Brevet FR2745071A1 — publié le 19970822

La présente invention concerne un ensemble accumulateur d'eau en couches comprenant un échangeur de chaleur relié audit ensemble par un tuyau d'eau froide et un tuyau d'alimentation en eau chaude qui y pénètrent jusqu'à des profondeurs différentes, l'un de ces tuyaux comprenant une pompe de circulation reliée à un organe de commande relié & une sonde thermométrique disposée à mi-hauteur d'un accumulateur et à au moins une autre sonde thermométrique agissant sur le débit de la pompe de circulation. Sur des ensembles accumulateurs connus, le chauffage et la recharge sont faits par prélèvement d'eau froide dans la partie la plus basse de l'ensemble par le tuyau d'eau froide, et par canalisation de l'eau chaude dans la partie la plus haute de l'ensemble par le tuyau d'alimentation en eau chaude, après chauffage de l'eau dans l'échangeur de chaleur. Normalement, un ensemble accumulateur est équipé de trois sondes thermométriques disposées respectivement dans la partie la plus haute, la partie moyenne et la partie la plus basse de l'ensemble et reliées toutes à l'organe de commande. La pompe20 de circulation et l'échangeur de chaleur sont mis en marche au moment o la sonde thermométrique au milieu enregistre une température inférieure à la température de consigne. La sonde thermométrique dans la partie la plus haute de 1l'ensemble sert à régler la marche de la pompe de circulation qui est ou actionnée en discontinu ou dont la vitesse peut être réduite pour garantir une température d'alimentation suffisamment élevée. La sonde thermométrique dans la partie la plus basse de l'ensemble arrête l'échangeur de chaleur et la pompe de circulation lorsqu'une température déterminée est dépassée et coupe ainsi l'alimentation. L'inconvénient d'une telle solution consiste dans la fabrication bien compliquée d'un tel ensemble qui doit être muni de trois entrées pour les sondes thermométriques. De plus, la commande s'en trouve compliquée. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients en proposant un ensemble accumulateur d'eau en couches du type sus-mentionné qui se signale par la simplité de sa conception. Ce but est atteint par ce que, sur un ensemble accumulateur du type sus-mentionné, l'une des sondes thermométriques est incorporée dans le tuyau d'alimentation en15 eau chaude et règle le débit de la pompe de circulation. Il est ainsi possible de régler la marche de la pompe de circulation de façon très simple. C'est ainsi que la température dans le tuyau d'alimentation en eau chaude augmente avec la recharge de l'ensemble, l'alimentation en20 énergie de l'échangeur de chaleur ne variant pas. Par une augmentation correspondante du débit de la pompe de circulation, il est possible d'éviter une trop forte augmentation de la température de l'eau dont est alimenté l'ensemble.25 Du fait que, suivant la revendication 2, seulement deux sondes thermométriques sont prévues dont celle disposée dans le tuyau d'alimentation en eau chaude arrête en outre aussi bien la pompe d'alimentation que l'échangeur de chaleur ou un chauffe-eau qui l'alimente, au moment o une température30 déterminée est dépassée, l'ensemble accumulateur est d'une conception très simple puisque deux sondes thermométriques suffisent dont seulement l'une doit être montée dans l'ensemble. Il faut donc seulement une douille plongeuse pour une sonde thermométrique. La suppression de l'autre douille35 plongeuse simplifie sensiblement la construction de l'ensemble accumulateur. L'arrêt de la pompe de circulation est provoqué par le fait que par suite de l'augmentation de la température dans la partie la plus basse de l'ensemble durant son alimentation, la température dans le tuyau d'alimentation en eau chaude augmente aussi et dépasse finalement une, valeur préréglée, même si la pompe de circulation marche & plein débit. Si par exemple la température de consigne pour l'ensemble est de 60'C, une température de par exemple 62'C au