, on maintient à une température élevée, sans consommation importante d'énergie, le fluide primaire tout en contrôlant parfaitement la température de ce fluide à son entrée dans la chaudière. La combinaison de ces deux éléments permet d'obtenir une installation aux rendements exceptionnels. REVENDICATIONS 1. Installation de production d'eau chaude du type comprenant une chaudière (1) alimentant en eau chaude une distribution notamment à des surfaces de chauffe, un réservoir accumulateur (2) intercalé entre la chaudière (1) et la distribution pour régler la température des eaux de retour à la chaudière, ce réservoir accumulateur (2) communiquant d'une part avec les conduits de départ (13A) et de retour (13B) de la chaudière (1), d'autre part avec le départ (12A) et le retour (12B) de la distribution de chauffage, caractérisée en ce que la chaudière (1) est constituée d'un caisson (16), de préférence sous vide, à l'intérieur duquel sont disposés une série de tubes (14) remplis d'un fluide et plongeant par une extrémité fermée dans un collecteur (18) rempli d'eau délimitant une cavité fermée équipée en partie haute dudit conduit de départ (13A) débouchant à la partie supérieure du réservoir accumulateur (21) et en partie basse dudit conduit de retour (13B) du réservoir accumulateur (2), lesdits tubes (14) étant chauffés au moyen de concentrateurs (17) de 1énergie calorifique émise par une source de chaleur rayonnante (15), telle qu'un panneau à résistance chauffante, ce chauffage assurant l'évaporation du fluide de remplissage desdits tubes (14) qui se condense au contact des parois internes des tubes (14) disposées à l'intérieur du collecteur (18) pour chauffer l'eau circulant à l'intérieur dudit collecteur (18). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la circulation de l'eau du collecteur (18) vers le réservoir accumulateur (2) s'effectue par thermosiphon. 3. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les tubes (14) sont réalisés en matériaux conducteurs de la chaleur, tels que du cuivre. 4. Installation selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisée en ce que les tubes (14) comportent, à leur extrémité disposée à l'intérieur du collecteur (18), un renflement (19) pour augmenter leur surface de contact avec l'eau circulant dans ledit collecteur (18). 5. Installation selon l'une des revendications 1, 3 et 4, caractérisée en ce que les tubes (14) sont disposés parallèles et affectent la forme d'un étrier, le panneau rayonnant (15). étant disposé entre les branches de l'étrier, parallèlement à ces dernières. 6. Installation selon l'une des revendications 1, 3, 4 et 5, caractérisée en ce que les concentrateurs (17) réalisés en matière conductrice de la chaleur sont appliqués à contact sur les tubes (14). 7. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un tube plongeur (20) est monté coulissant dans le conduit de retour (13B) du réservoir accumulateur (2) vers le collecteur (18) de la chaudière (1), ce tube (20) étant déplaçable axialement à l'intérieur du réservoir accumulateur (2) par l'intermédiaire d'une commande manuelle ou mécanisée (21) de manière à permettre le réglage de la température retournant à la chaudière. 8. Installation selon l'une des revendications 1, 3, 4 et 5, caractérisée en ce que le fluide de remplissage du tube (14) est un agent frigorigène, tel qu'un composé chlorofluorocarbone.