Brevet FR2942299A1 — publié le 20100820

Arrière-plan de l'invention L'invention se situe dans le domaine des réseaux de distribution d'eau chaude sanitaire. La figure 1A représente un premier système de distribution d'eau chaude sous pression connu de l'art antérieur, dans lequel de l'eau stockée dans un château d'eau 100 alimente un ballon d'accumulation d'eau 110 constamment rempli. Ce ballon d'accumulation 110 comporte des moyens de chauffage 130, l'alimentation en eau froide se faisant classiquement par le bas du ballon d'accumulation, l'eau chaude étant puisée dans la partie supérieure, selon le principe de la stratification thermique. Le ballon d'accumulation 110 est à la pression du réseau d'alimentation d'eau froide, typiquement d'au moins 400 kPa. Un circulateur 150 assure la distribution d'eau chaude dans le réseau 8, ce réseau pouvant être à usages divers et notamment comporter des douches, baignoires, éviers, aussi bien en installations industrielles qu'en habitations individuelles ou collectives, immeubles, hôtels ... Dans un tel système, le mélange d'eau chaude et d'eau froide dans le ballon d'accumulation 110 entraîne une perte thermique importante, la stratification thermique à l'intérieur du ballon d'accumulation d'eau chaude 110 s'atténuant fortement, parfois même jusqu'à disparaître, lorsque des quantités d'eau chaude importantes sont retirées du ballon d'accumulation. La figure 1B représente un deuxième système de distribution d'eau chaude sous pression connu de l'art antérieur, dans lequel le ballon d'eau chaude 110, sous pression atmosphérique, est partiellement rempli d'air 115. Dans un tel système, une pompe de distribution 120 est placée en aval du ballon d'eau chaude 110. Dans un tel système, la pompe de distribution 120, quand elle doit générer un écart de pression important entre son aspiration et son refoulement, typiquement de l'ordre de 500 kPa à 1000 kPa consomme une énergie très significative, de l'ordre de 2 à 3 kJ/kg d'eau circulée. L'invention vise un système de distribution d'eau chaude qui ne présente pas les inconvénients des systèmes présentés ci-dessus. Objet et résumé de l'invention Plus précisément, l'invention concerne un système de distribution d'eau chaude comportant : - un ballon d'accumulation partiellement rempli d'eau chaude sous pression d'un gaz comprimé, ce ballon d'accumulation comportant au moins une entrée d'eau chaude et une sortie d'eau chaude permettant d'alimenter un réseau de distribution ; et - des moyens pour faire varier la pression du gaz comprimé dans le ballon d'accumulation. Le système de distribution d'eau chaude selon l'invention est très intéressant du point de vue énergétique, et ce pour les raisons suivantes. Tout d'abord, il est remarquable de constater que le ballon d'accumulation ne contient que de l'eau chaude, ce qui diminue fortement les pertes thermiques dues au mélange entre l'eau chaude et l'eau froide lors du soutirage. Grâce à l'invention, des quantités importantes d'eau chaude peuvent être soutirées du ballon d'accumulation, ce qui présente un avantage important par rapport aux systèmes à stratification thermique. Par ailleurs, de façon très avantageuse, le ballon peut être partiellement rempli tout en étant à une pression supérieure à la pression atmosphérique, ce qui évite d'utiliser une pompe de distribution consommatrice en énergie, celle-ci pouvant être remplacée par un simple circulateur. Dans un mode particulier de réalisation, le système de distribution d'eau chaude selon l'invention comporte un réservoir de gaz comprimé connecté au ballon d'accumulation par au moins une canalisation équipée d'une vanne apte à réguler le transfert de gaz dans ladite canalisation. Le système de distribution selon l'invention comporte préférentiellement un compresseur permettant d'augmenter la pression de gaz comprimé dans le réservoir. Dans un mode particulier de réalisation, le système de distribution d'eau chaude selon l'invention comporte des moyens pour transférer du gaz du réservoir d'air comprimé vers le ballon d'accumulation 2 d'eau chaude lorsque la pression du gaz dans le ballon d'accumulation diminue en raison de la baisse du volume d'eau chaude dans le ballon d'accumulation pour l'alimentation du réseau de distribution. Dans un mode particulier de réalisation, le système de distribution d'eau chaude selon l'invention comporte des moyens pour transférer du gaz du ballon d'accumulation d'eau chaude vers le réservoir d'air comprimé lorsque la pression du gaz dans le ballon d'accumulation augmente en raison du remplissage du ballon d'accumulation en eau chaude. Ce mode de réalisation permet avantageusement de diminuer l'énergie consommée par le compresseur mentionné ci-dessus. