Brevet FR2792714A1 — publié le 20001027

DISPOSITIF TAMPON POUR INSTALLATION DE DISTRIBUTION D'EAU CHAUDE, PERMETTANT UNE ECONOMIE D'ENERGIE La présente invention concerne la distribution, jusqu'à un ou plusieurs points de puisage, d'eau chaude produite par une installation de production centralisée, désignée ci-après générateur d'eau chaude. Elle trouve plus particulièrement son application dans le domaine de la distribution collective d'eau chaude sanitaire, tels l'hôtellerie, les hopitaux, le résidentiel collectif, etc... Dans une installation de distribution d'eau chaude, avec générateur d'eau chaude central, lorsque l'on puise de l'eau depuis un point de distribution (désigné ci-après point de puisage), il faut la plupart du temps attendre un temps plus ou moins long pour que l'eau au point de puisage soit à la bonne température. Cet inconvénient s'explique par le fait que l'eau stockée dans la canalisation de distribution, qui raccorde le générateur d'eau chaude central et le point de puisage s'est refroidie depuis le dernier puisage, et il faut par conséquent " purger " I'eau froide de cette canalisation avant que de l'eau à bonne température atteigne le point de puisage. Une première solution pour pallier ce retard de montée en température de l'eau au point de puisage consiste à mettre en oeuvre un circuit de distribution en boucle avec une canalisation retour depuis le point de puisage jusqu'au générateur central. Dans cette solution, I'eau chaude produite par le générateur circule constamment en circuit fermé. Cette solution présente toutefois l'inconvénient majeur d'occasionner des pertes thermiques importantes, donc coûteuses, dans la tuyauterie constituant la boucle de circulation d'eau chaude. En outre, ces pertes thermiques sont permanentes de jour comme de nuit et indépendantes de la consommation effective d'eau aux points de puisage. Une deuxième solution connue à ce jour pour permettre la production au niveau d'un point de puisage d'une eau qui est rapidement à la bonne température consiste à chauffer la canalisation de distribution d'eau entre le générateur d'eau chaude et les points de distribution, au moyen par exemple de cordons chauffants électriques, placés soigneusement sous le calorifuge de la tuyauterie de distribution. Cette deuxième solution, de par la mise en oeuvre de ces cordons chauffants, est très onéreuse. Cette solution présente les mêmes inconvénients que la première solution précitée en ce qui concerne les pertes thermiques occasionnées qui sont permanentes de jour comme de nuit et indépendantes de la consommation d'eau. La présente invention propose une nouvelle solution au problème de l'obtention rapide d'une eau à bonne température au niveau d'un point de puisage, qui pallie les inconvénients précités des deux solutions ci- dessus, et qui plus particulièrement permet une économie d'énergie thermique comparativement à ces deux solutions. La solution de l'invention consiste à prévoir, dans une installation de distribution d'eau chaude, un dispositif tampon, dont l'entrée est alimentée par le générateur d'eau chaude central, et dont la sortie est raccordée à un ou plusieurs points de puisage; le dispositif tampon comprend un ballon tampon qui comporte en partie inférieure une entrée pour son alimentation en eau, une première sortie en partie supérieure et une deuxième sortie en partie inférieure, et qui est associé à deux mitigeurs thermostatiques (M1, M2) dont les températures de consignes respectivement (TC1,TC2) sont strictement inférieures à la température de fonctionnement (Tf) du générateur d'eau chaude; I 'entrée du dispositif tampon est raccordée à l'entrée du ballon et à l'entrée froide du premier mitigeur thermostatique (M1); la première sortie du ballon tampon est raccordée à l'entrée chaude du premier mitigeur thermostatique (Ml); la deuxième sortie du ballon tampon est raccordée à l'entrée froide du deuxième mitigeur thermostatique (M2); la sortie du premier mitigeur thermostatique (M1l) est raccordée à l'entrée chaude du deuxième mitigeur thermostatique (M2); la sortie du deuxième mitigeur thermostatique (M2) est raccordée à la sortie du dispositif tampon, I'eau délivrée par ce deuxième mitigeur thermostatique étant distribuée à destination du ou des points de puisage. Les mitigeurs thermostatiques sont connus dans le domaine de la distribution d'eau chaude sanitaire, et peuvent être assimilés à des robinets mélangeurs à deux entrées et une sortie, chaque mitigeur thermostatique étant caractérisé par une température de consigne. La fonction d'un mitigeur thermostatique est de délivrer en sortie une eau dont la température est régulée automatiquement en sorte d'être égale à la température de consigne, la régulation se faisant de