niveau de la sonde thermométrique disposée dans le tuyau d'alimentation en eau chaude, a pour effet que la pompe de circulation marche à plein débit, la température de l'eau dans la partie la plus basse de l'ensemble s'élevant à env. 55'C. En conséquence, cette eau d'env. 55'C arrive à l'échangeur de chaleur. Si, par suite de l'alimentation de l'ensemble, la température dans sa partie la plus basse augmente, la température dans le tuyau d'alimentation en eau chaude augmente aussi et dépasse une température de par exemple 65 C, ce qui provoque l'arrêt de la pompe de circulation et de l'échangeur de chaleur par l'organe de commande. Dans ce contexte, il est garanti que la température dans la partie la plus basse de l'ensemble s'élève à env. 58'C. Une telle différence de température dans un ensemble accumulateur d'eau en couches est tout à fait acceptable et est normalement dépassée souvent sensiblement dans des25 accumulateurs à serpentin ou à enveloppe double. En tout cas, cette différence peut encore être réduite davantage par un réglage adéquat du débit de la pompe de circulation et de son arrêt. Des ensembles accumulateurs o dans la partie la plus basse débouche un tuyau d'alimentation en eau froide, et dans la partie la plus haute, un tuyau d'alimentation en eau chaude, partie de laquelle part un tuyau d'eau sanitaire, et o une sonde thermométrique est prévue dans la zone voisine du tuyau d'alimentation en eau froide, et une autre sonde en35 dehors de cette zone, cette dernière sonde réglant le début de la recharge de l'ensemble, présentent un seul accumulateur de section circulaire dans la plupart des cas. Il en résulte l'inconvénient d'un grand diamètre de ces ensembles, ce qui crée souvent des problèmes d'emplacement. Pour pouvoir installer de tels ensembles accumulateurs dans des locaux offrant peu de place, au moins deux accumulateurs sont prévus dont l'un est muni du tuyau d'alimentation en eau chaude et du tuyau d'eau sanitaire, accumulateur étant relié par un tuyau partant de sa partie la plus basse à la partie la plus haute de l'autre accumulateur dans la partie la plus basse duquel débouche le tuyau d'alimentation en eau froide, et dans la partie centrale duquel est installée la sonde thermométrique commandant le début d'une recharge de l'ensemble. Cette conception présente l'avantage que le même volume d'accumulateur exige sensiblement moins de place en profondeur quand il est réalisé avec l'ensemble suivant l'invention qu'avec un ensemble suivant l'état actuel de la technique. C'est ainsi que, à hauteur égale, le diamètre de chacun des deux accumulateurs peut être ramené à env. 7/10 de celui d'un seul accumulateur d'un volume correspondant sensiblement à celui des deux accumulateurs. Un ensemble d'accumulateurs suivant l'invention peut donc être plus facilement installé dans de petits locaux ou sur un emplacement réduit. En tout cas, un ensemble suivant l'invention occupe beaucoup moins de place en profondeur dans25 un local qu'un ensemble de type connu avec un seul accumulateur de même volume. De plus, la disposition proposée des sondes thermométriques dont celle commandant le début d'une recharge de l'ensemble est prévue dans des ensembles accumulateurs30 connus le plus souvent à peu près au milieu du volume de l'ensemble, présente l'avantage que l'ensemble suivant l'invention est déjà rechargé quand environ un quart seulement du volume se trouve à une température inférieure à la température minimale prévue. On dispose donc à tout moment35 d'un très grand volume d'eau sanitaire chaude, ce qui constitue un confort appréciable pour l'utilisateur. Du fait que, suivant la revendication 4, une troisième sonde thermométrique est disposée dans le tuyau d'alimentation en eau chaude du premier accumulateur et reliée, comme les deux autres sondes thermométriques, & une unité de commande, résulte l'avantage qu'une régulation d'un brûleur réglable en continu peut facilement être réalisée. Du fait que, suivant la