CH648920A5 - Installation de chauffage comprenant une enceinte de stockage d'un fluide caloporteur renfermant au moins un organe de chauffage. - Google Patents

Description

La présente invention se rapporte à une installation de chauffage comprenant une enceinte de stockage d'un fluide caloporteur renfermant au moins un organe de chauffage relié à une source d'énergie.

La plupart des installations de chauffage domestique par circulation de fluide caloporteur assurent également l'approvisionnement en eau chaude sanitaire. Etant donné que, généralement, la puissance nécessaire pour assurer un débit normal d'eau chaude sanitaire, dont la norme est la production de 1201 d'eau à 40° C en 10 min, ce qui correspond à un bain, nécessite une puissance de 25 kW, puissance de l'ordre du double de celle nécessaire au chauffage d'une habitation de taille moyenne, l'eau chaude est généralement préchauffée et accumulée dans un ballon dont la capacité est déterminée en fonction des besoins. De cette manière le chauffage de la quantité d'eau chaude sanitaire peut être réparti sur toute la journée, ou pendant les heures creuses, sans qu'il soit nécessaire que la puissance installée de la chaudière soit supérieure à la puissance utile maximale pour le chauffage domestique. Toutefois, une telle installation nécessite une chaudière pour le chauffage instantané de l'eau du circuit de chauffage et de l'eau chaude sanitaire, ainsi qu'un réservoir calorifugé destiné au stockage d'eau chaude sanitaire. Cette solution occupe un volume relativement grand et ne peut, pour cette raison, être installée qu'en sous-sol. L'investissement représenté par une telle installation comprenant deux appareils distincts est en outre relativement élevé.

Il existe déjà de petites chaudières murales dont la puissance installée de 25 kW est capable d'assurer un débit d'eau chaude sanitaire instantané. De telles chaudières sont cependant limitées à l'utilisation du gaz et excluent en pratique l'électricité en raison de la puissance installée élevée.

Le but de la présente inention est d'apporter une solution plus économique et également moins encombrante, sans pour autant augmenter la puissance installée qui doit rester sensiblement égale à la puissance maximale nécessaire pour assurer le chauffage domestique.

A cet effet, cette invention a pour objet une installation de chauffage comprenant une enceinte de stockage d'un fluide caloporteur renfermant au moins un organe de chauffage relié à une source d'énergie, caractérisée par le fait que la sortie de cette enceinte est connectée sélectivement, d'une part, à un premier circuit fermé de chauffage direct dont la puissance maximale correspond à celle dudit organe de chauffage et, d'autre part, à un second circuit fermé de chauffage comprenant un échangeur de chaleur dont la puissance maximale d'échange est choisie supérieure à celle de cet organe de chauffage, cette puissance maximale correspondant pendant une durée déterminée à l'addition de la puissance dudit organe de chauffage et de la puissance correspondant à une diminution donnée de la température de la masse du fluide caloporteur stocké dans ladite enceinte.

L'avantage de l'installation, objet de l'invention, réside dans le fait qu'elle ne comporte qu'un seul appareil pour produire l'eau de chauffage domestique et l'eau sanitaire, et qu'elle permet la production instantanée de l'eau chaude sanitaire avec une puissance nettement supérieure à la puissance de l'organe de chauffage. Cette installation offre donc tous les avantages d'une installation avec un ballon d'eau chaude sanitaire, mais pour un investissement moindre. Elle offre également l'avantage d'un faible encombrement, sans pour autant augmenter la puissance installée à la puissance nécessaire à la production d'eau chaude sanitaire, comme c'est le cas des chaudières murales au gaz, ce qui lui permet d'utiliser n'importe quel type d'énergie. Elle présente de plus l'avantage de supprimer le séjour de l'eau chaude sanitaire et évite de ce fait les problèmes d'entartrage.

Le dessin annexé illustre, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation de chauffage objet de l'invention.

