Brevet FR2772465A1 — publié le 19990618

GENERATEUR D'EAU CHAUDE A COMMANDE EAU La présente invention est relative à un générateur d'eau chaude et en particulier à un générateur d'eau chaude sanitaire. Un exemple de générateur d'eau chaude couramment rencontré est représenté schématiquement à la figure 1. Ce type de générateur d'eau chaude comprend habituellement: - une conduite d'entrée d'eau froide 2 reliée à un circuit eau froide 3; - une conduite de sortie d'eau chaude 4 reliée à un circuit eau chaude 5; - un échangeur de chaleur 6 interposé entre le circuit eau froide 3 et le circuit eau chaude 5; - un brûleur 7 à combustible fluide transférant de la chaleur vers l'échangeur de chaleur 6; - des moyens de restriction 8 de la conduite d'entrée d'eau froide 2 séparant cette conduite 2 en un tronçon amont 9 et un tronçon aval 10 et provoquant, lors du passage d'eau froide, une différence de pression entre le tronçon amont 9 et le tronçon aval 10; - une enceinte 11il divisée, par un élément déplaçable 12, en une chambre amont 13 et une chambre aval 14, la chambre amont 13 étant soumise à la pression régnant dans le tronçon amont 9 de la conduite d'entrée d'eau froide 2, et la chambre aval 14 étant soumise à la pression régnant dans le tronçon aval 10 de la conduite d'entrée d'eau froide 2, ledit élément 12 étant déplaçable sous la différence de pression existant entre lesdites deux chambres amont 13 et aval 14; et - une alimentation 15 en combustible fluide qui délivre une quantité de combustible asservie au passage d'eau froide dans la conduite d'entrée d'eau froide 2 par l'intermédiaire des déplacements dudit élément déplaçable 12. Ce générateur d'eau chaude est un générateur d'eau chaude à puissance variable dans la mesure o il y a ouverture progressive de l'alimentation 15 en combustible fluide en fonction du débit d'eau traversant la conduite d'entrée d'eau froide 2. Le débit de combustible est proportionnel au débit d'eau afin d'avoir une élévation de température constante à la sortie de l'appareil. Dans ce type de générateur d'eau chaude, les moyens de restriction comprennent un Venturi 16 auquel est reliée la chambre aval 14 et en amont duquel se trouve un sélecteur de température 17. Ce sélecteur de température 17 comporte une tête 18 destinée à obturer totalement ou partiellement le tronçon amont 9 de la conduite d'entrée d'eau froide 2. La tête 18 est traversée par un passage 19 destiné à laisser s'écouler un certain débit d'eau même en position fermée de ce sélecteur de température. Le sélecteur de température 17 est réglable manuel- lement afin de faire varier le débit d'eau traversant le Venturi 16. Lorsque le sélecteur 17 est en position ouverte (représentée en traits interrompus), c'est le Venturi 16 qui assure la différence de pression entre la chambre amont 13 et la chambre aval 14 de l'enceinte 11 et par conséquent la déformation de l'élément déplaçable 12 entraînant l'ouverture de l'alimentation 15. Lorsque le sélecteur 17 est en position fermée (représentée en traits pleins), ladite différence de pression obtenue sur l'élément déplaçable est principalement due à la circulation de fluide dans le passage traversant 19. Le sélecteur de température à réglage manuel permet de donner à un usager le choix du débit de puisage en eau chaude et/ou la température désirée en fonction du besoin en eau. Ainsi, lorsque le sélecteur de température est fermé, le débit d'eau dans l'échangeur est bien inférieur au débit d'eau lorsque le sélecteur est en position ouverte et par conséquent, on obtient une élévation de température bien supérieure. Cependant le réglage de l'ouverture du sélecteur de température définit le débit d'eau maximum traversant l'échangeur 6. Aussi, avec ce type de générateur, il est impossible d'atteindre le débit d'eau maximum sans réinter- venir sur le réglage de la position du sélecteur. Par conséquent, pour une position donnée, la plage des valeurs du débit est réduite. De plus, lorsque le sélecteur est ouvert en grand alors que l'utilisateur ne puise qu'un faible débit, il est impossible d'obtenir de l'eau chaude dans la mesure o la différence de pression créée est insuffisante. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus en fournissant un générateur d'eau chaude dans lequel le réglage du débit d'eau est directement commandé par le puisage, dans une plage de valeurs du débit d'eau augmentée, et avec une élévation de température constante dans la limite de puissance de l'appareil. A cet effet, selon l'invention, un générateur d'eau chaude du type précité, est essentiellement caractérisé en ce que les moyens de restriction comprennent: - au moins un clapet comportant un siège de clapet, - un organe de fermeture mobile entre une position fermée dans laquelle l'organe est en butée contre le siège de clapet et une position ouverte dans laquelle ledit organe est dégagé dudit siège de clapet, le clapet ayant une forme adaptée pour créer une perte de charge proportionnelle au débit d'eau qui traverse le siège de clapet, et - un orifice de communication permanente entre le tronçon amont et le tronçon aval de la conduite d'entrée d'eau froide. Le générateur d'eau chaude selon l'invention peut éventuellement comporter en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - l'organe de fermeture dudit au moins un clapet est de forme hémisphérique et est monté mobile sur un ressort de compression de raideur prédéterminée, le siège de clapet étant de forme complémentaire de celle de l'organe de fermeture; les moyens de restriction comprennent un seul clapet; - les moyens de restriction comprennent un premier et un deuxième clapets montés respectivement sur un premier et un deuxième ressorts de compression, le premier ressort de compression étant de raideur supérieure à celle du deuxième ressort pour que le deuxième clapet s'ouvre avant le premier clapet; - le tronçon amont de la conduite d'entrée comporte un limiteur de débit; - un conduit de dérivation est rapporté sur la conduite d'entrée d'eau froide, une première extrémité de ce conduit étant reliée au tronçon amont de ladite conduite d'entrée d'eau froide et une deuxième extrémité dudit conduit est reliée au tronçon aval de ladite conduite d'entrée; - le conduit de dérivation comporte des moyens de fermeture à commande manuelle; - un passage traversant est ménagé entre le tronçon amont et le tronçon aval, ce passage comprenant des moyens d'obturation à commande manuelle; - l'ensemble comprenant le tronçon amont, le moyens de restriction et le tronçon aval, forme un élément modu- laire pouvant être rapporté en une pièce sur le générateur d'eau chaude ou désolidarisé de celui-ci; - l'orifice de communication est ménagé dans l'un au moins des organes de fermeture mobiles; et - le générateur d'eau chaude est un générateur d'eau chaude sanitaire. Trois exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un généra- teur d'eau chaude selon l'état de la technique; - la figure 2 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation d'un générateur d'eau chaude selon la présente invention; - la figure 3 est une vue schématique d'un deuxième mode de réalisation d'un générateur d'eau chaude selon l'invention; - la figure 4 est un graphe montrant l'ouverture de l'alimentation en combustible fluide en fonction du débit d'eau demandé par l'utilisateur; et - la figure 5 est une vue schématique d'un troisième mode de réalisation d'un générateur d'eau chaude selon l'invention. La figure 1 représente un générateur d'eau chaude selon l'état de la technique qui a déjà été décrit précédem- ment. Certains des éléments constitutifs au générateur d'eau chaude 1 suivant la présente invention et représenté à la figure 2 sont identiques au générateur de la figure 1. Ces éléments communs porteront la même référence. Ainsi, le générateur d'eau chaude 1 comporte, de manière connue en soi, une conduite d'entrée d'eau froide 2 reliée à un circuit eau froide 3, une conduite de sortie d'eau chaude 4 reliée à un circuit eau chaude 5, un échan- geur de chaleur 6 interposé entre le circuit eau froide 3 et le circuit eau chaude 5 et au-dessous duquel se trouve un brûleur 7 à combustible fluide. Ce combustible est par exemple du gaz naturel. Le brûleur 7 est alimenté en gaz grâce à une alimentation 15 qui délivre une quantité de combustible asservie au passage d'eau froide dans la conduite d'entrée d'eau froide 2. Pour des raisons de clarté, seuls les éléments constitutifs de cette alimentation 15 nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés, c'est pourquoi la partie de l'alimentation 15 connectée au brûleur 7 n'a pas été représentée. Cette alimentation 15 est constituée d'un conduit 20 comprenant une entrée 21 par laquelle arrive le gaz et une sortie 22 destinée à être reliée au brûleur 7. L'entrée 21 est fermée par un clapet 23 qui comprend un siège de clapet 24, une tête de clapet 25 et une tige de clapet 26 reliée à ladite tête 25. La tête de clapet 25 est sollicitée en appui contre le siège de clapet 24 par un ressort de compression 27, ce ressort prenant appui sur un épaulement 28 ménagé dans le conduit 