revendication 5, le tuyau d'alimentation en eau froide comporte un clapet antiretour, et un tuyau d'eau froide communiquant avec un échangeur de chaleur est branché entre le clapet antiretour et le deuxième accumulateur, il ne faut qu'un minimum de passages dans les deux accumulateurs. Du fait que, suivant la revendication 6, le tuyau d'alimentation en eau froide est relié & un vase d'expansion, l'égouttement d'eau par suite d'expansion durant la charge de l'ensemble accumulateur peut être évité. Du fait que, suivant la revendication 7, dans le tuyau d'eau froide aboutissant à un chauffe-eau, par exemple un échangeur de chaleur, ou dans le tuyau d'alimentation en eau chaude du premier accumulateur est prévu un clapet antiretour sous tension de ressort, en série avec une pompe de circulation, il est impossible que durant un prélèvement d'eau sanitaire, la pompe de circulation étant arrêtée, de l'eau froide ne puisse pénétrer, à travers le chauffe-eau alors au25 repos, dans la partie la plus haute du premier accumulateur, ce qui peut faire baisser la température de l'eau sanitaire prélevée. Le clapet antiretour sous tension de ressort provoque alors une augmentation de la résistance à l'écoulement de sorte qu'il s'établit une différence30 relativement importante entre la résistance à l'arrivée directe dans la partie la plus basse du deuxième accumulateur et celle à l'écoulement à travers la pompe de circulation et le chauffe-eau. Ci-après, l'invention est décrite avec les figures du dessin à l'appui, qui montrent: Fig. 1, une vue schématique d'une installation de chauffage avec un ensemble accumulateur suivant l'invention, Fig. 2, une vue schématique d'un autre ensemble accumulateur suivant l'invention. Dans les deux figures, les mêmes références concernent les mêmes détails. Un ensemble d'accumulateurs 1 suivant l'invention comprend deux ou plusieurs accumulateurs 2, 3 reliés hydrauliquement entre eux, un tuyau d'alimentation en eau chaude 4 débouchant dans la partie la plus haute 5 de l'accumulateur 2, partie de laquelle part un tuyau d'eau sanitaire 6 qui aboutit à un robinet de prise d'eau 21. Le tuyau 4 constitue un tuyau d'alimentation branché sur un échangeur de chaleur 7. Dans la partie centrale 22 de l'accumulateur 3 est prévue une sonde thermométrique 20 pour relever la température moyenne de l'ensemble, et qui est reliée par un câble 28 à une unité de commande 26. De plus, un tuyau 9 part de la partie la plus basse 8 de l'accumulateur 2 pour déboucher dans la partie la plus haute 10 de l'accumulateur 3. Si d'autres accumulateurs suivent, la partie inférieure de l'accumulateur en amont est toujours reliée par un tel tuyau à la partie supérieure de l'accumulateur suivant. Sur un tuyau d'alimentation en eau froide 15 qui débouche dans la partie la plus basse il de l'accumulateur 3, est branché un tuyau d'eau froide 12 relié à une pompe de25 circulation 13 sur laquelle est branché un conduit de retour 14 aboutissant à l'échangeur de chaleur 7. Le tuyau d'alimentation en eau chaude 4 est doté d'un clapet antiretour 23 sous tension de ressort et d'une valve de purge 24. Ce clapet et cette valve peuvent aussi faire partie du conduit de retour 14. La pompe de circulation 13 est reliée par un cAble à une unité de commande qui règle sa marche. Dans la partie la plus basse il de l'accumulateur 3 est prévue une sonde thermométrique 16 reliée par un câble 25 à une unité de commande 26.35 Pour contrôler la température de l'eau chaude arrivant dans la partie la plus haute 5 de l'accumulateur 2, le tuyau d'alimentation en eau chaude 4 comporte une sonde thermométrique 17 reliée par un autre câble 27 à l'unité de commande 26. Le volume de l'ensemble d'accumulateurs 1 étant divisé en deux ou plusieurs accumulateurs 2, 3, il en résulte un diamètre beaucoup plus petit des accumulateurs 2, 3, le volume total étant le même, et par là une profondeur plus faible de l'ensemble d'accumulateur 1. Le tuyau d'alimentation en eau froide 