CENTRALHEATING INSTALLATION WITH TWO ENERGY SOURCES

Abstract: 1. A central heating installation with two energy sources comprising a closed circuit of a heat transfer liquid circulating between a boiler and a plurality of radiators distributed over the various parts of the building to be heated, according to which installation at least one radiator is equipped with an electrical heating element (2) disposed in the lower collector of the radiator, said installation being characterized in that said radiator comprises in its upper collector (1b) means for compensating thermal expansion (3) including an elastically deformable wall (32) limiting an inner chamber (48) immersed in the heat transfer liquid and provided with means (33) for causing its volume to communicate with the surroundings outside said radiator.

Description: INSTALLATION DE CHAUFFAGE CENTRAL BI-ENERGIE La présente invention se rapporte aux installations de chauffage central. Les installations du type considéré sont essentiellement constituéespar un circuit fermé d'un liquide caloporteur, généralement de i'eau, circulant entre un générateur de chaleur centralisé, souvent à combustible (gaz, fuel, etc...) habituellement appelée chaudière, et une pluralité de corps de chauffe, ou radiateurs, Judicieusement répartis dans les différentes pièces des locaux à chauffer afin d'en assurer le confort thermique. Le fluide caloporteur est porté en température au sein de la chaudière, puis vient céder une partie de ses calories au milieu à chauffer au travers des radiateurs, avant de retourrier à la chaudière, et ainsi de suite durant toute la période souhaitée de chauffage. Il est connu d'élargir les possibilités d'utilisation de ce type d'installation en complètant la source de chaleur unique et centralisée (chaudière) par une ou plusieurs sources thermiques secondaires, décentralisées auprès des radiateurs eux-memes. On parvient ainsi à transformer une installation initia- lement conçue pour une marche "mono -énergie" en un système "bi- énergie", simplement en incorporant à un ou plusieurs radiateurs un élément chauffant électrique autonome directement relié à la source de puissance électrique disponible à proximité dans le local à chauffer. Une telle modification de l'installation procure de nombreux avantages qui ont déjà été largement mentionnés, notamment dans les brevets français nO 1 570 420, 991 956 ou 2 351 361, de sorte que la reprise de leur description détaillée serait tout à fait superflue ici. On soulignera simplement que la plus grande souplesse d'utilisation ainsi obtenue permet de moduler sélectivement et adapter avec précision le chauffage aux besoins que l'on en a de façon à réaliser des économies d'énergie appréciables sans pénaliser le con fort thermique des locaux chauffés. Toutefois, les installations décrites dans les documents précités ne sont pas dénués d'inconvénients, liés essentiellement à l'absence de prise en compte ou à une prise en compte imparfaite des phénomènes de dilatation du volume de liquide caloporteur confine et chauffé "in situ" dans le ou les radiateurs équipés d'un élément chauffant électrique. En effet, le dispositif de chauffage décrit dans le brevet français nO 1 570 420 ne prend pas en considération l'expansion du liquide chauffé et isolé du reste du circuit par deux vannes montées respectivement à l'entrée et à la sortie d'un radiateur équipé d'un élement électrique chauffant fixé longitudinalement dans le collecteur d'arrivée à la partie inférieure. Or, dans une installation de chauffage central, le liquide occupe tout le volume offert au sein de chaque radiateur et on peut constater que la pression habituélle de 2 - 3 bars en régime normal (pression du circuit) monte rapidement avec la température au-delà de 10, voir de 15 bars, lorsque le volume chauffé est isole du reste du circuit. On comprend, donc, que le dispositif connu n'est pas sans présenter un certain danger dû aux risques de surpression, auquel ne peut pallier une régulation thermique aussi élaborée soit-elle, en raison d'une défaillance toujours possible. Le radiateur électrique à eau décrit dans le brevet fran çais 991 