EP0275776B1 - Dispositif de contrôle de la surchauffe et de l'entartrage pour un appareil de chauffage d'un fluide et appareil équipe d'un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de contrôle de la surchauffe et de l'entartrage pour un appareil de chauffage d'un fluide et appareil équipe d'un tel dispositif Download PDF

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EP0275776B1
EP0275776B1 EP87402942A EP87402942A EP0275776B1 EP 0275776 B1 EP0275776 B1 EP 0275776B1 EP 87402942 A EP87402942 A EP 87402942A EP 87402942 A EP87402942 A EP 87402942A EP 0275776 B1 EP0275776 B1 EP 0275776B1
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EP
European Patent Office
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pipe
exchanger
fluid
water
pressure
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP87402942A
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German (de)
English (en)
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EP0275776A1 (fr
Inventor
Fernand Lauro
Christophe Marvillet
Patrick Mayoussier
Michel Amandjules
Jean-Michel Porcher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chaffoteaux et Maury SAS
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Chaffoteaux et Maury SAS
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/08—Regulating fuel supply conjointly with another medium, e.g. boiler water
    • F23N1/087—Regulating fuel supply conjointly with another medium, e.g. boiler water using mechanical means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
    • F24H1/12—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium
    • F24H1/124—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium using fluid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H9/00—Details
    • F24H9/20—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24H9/2007—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters
    • F24H9/2035—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters using fluid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2241/00—Applications
    • F23N2241/04—Heating water