20. Le générateur d'eau chaude 1 comprend en outre une enceinte 11 divisée, par un élément déplaçable 12, en une chambre amont 13 et une chambre aval 14. L'élément dépla- çable 12 est par exemple une membrane en matière déformable et réalisée par moulage. L'extrémité de la tige 26 opposée à celle reliée à la tête de clapet 25, est solidaire de cet élément déplaçable 12 ou en appui sur celui-ci. Sur une partie de sa longueur, la conduite d'entrée d'eau froide 2 comporte des moyens de restriction 8 qui séparent cette conduite en un tronçon amont 9 et en un tronçon aval 10. Ces moyens de restriction provoquent, lors du passage d'eau froide selon le sens de la flèche F dans la conduite 2, une différence de pression entre ledit tronçon amont 9 et ledit tronçon aval 10. La chambre amont 13 de l'enceinte 11 est reliée à la conduite d'entrée d'eau froide 2, en amont desdits moyens de restriction 8, par un conduit 30. La chambre aval 14 de l'enceinte 11 est reliée à la conduite d'entrée 2, en aval desdits moyens de restriction 8, par un conduit 31. La différence de pression créée par les moyens de restriction 8 entre le tronçon amont 9 et le tronçon aval 10 de cette conduite entraine une même différence de pression entre les chambres amont 13 et aval 14 de l'enceinte 11. Cette différence de pression s'applique par conséquent sur l'élément déplaçable 12 qui se déforme, lors du passage d'eau froide 2, vers la partie supérieure de l'enceinte 11 et entraine, dans son mouvement, le déplacement de la tige de clapet 26. Cette tige dégage la tête de clapet 25 de son siège 24, à l'encontre de l'action du ressort de compression 27. Du gaz circule alors dans le conduit 20 en direction du brûleur 7. On comprend donc que l'alimentation 15 en combusti- ble fluide délivre une quantité de combustible au brûleur 7 qui est asservie au passage d'eau froide dans la conduite d'entrée d'eau froide 2 par l'intermédiaire des déplacements dudit élément déplaçable 12. Dans le premier mode de réalisation de l'invention, les moyens de restriction 8 comportent un clapet 35 ainsi qu'une cloison 36 traversée par un orifice 37. Le clapet 35 est constitué d'un siège de clapet 38, d'un organe de fermeture mobile 39 et d'un ressort de compression 40 sur lequel est monté l'organe de fermeture 39. L'orifice 37 est un orifice de communication permanent entre le tronçon amont 9 et aval 10 de la conduite d'entrée d'eau froide 2. En variante, l'orifice 37 est ménagé dans l'organe de fermeture mobile 39. Lors d'un puisage, de l'eau froide pénètre selon le sens de la flèche F dans la conduite d'entrée 2 et repousse l'organe de fermeture 39 à l'encontre du ressort 40. Le clapet 35 s'ouvre plus ou moins en fonction du débit d'eau dans la conduite d'entrée, ce qui provoque, en combinaison avec l'orifice 37, une plus ou moins forte dépression entre le tronçon amont 9 et le tronçon aval 10 et donc entre les chambres amont 13 et aval 14 de l'enceinte 11. Cette dépression provoque la levée de la tige de clapet 26. La courbe B du graphe de la figure 4 montre la proportionnalité entre le débit admis dans la conduite d'entrée 2 et la levée de la tige de clapet 26. On comprend ainsi que selon la raideur du ressort de compression 40, la pente de la courbe B, au début du puisage, est plus ou moins forte. On constate également que, tant que le débit d'eau maximum admissible par le générateur n'est pas atteint, ce n'est pas l'architecture de construction de ce générateur qui limite le débit d'eau, mais l'utilisateur qui a besoin de plus ou moins d'eau chaude. De plus, l'élévation de température est constante dans la limite de la puissance du générateur, et au-delà, l'élévation de température diminue jusqu'à une valeur dépendante du débit d'eau maximum du générateur. Dans ce mode de réalisation, l'organe de fermeture 39 du clapet 35 est de forme hémisphérique et vient en butée sur le siège à clapet 38 de forme complémentaire. Toutefois, on comprend que selon la forme de la courbe B désirée, le clapet peut avoir une forme différente en combinaison avec un ressort à caractéristiques (précharge, raideur) prédéter- minées, pour créer une perte de charge liée au débit d'eau qui traverse le siège de clapet 38 lié par une loi de proportionnalité différente de celle illustrée par la courbe B. La comparaison de la courbe B avec la courbe A (représentative du générateur décrit en regard de la figure 1), montre que le générateur selon la présente invention permet d'obtenir des plages de valeurs de débit plus importantes. L'orifice permanent 37 permet, par rapport au