Brevet FR2895915A1 — publié le 20070713

Dispositif de dégazage de l'eau avant son introduction dans un circuit et applications correspondantes. L'invention concerne un dispositif pour favoriser le dégazage de l'eau, eau qui doit être introduite dans un circuit, et les applications correspondantes. On sait que l'eau dissout l'air avec lequel elle est en contact. Cet air peut se dégazer notamment quand l'eau acheminée dans un circuit est réchauffée et il peut s'accumuler aux points hauts du circuit et perturber la circulation de l'eau, et provoquer l'oxydation des enceintes métalliques (chaudières, tuyauteries, etc...) dans lesquelles il se dégage, le risque étant proportionnel à la quantité d'air dissout dans l'eau. L'invention vise à remédier à ces inconvénients et propose un dispositif pour le dégazage de l'eau avant son introduction dans un circuit, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un réservoir d'eau fermé pour l'alimentation en eau du circuit, un moyen de remplissage et/ou mise en pression du circuit et par exemple au moins une pompe apte à aspirer l'eau dans le réservoir pour alimenter le circuit à ladite pression, un moyen de remplissage en eau du réservoir sans introduction d'air et un moyen d'évacuation de l'air du réservoir et par exemple un clapet d'échappement d'air (en non retour) disposé sur le réservoir fermé, lequel moyen d'évacuation de l'air s'ouvre pour laisser s'échapper de l'air lorsque de l'eau est introduite dans le réservoir par ledit moyen de remplissage en eau du réservoir. Le moyen d'évacuation de l'air, avantageusement un clapet d'échappement d'air est de préférence adapté pour permettre l'échappement d'air du réservoir à une pression déterminée, par exemple supérieure à la pression atmosphérique. Au démarrage, le réservoir fermé est rempli d'eau. Au fur et à mesure de l'alimentation du circuit et de son remplissage, le moyen d'évacuation de l'air s'ouvre et laisse s'échapper un volume d'air sensiblement égal au volume d'eau introduit dans le réservoir. On sait en effet que pour favoriser le dégazage de l'eau, il faut créer dans le réservoir fermé une dépression par rapport à la pression atmosphérique. En effet, la solubilité de l'air dans l'eau est d'autant plus faible que la pression de l'air, s'exerçant au-dessus de l'eau, est plus faible. Pour diminuer cette pression d'air, il faut que la pompe qui aspire l'eau dans le réservoir fermé afin de remplir le circuit soit une pompe auto-amorçante. Si, lorsque la pompe se met en marche, le niveau d'eau est élevé dans le réservoir et si on ne réalise pas d'appoint d'eau avant que le niveau n'ait très sensiblement baissé dans le réservoir, la pression d'air dans le réservoir va baisser en suivant la loi de Mariotte puisque le volume d'air augmente et qu'il n'a pas d'introduction d'air. Au prochain remplissage du réservoir fermé, si le niveau d'eau monte plus haut que la fois précédente ou si, entre temps, il y aurait eu quelques entrées d'air, de l'air sera à nouveau expulsé par le clapet et le système au fur et à mesure des séquences de remplissage du réservoir contribue à dégazer l'eau du circuit. Une première application peut concerner les systèmes d'expansion dits par maintien de pression qui remplissent une fonction de vase d'expansion dans les circuits de chauffage à eau chaude. Dans ces systèmes, on maintient une pression sensiblement constante dans le circuit à alimenter. Si la pression tend à baisser, on injecte de l'eau dans le circuit. Si la pression tend à s'élever, on décompresse le circuit en créant un échappement d'eau. Pour que la même eau soit toujours utilisée (notamment pour ne pas introduire des sels minéraux en même temps que l'eau neuve), l'eau à injecter dans le circuit ou l'eau prélevée dans le circuit est stockée dans un réservoir. L'invention concerne un système de ce type et en particulier un dispositif de dégazage, appliqué à un circuit, notamment à un circuit de chauffage, caractérisé en ce que le réservoir fermé est de volume égal au moins au volume dilaté de l'eau du circuit d'eau, le réservoir étant relié en boucle audit circuit, ledit dispositif comportant sur ladite boucle d'une part au moins un moyen déverseur de vidange dudit circuit de transfert thermique dans le réservoir et d'autre part le moyen de remplissage et/ou de mise en pression dudit circuit. Le moyen l'évacuation d'air du réservoir pourrait être une simple pompe à vide mais il est avantageusement constitué d'un clapet d'échappement d'air en non retour disposé dans le réservoir et qui s'ouvre si la pression dans le