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - les figures 1A et 1B, déjà décrites, représentent deux systèmes de distribution d'eau chaude de l'art antérieur ; - la figure 2 représente un système de distribution d'eau chaude conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; et la figure 3 représente un système de distribution d'eau chaude conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention. Description détaillée d'un mode de réalisation La figure 2 représente un système de distribution d'eau chaude conforme à un premier mode de réalisation de l'invention. Ce système comporte un ballon d'accumulation 1 partiellement rempli d'eau chaude 4, sous pression d'un volume de gaz 5, par exemple de l'air. Contrairement au ballon d'accumulation 110 de l'art antérieur, le ballon d'accumulation 1 ne contient pas d'eau froide. Dans l'exemple décrit ici, l'eau chaude 4 occupe initialement 70% du ballon d'accumulation 1, la pression du gaz 5 étant de 500 kPa. Lorsque l'on soutire de l'eau chaude du ballon d'accumulation 1 pour alimenter le réseau d'eau chaude 8, la pression dans le ballon d'accumulation 1 diminue en fonction du volume d'eau chaude soutiré. Le système de distribution d'eau chaude selon l'invention comporte des moyens pour ajuster la pression dans le ballon d'accumulation d'eau chaude 1. A cet effet, dans le mode de réalisation décrit ici, le ballon d'accumulation 1 est relié, par une canalisation 14, à un réservoir de gaz 2, (en l'occurrence un réservoir d'air), la pression du gaz dans le réservoir 2 étant supérieure à la pression du gaz dans le ballon d'accumulation 1. Dans l'exemple de réalisation décrit ici, la pression dans le réservoir de gaz 2 est d'environ 700 kPa. Dans le mode de réalisation décrit ici, le système de distribution d'eau chaude selon l'invention décrit ici comporte, sur la canalisation 14, une électrovanne 13, permettant de transférer du gaz sous pression du réservoir de gaz 2 vers le ballon d'accumulation d'eau chaude 1. Dans l'exemple de réalisation décrit ici, le système de distribution d'eau chaude selon l'invention comporte un régulateur de pression 12 placé lui aussi sur la canalisation 14, connecté à un contrôleur 20. Lorsque la pression dans le ballon d'accumulation d'eau chaude 1 mesurée par le régulateur de pression 12 diminue, ou lorsqu'elle devient inférieure à une valeur seuil déterminée, le contrôleur 20 : - agit sur l'électrovanne 13 pour transférer du gaz sous pression du réservoir 2 vers le ballon d'accumulation 1, de manière à y rétablir la pression initiale d'environ 500 kPa ; et - commande un compresseur 3 pour rétablir la pression initiale d'environ 700 kPa dans le réservoir de gaz 2. Dans le mode de réalisation décrit ici, l'eau chaude est produite par des moyens non représentés (capteurs solaires, pompe à chaleur, chaudière), ces moyens de production d'eau chaude étant reliés au ballon d'accumulation 1 par une canalisation 6, de façon à rétablir un niveau de remplissage cible en liquide, par exemple 70%. La pression augmente dans le ballon d'accumulation 1 lorsqu'on le remplit d'eau chaude. Dans le mode de réalisation décrit ici, le ballon d'accumulation d'eau chaude 1 comporte un robinet pressostatique 9, pour rejeter de l'air vers l'extérieur afin de limiter l'augmentation de pression à un niveau déterminé, par exemple 800 kPa. Dans le mode de réalisation décrit ici, le ballon d'accumulation 1 et le réservoir 2 sont en outre protégés des surpressions par des soupapes 11 et 15, tarées à la pression maximum de fonctionnement de chacun de ces équipements. La circulation dans le réseau d'eau chaude 8 est facilitée par un circulateur 10 placé, en sortie du ballon d'accumulation 1, sur une canalisation 7. Le système de distribution d'eau chaude selon l'invention est très intéressant du point de vue énergétique. Tout d'abord, il est