Brevet FR3005148A1 — publié le 20141031

L'invention se situe dans le domaine des systèmes de chauffage combinés de chauffage d'air pour une enceinte et d'eau sanitaire. Elle vise plus particulièrement mais non exclusivement la fourniture de chauffage et d'eau chaude dans les véhicules routiers, les navires et dans le domaine ferroviaire. 15 Des chaudières à air pulsé, c'est-à-dire comportant un brûleur, un échangeur de chaleur entre les gaz de combustion et de l'air à chauffer, et une ventilation pour pousser l'air chauffé dans des canalisations, sont habituellement utilisées pour chauffer des enceintes telles que des camping-cars, des habitacles camions ou des bateaux. Ces chaudières, qui peuvent être couplées à un 20 réservoir de production d'eau chaude sanitaire (ECS), présentent de nombreux avantages, notamment la compacité, une faible inertie thermique et la capacité d'utiliser le même carburant que le véhicule sur lequel elles sont installées (essence, gasoil, bio éthanol...). En revanche, elles présentent un rendement relativement bas. Il existe donc un besoin pour des systèmes de chauffage 25 utilisant des chaudières à air pulsé présentant un meilleur rendement. A cet effet, l'invention propose un système combiné de chauffage d'eau sanitaire et d'air pour une enceinte, comportant une chaudière à air pulsé, comprenant un ventilateur et un brûleur, une canalisation de sortie de gaz de 30 combustion de ladite chaudière, un réservoir d'eau sanitaire, une canalisation d'alimentation dudit réservoir en eau froide et une canalisation de sortie d'eau -2 chaude dudit réservoir, une canalisation de sortie d'air reliant ladite chaudière et l'enceinte à chauffer, cette canalisation traversant ledit réservoir d'eau sanitaire, de façon à ce que l'eau sanitaire soit chauffée au moins en partie par l'air chaud produit par ladite chaudière, dans lequel la canalisation de sortie de gaz de combustion peut traverser le réservoir d'eau sanitaire, de façon à ce que l'eau sanitaire soit en outre chauffée au moins en partie par les gaz de combustion. La circulation de la canalisation de sortie de gaz de combustion dans le réservoir permet un échange de calories entre les gaz de combustion, très chauds, et l'eau contenue dans le réservoir, ces calories étant autrement perdues. Cette récupération des calories des gaz de combustion offre deux avantages : de sensiblement doubler le rendement du système, de permettre une montée en température de l'eau sanitaire beaucoup plus rapide. Avantageusement, le système peut comporter au moins deux canalisations d'entrée d'air reliées à la chaudière, une canalisation d'air froid extérieur pour 20 alimenter en air le brûleur et une canalisation d'air à réchauffer reliée à l'enceinte. La canalisation d'air extérieur fournit le dioxygène pour la chaudière et la canalisation d'air à réchauffer permet de recycler de l'air en provenance de 25 l'enceinte, c'est-à-dire de réchauffer un air habituellement plus chaud que l'air extérieur. Avantageusement, le système peut comporter un moyen de régulation, au moins un capteur de température d'air dans l'enceinte et au moins un capteur 30 de température d'eau dans le réservoir, le moyen de régulation pouvant comporter des moyens d'entrée de températures de consigne d'air et d'eau. Comme il sera vu plus loin, le système dispose de plusieurs régimes de fonctionnement qui sont gérés par une régulation électronique. Avantageusement, dans un premier régime de fonctionnement, le brûleur et le ventilateur de la chaudière sont à l'arrêt, les températures de consignes d'air et d'eau étant atteintes. Ce premier régime de fonctionnement correspond en fait à l'arrêt des moyens 10 de chauffage et de ventilation de la chaudière tant que les températures de consigne sont atteintes ou dépassées. Avantageusement, dans un deuxième régime de fonctionnement, le brûleur et le ventilateur de la chaudière sont en fonction, les températures de consignes 15 de l'air et de l'eau n'étant pas atteintes. Dans le deuxième régime de fonctionnement, les moyens de chauffage et de ventilation de la chaudière sont en fonction ; la chaudière produit donc de l'air chaud à environ 80° C et des gaz de combustion beaucoup plus chauds, 20 environ 250° C. Le réservoir d'eau sanitaire comporte deux échangeurs internes, l'un traversé par l'air chaud produit par la chaudière, l'autre traversé par les gaz de combustion de la chaudière. Ces échangeurs transfèrent des calories des gaz de combustion et de l'air chaud à l'eau du réservoir. L'air