réservoir est supérieure à la pression atmosphérique. De plus, il faut noter que le moyen de remplissage et/ou de mise en pression du circuit par au moins une pompe apte à aspirer de l'eau du réservoir le met en dépression. On pourrait dire en quelques sortes que le moyen de mise en dépression effectif comporte le moyen d'évacuation d'air et le moyen de remplissage et/ou de mise en pression. Cette mise en dépression du réservoir résulte des cycles de chauffage et refroidissement de l'eau du circuit. En effet, quand l'eau du circuit de chauffage se réchauffe, elle se dilate et emplit progressivement le réservoir. L'air compris dans le réservoir est alors généralement un peu comprimé, ce qui provoque l'ouverture du clapet de non retour et un échappement d'air à l'extérieur. Quand l'eau du circuit de chauffage se refroidit, cela produit généralement une diminution de pression dans le circuit de chauffage compensée par une mise en marche de la pompe. Cette pompe aspirant dans le réservoir le met en dépression et cette dépression diminue généralement la solubilité de l'air dans l'eau. Il se forme généralement un dégazage partiel de l'eau et de plus l'eau ne s'aère pas. Le réservoir est le plus souvent conçu pour résister à ladite mise en dépression. Le moyen de remplissage et/ou de mise de pression est de préférence au moins une pompe auto amorçante capable de fonctionner avec une pression de l'eau aspirée inférieure à la pression atmosphérique, par exemple au moins une pompe auto amorçante à anneau liquide. L'invention est illustrée ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation et en comparaison d'un exemple de l'état de la technique, et en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de l'art antérieur, à savoir un circuit de chauffage à eau classique, et - la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif selon l'invention, ici un circuit de chauffage à eau. Un exemple de réalisation de l'état de la technique est représenté à la figure 1. Il montre un circuit de chauffage à eau chaude d'une installation de chauffage, par exemple un circuit de chauffage central 1. L'eau circule par des conduits appropriés du circuit de chauffage proprement dit 3 dans un ensemble de radiateurs chauffants du circuit 3 de l'installation de chauffage (non représentés). L'eau est chauffée de façon classique par une chaudière de l'installation de chauffage (non représentée), à une température et dans des cycles de chauffage variables successifs, fonctions de l'installation de chauffage et de la demande de chauffage commandée. En conséquence, l'eau est chauffée et se refroidit dans les divers radiateurs du circuit 3 de l'installation de chauffage, respectivement selon des cycles de chauffage par la chaudière et de refroidissement ultérieurs successifs dans les radiateurs. Le circuit 1 comporte de façon générale ledit circuit de chauffage proprement dit 3, une bâche à l'air libre 5 et au moins une pompe 7 (généralement deux, parfois trois) de maintien en pression du circuit 3. Le circuit de chauffage proprement dit 3 est constitué comme mentionné précédemment de l'ensemble des conduits véhiculant l'eau chauffée et des radiateurs chauffants correspondants reliés aux conduits de l'installation et recevant l'eau chauffée. La bâche à l'air libre 5 est reliée au circuit de chauffage 3 par une conduite 9 en dérivation du circuit (au niveau haut sur le schéma) et constitue un élément tampon, recueillant par au moins un élément déverseur 11 (généralement deux), par exemple au moins une vanne automatique fonctionnant à une surpression donnée, l'eau du circuit qui se dilate au chauffage. Cette bâche à l'air libre 5 est reliée à une autre conduite 13 (inférieure sur le schéma) disposée en dérivation du circuit de chauffage 3 et comportant la pompe 7 de mise au maintien en pression du circuit 3. Elle permet d'alimenter par la même eau (en boucle) et au moyen de ladite au moins une pompe 7 le circuit 3 à une pression sensiblement constante, un peu supérieure à la hauteur de colonne d'eau séparant le point haut du circuit 3 du point de la chaudière, à un point bas généralement. Dans un tel système, l'eau de la bâche 5 est au contact de l'air et peut donc s'aérer. L'air dissout dans l'eau au niveau de la bâche 5 peut s'en dégager dans le circuit 3, notamment au cours de son chauffage, pour s'accumuler aux points hauts du circuit 3 et perturber la circulation de l'eau dans ce circuit 3. En outre, l'air dans le circuit 3 provoque des corrosions dans le circuit, oxydant notamment des parties métalliques de celui-ci. Le circuit