956, prévoit un vase d'expansion à l'atmosphère monté extérieurement à l'extrémité du collecteur supérieur, Un tel dispositif semble bien adapté en tant qu'appareil de chauffe individuel, mais des inconvénients sérieux apparaissent lorsqu'il s'agit de l'incorporer dans une installation de chauffage central. En effet, en raison de la présence du vase d'expansion ouvert à l'extérieur, il ne peut être placé qu'au niveau extrême supérieur de l'installation de chauffage central. De plus, c'est le fluide caloporteur lui-même qui sert de résistance chauffante et présente, à cet effet, une composition qui le rend inapte à pouvoir être utilisé dans les installations habituelles de chauffage central. Par ailleurs, le brevet français 2 351 361 prend en compte la dilatation du liquide au sein des radiateurs équipés d'un chauffage électrique, au moyen d'un vase d'expansion fermé collectif, prévu sur le circuit général du liquide caloporteur. I1 en résulte qu'une disposition de ce type doit être prévue de conception dans des installations neuves spécialement adaptées à cet effet et ne peut s'appliquer, avec un coût raisonnable, aux installations de chauffage central existantes. De plus, le volume de fluide au sein du radiateur chauffant étant nécessairement relié au reste du circuit pour permettre la dilatation, le bénéfice d'un apport calorifique sélectif. est perdu puisqu'il est impossible de rendre le chauffage-de.chaque radiateur indépendant. La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients des solutions connues prémentionnées. Elle vise notamment à pouvoir rendre totalement indépendant au sein d'une installation de chauffage central, le chauffage propre de chaque radiateur équipé d'un élément chauffant électrique, et ceci dans des conditons optimales de fonctionnement de l'installation et de confort et de sécurité pour l'usager. Avec ses objectifs en vue, l'invention a pour objet une installation de chauffage central bi-énergie comportant un circuit fermé d'un liquidecaloporteur circulant entre une chaudière centrale et une pluralité de radiateurs répartis dans les locaux à chauffer, instal- lation selon laquelle, au moins un radiateur est équipé intérieurement d'un élément électrique chauffant placé dans le collecteur à la partie inférieure du radiateur, et caractérisé en ce que ledit radiateur comporte, dans son collecteur, à la partie supérieure un dispositif à compensation de dilatation ayant une paroi élastiquement uéformable délimitant une chambre interne immergée dans le liquide caloporteur et pourvue de moyens de mise en communication de son olur; ;i avec le milieu extérieur audit radiateur. Dans une forme de réalisation, le milieu extérieur est le milieu atmosphérique ambiant du local où est placé le radiateur, la chambre pneumatique étant alors ouverte à o'atmosphère. Selon une autre variante, la paroi déformable définissant la chambre est une paroi en matière souple et dure conformée en soufflet de type "accordéon". Conformément à une réalisation préférée, cette paroi est en matière plastique souple dans laquelle sont noyés des filaments métal ligues. Conformément à une autre réalisation préférée le dispositif à compensation de dilatation incorpore également une purge tarée de mise automatique à l'atmosphère du volume intérieur du radiateur. L'invention sera bien comprise et diautres aspects et avantages ressortiront plus clairement au vu de la description qui suit donnée en référence aux planches de dessins annexées, sur lesquelles: - la figure 1 représente, vu de faee et en coupe partielle. un radia teur d'une installation de chauffage central équipé des-moyens se lon l1invention, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale de l'élément chauf fant électrique équipé d'un thermostat mécanique, - les figures 3 et 4 sont des schémas montrant respectivement l'élé vation de température dans le temps et le courant de chauffe utili sé pendant la même période, - la figure 5 est une coupe longitudinale de l'élément chauffant élec trique dans une variante à thermostat électronique, - la figure 6 est le schéma électrique associé à l'élément représenté sur la figure 5, - la