15 est muni outre d'un robinetvanne 29, d'un limiteur de débit 30, d'une valve de vidange 31 et d'un clapet antiretour 32 sous tension de ressort, tous montés en série. De plus, le tuyau d'alimentation en eau froide 15 est doté d'une soupape de sûreté 62 qui s'ouvre quand la pression dépasse une valeur limite. En outre, ce tuyau est relié à un vase d'expansion 33 par un conduit 34. Le tuyau d'eau froide 12 est branché sur le tuyau d'alimentation en eau froide 15 entre la valve de vidange 31 et l'accumulateur 3. L'échangeur de chaleur 7 respectivement son circuit primaire 36 est relié, par un tuyau d'alimentation 37, & un échangeur de chaleur primaire 38 relié par un conduit de retour 39 à une pompe d'eau chaude 40 qui communique avec un contrôleur d'écoulement 53. La pompe est reliée par un tuyau 41 & un distributeur 3-voies 42 dont le moteur 43 est relié par un cAble 44 à l'unité de commande 26. Sur le distributeur 42 sont branchés un conduit de retour de l'échangeur de chaleur, relié au circuit primaire 36, et un conduit de retour 46 du chauffage aboutissant à un ensemble de radiateurs 47 relié par un tuyau d'alimentation 48 au tuyau30 d'alimentation 37. Le distributeur 42 sert à la commutation de branchement prioritaire ayant pour effet que, en cas d'appel de chaleur pour l'ensemble accumulateur 1 et d'appel de chaleur simultané pour l'ensemble de radiateurs 47, le passage vers l'échangeur de chaleur 7 respectivement son circuit35 primaire 36 est ouvert, et l'écoulement à travers l'ensemble de radiateurs 47, coupé. Un conduit de dérivation 49 en parallèle à l'ensemble de radiateurs 47 est doté d'un clapet antiretour 50 sous tension de ressort. De plus, un vase d'expansion 51 est relié au tuyau 41 par un conduit 52, et une soupape de sûreté 63. L'échangeur de chaleur primaire 38 est chauffé par un brûleur 54 réglable en continu dont le conduit d'alimentation en gaz 55 comprend une valve & gaz 56 reliée & un régulateur de chauffage 57 qui la commande. Ce régulateur de chauffage 57 est relié par des cAbles 58, 59 & l'unité de commande 26, par lesquels les signaux concernant la température de consigne dans le tuyau d'alimentation et l'appel d'eau sanitaire sont transmis & ladite unité de commande. La température dans le tuyau d'alimentation est contrôlée par une sonde 60 dans le tuyau d'alimentation 37, reliée au régulateur de chauffage 57 par un câble non représenté. Pendant le chauffage de l'ensemble, de l'eau froide est prélevée par la pompe de circulation 13 dans la partie la plus basse 11 de l'accumulateur 3, par l'intermédiaire du tuyau d'alimentation en eau froide 15 et du tuyau d'eau froide 12, et chauffée dans l'échangeur de chaleur 7 ou son circuit secondaire 61, dont le circuit primaire 36 est alimenté en chaleur par 1'échangeur de chaleur primaire 38, 1' eau ainsi chauffée arrivant ensuite dans la partie la plus haute 5 de l'accumulateur 2 par le tuyau d'alimentation 4. En même temps, le tuyau 9 canalise l'eau chaude depuis la partie la plus basse 8 de l'accumulateur 2 dans la partie la plus haute 10 de l'accumulateur 3. S'il y a prélèvement d'eau sanitaire chaude par le tuyau 6, la partie la plus basse 11 de l'accumulateur 3 est alimenté en eau froide par le tuyau 15, de l'eau froide étant prélevée par le tuyau 12 en cas de recharge simultanée de l'ensemble d'accumulateurs 1. L'ensemble d'accumulateurs i est rechargé par l'action de l'unité de commande 26 au moment o la température dans la partie centrale 22 de l'accumulateur 3 descend au-dessous d'une valeur déterminée. La recharge est terminée dès que la température dans la partie la plus basse 11 de l'accumulateur 3 dépasse une valeur déterminée. Grâce au contrôle par la sonde thermométrique 17 de la température de l'eau chaude arrivant dans la partie la plus haute 5 de l'accumulateur 2, il est possible d'éviter la surchauffe de l'eau ainsi que l'arrivée d'eau insuffisamment chauffée, la température pouvant être réglée par une variation de la vitesse de