de chauffage central 1' selon l'invention est représenté à la figure 2. Les composants analogues à ceux du circuit 1 de la figure 1, ont été désignés par les mêmes références numériques. Ce circuit 1' est conçu notamment en vue de limiter la dissolution mentionnée de l'air dans l'eau et favoriser son élimination de l'eau, en vue de remédier aux inconvénients précités relatifs à cette présence de l'air dans l'eau du circuit. Le circuit de chauffage 3 est analogue au circuit de chauffage classique 3 précité à l'exception de la bâche à l'air libre 5 qui est remplacée par un réservoir fermé 15 dont le volume est au moins égal au volume de dilatation de l'eau du circuit de chauffage correspondant 3, en fait plus précisément le volume total dilaté de l'eau comprise dans le circuit 1'. Ladite au moins une pompe (en général deux, parfois trois) de maintien en pression 7' du circuit de chauffage 3 doit être capable d'aspirer dans le réservoir fermé 15 mis en dépression relativement à la pression atmosphérique environnante comme on le décrira ci-après. Cette pompe 7' est par exemple une pompe auto amorçante à anneau liquide. Naturellement, le réservoir 15 doit être conçu rigidement pour supporter la dépression, généralement jusqu'à 1 bar de dépression, et sa surface interne est traitée pour résister à la corrosion d'une eau aérée, bien que d'une teneur en air moindre que celle des circuits classiques. Le réservoir est en outre équipé à sa partie supérieure d'un clapet 17 d'échappement d'air en non retour, lequel s'ouvre automatiquement si la pression d'air dans le réservoir 15 est supérieure à la pression atmosphérique. Naturellement, le réservoir 15 pourra comporter des moyens classiques d'appoint d'eau 16 (sans air, simple robinet d'alimentation en eau depuis le réseau) et de contrôle de niveau d'eau dans celui-ci (non représentés), de même que la bâche 5 à l'air libre du circuit 1 de la figure 1. Le fonctionnement du circuit est à présent décrit. Lorsque l'eau du circuit de chauffage 3 se réchauffe dans un cycle de chauffage, elle se dilate, sort par ledit au moins un élément déverseur 11 et emplit progressivement le réservoir 15. L'air compris dans le réservoir 15 est alors un peu comprimé, ce qui provoque l'ouverture du clapet de non retour 17 et donc un échappement d'air du réservoir à l'extérieur. Quand l'eau du circuit de chauffage 3 se refroidit selon un cycle de refroidissement ultérieur, cela produit une diminution de pression dans le circuit de chauffage 3 compensée par une mise en marche de la pompe 7' pour maintenir le circuit 3 à la pression fixée. Cette pompe 7' aspirant dans le réservoir 15 le met en dépression et cette dépression diminue la solubilité de l'air dans l'eau. Il se forme alors un dégazage partiel de l'eau et l'eau ne s'aère pas. Même si des défauts d'étanchéité sur les divers raccords du réservoir 15 provoquaient de petites entrées d'air, chaque montée de température du circuit de chauffage favoriserait une légère compression de l'air dans le réservoir d'où un échappement par le clapet de non retour 17 et chaque baisse de température du circuit de chauffage en provoquant une baisse de pression, donc une mise en marche de la pompe 7', augmenterait à nouveau la dépression dans le réservoir 1. La dépression dans le réservoir 15 est donc entretenue. On voit donc qu'un tel circuit favorise le dégazage de l'air dans l'eau, au fur et à mesure des cycles de chauffage et de refroidissement de l'eau, cet air s'échappant par le clapet de non retour 17 du réservoir 15. Ce dégazage successif au fur et à mesure des cycles de chauffage de l'installation entretient la dépression dans le réservoir 15 et, ce faisant favorise le dégazage de l'eau et s'oppose à son aération. On notera par ailleurs que ce même principe de mise en dépression de l'eau d'alimentation et de maintien en pression du circuit de chauffage tel que décrit ci-dessus, pourrait également s'appliquer à un circuit d'eau glacée, par exemple à 5-7 C, destiné par exemple à une installation de climatisation, ou à un circuit d'eau surchauffée, dont l'eau est véhiculée à une pression donnée et où il est utile là aussi d'éliminer l'air dans l'eau. Il est à noter que la branche 9 du circuit peut être éliminée, le circuit étant ouvert, et le réservoir 15 est alors alimenté uniquement par le moyen d'appoint en eau 16. L'alimentation du circuit d'eau depuis le réservoir engendre une baisse du niveau d'eau et donc une augmentation du volume d'air et par conséquent une dépression dans le réservoir, laquelle diminue la solubilité de l'air dans