manière usuelle par un réglage automatique des clapets d'admission des deux entrées du mitigeur. Tel que cela apparaîtra plus clairement à la lumière de la description ci-après de l'unique figure annexée, dans le dispositif tampon de l'invention, le ballon tampon, en début de puisage, contient de l'eau chaude à bonne température. En début de puisage, de l'eau chaude en réserve dans le ballon tampon est soutirée en sorte de réaliser grâce au premier mitigeur thermostatique un apport d'eau chaude dans l'eau froide ou tiède contenue dans la canalisation de distribution, ce qui permet d'obtenir rapidement de l'eau chaude à bonne température au niveau du point de puisage. Pendant ce temps, I'eau chaude à bonne température dans le ballon tampon est remplacée au fur et à mesure par de l'eau froide ou tiède en provenance de la canalisation de distribution raccordée en amont à l'entrée du dispositif tampon. L'eau froide ou tiède contenue dans le ballon tampon est ensuite réutilisée au niveau du deuxième mitigeur pour refroidir l'eau en sortie du premier mitigeur, ce qui permet de régénérer le ballon tampon en eau chaude avec de l'eau produite par le générateur d'eau chaude central. Le ballon tampon est ainsi prêt à être utilisé pour le prochain puisage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description ci-après d'un exemple de réalisation d'une installation de distribution d'eau chaude, laquelle description est donnée à titre d'exemple non limitatif et en référence à l'unique figure annexée qui illustre de manière schématique une installation comportant plusieurs points de puisage et mettant en oeuvre trois dispositifs tampons conformes à l'invention. Sur la figure annexée, on a représenté une installation de distribution d'eau chaude sanitaire qui met en oeuvre un générateur central 1, tel que par exemple une chaudière, dont l'entrée la est alimentée en eau froide à partir du réseau, et qui délivre en sortie lb de l'eau chaude à une température de fonctionnement Tf, (par exemple 60 C). La sortie lb du générateur 1 est raccordée, via un réseau de canalisations de distribution 2, à une pluralité de points de puisage tels que ceux références P1 à P5 sur la figure annexée. Cette installation est équipée de plusieurs dispositifs tampons 3, qui dans l'exemple illustré sont au nombre de trois. En référence à la figure annexée, un dispositif tampon 3 comprend une entrée 3a qui est raccordée vers l'amont, c'est-à-dire au réseau de canalisations 2 en direction de la sortie 1 b du générateur 1, et une sortie 3b qui est raccordée en aval, c'est-à-dire au réseau de canalisations 2 en direction des points de puisage. Chaque dispositif tampon 3 comprend 2 0 essentiellement un ballon tampon 4, de faible contenance, destiné à faire office de réserve d'eau chaude, et deux mitigeurs thermostatiques en série M1, M2 dont les températures de consigne TC1 et TC2 sont strictement inférieures à la température de fonctionnement Tf du générateur 1. Le ballon 4 est constitué d'une enceinte calorifugée en sorte de minimiser les déperditions thermiques dans le temps, et comporte en partie inférieure, et de préférence à proximité du ou dans le fond du ballon 4, une entrée 4a pour son alimentation en eau. Le ballon 4 comporte également une première sortie 4b, dite par la suite sortie chaude, prévue en partie supérieure du ballon 4, et de préférence à proximité de ou dans la paroi supérieure du ballon 4, ainsi qu'une deuxième sortie 4c, dite par la suite sortie froide, prévue en partie inférieure du ballon 4, et de préférence à proximité du ou dans le fond du ballon 4. L'entrée froide EF du premier mitigeur thermostatique M1, ainsi que l'entrée 4a du ballon 4 sont raccordées à l'entrée 3a du dispositif tampon 3. La sortie chaude 4b du ballon 4 est raccordée à l'entrée chaude EC du premier mitigeur thermostatique M1. La sortie froide 4c du ballon 4 est raccordée à l'entrée froide EF du deuxième mitigeur thermostatique M2. La sortie S du premier mitigeur thermostatique M1 est raccordée à l'entrée chaude EC du deuxième mitigeur thermostatique M2. Enfin, la sortie S du deuxième mitigeur thermostatique M2 est raccordée à la sortie 3b du dispositif tampon 3. En cas par exemple de puisage d'eau au niveau de l'un ou l'autre des points de puisage P1, P2 ou P3, le dispositif tampon 3 en amont de ces trois points de puisage fonctionne de la même manière qui va à présent être décrite, les deux autres dispositifs tampons 3 disposés en aval.de ces points de puisage P1, P2 et P3 n'étant pas sollicités. Initialement en début de puisage, le ballon 4 du dispositif tampon contient de l'eau " chaude " au voisinage de la température de fonctionnement Tf (par exemple 60 C). En début de puisage, I'eau contenue dans la canalisation