la pompe de circulationn 13. En même temps, il est possible de baisser la température de consigne d'alimentation, le régulateur de chauffage 57 diminuant la puissance du brûleur par une réduction de l'alimentation en gaz. En cas d'appel de chaleur pour l'ensemble d'accumulateurs 1, c'est-à-dire lorsque, dans la partie centrale 22 de l'accumulateur 3, la sonde thermométrique 20 relève une température inférieure à une valeur déterminée, ou d'appel de chaleur pour l'ensemble de radiateurs 47, le brûleur 54 et la pompe 40 sont mis en marche par le régulateur 57. Pendant qu'il y a appel de chaleur pour l'ensemble d'accumulateurs 1, le distributeur 3-voies 42 est maintenu dans une position assurant l'alimentation du circuit primaire 36 de l'échangeur de chaleur 7, l'alimentation de l'ensemble de radiateurs 47 étant coupée. Durant la recharge de l'ensemble d'accumulateurs 1, la température de l'eau arrivant dans l'accumulateur 2 est contrôlée par la sonde thermométrique 17 et utilisée pour déterminer la température de consigne d'alimentation qui sert à régler la puissance du brûleur 54 par le régulateur de chauffage 57 sur la base d'une comparaison consigne/valeur effective. S'il n'y a pas d'appel de chaleur pour l'ensemble de radiateurs 47, mais appel de chaleur pour l'ensemble d'accumulateurs 1, par exemple par suite d'un prélèvement d'eau sanitaire, le distributeur 3-voies 42 peut rester fermé35 au départ de sorte que l'eau peut être canalisée à travers le conduit de dérivation 49 et le clapet antiretour 50, ce qui assure un chauffage rapide de l'eau et évite le risque de condensation. L'ensemble accumulateur 1 représenté à la fig. 2 comprend un seul accumulateur 2 muni d'une enveloppe isolante. Dans cet accumulateur pénètre le tuyau d'alimentation en eau froide 15 qui se termine dans la partie la plus basse 8 de cet accumulateur. Le tuyau 15 est muni du robinet-vanne 29 et de la soupape de sreté 62 qui s'ouvre sous une pression préréglée pour évacuer l'eau en trop. De la partie la plus basse 8 de l'accumulateur 2 part un tuyau d'eau froide 12 qui aboutit à une pompe de circulation 13 reliée par un conduit de retour 14 & l'entrée de l'échangeur de chaleur 7 de la sortie duquel part le tuyau d'alimentation en eau chaude 4 qui débouche dans la partie la plus haute 5 de l'accumulateur 2. Le tuyau d'alimentation en eau chaude 4 comporte une sonde thermométrique 17 reliée par un cable 27 à une unité de commande 26. La pompe de circulation 13 est reliée par un cable 35 & l'unité de commande 26 dont l'entrée est reliée par des cables 27, 28 aux sondes thermométriques 17, 20 dont la sonde 20 se trouve dans la partie centrale de l'accumulateur 2. De plus, de la partie la plus haute 5 de l'accumulateur 2 part un tuyau d'eau sanitaire 6 aboutissant à un robinet de prise d'eau non représenté. Pendant la recharge de l'ensemble accumulateur 1, de l'eau froide ou peu chaude est refoulée depuis la partie la plus basse 8 de l'accumulateur 2 par la pompe de circulation 13 jusqu'à l'échangeur de chaleur 7 pour être chauffée, et ensuite canalisée dans la partie la plus haute 5 de l'accumulateur 2. La température de l'eau d'alimentation est mesurée par la sonde 17 et signalée à l'unité de commande 26 qui agit sur la pompe de circulation 13 de sorte que le débit est réglé afin que la température dans le tuyau d'alimentation 4 s'élève par exemple à env. 60'C. Quand la température dans la partie la plus basse 8 de l'accumulateur 2 augmente par suite de la recharge, de l'eau plus chaude arrive à l'échangeur de chaleur 7 de sorte que la l1 température dans le tuyau d'alimentation 4 augmente aussi, ce qui fait augmenter le débit de la pompe de circulation 13. Quand la température dans la partie la plus basse 8 a augmenté tellement que la pompe de circulation 13 marche à plein débit, et la température d'alimentation mesurée par la sonde thermométrique 17 a atteint par exemple une valeur de 62'C, la pompe de circulation 13 et l'échangeur de chaleur