Brevet FR2986861A1 — publié le 20130816

L'invention concerne un accumulateur combiné pour la mise à disposition tant d'eau chaude potable (et d'eau sanitaire) que d'eau chaude pour le chauffage. Les accumulateurs combinés de cette typologie sont déjà connus, par exemple, en raison du précédent dépôt de brevet n° EP 2 031 333 A2 de l'inventeur. Afin de favoriser la stratification de la température qui se forme dans l'eau accumulée, dans le cadre du brevet susmentionné, l'installation d'une membrane séparant les deux chambres superposées l'une à l'autre et communicantes a été prévue. Dans la chambre supérieure, est installé un échangeur de chaleur qui a la forme d'une double hélice et sert pour l'eau à usage domestique (donc pour l'eau potable utilisée, par exemple, à des buts sanitaires). L'arrivée d'eau pour le chauffage réchauffée par un chauffe-eau ou similaire se fait au niveau de cet échangeur de chaleur alors que le retour de l'eau au chauffe-eau se fait au niveau de la chambre inférieure. C'est également ici que se situe le retour des éléments chauffants. Les systèmes du type décrit ci-avant sont équipés d'un premier circuit fermé pour l'eau de chauffage (ou pour tout autre liquide approprié), avec une aspiration au niveau de la source de chaleur, soit d'un chauffe-eau à gaz ou gasoil, ou encore d'une chaudière à bois ou à pellets, et avec un refoulement au niveau de l'accumulateur. Il est également possible de prévoir d'autres sources de chaleur. Qui plus est, le système de ce type est équipé d'un second circuit ouvert pour l'eau potable, avec une entrée pour l'eau froide potable et une sortie pour l'eau chaude sanitaire. En complément à ces deux circuits, il est possible de prévoir un troisième circuit, fermé lui aussi, pour une installation solaire et/ou pour une pompe à chaleur. À l'intérieur de l'accumulateur, à cause de la densité de l'eau qui varie en fonction de la température, il se forme une stratification qui fait que l'eau la plus chaude se trouve dans la partie supérieure de la cuve et la plus froide dans la partie inférieure. Les différentes aspirations et les différents refoulements sont placés en conséquence. Le second circuit séparé est habituellement installé dans la partie supérieure où il est accouplé thermiquement au premier circuit par le biais d'un échangeur de chaleur à spirales. Ce type de systèmes doit assurer, dans différentes situations d'usage, la distribution d'eau de façon confortable ainsi que de permettre les économies d'énergie. À ce propos, les systèmes connus ne sont pas encore tout à fait satisfaisants. L'invention se fixe donc l'objectif d'améliorer le système connu en 10 termes d'économies d'argent et de facilité d'usage. Il a donc été remarqué qu'étrangement, il est possible de mieux répondre aux besoins susmentionnés en créant une structure totalement différente par rapport à celle connue actuellement. En ce sens, l'invention propose un accumulateur combiné pour l'eau sanitaire, 15 pour la mise à disposition tant d'eau chaude potable que d'eau chaude pour le chauffage, comprenant une cuve extérieure en fonction, remplie avec de l'eau pour le chauffage, avec, respectivement, une aspiration et un refoulement pour l'évacuation et l'arrivée d'eau pour le chauffage; et une cuve intérieure en fonction, remplie avec 20 de l'eau potable, installée dans la cuve extérieure, avec, respectivement, une entrée et une sortie pour l'arrivée et l'évacuation d'eau potable; et dans lequel est installé un tube conducteur qui entoure la cuve intérieure située à l'intérieur de la cuve extérieure, où sont installés un ou plusieurs tubes conducteurs 25 à l'intérieur de la cuve intérieure qui se déploient, généralement, du bas vers le haut et ressortent dans la partie supérieure de la cuve extérieure, et où est présente une entrée pour l'eau de chauffage réchauffée sur le tube conducteur ou sur les tubes conducteurs dans la partie inférieure de la cuve extérieure. 