figure 7 est une vue en coupe longitudinale du dispositif à pa roi déformable selon l'invention. - la figure 8 est une vue en coupe longitudinale de l'élément chauffant électrique dans une autre variante de réalisation destinée aux ra diateurs plats ou extra plats. Sur toutes les figures, les mêmes éléments sont désignés par des références identiques. Comme on le voit sur la figure 1, le radiateur 1 de chauffage central représenté comprend un collecteur inférieur la et un collecteur supérieur lb reliés par un rideau de tubes parallèles lc. Le collecteur inférieur la est équipé d'un élément électrique chauffant 2 monté à l'extrémité opposée à celle de l'entrée E du liquide caloporteur. Le collecteur de sortie lb est pourvu, quant à lui, du dispositif 3 dé compensation de dilatation, monté à la place de la vis de purge habituelle, à l'opposé de la conduite de sortie S du liquide caloporteur. Deux électrovannes R1 et R2 sont placées respectivement sur l'entrée E et sur la sortie S pour isoler le volume de liquide dans le radiateur du reste du circuit (non représenté) lorsque l'élément électrique chauffant 2 est activé. Celui-ci comprend une partie interne au collecteur la, composée d'une résistance chauffante 6 placée au-dessus d'une sonde de température 7; et une partie extérieure comprenant la régulation thermique protégée par un capot 46, duquel sort un cordon de liaison électrique L. La résistance et la sonde sont fixées à un support 27 qui porte intérieurement la régulation thermique et sur lequel vient s'embotter le capot 46. Ce support constitue un bouchon fileté à son extrémité 4 pour pouvoir se visser de façon étanche dans le trou de vidance du collecteur la. Le dispositif 3 à compensation de dilatation comprend une paroi rigide déformable 32 définissant une chambre pneumatique interne 48 immergée dans le liquide caloporteur du collecteur supérieur lb. Cette paroi est maintenue par l'extrémité filetée 49 d'une douille 50 qui vient se visser dans l'orifice de purge du collecteur supérieur. La douille 50 contient intérieurement une soupape de mise à l'atmosphère dont seule la vis de purge 36 est visible sur la figure. Ainsi qu'on l'aura compris, l'élément électrique chauffant 2 se présente en un bloc compactaqu'il suffit de raccorder au réseau électrique par le cordon L pour obtenir une élévation de température du liquide contenu dans le radiateur à la valeur désirée et d'assurer la régulation de celle-ci par le thermostat. Par ailleurs, le dispositif à compensation de dilatation 3 comporte une chambre pneumatique 48 immergée dans le liquide et qui, par variation de volume consécutive à une déformation de sa paroi 32 en fonction de la pression à l'intérieur du radiateur, assure ùn vo- lume constant du liquide caloporteur. En outre, cette chambre variable permet d'éviter les bruits lors de la convection du liquide en cas d'excédent d'air. L'élément chauffant et le dispositif à compensation de di latation sont munis tous deux, comme déjà dit, d'un bouchon fileté normalisé pour pouvofr être installés sur un radiateur existant, par -exemple. Pour celà, après fermeture des vannes d'arrivée R1 et de sortie R2, on démonte le bouchon de vidange du collecteur inférieur la ainsi que le bouchon de purge sur le collecteur supérieur lb. Après vidange complète du radiateur, on procède au montage du bloc chauffant thermostaté 2 à la place du bouchon de vidange et le dispositif 3 à la place du bouchon de purge. Après réouverture des vannes R1 et R2 pour le remplissage du radiateur, celui-ci ainsi équipé est à nouveau en état de donc tionnement normal au sein de l'installation de chauffage central. On procède au raccordement électrique à la prise de tension la plus proche à l'aide de la fiche à cordon normalisée L. Pour réaliser la mise en service du système selon l'invention, on procède avantageusement à l'isolation du volume de liquide du radiateur par fermeture des vannets R1 et R2. La mise en fonctionnement s'effectue par rotation du bouton de commande gradué 5. (figure 2 ou 5) jusqu'à la position correspondant à la valeur de la température souhaitée pour le liquide caloporteur (environ de 30 