ou le chauffe-eau sont arrêtés. Quand la température dans l'ensemble accumulateur 1 descend, par suite d'un prélèvement d'eau sanitaire à travers le tuyau 6, qui provoque l'arrivée d'eau froide à travers le tuyau 15 dans la partie la plus basse 8 de l'accumulateur 2, jusqu'à une valeur de par exemple 55'C, le chauffe-eau, par exemple une chaudière, alimentant l'échangeur de chaleur 7, et15 la pompe de circulation 13 sont mis en marche pour recharger l'ensemble 1. R E V E N D I C A T I 0 NS 1. Ensemble accumulateur d'eau en couches (1) comprenant un échangeur de chaleur (7) relié audit ensemble par un tuyau d'eau froide (12) et un tuyau d'alimentation en eau chaude (4) qui pénètrent dans l'ensemble accululateur (1) jusqu'à des profondeurs différentes, l'un de ces tuyaux (4, 14) comprenant une pompe de circulation (13) reliée à un organe de commande (26) relié à une sonde thermométrique disposée à mi-hauteur d'un accumulateur (2) et à au moins une autre sonde thermométrique (17, 20) agissant sur le débit de la pompe de circulation (13), caractérisé par le fait que l'une des sondes thermométriques (17) est incorporée dans le tuyau d'alimentation en eau chaude (4), ladite sonde thermométrique (17) réglant le débit de la pompe de circulation (13). 2. Ensemble accumulateur d'eau en couches suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que seulement deux sondes thermométriques (17, 20) sont prévues dont la sonde thermométrique (17) disposée dans le tuyau d'alimentation en eau chaude (4) arrête en outre aussi bien la pompe d'alimentation (13) que l'échangeur de chaleur (7) ou un chauffe-eau qui l'alimente, au moment o une température déterminée est dépassée. 3. Ensemble accumulateur d'eau en couches suivant la revendication 1, o dans la partie la plus basse débouche un tuyau d'alimentation en eau froide (15), et dans la partie la plus haute (5), un tuyau d'alimentation en eau chaude (4), partie de laquelle part un tuyau d'eau sanitaire (6), et dans la zone voisine du tuyau d'alimentation en eau froide est prévue une sonde thermométrique (16), et, en dehors de cette zone, une autre sonde thermométrique (20) qui règle le début de la recharge de l'ensemble, caractérisé par le fait qu'au moins deux accumulateurs (2, 3) sont prévus dont l'un (2) est muni du tuyau d'alimentation en eau chaude (4) et du tuyau d'eau sanitaire (6), accumulateur étant relié par un tuyau (9) partant de sa partie la plus basse (8) & la partie la plus haute (10) de l'autre accumulateur (3) dans la partie la plus basse (11) duquel débouche le tuyau d'alimentation en eau froide (15), et dans la partie centrale duquel est installée la sonde thermométrique (20) commandant le début d'une recharge de l'ensemble. 4. Ensemble accumulateur d'eau en couches suivant la revendication 3, caractérisé par le fait qu'une troisième sonde thermométrique (17) est disposée dans le tuyau d'alimentation en eau chaude (4) du premier accumulateur (2) et reliée, comme les deux autres sondes thermométriques (16, 20), à une unité de commande (26). 5. Ensemble accumulateur d'eau en couches suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait que le tuyau d'alimentation en eau froide (15) comporte un clapet antiretour (32), et qu'un tuyau d'eau froide (12) communiquant avec un échangeur de chaleur (7) est branché entre le clapet antiretour (32) et le deuxième accumulateur (3). #,t'Y 6. Ensemble accumulateur d'eau en couches suivant l'une des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait que le tuyau d'alimentation en eau froide (15) est relié à un vase d'expansion (33). 7. Ensemble accumulateur d'eau en couches suivant l'une des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que dans le tuyau d'eau froide (12) aboutissant à un chauffe-eau, par exemple un échangeur de chaleur (7), ou dans le tuyau d'alimentation en eau chaude (4) de l'accumulateur (2) est prévu un clapet antiretour (23) sous tension de ressort en série avec une pompe de circulation (13).