30 L'accumulateur combiné conforme à l'invention est utilisé avec au moins un dispositif pour réchauffer l'eau utilisée pour le chauffage. Cette source de chaleur est normalement offerte séparément et ne fait pas partie de l'invention. La solution décrite ici propose une variation par rapport à la théorie en vigueur : monter le refoulement de l'eau de chauffage réchauffée par une source de chaleur au-dessus de l'aspiration de l'eau refroidie, en installant, au contraire, à l'intérieur de la 5 cuve d'eau de chauffage, une autre cuve pour l'eau sanitaire. L'eau chaude du chauffage est, à partir du refoulement situé en haut, convoyée du bas vers le haut en passant à travers un ou plusieurs tubes conducteurs à l'intérieur de cette autre cuve et, vice-versa, l'eau sanitaire sera produite dans cette autre cuve par le passage de 10 l'eau de chauffage venant du bas à travers un ou plusieurs tubes conducteurs, formant ainsi un échange thermique ultra performant. Dans les deux cas donc, l'eau chaude de chauffage pénètre dans l'accumulateur en-dessous du refoulement de l'eau refroidie dans la partie inférieure de la cuve. 15 Qui plus est, la partie extérieure de la cuve qui enveloppe, tel un revêtement, ce tube conducteur central et cette cuve intérieure, peut être subdivisée en une chambre supérieure et une inférieure à travers une structure qui les sépare de façon étanche, comme, par exemple, une tôle perforée. Il est aussi possible de prévoir une double 20 subdivision dans une chambre supérieure, inférieure et intermédiaire, située entre les deux autres. Les structures de séparation peuvent avoir la forme de cône coupé et avec de nombreux orifices dans la plaque qui referme la surface frontale la plus petite. Dans les modèles réalisés, une portion du cône supérieur est droite, une du 25 cône inférieur est inversée, donc avec la surface frontale la plus petite tournée vers le bas, tel un entonnoir. De façon générale, il est possible de prévoir que la structure de séparation se termine à l'extérieur, sur la paroi de l'accumulateur. Le raccordement des chambres disposées l'une sur l'autre se fait donc plus à l'intérieur 30 et, donc, dans le sens radial, loin du refoulement. Dans une première variante, la cuve intérieure pour l'eau sanitaire est un tube monté droit sur l'axe longitudinal de l'accumulateur comprenant, respectivement, l'entrée et la sortie d'eau froide potable et d'eau chaude sanitaire. Ces entrées et sorties se développent, en étoile, tout autour de la cuve extérieure et sur la paroi de l'accumulateur. La longueur du tube est dûment supérieure à la moitié de la hauteur de la cuve de l'accumulateur. Le tube est fermé en haut et en bas ; cependant, une certaine quantité de tubes conducteurs passent dans le sens longitudinal, par exemple, de 3 à 12 tubes, auxquels arrive l'eau chaude pour le chauffage, revenant de la source de chaleur. Ou bien, l'eau sanitaire passe entre les différents tubes et l'eau pour le chauffage est envoyée à travers les tubes conducteurs et vice-versa. Dans les deux modèles réalisés, une 10 fois la chaleur transférée à l'eau sanitaire, de l'eau chaude est disponible pour le chauffage dans la chambre supérieure. La stratification correspondant à la température de l'eau peut donc être maintenue malgré le passage de l'eau réchauffée dans la chambre inférieure. Cependant, celle-ci est combinée avec un gradient radial 15 de température qui réduit la perte de chaleur puisque l'eau la plus chaude se trouve à l'intérieur. De la même façon, comme l'eau pour le chauffage réchauffée passe à travers le refoulement, l'eau pour le chauffage refroidie sort à travers l'aspiration en direction de la source de chaleur. Cette 20 arrivée dans les modèles réalisés est située au-dessus du refoulement et, précisément, dans la partie intermédiaire, ou voire même dans la partie supérieure de l'accumulateur celle-ci peut être éventuellement installée dans la partie intermédiaire. De la même façon, le refoulement peut aller, à partir des éléments chauffants 25 (par exemple, des radiateurs), alimentés par l'accumulateur d'eau chaude, à la chambre intermédiaire ou à la partie intermédiaire de l'accumulateur. L'aspiration correspondante est située dans la partie supérieure de l'accumulateur. Dans une des variantes, il est prévu d'installer un troisième circuit 30 fermé pour la production de chaleur par des panneaux solaires. L'accouplement thermique peut se faire par le biais d'un échangeur de chaleur à plaques chauffantes, situé à côté de l'arrivée d'eau pour le chauffage réchauffée, sous le tube conducteur. Résultat, dans cette position, le transfert de la chaleur à l'eau pour le chauffage 35 devient particulièrement efficace. La description qui suit montre d'autres caractéristiques de l'invention au travers d'exemples de réalisations, en association aux revendications et aux illustrations. Les figures reportent les mêmes éléments, ou similaires, ainsi que les index de référence, ou similaires. L'invention ne se