à 900 C). La résistance chauffante 6 entre en service et élève la température du radiateur jusqu'au déclanchement du thermostat réglé par le bouton 5 -qui s'effectue lorsque la valeur de consigne est atteinte. Les figures 2 et 5 montrent deux variantes différentes du thermostat de l'élément chauffant, respectivement mécanique et élec- tronique. Dans le cas de la variante à thermostat mécanique (figure 2) l'échauffement du liquide provoque un allongement de la sonde 7 constituée par un tube en acier inoxydable de 4 mm de diamètre. Celui-ci est solidarisé à son extrémité à une tige interne 8 de 2,5 mm de diamètre en matière ayant un coefficient de dilatation-sen- siblement plus faible que le tube de la sonde 7. La dilatation en longueur de celle-ci provoque ainsi un entraînement de la tige 8 qui à son tour entraine par son autre extrémité un mouvement de traction du support 9 d'un ressort basculeur 11. Le support 9 agit sur une butée en matière isolante 10 par 11 intermédiaire du basculeur 11, qui elle-même actionne un contact basculant 12. Lorsque l'effort de traction exercée par la tige 8 atteint la valeur de basculement du support de contact basculant 12, celui-ci change d'état et interrompt le passage du courant de chauffe Ir (fig. 4). La résistance C n'étant plus en service, le liquide du radiateur se refroidit par échange thermique avec le milieu ambiant. Lorsque la température du liquide atteint une valeur d'écart AT2 (figure 3), de 5 à lO0C, par exemple, inférieure à la valeur de consigne désignée en 13, la remontée de la tige 8 provoque une inversion du mouvement du support de contact 12 qui rétablit alors le passage du courant par l'intermédiaire du contact supérieur l4. La régulation sur AT2 s'effectue ainsi au cours du temps, et le diagramme de la figure 4 montre les états de passage. du courant Ir en correspondance avec la courbe de régulation de la figure 3. La référence pour obtenir une plage adéquate AT1 du thermos tat se fait par la valeur du pas de filetage du bouton de commande 5 et par le règlage du positionnement en hauteur du pointeau 16 qui ap- puie sur le support 9 du ressort basculeur 11. Le positionnement au zéro de référence est obtenu par un petit ressort d'arrêt 17 qui coopère avec une came rotative 18 fixée au pointeau 16 pour le règlage angulaire de la commande 5. Un ressort hélicoidal 19, travaillant en compression, assure le rappel du support 9 pour un fonctionnement du ressort basculeur 9 à une valeur de 4 kgf environ, par exemple. La fixation de différentes pièces est assurée par des rivets, dont un seul a été représenté en 31 pour ne pas surcharger inutilement la figure. Dans le cas de la variante à thermostat électronique représentée sur les figures 5 et 6, l'échauffement de la sonde 7' se transmet par contact à une thermistance 20 noyée dans l'extrémité de celle-ci. La diminution de la valeur de la valeur CTN(coeff.temp.nég.) modifie le courant et la tension du pont constitué par les résistances 21 et 22, entrainanttpar l'intermédiaire du circuit intégré 23 de type MFC 8070, le changement d'état de la commande d'un triac 24. Celui-ci, comme on le voit sur la figure 5, est fixé par une vis 43 sur une'plaquette de refroidissement à ailettes 44 et le maintien en température est assuré par circulation d'air au travers des orifices 45 ménagés sur le capot 46. Lorsque la valeur de la consigne 13 (voir figure 3) réglée par le potentiomètre 25 (figure 5 et 6) est atteinte, la régulation de la résistance chauffante C s'enclanche et peut être visualisé par un voyant lumineux 26. Les connexions électriques à l'intérieur du capot 46, recouvrant le bouchon 27 en matière plastique, se font par cosses à enfichage normalisées 28 et fiches 47. L'étanchéité de la résistance blindée 6 et de la sonde thermique 7'est assurée par deux joints toriques 29 et 29' comprimés par un noyau de support 30 en élastomère introduit en force. On va maintenant décrirg en référence à la figure 7, une réalisation du dispositif à compression de dilatation selon l'invention. Comme déjà dit, ce dispositif 3 comprend essentiellement une paroi résistante mais déformable 34 conformée en soufflet