l'eau. Si on part d'un niveau haut dans le réservoir jusqu'à atteindre un niveau bas dans le réservoir, on crée une forte dépression dans le réservoir et son remplissage au niveau haut chasse l'air présent dans le réservoir. Cette opération est répétée en séquences pour dégazer l'air de l'eau du circuit. Une autre application pourrait concerner l'alimentation en eau d'une chaudière à vapeur. Le principe de fonctionnement est très semblable à celui qui vient d'être exposé quand les condensats de vapeur sont récupérés. Les condensats qui reviennent dans la bâche ou le réservoir fermé vont remplir cette bâche et comprimer légèrement l'air contenu dans le réservoir. Cet air va s'échapper par le clapet de non retour. Pour éviter d'introduire de l'air dans la bâche fermée, il faut prévoir en tant que moyen déverseur du circuit précédent une vanne déverseuse des condensats qui ne s'ouvrira que si la pression des condensats est suffisante (et spécialement, si elle est supérieure à 1 bar). Si la vapeur est utilisée en vapeur perdue, on réglera l'alimentation en eau de la bâche fermée de telle façon que l'on obtienne un remplissage important (jusqu'à un niveau assez haut) de façon à bien comprimer et chasser l'air et on ne déclenchera pas de nouvel appoint d'eau jusqu'à ce que le niveau ait très sensiblement baissé dans la bâche fermée (du fait de l'alimentation de la chaudière). Dans ces conditions, la baisse de niveau, due au fonctionnement de la pompe d'alimentation, provoquera une mise en dépression de la bâche fermée. La répétition de ces séquences de remplissage du réservoir fermé dans le temps contribue à dégazer l'eau du circuit. L'invention apporte ainsi un dispositif simple et économique de désaération de l'eau des circuits, notamment des circuits de chauffage à eau chaude, d'eau glacée, d'eau surchauffée ou d'alimentation de chaudières à vapeur. REVENDICATIONS 1. Dispositif (1') pour le dégazage de l'eau avant son introduction dans un circuit (3), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un réservoir d'eau fermé (15) pour l'alimentation en eau du circuit (3), un moyen de remplissage et/ou mise en pression (7') apte à aspirer l'eau dans le réservoir (15) pour alimenter le circuit (3), un moyen (16 ; 9, 11) de remplissage en eau du réservoir sans introduction d'air et un moyen d'évacuation d'air (17) du réservoir, par exemple un clapet d'échappement d'air (17) (en non retour) disposé sur le réservoir fermé (15), lequel moyen d'évacuation d'air (17) est apte à laisser s'échapper de l'air lorsque de l'eau est introduite dans le réservoir (15) par le moyen (16 ; 9, 11) de remplissage en eau du réservoir. 2. Dispositif (1') selon la revendication 1, dans lequel ledit moyen d'évacuation d'air (17) est apte à permettre l'échappement d'air du réservoir (15) à une pression déterminée, par exemple à la pression atmosphérique. 3. Dispositif (1), selon l'une des revendications 1 ou 2, appliqué à un circuit (3), notamment un circuit de chauffage (3), caractérisé en ce que le réservoir fermé (15) est de volume égal au moins au volume dilaté de l'eau du dispositif (11 le réservoir (15) étant relié en boucle (9, 13) au circuit (3), le dispositif (1') comportant sur ladite boucle (9, 13) d'une part au moins un moyen déverseur (11) de vidange du circuit (3) dans le réservoir (15) et d'autre part le moyen de remplissage et/ou mise en pression (7'). 4. Dispositif (1') selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le moyen d'évacuation d'air (17) est une pompe à vide. 5. Dispositif (1') selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le moyen d'évacuation d'air (17) du réservoir (15) comprend un clapet (17) d'échappement d'air en non retour disposé dans le réservoir (15) et s'ouvrant si la pression dans le réservoir est supérieure à la pression atmosphérique. 6. Dispositif (1') selon l'une des revendications précédentes 1 à 5, dans lequel le réservoir (15) est conçu pour résister à la mise en dépression. 7. Dispositif (1') selon l'une des revendications précédentes 1 à 6, dans lequel le moyen de remplissage et/ou mise en pression (7') est au moins une pompe auto amorçante capable de fonctionner avec unepression de l'eau aspirée inférieure à la pression atmosphérique, par exemple au moins une pompe auto amorçante (7') à anneau liquide. 8. Application d'un dispositif (1') selon l'une des revendications 1 à 7, à un circuit fermé d'eau glacée, destiné par exemple à une installation de climatisation. 9. Application d'un dispositif (1') selon l'une des revendications 1 à 7, à un circuit d'eau surchauffée.