limite pas à la description des exemples de réalisations mais est définie dans le cadre de droits dérivant du brevet. Notamment, les caractéristiques individuelles des formes de réalisation conformes à l'invention peuvent être mises en place suivant un nombre et des combinaisons diverses par rapport aux exemples indiqués ci-après. Dans l'illustration suivante d'un exemple de réalisation, il est fait référence aux figures jointes en annexe, soit : La figure 1 qui illustre un système connu La figure 2 qui montre la vue en coupe d'un modèle de réalisation d'un accumulateur conforme à l'invention ; et La figure 3 qui montre un exemple de disposition des tubes conducteurs d'eau pour le chauffage dans la cuve intérieure d'eau potable. La figure 1 représente l'exemple d'un système traditionnel d'accumulateur combiné avec ses différents circuits d'eau. Le composant central est constitué par l'accumulateur d'eau 2 même, avec axe vertical indiqué ici par le biais de pointillés et de tirets. D'ordinaire, pour des raisons de stabilité, ce type d'accumulateur est fabriqué de façon cylindrique. La source de chaleur T est alimentée avec de l'eau pour le chauffage par l'accumulateur à travers l'aspiration 7 et le tube d'aspiration 7a ; l'eau réchauffée est envoyée dans l'accumulateur 2 à travers le tube de refoulement 6a et le refoulement 6. Une autre source de chaleur, par exemple, les panneaux solaires P, équipés avec leur propre circuit d'eau individuel, présente les composants respectifs lla-lld. À l'intérieur de l'accumulateur 2, à cette fin, est prévue l'installation d'un échangeur de chaleur spécial (non représenté ici). Côté éléments chauffants (à droite de la figure), sont représentées trois unités U qui reçoivent l'eau pour le chauffage à travers les aspirations 8 et les tubes d'aspiration 8a et qui renvoient en arrière, vers l'accumulateur 2, l'eau refroidie à travers un tube de refoulement commun 9a et le refoulement 9. Dans cette vue en coupe, les composants nécessaires à la distribution d'eau potable ont été omis ; ceux-ci peuvent être installés dans un élément supplémentaire monté sur la surface frontale supérieure de l'accumulateur cylindrique. La figure 2 montre, avec une vue en coupe longitudinale, un accumulateur 12 conforme au modèle de réalisation. L'accumulateur 12 présente une cuve extérieure dans laquelle a été installée, au centre, une cuve intérieure 14, en acier inoxydable (AISI 316 T), avec entrées et sorties 16, 18 disposées en étoile. Ce tube interne dont les surfaces frontales supérieures et inférieures 20 et 22 sont fermées sert à conduire l'eau sanitaire à travers l'accumulateur. Le transfert de la chaleur à l'eau sanitaire est réalisé par le système de tubes conducteurs 24 (la figure 3 montre 6 tubes disposés de façon concentrique ; il est également possible d'avoir 5 ou 7 tubes) qui conduit l'eau horizontalement à travers la cuve intérieure 14. Dans cet exemple, les tubes conducteurs sont des éléments droits mais ceux-ci peuvent également avoir une forme hélicoïdale. En proximité du bord inférieur de la cuve intérieure 14, se trouver une membrane circulaire 26 qui, radialement, ne s'étend pas jusqu'à la paroi externe. Sous le bord intérieur de la cuve intérieure 14, se trouve une ouverture d'entrée 28 pour l'eau conduite par la source de chaleur, dont l'extrémité est pliée vers le haut. Dans cette position, il est également possible d'installer l'échangeur de chaleur 52 d'un équipement de panneaux solaires. En deux points de la circonférence de la cuve intérieure 14, sont installées deux cloisons en tôle 30, en forme de cône tronqué, et, plus précisément, celle supérieure est droite et celle inférieure est inversée. Les deux tôles se terminent à l'extérieur, sur la paroi de l'accumulateur 12 ; dans l'espace intérieur radial, la plus petite des surfaces frontales 34 est fermée de façon étanche par une plaque perforée en acier inoxydable 36. Les surfaces frontales les plus grandes 38 sont entièrement ouvertes. Ces tôles servent à fixer la cuve intérieure 14. L'accumulateur se trouve sur une base 50. L'installation d'un chauffage électrique supplémentaire pour l'eau d'accumulation 48 peut être prévue. Le refoulement 40 de l'eau pour le chauffage réchauffée est situé 5 sous la membrane circulaire 26 et est raccordé à l'ouverture d'entrée 28. L'aspiration 42 pour l'arrivée d'eau refroidie dans la source de chaleur T est située plus en hauteur, dans un modèle au niveau du cône supérieur 