remarquable de constater que le ballon d'accumulation 1 ne contient que de l'eau chaude. Mais surtout, de façon très avantageuse, du fait de la pression dans le ballon d'accumulation d'eau chaude 1, il n'est pas besoin de pompe de distribution consommatrice en énergie, un simple circulateur 10 étant suffisant. Il est intéressant de comparer, le système de distribution d'eau chaude selon l'invention avec un système conventionnel de distribution par pompe pour une installation dans un hôtel dans lesquels la consommation d'eau chaude est d'environ 10.000 kg par jour. a/ Système de distribution conventionnel Il a été précisé que dans le système de l'art antérieur représenté à la figure 1B, la pompe de distribution 120 consomme environ 2 à 3 kJ/kg d'eau circulée, soit une consommation totale de 20 MJ. b/ Système de distribution selon ce premier mode de réalisation de l'invention Le circulateur 10 utilisé dans l'invention consomme 0,02M/kg d'eau circulée (environ cent fois moins d'énergie que la pompe de distribution 120), soit une consommation totale de 20kJ. Par ailleurs, il a été mesuré qu'il fallait environ 25 kg d'air pour distribuer les 10.000 kg d'eau (rapport de 1 à 400). Or, un compresseur du type du compresseur 3, consomme de 150 à 180 kJ/kg de gaz à comprimer, sur écart de pression de 500 à 1000 kPa, soit environ 4,5 MJ dans cet exemple. c/ Conclusion Le système de distribution d'eau chaude selon ce premier mode de réalisation de l'invention consomme donc environ cinq fois moins d'énergie que le système conventionnel. La figure 3 représente un système de distribution d'eau chaude conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention. Ce système diffère du système décrit en référence à la figure 2, en ce qu'il comporte en outre une canalisation 18 permettant, le remplissage du réservoir 2 avec l'air comprimé dans le ballon d'accumulation 1 lors du remplissage de ce ballon d'accumulation 1 en eau par la canalisation 6. Ce mode de réalisation permet avantageusement de diminuer l'énergie consommée par le compresseur 3. Dans le mode de réalisation décrit ici, un régulateur de pression 16 et une électrovanne 17 soit placés sur la canalisation 18. Lorsque la pression dans le ballon d'accumulation 1 devient supérieure à celle dans le réservoir 2, lors du remplissage du ballon d'eau chaude par la canalisation 6, le régulateur de pression 16 transmet cette indication au contrôleur 20 qui ouvre alors l'électrovanne 17, l'excès de pression de gaz dans le ballon d'accumulation 1 permettant le transfert d'une masse de gaz du ballon d'accumulation 1 vers le réservoir 2. Le travail de compression du compresseur 3 est donc diminué. REVENDICATIONS1. Système de distribution d'eau chaude comportant : - un ballon d'accumulation (1) partiellement rempli d'eau chaude (4) sous pression d'un gaz (5) comprimé, ce ballon d'accumulation comportant au moins une entrée (6) d'eau chaude et une sortie (7) d'eau chaude alimentant un réseau de distribution (8) ; et - des moyens (13, 11) pour faire varier la pression dudit gaz comprimé (5) dans ledit ballon d'accumulation (1). 2. Système de distribution d'eau chaude selon la revendication 1 comportant un réservoir (2) de gaz comprimé connecté au ballon d'accumulation (1) par au moins une canalisation (14, 18) équipée d'une vanne (13, 17) apte à réguler le transfert de gaz dans ladite canalisation. 3. Système de distribution d'eau chaude selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (12, 13, 14, 20) pour transférer du gaz (5) du réservoir (2) vers le ballon d'accumulation (1) lorsque la pression du gaz dans le ballon d'accumulation (1) diminue en raison de la baisse de volume d'eau chaude (4) dans ledit ballon d'accumulation (1) pour l'alimentation dudit réseau de distribution (8). 4. Système de distribution d'eau chaude selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (16, 17, 18, 20) pour transférer du gaz (5) du ballon d'accumulation (1) vers le réservoir (2) lorsque la pression du gaz dans le ballon d'accumulation (1) augmente en raison du remplissage dudit ballon d'accumulation (1) en eau chaude. 5. Système de distribution selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un compresseur (3) permettant d'augmenter la pression de gaz comprimé (5) dans ledit réservoir (2).35