générateur de la figure 1, de diminuer le débit d'eau froide dans la conduite d'entrée 2 pour provoquer le mouvement de la tige de clapet 26. L'utilisateur obtient ainsi de l'eau chaude à plus faible débit. Par ailleurs, le tronçon amont 9 de la conduite d'entrée d'eau froide 2 possède un limiteur de débit 41 qui permet de calibrer le débit d'eau froide maximum. On notera, pour des raisons de clarté, que ce limiteur de débit n'a pas été représenté à la même échelle que le clapet 35 et l'orifice 37. Le générateur d'eau chaude 1 comporte en outre un conduit de dérivation 42 monté sur la conduite d'entrée d'eau froide 2. Une première extrémité 43 de ce conduit 42 est raccordée au tronçon amont 9 de cette conduite 2 et une deuxième extrémité 44 du conduit 42 est raccordée au tronçon aval 10. Des moyens de fermeture à commande manuelle 45 sont montés sur ce conduit de dérivation 42. Ces moyens prennent par exemple la forme d'un robinet actionné par un utilisa- teur. L'ouverture ou la fermeture de ce robinet permet d'admettre de l'eau froide du tronçon amont 9 vers le tronçon aval 10 sans que cette quantité d'eau froide subisse une perte de charge due aux moyens de restriction 8. L'utilisateur ouvre donc le robinet 45 lorsqu'il désire que, pour une même quantité d'eau chaude puisée, la perte de charge créée soit plus faible et donc la levée de la tige de clapet 26 inférieure, permettant ainsi de diminuer l'élévation de température pour un même débit d'eau. Le deuxième mode de réalisation du générateur selon la présente invention, représenté à la figure 3, diffère du premier mode de réalisation uniquement par le nombre de clapets constituant les moyens de restriction 8. Aussi, les éléments constitutifs communs aux deux modes de réalisation porteront les mêmes références. Les moyens de restriction 8 de la conduite d'entrée 2 possèdent maintenant un deuxième clapet 50 placé de manière adjacente au premier clapet 35. Ce deuxième clapet possède un ressort de compression 51 dont la raideur et la précharge sont inférieures au premier ressort de compres- sion 40 du premier clapet 35. Il possède en outre un organe de fermeture 53 destiné à venir en butée contre un siège de clapet 52 dont le diamètre est inférieur au premier siège de clapet 38 du premier clapet 35. En variante, l'orifice de communication 37 est ménagé dans l'un au moins des deux organes de fermeture mobiles 39 et 53. En position de puisage du générateur, le deuxième clapet 50 s'ouvre avant le premier clapet 35. Le premier clapet 35 s'ouvre lorsque le débit d'eau augmente dans la conduite d'entrée 2. Ainsi, la perte de charge provoquée par ces deux clapets augmente de manière beaucoup plus progressive que dans le premier mode de réalisation. On obtient ainsi la levée de la tige de clapet 26 plus proportionnelle au débit d'eau admis. De manière idéale, on obtient une droite sensiblement identique à la courbe C représentée à la figure 4. En variante, les clapets 35 et 50 pourraient être maintenus, non pas par des ressorts de compression, mais par des ressorts travaillant en traction ou bien encore par des éléments déformables intégrés directement dans ces clapets. Le troisième mode de réalisation représenté à la figure 5 diffère du premier mode de réalisation de la figure 2 uniquement par l'implantation du conduit de dérivation 42. Ce conduit prend la forme d'un passage traversant 60 ménagé dans la cloison 36. Une première extrémité 61 de ce passage débouche dans le tronçon amont 9 de la conduite d'entrée d'eau froide 2 et une deuxième extrémité 62 du passage 60 débouche dans le tronçon aval 10. Dans cette deuxième extrémité 62 est placé un robinet 63 pouvant être commandé par un utilisateur pour obturer plus ou moins le passage traversant 60. La fonction de ce passage 60 est la même que celle du conduit de dérivation 42 décrit en regard de la figure 2. Par ailleurs, le limiteur de débit 41 est placé dans le tronçon amont 9, au plus près d'une zone voisine du conduit 30 et des moyens de restriction 8. Un filtre à eau 64 est placé dans le tronçon 9, en amont du limiteur de débit 41 et au voisinage de celui-ci. L'ensemble ainsi constitué du tronçon amont 9, des moyens de restriction 8 et du tronçon aval 10 forme un module compact qui peut être facilement rapporté sur le générateur d'eau chaude ou désolidarisé de celui-ci. Ce module peut donc être livré testé et la maintenance en est aisée. Bien entendu, le module décrit ci-dessus peut également être adapté au deuxième mode de réalisation de la figure 3. REVENDICATIONS 1. Générateur d'eau chaude