30 ou au-dessus de ce dernier. Les aspirations et les refoulements 44 et 46 pour les éléments U sont situés à différentes 10 hauteurs sur le circonférence de l'accumulateur 12, pour une question de facilité, au niveau du cône inférieur (refoulement 46) et au-dessus du cône supérieur (aspiration 44). Pour ce qui concerne la proportion du système de tubes illustré dans la fig. 3, il est préférable de choisir le diamètre interne d des 15 tubes conducteurs à une distance relativement basse D entre un tube et l'autre, de sorte que la proportion d:D puisse être comprise entre 1:3 et 3:1, et entre 1:2 et 2:1. De cette façon, il est possible de garantir que, d'une part, le volume d'eau sanitaire passant entre les tubes conducteurs soit suffisant et que, d'autre part, la résistance 20 au courant d'eau chaude pour le chauffage ramenée ne soit pas trop grande. Du reste, ici, la distance (non la distance au centre !) de tubes installés normalement autour de leur axe vertical est déterminante, et ce, indépendamment de la présence d'un tube ou non sur cet axe. Il est bien connu que toutes ces distances sont 25 identiques pour les systèmes à six tubes installés autour d'un septième tube central ayant la même grandeur. Dans un système installé normalement à cinq tubes périphériques et un central, les distances entre les tubes périphériques sont légèrement supérieures par rapport à leur distance respective du tube central. Cependant, 30 cette symétrie le plus possible élevée n'est pas obligatoire. L'accumulateur pour eau sanitaire peut être placé pour un volume de 300-2000 litres ou bien pour des besoins pouvant arriver même jusqu'à 5000 litres. Un accumulateur type, avec une capacité de 1000 litres environ peut présenter les mesures suivantes : diamètre interne de 790 mm, diamètre externe de 990 mm, diamètre du couvercle de 790 mm, diamètre de la membrane circulaire de 600 mm, diamètre du cylindre pour l'eau sanitaire de 340 mm, grandeur standard des tubes conducteurs de 1" (25,4 mm) ou bien 1;ç4 (31,75 mm) de sorte que le contenu net du tube pour l'eau de vidange soit égal à 80-80 litres environ, diamètre externe de la tôle perforée de 500 mm, largeur des anneaux par le biais desquels les tôles de séparation formant les troncs de cône sur la paroi interne de 50 mm sont fixées. Il reste donc 95 mm pour la différence des rayons de la surface frontale plus petite et la plus grosse des troncs de cône. Résultat, l'angle d'inclinaison de la surface du revêtement peut être compris entre 15 et 40°, de préférence entre 20 et 35°, ou bien, encore mieux, entre 25 et 30° sur l'axe vertical. Les diamètres doivent s'adapter proportionnellement aux différents volumes de capacité. Comme mesure de référence, la racine cubique du volume de la capacité prise en exemple, soit lm, peut s'avérer utile. Pour un récipient du double de cette capacité, il faudra multiplier toutes les données de la longueur par un coefficient de 1,26 (1,2632) ; les angles, quant à eux, ne changeront pas. L'expert saura que différentes variables et intégrations des exemples décrits sont possibles, et ce, sans besoin d'abandonner la zone protégée par les revendications du document. À titre d'exemple, à la place d'une tôle en forme d'éventail de 600 mm de diamètre, il est possible de prévoir l'installation d'une membrane circulaire 26, tel qu'illustré dans la Fig. 2. Il est également possible d'installer, dans la chambre supérieure ou dans le tiers supérieur de la cuve, une sonde de température reliée à une commande de réglage indiquant la température effective ou encore un signal dérivé de cette dernière pour le réglage. Celle-ci peut être configurée ou programmée de sorte que la source de chaleur se mette en fonction lorsque la température est en-dessous d'une première valeur limite (inférieure) puis, lorsqu'une deuxième valeur limite (supérieure) est atteinte, qu'elle s'arrête de fonctionner. En substitution de cette source de chaleur, en cas de sources de chaleur à combustible solide, il est possible d'utiliser une vanne trivalente pour l'eau de chauffage qui, elle aussi, sera actionnée proportionnellement aux besoins. REVENDICATIONS1. Accumulateur combiné pour l'eau sanitaire, pour la mise à 5 disposition tant d'eau chaude potable que d'eau chaude pour le chauffage, avec une cuve extérieure (12) en fonction, remplie avec de l'eau pour le chauffage, avec, respectivement, une aspiration(42) et un refoulement (40) pour l'évacuation et l'arrivée d'eau pour le