de distribution 2 en amont du dispositif tampon 3 est à une température inférieure à la température de l'eau dans le ballon 4, la canalisation 2 bien que calorifugée présentant nécessairement quelques déperditions thermiques. Cette eau dans la canalisation 2 est froide ou tiède, comparativement à la température optimale souhaitée au niveau du point de puisage P1. En début de puisage, le premier mitigeur thermostatique M1 soutire principalement de l'eau chaude dans le ballon 4 via son entrée chaude EC, et la mélange avec l'eau froide ou tiède en provenance de la canalisation 2 via son entrée froide EF. Ce mélange est réalisé automatiquement en sorte d'obtenir en sortie S du premier mitigeur M1 une eau à la température de consigne TC1 (par exemple 55 C). L'eau soutirée du ballon 4 via le premier mitigeur thermostatique M1 est remplacée en bas du ballon 4 par de l'eau froide ou tiède en provenance de la canalisation amont 2. Pendant ce temps, le générateur 1 délivrant en sortie l1b de l'eau chaude à température de fonctionnement Tf, la température de l'eau de la canalisation de distribution 2 en amont du premier dispositif tampon 3 augmente en température. Lorsque la température de l'eau au niveau de l'entrée froide EF du premier mitigeur thermostatique M1 devient supérieure ou égale à la température de consigne TC1, I'entrée chaude EC du premier mitigeur thermostatique M1 se ferme complètement et l'eau en sortie du premier mitigeur thermostatique M1 provient exclusivement de l'entrée froide EF de ce mitigeur. Le deuxième mitigeur thermostatique M2 régule la température de l'eau délivrée en sortie S par rapport à la température de consigne TC2 (par exemple 55 C) en mélangeant automatiquement l'eau chaude en sortie du premier mitigeur thermostatique M1 avec de l'eau prélevée sur la sortie froide 4c du ballon 4. Ce deuxième mitigeur thermostatique M2 permet de soutirer l'eau froide dans le bas du ballon 4 et de la réinjecter dans la canalisation de distribution 2 en aval du dispositif tampon, en refroidissant l'eau en sortie du premier mitigeur thermostatique M1 en sorte de la porter à la température de distribution souhaitée (consigne TC2). En cours de fonctionnement du deuxième mitigeur thermostatique M2, le débit d'eau soutirée sur l'entrée chaude EC va en diminuant et le débit d'eau soutirée sur l'entrée froide EF va en augmentant, I'eau soutirée dans le ballon 4 par la sortie froide 4c augmentant en température une fois que l'eau froide ou tiède dans la canalisation 2 en amont du dispositif tampon a été purgée et a été remplacée par de l'eau chaude en provenance du générateur 1. Lorsque la température de l'eau sur la sortie froide 4c du ballon 4 devient supérieure ou égale à la température de consigne TC2 du deuxième mitigeur thermostatique M2, I'entrée chaude EC de ce deuxième mitigeur thermostatique M2 se ferme, et toute l'eau distribuée en sortie 3b du dispositif tampon 3 transite depuis l'entrée 3a du dispositif 3 via le ballon 4 et l'entrée froide EF du deuxième mitigeur M2. Si le puisage se prolonge suffisamment, la température de l'eau à l'intérieur du ballon tampon 4 augmente jusqu'à atteindre la température Tf de fonctionnement du générateur 1. En fin de puisage, la totalité de l'eau contenue à l'intérieur du ballon 4 est chaude, sa température valant la température de fonctionnement Tf du générateur 1 si le puisage s'est prolongé de manière suffisante. Le ballon 4 est donc prêt à resservir comme réserve d'eau chaude pour le puisage suivant. Grâce au dispositif tampon 3 de l'invention, on obtient très rapidement de l'eau à la bonne température au niveau d'un point de puisage en aval, I'eau froide ou tiède dans la canalisation en amont du point de puisage étant remplacée en début de puisage par de l'eau chaude en réserve dans le ballon 4. Un avantage majeur du dispositif tampon de l'invention réside dans la régénération de l'eau de réserve dans le ballon 4 avec de l'eau chaude en provenance du générateur 1, sans qu'il soit nécessaire de chauffer le ballon 4 par une source d' énergie externe, telle que par exemple une résistance. On comprend également à la lumière de la description précitée du fonctionnement du dispositif tampon de l'invention, qu'il est préférable qu'un tel dispositif soit placé à proximité d'un ou plusieurs points de puisage tels que les points P1, P2 et P3 pour le premier dispositif tampon sur la figure annexée. Sur l'installation de la figure annexée, la contenance du ballon 4 du dispositif tampon le plus proche du générateur 1 sera fonction du volume et des pertes thermiques de la canalisation de distribution 2 en amont de ce dispositif, c'est-à-dire entre ce dispositif et le générateur 1. En ce qui concerne les autres dispositifs tampons, leur