comprenant: - une conduite d'entrée d'eau froide (2) reliée à un circuit eau froide (3); - une conduite de sortie d'eau chaude (4) reliée à un circuit eau chaude (5); - un échangeur de chaleur (6) interposé entre le circuit eau froide (3) et le circuit eau chaude (5); - un brûleur (7) à combustible fluide transférant de la chaleur vers l'échangeur de chaleur (6); - des moyens de restriction (8) de la conduite d'entrée d'eau froide (2) séparant cette conduite (2) en un tronçon amont (9) et un tronçon aval (10) et provoquant, lors du passage d'eau froide, une différence de pression entre le tronçon amont (9) et le tronçon aval (10); - une enceinte (11) divisée, par un élément dépla- çable (12), en une chambre amont (13) et une chambre aval (14), la chambre amont (13) étant soumise à la pression régnant dans le tronçon amont (9) de la conduite d'entrée d'eau froide (2), et la chambre aval (14) étant soumise à la pression régnant dans le tronçon aval (10) de la conduite d'entrée d'eau froide (2), ledit élément (12) étant déplaça- ble sous la différence de pression existant entre lesdites deux chambres amont (13) et aval (14); et - une alimentation (15) en combustible fluide qui délivre une quantité de combustible asservie au passage d'eau froide dans la conduite d'entrée d'eau froide (2) par l'intermédiaire des déplacements dudit élément déplaçable (12), caractérisé en ce que les moyens de restriction (8) comprennent: - au moins un clapet (35;50) comportant un siège de clapet (38;52), - un organe de fermeture mobile (39;53) entre une position fermée dans laquelle l'organe (39;53) est en butée contre le siège de clapet (38;52) et une position ouverte dans laquelle ledit organe (39;53) est dégagé dudit siège de clapet (38;52), le clapet (35;50) ayant une forme adaptée pour créer une perte de charge proportionnelle au débit d'eau qui traverse le siège de clapet, et - un orifice (37) de communication permanente entre le tronçon amont (9) et le tronçon aval (10) de la conduite d'entrée d'eau froide (2). 2. Générateur d'eau chaude selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de fermeture (39;53) dudit au moins un clapet (35;50) est de forme hémisphérique et est monté mobile sur un ressort de compression (40;51) de raideur prédéterminée, le siège de clapet (38;52) étant de forme complémentaire de celle de l'organe de fermeture (39;53). 3. Générateur d'eau chaude selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de restriction (8) compren- nent un seul clapet (35). 4. Générateur d'eau chaude selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de restriction (8) compren- nent un premier (35) et un deuxième (50) clapets montés respectivement sur un premier (40) et un deuxième (51) ressorts de compression, le premier (40) ressort de compres- sion étant de raideur supérieure à celle du deuxième ressort (51) pour que le deuxième clapet (50) s'ouvre avant le premier clapet (35). 5. Générateur d'eau chaude selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tronçon amont (9) de la conduite d'entrée (2) comporte un limiteur de débit (41). 6. Générateur d'eau chaude selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un conduit de dérivation (42) est rapporté sur la conduite d'entrée d'eau froide (2), une première extrémité (43) de ce conduit (42) étant reliée au tronçon amont (9) de ladite conduite d'entrée d'eau froide (2) et une deuxième extrémité (44) dudit conduit (42) est reliée au tronçon aval (10) de ladite conduite d'entrée (2). 7. Générateur d'eau chaude selon la revendication 6, caractérisé en ce que le conduit de dérivation (42) comporte des moyens de fermeture à commande manuelle (45). 8. Générateur d'eau chaude selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un passage traversant (60) est ménagé entre le tronçon amont (9) et le tronçon aval (10), ce passage (60) comprenant des moyens d'obturation à commande manuelle (63). 9. Générateur d'eau chaude selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'ensemble comprenant le tronçon amont (9), les moyens de restriction (8) et le tronçon aval (10) forme un élément modulaire pouvant être rapporté en une pièce sur le générateur d'eau chaude ou désolidarisé de celui-ci. 10. Générateur d'eau chaude selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que l'orifice de communication (37) est ménagé dans l'un au moins des organes de fermeture mobiles (39; 53). 11. Générateur d'eau chaude selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le généra- teur d'eau chaude (1) est un générateur d'eau chaude sanitaire.