La fìg. 1 est un schéma d'ensemble de l'installation.

La fig. 2 est une vue en élévation de la partie de l'installation dans laquelle l'eau de chauffage et l'eau chaude sanitaire sont produites.

Les fig. 3 et 4 sont deux diagrammes explicatifs.

Le schéma de l'installation illustré par la fig. 1 comporte une enceinte de stockage pour le liquide caloporteur du circuit de chauffage domestique, ici de l'eau. Dans cet exemple, cette enceinte de stockage 1 renferme deux organes de chauffage, une résistance électrique 2 et un serpentin tubulaire 3 (fig. 2) disposé à la sortie d'une chambre de combustion 4 alimentée par un mélange d'air et de gaz combustible, par un ventilateur 5. La sortie de ce serpentin tubulaire 3 est reliée à une évacuation (non représentée).

Cette enceinte de stockage 1 présente une entrée 6 et une sortie d'eau 7 reliées toutes deux au circuit de chauffage domestique 8 d'une part et au circuit de chauffage d'eau sanitaire 9 d'autre part, ces circuits étant alimentés par un conduit commun dans lequel est disposée une vanne de commutation 10 située à l'embranchement de ces deux circuits et aboutissant à un conduit commun conduisant à l'entrée 6, le circuit de chauffage 8 comportant une vanne de mélange à trois voies 11, permettant d'ajuster la température de l'eau qui y circule. Une pompe de ciculation 12 située dans la partie du conduit d'alimentation allant de la sortie 7 à la vanne de commutation 10 sert à faire circuler l'eau de chauffage dans l'un ou l'autre de ces circuits.

Le circuit 9 de chauffage d'eau sanitaire comporte un échangeur de chaleur eau/eau 13 dont une entrée est reliée au réseau de distribution d'eau froide par un conduit d'alimentation 14 et dont la sortie correspondante est connectée au conduit de distribution d'eau chaude sanitaire 15. Une vanne thermostatique à trois voies 16, connectée à la sortie d'eau chaude de l'échangeur de chaleur eau/eau 13 et au conduit d'alimentation 14 du réseau de distribution d'eau froide, sert à régler la proportion du débit d'eau froide passant à tra-vers l'échangeur de chaleur 13 et celle mélangée à la sortie d'eau chaude de ce même échangeur de chaleur, de manière à produire une eau de température constante.

Comme on l'a déjà mentionné, l'enceinte de stockage 1 est associée, dans cet exemple, à deux organes de chauffage qui sont prévus pour être utilisés alternativement en fonction de conditions tarifaires par exemple. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à cette forme d'exécution et on pourrait sans autre envisager de réaliser la même installation avec un seul organe de chauffage.

Il est intéressant toutefois de s'arrêter à la conception particulière de la chambre de combustion 4, spécialement conçue pour être associée au serpentin 3. Cette chambre de combustion 4 (fig. 2) com-

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porte une grille cylindrique 17 délimitant un espace annulaire 18 par lequel est amené le mélange air/gaz combustible distribué par le ventilateur 5. Ce mélange traverse la grille cylindrique 17 et brûle dans la chambre de combustion 4 en formant de courtes flammes à la surface de la grille cylindrique 17. Ensuite les gaz de combustion circulent dans le serpentin tubulaire 3 en échangeant leur chaleur avec l'eau contenue dans l'enceinte de stockage 1. Le prémélange d'air et de gaz réalisé dans le ventilateur 5 permet d'abaisser le taux d'excès d'air à une valeur de 5% et d'obtenir une combustion à flamme bleue avec un rendement de l'ordre de 97%, la température des fumées sortant du serpentin étant de 100°C. Malgré le faible excès d'air mentionné, la quantité de CO n'excède pas 200 ppm. Cela provient du fait que la chambre de combustion est entourée par le brûleur, formant ainsi une enceinte à paroi chaude. Etant donné qu'une face de la grille cylindrique est exposée à la température de la flamme, tandis qu'elle est refroidie sur sa face opposée par l'écoulement d'air et de gaz, la température de la grille cylindrique 17 est maintenue à une valeur suffisamment basse, 620°C au maximum, pour être supportée par de l'acier inoxydable. Il faut aussi remarquer que la totalité de la combustion se produit dans le volume de la chambre de combustion 4. Ainsi, seuls les gaz brûlés sortent de cette chambre vers le serpentin tubulaire 3. La puissance utile de cet organe de chaulfage est de 18 kW, c'est-à-dire 50% supérieure à la puissance choisie pour la résistance électrique qui n'est que de 12 kW.