fonctionnement est similaire à ce qui vient d'être décrit. La contenance de leur ballon 4 sera de manière similaire fonction du volume et des pertes thermiques de la canalisation les séparant du dispositif tampon immédiatement en amont. Dans une variante de réalisation de l'invention, il est envisageable d'équiper le ballon 4 avec une source d'énergie externe telle qu'une résistance électrique, en vue de permettre le réchauffage de l'eau contenue dans ce ballon. Un tel moyen de chauffage permet par exemple de porter à intervalles réguliers, et par exemple une fois par semaine la température de l'eau à l'intérieur du ballon à une température suffisante pour détruire certains types de bactéries et par exemple à une température supérieure à 60 C. Egalement, la mise en ceuvre d'une résistance de chauffage permet par exemple de réchauffer de nuit l'eau de réserve dans le ballon lorsque l'espacement entre puisages est devenu très important, se traduisant par une baisse significative de la température de l'eau chaude de réserve dans le ballon. Dans le cadre de la représentation schématique d'un dispositif tampon 3 selon l'invention illustrée sur la figure annexée, les deux mitigeurs M1 et M2 sont dissociés, et les canalisations reliant respectivement l'entrée 4a du ballon 4 à l'entrée 3a du dispositif et la sortie 4c du ballon 4 à l'entrée froide EF du deuxième mitigeur M2 sont situées à l'extérieur du ballon 4. Ceci n'est toutefois pas limitatif de l'invention. De manière avantageuse, dans une autre variante, il est envisageable d'une part que les deux canalisations précitées soient logées en majeure partie à l'intérieur du ballon 4, bénéficiant ainsi de l'enveloppe calorifuge de ce ballon. Egalement dans le cadre de l'invention, les deux mitigeurs M1 et M2 peuvent être réalisés au moyen d'un unique dispositif à fonction de double mitigeur avec trois orifices d'entrée correspondant respectivement aux entrées froides EF des mitigeurs M1 et M2 et à l'entrée chaude EC du premier mitigeur M1 et avec une seule sortie correspondant à la sortie S du deuxième mitigeur M2. Dans ce cas les températures de consigne TC1 et TC2 sont nécessairement identiques et seront par exemple égales à la température de fonctionnement Tf diminuée de quelques degrés Celcius. D'une manière générale, la température de consigne TC2 n'est pas nécessairement égale à la température de consigne TC1, mais peut dans une autre variante être par exemple inférieure à la température de consigne TC1. REVENDICATIONS 1.Dispositif tampon (3) destiné à être monté entre un générateur d'eau chaude (1) et au moins un point de puisage (P1), caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un ballon tampon (4) qui comporte en partie inférieure une entrée (4a) pour son alimentation en eau, une première sortie (4b) en partie supérieure, et une deuxième sortie (4c) en partie inférieure, et qui est associé à deux mitigeurs thermostatiques (M1,M2), en ce que l'entrée (3a) du dispositif tampon est raccordée à l'entrée (4a) du ballon tampon (4) et à l'entrée froide (EF) du premier mitigeur thermostatique (M1), en ce que la première sortie (4b) du ballon tampon est raccordée à l'entrée chaude (EC) du premier mitigeur thermostatique (M1), en ce que la deuxième sortie (4c) du ballon tampon est raccordée à l'entrée froide (EF) du deuxième mitigeur thermostatique (M2), en ce que la sortie (S) du premier mitigeur thermostatique (M1) est raccordée à l'entrée chaude (EC) du deuxième mitigeur thermostatique (M2), et en ce que la sortie (S) du deuxième mitigeur thermostatique (M2) est raccordée à la sortie (3b) du dispositif tampon (3). 2.Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la température de consigne (TC2) du deuxième mitigeur (M2) est inférieure ou égale, et de préférence égale, à la température de consigne (TC1) du premier mitigeur (M1). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le ballon tampon (4) est équipé d'un moyen de chauffage et plus particulièrement d'une résistance électrique. 4. Installation de distribution d'eau chaude jusqu'au moins un point de puisage (P1), ladite installation comportant un générateur d'eau chaude (1) prévu pour produire en sortie de l'eau chaude à une température de fonctionnement (Tf), caractérisée en ce qu'elle comporte en outre, en amont du point de puisage (P1), un dispositif tampon (3) qui est visé à l'une quelconque des revendications 1 à 3, dont l'entrée (3a) est alimentée par le générateur d'eau chaude (1) et dont la sortie (3b) est raccordée au point de puisage (P1) et en ce que les températures de consigne (TCI, TC2) des deux mitigeurs thermostatiques (M1,M2) du dispositif tampon (3) sont strictement inférieures à la température de5 fonctionnement (Tf) du générateur d'eau chaude (1).