type "accordéon" et définissant intérieurement une chambre pneumatique 48. Cette paroi est maintenue dans un corps 50 servant de bouchon grâce à sa portée antérieure filetée 41 qui vient se visser dans l'orifice de purge du-collecteur supérieur du radiateur (non représenté sur la figure 7). L'étanchéité de l'assemblage est assurée par écrasement de l'extrémité de la paroi 32 au moyen d'un noyau 42 introduit à force lequel est percé longitudinalement par un canal 33 mettant la chambre 48 en communication avec l'atmosphère extérieure. Avantageusement, la portée filetée 41 présente également un canal pour mettre l'enceinte intérieure du radiateur en communication avec l'extérieur à son extrémité supérieure. Ce canal 51 se prolonge dans le corps 50 et débouche dans une cavité interne 52 comportant un orifice 35 avec l'extérieur, normalement obturé par une vis de purge 36. Après ouverture de celle-ci, l'orifice 35 a le rôle classique d'évacuation de l'air occasionnellement présent dans le radiateur. Au centre de la vis 36 se trouve une bille 37 comprimée par un ressort 38 taré par une vis creuse 40 et qui joue le rôle de sécurité de surpression. L'étanchéité est assurée par le joint torique 41. Parallèlement au fonctionnement du bloc chauffant thermostate 2 vu précédemment, la chambre de dilatation 48 lors de la montée en température, se comprime sous la pression du liquide et l'air excédentaire est évacué par le passage 33. La consistance et la forme de la paroi 32 sont définies pour permettre. une modification du volume de la chambre 48 afin de compenser les effets de la dilatation du liquide et conserver ainsi un volume de liquide constant dans le radiateur-en évitant les surpressions. A cet effet, la paroi 32 peut être en matière plastique souple dans laquelle se trouvent noyés des filaments métalliques 34 qui lui confèrent la résistance mécanique souhaitable. Dans une autre forme de réalisation la paroi peut être en acier inoxydable, donc résistant à la corrosion. Ainsi, le volume initial de la chambre 48, qui est d'une vingtaine de cm3- sous la pression nominale du circuit (2 - 3 bars environ) peut diminuer de quelques cm3 lorsque, sous effet de l'élévation de température, la pression du liquide monte jusqu'à une quinzaine de bars. I1 va de soi que l'invention ne saurait se limiter aux exemples décrits mais s'étend à de multiples variantes ou équivalents dans la mesure où sont respectées les caractéristiques énoncées dans les revendications jointes. Ainsi, les vannes d'entrée R1 et de sortie R2 peuvent etre manuelles ou à commande électrique asservie à la mise en service du bloc chauffant 2, lors de la manoeuvre du bouton 5. En outre, il doit être compris que ces vannes ne sont pas strictement indispensables à la mise en oeuvre de l'invention. Leurs présences constituent cependant un avantage important,puisqu'elles permettent, en coupant la masse liquide du radiateur du reste du circuit, d'éviter des perditions de chaleur par convection au sein du circuit,en dehors de l'endroit que l'on désire spécifiquement chauffer. Par ailleurs, le bloc chauffant 2, comme le dispositif 3, sont parfaitement adaptables à tous types de radiateur. Au besoin pour un diamètre supérieur des orifices du radiateur, un manchon fileté à l'intérieur et à l'extérieur assurera l'adaptation, Dans le cas des radiateurs modernes extra plats, il est possible que le collecteur inférieur ne puisse recevoir, pour des raisons de disponibilité de place, une resistance chauffante linéaire, très allongée et s'étendant selon une grande partie du collecteur, telle que représentée sur les figures précédentes. Pour assurer une puissance de chauffe égale, on peut alors modifier la forme de la résistance et opter conjointement pour l'op- tion à thermostat électronique, conformément à une autre variante de réalisation de l'invention representée sur la figure 8. Selon cette variante, la résistance-chauffante 6' ast conformée en "U" entre les branches de laquelle est placée la sonde 7' pour réduire l'encombrement en largeur. La résistance et la sonde sont maintenues à leurs extrémités dans une rondelle en matière plastique 53 et