En principe, ces deux organes de chauffage sont prévus pour fonctionner séparément, mais, dans des cas particuliers où l'énergie demandée est exceptionnellement élevée, il est possible de les faire fonctionner ensemble, par exemple un jour où la puissance demandée par le chauffage domestique est à un maximum de 12 kW, après l'utilisation de la réserve d'eau chaude à 90° C contenue dans l'enceinte de stockage 1 pour produire de l'eau chaude sanitaire dans l'échangeur de chaleur 13, on peut mettre les deux organes de chauffage simultanément en marche pour recréer la réserve d'eau chaude à 90 C. Le système de commande des organes de chauffage et de régulation de l'installation ne faisant pas partie de l'invention et n'étant pas nécessaires à sa compréhension, ces organes ne sont pas décrits ici.

Lorsque l'installation travaille pour le chauffage domestique, on fait circuler l'eau chaude de l'enceinte de stockage 1 dans le circuit de chauffage 8 par la pompe de circulation 12. Suivant la puissance nécessaire au chauffage, l'eau envoyée dans ce circuit doit être plus ou moins chaude et la vanne de mélange à trois voies 11 fait recirculer une quantité plus ou moins grande d'eau dans ce circuit et renvoie le reste dans l'enceinte de stockage 1. Lorsque la température de l'eau dans cette enceinte est descendue au-dessous d'une valeur déterminée, un des organes de chauffage, résistance électrique 2 ou chambre de combustion 4, est mis en fonctionnement.

Le diagramme de la fig. 3 représente, d'une part, une courbe A d'évolution de la température de 80 1 d'eau dans l'enceinte de stockage 1 lors du chauffage de l'eau chaude sanitaire dans l'échangeur de chaleur 13, puis la reconstitution de la réserve d'eau chaude dans l'enceinte 1 et, d'autre part, une courbe B d'évolution de la température de l'eau à la sortie de l'échangeur de chaleur 13. L'échelle d'abscisse t de ce diagramme est graduée en minutes, tandis que l'échelle d'ordonnée T est graduée en °C. Une courbe A' représente la reconstitution de la réserve d'eau chaude alors que l'installation de chauffage domestique fonctionne avec une puissance de 6 kW. La

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partie de la courbe A représentant le refroidissement de l'eau stockée dans l'enceinte de stockage 1 pendant le chauffage de l'eau sanitaire suppose que cette eau est réchauffée au fur et à mesure qu'elle retourne dans cette enceinte de stockage par la résistance électrique 2 de 12 kW. Etant donné que l'on désire obtenir un débit maximal d'eau chaude de 121/min pendant 10 min, soit 120 1 d'eau à 40° C, correspondant à la quantité d'eau chaude nécessaire à un bain, le diagramme de la fig. 4 représente la variation du débit d'eau envoyée par la vanne thermostatique trois voies 16 à travers l'échangeur de chaleur 13. L'échelle d'abscisse de ce diagramme est graduée en minutes et l'échelle d'ordonnée l'est en litres par minute. Si l'on se reporte à la courbe B d'évolution de la température à la sortie de l'échangeur de chaleur 13 (fig. 3), on constate que la puissance d'échange est suffisante pour fournir un débit de 121/min pendant 10 min d'eau à 40° C à la sortie de la vanne thermostatique trois voies 16, la température des 801 d'eau de l'enceinte de stockage 1 passant de 90 à 66° C.