chaud est ensuite dirigé vers l'enceinte à chauffer et les gaz de combustion 25 rejetés vers l'extérieur. Ce régime de fonctionnement se rencontre par exemple à la mise en service du chauffage. Avantageusement, dans un troisième régime de fonctionnement, le brûleur et le ventilateur de la chaudière sont en fonction, un clapet de dérivation d'air 30 monté sur la canalisation d'air chaud reliant le réservoir d'eau et l'enceinte -4 étant ouverte, la température de consigne de l'air étant atteinte ou dépassée mais pas la température de consigne de l'eau. Ce troisième régime de fonctionnement peut se rencontrer lorsque la 5 température de l'air extérieur est relativement douce, et donc lorsque la température de consigne de l'air est rapidement atteinte, alors qu'elle ne l'est pas encore pour l'eau. Dans ce cas, un volet de dérivation, situé sur le circuit d'air chaud entre le réservoir et l'enceinte, est ouvert pour rejeter à l'extérieur l'excédent d'air chaud, l'eau étant surtout réchauffée par les gaz de 10 combustion. C'est le seul régime de fonctionnement où ce volet de dérivation est ouvert. Le prélèvement d'air à réchauffer en amont de la chaudière peut s'effectuer de deux façons : 15 soit, comme dans le deuxième régime de fonctionnement, le système prélève de l'air en provenance de l'enceinte grâce à la canalisation de recyclage de l'air chaud reliée à la chaudière, soit, grâce à un second volet de dérivation monté sur la canalisation d'air de recyclage, le système prélève de l'air extérieur pour éviter 20 de prélever de l'air chaud dans l'enceinte et donc de la refroidir. Avantageusement, dans un quatrième régime de fonctionnement, le brûleur de la chaudière est à l'arrêt et le ventilateur de la chaudière est en fonction, la température de consigne de l'air n'étant pas atteinte et la température de 25 consigne de l'eau étant atteinte ou dépassée. Dans les deuxième et troisième régimes de fonctionnement, les échangeurs du réservoir d'eau fonctionnent en échange air - eau, c'est-à-dire que l'air et les gaz chauds transmettent des calories à l'eau. Dans ce quatrième régime de 30 fonctionnement, on utilise le réservoir d'eau sanitaire comme source chaude pour maintenir la température de l'enceinte, de façon à économiser le carburant : le brûleur de la chaudière est à l'arrêt et le ventilateur fait circuler l'air, qui se réchauffe en traversant l'échangeur situé dans le réservoir. Avantageusement, dans un cinquième régime de fonctionnement, le brûleur de la chaudière est à l'arrêt, le ventilateur de la chaudière est en fonction et le réservoir est vide ou rempli d'eau à température ambiante, de sorte que le système de chauffage est utilisé uniquement en ventilation. Dans ce régime de fonctionnement, le système n'est pas utilisé pour maintenir une température de consigne, qu'il s'agisse d'air ou d'eau, il est utilisé uniquement en ventilation ; il peut même être utilisé en climatisation si le réservoir d'ECS a pu être connecté à une source d'eau fraîche. Il s'agit d'un régime de fonctionnement d'été. Avantageusement, le système peut comporter deux modes de fonctionnement, un mode automatique dans lequel le passage d'un régime de fonctionnement à l'autre est réalisé par ledit moyen de régulation et un mode de fonctionnement forcé dans lequel le régime de fonctionnement est imposé par l'utilisateur. Avantageusement, la chaudière et le réservoir d'eau sanitaire peuvent être intégrés dans un ensemble unique. Le système est destiné principalement à des enceintes de petite taille telles que des camping-cars, des bateaux, des habitacles de camions... En conséquence 25 le système doit être le plus compact possible. L'invention porte également sur un véhicule routier ou un navire équipé d'au moins un système de chauffage combiné selon l'invention. 30 Des modes de réalisation et des variantes seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 représente un schéma d'un système de chauffage combiné selon l'invention ; La figure 2 représente une portion de schéma d'une variante du système de chauffage. La figure 1 représente un système de chauffage combiné pour chauffer une enceinte 11 et fournir de l'eau chaude sanitaire, comportant deux éléments 10 principaux, une chaudière à air pulsé 2 et un réservoir d'eau sanitaire 1. La chaudière à air pulsé 2 comporte un brûleur 13, un échangeur air - air (non représenté) pour transférer la chaleur de la flamme à l'air à chauffer et un ventilateur 12 pour faire circuler cet air chaud. Le brûleur 13 est alimenté