la tenue de la résistance est assurée par une entretoise 54 placée entre ses deux branches. Celle-ci sert également de de guide d'introduction, évitant, grâce à deux excroissances latérales 55, la venue en contact du tube de la résistance avec la paroi intérieure du collecteur ra. Ce sous-ensemble est placé dans la portée antérieure filetée 4 du corps 27', évidée à eet effet et présentant une ouverture oblon-gue 56 pour le passage de la résistance et de la soude. L'assemblage est réalisé par serrage de la rondelle support 53 sur un joint torique d'étanchéité 57 à l'aide d'un noyau tubulaire 58 vissé dans la partie antérieure filetée 4' et offrant un passage cen tral pour les.fils de liaison électriques 59 de la résistance et 60 de la sonde. L'ensemble est finalement rapporté par vissage sur le radiateur par l'intermédiaire d'une douille taraudée 61 soudée dans l'ou verture de réception du collecteur l'a. Comme on l'aura sans doute déjà compris, l'invention s'inscrit parfaitement dans le domaine des économies d'énergie, notamment dans le prolongement de celles qui consistent à renforcer l'isolation des bâtiments. En effet, après avoir améliorer l'isolation thermique d'une maison individuelle par exemple, de façon que celle-ci réponde aux conditions préconisées pour le chauffage électrique intégré, la mise en place du système selon l'invention rend possible le choix du mode de chauffage (électrique ou à base de l'ancien combustible), en toutes saisons et selon les besoins, soit comme appoint auprès d'un ou plusieurs radiateurs, soit, comme apport thermique généralisé pour l'ensemble de l'installation de chauffage central.

Claims: REVENDICATIONS 1) Installation de chauffage central bi-énergie présentant un circuit fermé d'un liquide caloporteur circulant entre une chaudière centrale et une pluralité de radiateurs répartis dans les différents locaux a chauffer, installation selon laquelle au moins un radiateur est équipé d'un élément électrique chauffant (2) placé dans Ie collecteur inférieur du radiateur, installation caractérisée en ce que ledit radiateur comporte, dans son collecteur supérieur (lb) un dispositif à compensation de dilatation (3) comprenant une paroi déformable (32) délimitant une chambre interne (48) immergée dans le liquide caloporteur et pourvue de moyens (33) de mise en communication de son volume avec le milieu extérieur audit radiateur. 2) Installation selon la revendication l caractérisée en ce que le dispositif à compensation de dilatation (3) incorpore des mo- yens de purge (35, 36, 51) mettant en communication le collecteur supérieur (lb) avec le milieu ambiant extérieur. 3) Installation selon la revendication 1 caractérisée en e que la paroi déformable (32) est conformée en soufflet type Saceor déon". 4) Installation selon les revendications 1 ou 3 caractérisée en ce que la paroi déformable (32) est en matière plastique ca :tc de filaments métalliques (34). 5) Installation selon les revendicatis 1 ou 3 caracté- risée en ce que la paroi déformable C32) est e acier inoxydable. 6) Installation selon la revendication 1 caractérisée p que ledit radiateur présente, à l'entrée (E) et à la sortie (S) du liquide caloporteur, une vanne (R1 et R2) assurant l'isolement du volume de liquide contenu dans le radiateur du reste du circuit de chauffage. 7) Installation selon la revendication 6 caractérisée en ce que les vannes R1 et R2 sont des électrovannes à commande asservie à la mise en service de l'élément chauffant électrique (2). 8) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l'élément électrique chauffant (2) comprend une sonde de température (7) thermostatée mécaniquement. 9) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l'élément électrique chauffant comprend une sonde de température (7') thermostatée électroniquement. 10) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l'élément électrique chauffant comprend une résistance de chauffe (6') conformée en "U",entre les branches de laquelle est placée la sonde de température (7').

Inventors: PINAL, PATRICK
Applicants: BOOS, ROBERT
Application year: 1982
Main classification: F24D13
IPC codes: F24H3, F24D13