En effet, étant donné que la puissance nécessaire pour chauffer 1201 d'eau de 10 à 40° C en 10 min correspond à 1201 en 10 min = 7201/h,

avec un AT de 30° C (de 10 à 40° C),

on a 720 • 30 = 21600 kcal/h, soit 25,1 kW.

Etant donné la puissance de 12 kW de la résistance électrique 2 chauffant instantanément l'eau stockée dans l'enceinte 1 pendant qu'elle circule dans l'échangeur, elle fournit 10300 kcal/h.

Pour fournir les 11300 kcal/h restants, il faut, compte tenu de la réserve de 801:

11300: (6 x 80) = 24°C.

Donc, il faut bien que la température de l'eau stockée passe de 90 à 66° C par exemple ou de 94 à 70° C suivant les caractéristiques de l'échangeur utilisé. L'échange de chaleur dans l'échangeur 13 s'effectue donc bien avec la puissance de 12 kW de la résistance électrique 2 en régime de chauffage instantané de l'eau circulant entre l'échangeur de chaleur 13 et l'enceinte de stockage, à laquelle s'ajoute la puissance de 13 kW représentée par la perte de chaleur de 24° C des 801 d'eau stockés dans l'enceinte de stockage 1.

On constate que la température de l'eau dans l'enceinte de stockage 1 ne descend pas au-dessous du point de rosée de la vapeur d'eau qui est située entre 55 et 60°C, évitant de ce fait les problèmes que poserait la condensation dans le serpentin tubulaire 3.

On remarque également sur le diagramme de la fig. 3 qu'il ne faut qu'un peu plus de 10 min pour reconstituer le stock d'eau chaude à température de stockage dans l'enceinte 1 en l'absence de chauffage domestique et 'A h lorsque la puissance demandée par le chauffage est de 6 kW. Cela signifie qu'il est, par exemple, possible de faire couler deux bains de 1201 à 40° C en l'espace de 50 min lorsque la puissance demandée par le chauffage est de 6 kW et que deux bains peuvent être coulés en lA h en l'absence de chauffage, et ce en utilisant uniquement la résistance électrique 2 de 12 kW. Bien entendu, en cas de plus forte demande et avec les deux sources de chauffage de la forme d'exécution décrite, il est possible d'envisager d'utiliser momentanément les deux organes de chauffage simultanément comme on l'a déjà signalé. La fig. 2 montre, en outre, que l'ensemble de l'installation avec un échangeur eau/eau 13, un vase d'expansion 19, une enceinte de stockage 1 et les divers conduits les reliant peuvent être logés dans un carter 20 unique, dont les dimensions d'emprise au sol sont adaptables aux normes des équipements de cuisine, dont la profondeur est normalisée à 60 cm.

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2 feuilles dessins

Claims (3)

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1. Installation de chauffage comprenant une enceinte de stockage d'un fluide caloporteur renfermant au moins un organe de chauffage relié à une source d'énergie, caractérisée par le fait que la sortie de cette enceinte est connectée sélectivement d'une part à un premier circuit fermé de chauffage direct dont la puissance maximale correspond à celle dudit organe de chauffage, et d'autre part à un second circuit fermé de chauffage comprenant un échangeur de chaleur dont la puissance maximale d'échange est choisie supérieure à celle de cet organe de chauffage, cette puissance maximale correspondant, pendant une durée déterminée, à l'addition de la puissance dudit organe de chauffage et de la puissance correspondant à une diminution donnée de la température de la masse de fluide caloporteur stocké dans ladite enceinte.

2. Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le premier circuit de chauffage est un circuit de chauffage domestique et le second circuit de chauffage un circuit de chauffage instantané d'eau chaude sanitaire.

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REVENDICATIONS

3. Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'organe de chauffage est un corps de chauffe électrique.