en 15 air extérieur par une canalisation 7 et en carburant par une canalisation 16 reliée à un réservoir 15. Les gaz de combustion s'échappent par une canalisation 3. L'air à réchauffer, aspiré par le ventilateur 12, est fourni à la chaudière par une canalisation 6 et provient de l'enceinte 11 par l'intermédiaire d'un puisage 6a, le système recycle donc l'air chaud de 20 l'enceinte 11. L'air réchauffé par la chaudière s'en échappe par une canalisation de sortie d'air chaud 4. Le réservoir d'eau sanitaire 1 renferme un échangeur 4a et un échangeur 3a montés respectivement sur les canalisations d'air chaud 4 et de gaz de 25 combustion 3, qui traversent ledit réservoir. Ce réservoir est alimenté en eau froide par une canalisation d'eau froide 10 sur laquelle est montée un clapet anti-retour 9a et une pompe 9 qui puise dans un réservoir d'eau froide 30. L'eau chaude est délivrée en sortie du réservoir 1 par une canalisation d'eau chaude 8 jusqu'à un point de puisage 8a situé dans l'enceinte 11. L'air chaud 30 est délivré dans l'enceinte 11 par la canalisation d'air chaud 4 après sa traversée du réservoir 1. Les gaz de combustions sont rejetés à l'extérieur par la canalisation 3 après sa traversée du réservoir 1. Les échangeurs 3a et 4a sont en acier inoxydable et comportent des ailettes en 5 vue d'un meilleur échange de chaleur entre l'eau du réservoir 1 et l'air ou les gaz qui circulent dans ces échangeurs. La canalisation d'air chaud 4 comporte, entre sa sortie du réservoir 1 et l'enceinte 11, un clapet 14 qui permet, dans le troisième régime de 10 fonctionnement, de réaliser un échappement d'air chaud 4b vers l'extérieur. Le système comporte en outre un boîtier électronique de régulation 20 relié électriquement à la chaudière 2, au clapet 14, ainsi qu'à des capteurs de température d'air 18 de l'enceinte 11 et de température d'eau 17 dans le 15 réservoir 1 (liaisons non représentées), la pompe 9 étant directement alimentée par la chaudière 2. Le boîtier électronique de régulation 20 comporte un circuit PID et possède en outre des moyens de communication avec l'utilisateur tels qu'un écran, tactile ou non tactile, un clavier, des réglages potentiométriques... lui permettant de fournir des données de consigne de 20 température d'air et d'eau et de sélectionner le régime de fonctionnement souhaité. Le boîtier électronique de régulation 20 permet à l'utilisateur de choisir entre : un mode de fonctionnement automatique, après avoir entré les 25 températures de consigne, dans lequel le boîtier électronique de régulation assure le changement de régime de fonctionnement en fonction des températures mesurées par les capteurs de température 17 et 18, un mode de fonctionnement forcé, dans lequel l'utilisateur impose, 30 au moins transitoirement, un régime de fonctionnement au système, sous réserve du respect de températures maximales de sécurité à ne -8 jamais dépasser (par exemple 700 à 80° C pour l'eau sanitaire du réservoir). Il est à noter que seul ce mode de fonctionnement forcé permet d'atteindre le régime de fonctionnement en ventilation seule (cinquième régime de fonctionnement). Dans une variante de réalisation le système peut comporter en outre un échangeur de calories entre ladite canalisation d'air extérieur 7 et ledit réservoir. Par exemple, la canalisation d'amenée d'air froid extérieur 7 entoure le réservoir 1 de façon à réchauffer cet air froid extérieur. Dans le troisième régime de fonctionnement décrit plus haut (température de consigne de l'air atteinte mais pas celle de l'eau), le système évacue vers l'extérieur un excédent d'air chaud par le clapet 14, la montée en température de l'eau étant confiée aux gaz de combustion qui traversent l'échangeur 3a. Cependant la chaudière 2 continue de prélever de l'air dans l'enceinte 11 par la canalisation de recyclage 6, ce qui contribue à refroidir cette enceinte. Pour éviter ce prélèvement d'air chaud dans l'enceinte 11, le système comporte, dans une variante représentée partiellement en figure 2, un second clapet 40 en entrée de la chaudière de façon à ce que, dans ce régime de fonctionnement uniquement, la chaudière 2 prélève et chauffe de l'air extérieur par une canalisation 6b au lieu d'air de recyclage en provenance de l'enceinte 11. Ce système de chauffage est particulièrement adapté à un habitacle de camping-car, de camion ou de bateau. Dans ce cas, le réservoir de carburant 15 est celui du véhicule considéré. Le système se présente alors sous une forme compacte regroupant dans une même enveloppe