chauffage ; 10 et une cuve intérieure (14) en fonction, remplie avec de l'eau potable, installée dans la cuve extérieure (12), avec, respectivement, une entrée (16) et une sortie (18) pour l'arrivée et l'évacuation d'eau potable ; où est installé un tube conducteur qui entoure la cuve intérieure 15 (14)située à l'intérieur de la cuve extérieure, où sont installés un ou plusieurs tubes conducteurs (24) à l'intérieur de la cuve intérieure (14) qui se déploient, généralement, du bas vers le haut et ressortent dans la partie supérieure de la cuve extérieure (12), et où est présente une entrée (28) pour l'eau de chauffage réchauffée 20 sur le tube conducteur ou sur les tubes conducteurs (24) dans la partie inférieure de la cuve extérieure. 2. Accumulateur pour l'eau sanitaire suivant la revendication 1 où la partie de la cuve extérieure (12) qui entoure, tel un revêtement, le tube conducteur central et la cuve intérieure (14), est subdivisée 25 grâce à une structure de séparation (30, 32) en, au moins, une chambre supérieure et une inférieure. 3. Accumulateur pour l'eau sanitaire suivant la revendication 2 où la structure de séparation (30, 32) crée une double subdivision en une chambre supérieure, inférieure et intermédiaire, située entre les 30 deux autres. 4. Accumulateur pour l'eau sanitaire suivant la revendication 2 ou 3 où la structure de séparation (30, 32) a une forme de cône tronqué et présente de nombreux orifices dans la moitié intérieure disposées en étoile, où la surface frontale la plus grande (38) de la portion de 5 cône est ouverte. 5. Accumulateur pour l'eau sanitaire suivant la revendication 3 ou 4 où une portion du cône supérieur (30) est installée de façon droite et une portion du cône inférieur (32) l'est de façon inversée. 6. Accumulateur pour l'eau sanitaire suivant la revendication de 2 à 10 5 où le bord extérieur de la structure de séparation (30, 32) se termine sur la paroi de l'accumulateur. 7. Accumulateur pour l'eau sanitaire suivant l'une des revendications précédentes où la cuve intérieure (14) est un tube installé de façon droite sur l'axe vertical (L) de la cuve extérieure (12). 15 8. Accumulateur pour l'eau sanitaire suivant la revendication 7 où la longueur du tube (14) est supérieure à la moitié de la hauteur interne de la cuve extérieure (12) sur son axe vertical (L). 9. Accumulateur pour l'eau sanitaire suivant la revendication 7 ou 8 où le tube (14) est fermé en haut et en bas et où de 3 à 12 tubes 20 conducteurs (24) passent à travers le tube (14) dans le sens horizontal. 10. Accumulateur pour l'eau sanitaire suivant la revendication 9 où le tube (14) présente des entrées et des sorties (16, 18) pour l'eau potable et l'eau chaude sanitaire, se déployant en étoile à travers 25 la cuve extérieure (12) et la paroi de l'accumulateur. 11. Accumulateur pour l'eau sanitaire suivant la revendication 7 ou 8 où l'eau sanitaire est conduite entre les différents tubes conducteurs et où l'eau pour le chauffage est amenée à travers les tubes conducteurs. 30 12. Accumulateur pour l'eau sanitaire suivant l'une des revendications précédentes où l'aspiration(42) pour l'eau à amener àla source de chaleur est installée au-dessus du refoulement (40) pour l'eau chaude provenant de la source susmentionnée et, plus précisément, si possible, dans la partie intermédiaire ou supérieure de l'accumulateur, éventuellement dans la chambre intermédiaire. 13. Accumulateur pour l'eau sanitaire suivant l'une des revendications précédentes, comprenant en outre des éléments chauffants, qui reçoivent l'eau pour le chauffage à travers une aspiration (44), et refoulent l'eau vers un refoulement (46), et dans lequel le refoulement (46) depuis les éléments chauffants (U), alimentés par l'accumulateur d'eau chaude, aboutit dans la chambre intermédiaire ou inférieure ou bien dans la partie intermédiaire de l'accumulateur. 14. Accumulateur pour l'eau sanitaire suivant la revendication 13 où l'aspiration respective (44) est installée dans la partie supérieure 15 de l'accumulateur. 15. Accumulateur pour l'eau sanitaire suivant l'une des revendications précédentes où est prévue l'installation d'un échangeur de chaleur à plaques chauffantes (52) pour l'accouplement thermique d'un troisième circuit fermé (P) pour la production de 20 chaleur par des panneaux solaires et où l'échangeur en question (52) est installé à côté de l'entrée (28) de l'eau pour le chauffage réchauffée et/ou sous les tubes conducteurs (24).