la chaudière 2, le réservoir 1 et le clapet 14. Bien entendu le réservoir d'eau sanitaire 1 a la capacité d'être relié, directement ou indirectement, à un point de fourniture d'eau courante, auquel cas la pompe 9 est inactive.30 REVENDICATIONS1. Système combiné de chauffage d'eau sanitaire et d'air pour une enceinte (11), comportant une chaudière à air pulsé (2), comprenant un ventilateur (12) et un brûleur (13), une canalisation de sortie de gaz de combustion (3) de ladite chaudière, un réservoir d'eau sanitaire (1), une canalisation (10) d'alimentation dudit réservoir en eau froide et une canalisation (8) de sortie d'eau chaude dudit réservoir, une canalisation (4) de sortie d'air reliant ladite chaudière et l'enceinte à chauffer, cette canalisation traversant ledit réservoir d'eau sanitaire, de façon à ce que l'eau sanitaire soit chauffée au moins en partie par l'air chaud produit par ladite chaudière, caractérisé en ce que ladite canalisation de sortie de gaz de combustion (3) traverse ledit réservoir d'eau sanitaire (1), de façon à ce que l'eau sanitaire soit en outre chauffée au moins en partie par les gaz de combustion. 2. Système de chauffage combiné selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux canalisations d'entrée d'air (6, 7) reliées à ladite chaudière, une canalisation (7) d'air froid extérieur pour alimenter en air ledit brûleur (13) et une canalisation (6) d'air à réchauffer reliée à ladite enceinte (11). 3. Système de chauffage combiné selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de régulation (20), au moins un capteur (18) de température d'air dans l'enceinte (11) et au moins un capteur (17) de température d'eau dans le réservoir (1), le moyen de régulation comportant des moyens d'entrée de températures de consigne d'air et d'eau.30- 10 - 4. Système de chauffage combiné selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, dans un premier régime de fonctionnement, le brûleur (13) et le ventilateur (12) de la chaudière (2) sont à l'arrêt, les températures de consignes d'air et d'eau étant atteintes ou dépassées. 5. Système de chauffage combiné selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, dans un deuxième régime de fonctionnement, le brûleur (13) et le ventilateur (12) de la chaudière (2) sont en fonction, les températures de consignes de l'air et de l'eau n'étant pas atteintes. 6. Système de chauffage combiné selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, dans un troisième régime de fonctionnement, le brûleur (13) et le ventilateur (12) de la chaudière (2) sont en fonction, un clapet de dérivation d'air (14) monté sur la canalisation (4) d'air chaud reliant le réservoir d'eau (1) et l'enceinte (11) étant ouvert, la température de consigne de l'air étant atteinte ou dépassée mais pas la température de consigne de l'eau. 7. Système de chauffage combiné selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, dans un quatrième régime de fonctionnement, le brûleur (13) de la chaudière (2) est à l'arrêt et le ventilateur (12) de la chaudière est en fonction, la température de consigne de l'air n'étant pas atteinte et la température de consigne de l'eau étant atteinte ou dépassée. 8. Système de chauffage combiné selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, dans un cinquième régime de fonctionnement, le brûleur (13) de la chaudière (2) est à l'arrêt, le ventilateur (12) de la chaudière est en fonction et le réservoir (1) est vide ou rempli d'eau à température ambiante, de sorte que le système de chauffage est utilisé uniquement en ventilation.30-11- 9. Système de chauffage combiné selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte deux modes de fonctionnement, un mode automatique dans lequel le passage d'un régime de fonctionnement à l'autre est réalisé par ledit moyen de régulation (20) et un mode de fonctionnement forcé dans lequel le régime de fonctionnement est imposé par l'utilisateur. 10. Système de chauffage combiné selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chaudière (2) et le réservoir (1) d'eau sanitaire sont 10 intégrés dans un ensemble unique. 11. Système de chauffage combiné selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un échangeur de calories entre ladite 15 canalisation d'air extérieur (7) et ledit réservoir (1). 12. Véhicule routier équipé d'au moins un système de chauffage combiné selon l'une des revendications précédentes. 20 13. Navire équipé d'au moins un système de chauffage combiné selon l'une des revendications 1 à 11.