Definitions

  • the present invention relates to a device for controlling overheating and scaling for a fluid heating apparatus, serving essentially for the attenuation of overheating and scaling.
  • the invention finds a particularly advantageous application in the case where this heating device is a domestic water heater or a gas boiler.
  • FIG. 1 shows, seen in perspective, a domestic water heater of a type currently used called "wet room” water heater.
  • This water heater bearing the general reference 10, essentially consists of a metal tank 12, for example made of copper, arranged vertically and open at its lower and upper ends, thus defining a combustion chamber.
  • a set of gas burners 14 is located under the tank and the burnt gases circulate from bottom to top inside the latter.
  • the cold water arrives via a supply pipe 16 and then circulates along a coil 18 placed against the wall of the tank 12, but outside of the latter.
  • the water therefore begins to heat by circulating in the coil 18, then arrives in an exchanger tube 20 placed at the top of the tank, in the zone through which the burnt gases exit.
  • the water which has been preheated in the coil 18 is heated to the desired temperature in the exchanger 20.
  • the hot water then returns to the user devices via a line 22.
  • a new type of water heater such as the water heater 11 illustrated in FIG. 2 and called a "dry chamber" water heater.
  • a metal tank 12 placed vertically and open at its lower and upper ends, as well as a set of gas burners 14 at the lower part of the tank.
  • the device illustrated in FIG. 2 has the advantage of having a simpler device design, and therefore a lower mounting cost, and it allows material to be saved. causes the coil 18 to be removed.
  • a heat exchanger is used to slightly cool the water leaving the heating body of a water heater while preheating the cold water which reaches the heating element, in order to avoid overheating during two successive draws.
  • the object of the present invention is to remedy these drawbacks by proposing a device for controlling overheating and scaling for a device for heating a fluid such as a water heater, a bath heater, a gas, etc.
  • the device for controlling overheating and scaling which is the subject of the invention, it comprises an enclosure of variable volume which can communicate with a cold fluid inlet pipe from the heating appliance, this enclosure being at least partially limited by a displaceable element having a first face subjected to the pressure prevailing in the cold fluid inlet pipe, and a second face subjected to a reference pressure, said element being displaceable under the effect of the pressure difference between its two faces.
  • the movable element can be constituted either by a deformable membrane, or by a piston movable inside a housing.
  • part of the cold fluid inlet pipe can be made of a flexible material, this material itself constituting the deformable membrane: in this case, the considered part of the cold fluid inlet pipe constitutes the enclosure of variable volume.
  • the second face of the displaceable element is subjected to the pressure prevailing in the hot fluid starting pipe.
  • the second face of the displaceable element is subjected to atmospheric pressure.
  • the invention also relates to a fluid heating device equipped with a device for controlling overheating and scaling as mentioned above.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a first type of water heater according to the prior art
  • FIG. 2 is a view similar to FIG. 1 illustrating a second type of water heater of the prior art
  • FIGS. 3a and 3b are simplified diagrams illustrating the operation of a device according to the invention, in the case where the movable element is a deformable membrane, and where the second face thereof is subjected to the prevailing pressure in the hot fluid flow line,
  • FIG. 4 is a schematic view similar to the FIG. 3a in the case where the second face of the deformable membrane is subjected to atmospheric pressure
  • FIG. 5 is a schematic view illustrating the device of the invention in the case where part of the cold fluid inlet pipe is made of a flexible material
  • FIG. 6 is a view similar to Figure 5, illustrating the case where the movable member is a movable piston inside a housing.
  • the device for controlling overheating and scaling comprises a housing 28 inside which there is a deformable membrane 30 fixed in leaktight manner to the walls of this housing.
  • This membrane separates the housing into a first compartment 32 communicating with the pipe 16 by a tube 34, and a second compartment 36 communicating with the hot water starting pipe 22 by a pipe 38.
  • the latter opens into the pipe 22 upstream of valve 26 with respect to the direction of flow of water during operation of the device.
  • FIG. 3a corresponds to the case where the valve 26 is open and where the water circulates from line 16 to line 22 through the exchanger 20. Because the water is in motion, there is a loss of pressure between the point where the tube 34 opens into the line 16 and the point where the tube 38 opens into the line 22. The pressure is therefore higher in the line 16 than in the line 22. It follows that the pressure is more stronger in compartment 32 of housing 28 than in compartment 36 and, consequently, the membrane 30 is displaced to the right looking at Figure 3a.
  • Figure 3b corresponds to the case where the valve 26 is closed.
  • the pressure is the same in the pipes 16 and 22, as well as in the exchanger 20.
  • the pressures on either side of the membrane 30 are equal.
  • a spring 40 mounted so as to push the membrane 30 to the left, looking at FIGS. 3a and 3b, that is to say against the pressure prevailing in the compartment 32, when the valve 26 is closed, the spring 40 expands and pushes the membrane 30 to the left, looking at the figures.
  • the water contained in the compartment 32 which is cold water, is pushed into the exchanger 20 and the hot water contained in the latter is expelled through the pipe 22 and the tube 38 into the compartment 36.
  • the latter has seen its volume increase by the deformation of the membrane 30 and can therefore accommodate this body of water.
  • the hot water contained in the exchanger tube 20 is replaced by cold water. Therefore, even if the walls of the combustion chamber are still hot, the temperature rise of the fluid contained in the exchanger 20 is limited and, when the heater is next started, there is no risk to have an excessive temperature rise.
  • the dimensions of the housing 28, as well as the shape and deformation characteristics of the membrane 30 and the force of the spring 40 are determined so that the volume of water contained in the compartment 32 in the situation of FIG. 3a is substantially equal to the volume of water contained in the exchanger 20.
  • Figure 4 is a view similar to Figure 3a but, in this variant, the pipe 22 for starting hot water is not equipped with a valve such as the valve 26: it is in direct communication with the atmosphere .
  • the pipe 16 which is equipped with a valve 42 upstream of the point where the tube 34 opens.
  • the box 28 of FIG. 4 is similar to that of FIG. 3a.
  • the pipe 38 is eliminated and the compartment 36 is in direct communication with the atmosphere, for example by means of a nozzle 43.
  • FIG. 4 corresponds to the case where the device is in operation, that is that is to say that the valve 42 is open and the water circulates from the pipe 16 to the pipe 22.
  • the water pressure in the pipe 16, and therefore in the compartment 32 is higher the pressure of the water at the outlet orifice 23 of the pipe 22, which is equal to atmospheric pressure.
  • the membrane 30 is therefore pushed to the right when looking at the figure.
  • the valve 42 When the valve 42 is closed, the pressure is the same in the pipe 16 downstream of the valve 42, as well as in the exchanger 20 and the pipe 22 and it is equal to atmospheric pressure.
  • the spring 40 therefore pushes the membrane 30 to the left while looking at FIG. 4, which has the effect of driving out the cold water contained in the compartment 32 in the exchanger 20, while the hot water contained in the latter is hunted outside.
  • FIG 5 there is shown schematically in broken lines and in perspective a water heater similar to that of Figure 2 with the tank 12 and the burners 14 supplied by a pipe 15.
  • part 44 of the pipe 16 is made of a flexible material and constitutes a deformable membrane which can deform under the effect of pressure differences between its first face or internal face, which is in contact with cold water, and its second face or external face.
  • the housing 28 surrounds the part 44 of the pipe 16 and it is fixed in leaktight manner to the latter.
  • FIG. 6 is a view similar to FIG. 5, but, in this variant, the displaceable element consists of a piston 46 movable inside the housing 28.
  • the line shows the tank 12, the burners 14 and the gas inlet pipe 15.
  • the pipe 16 for cold water inlet There are also the pipe 16 for cold water inlet, the exchanger tube 20 and the pipe 22 for hot water departure fitted with a valve 26
  • the case 28 is again found, but the deformable membrane is replaced by a piston 46 which is mobile inside this case.
  • the spring 40 placed in compartment 36 and arranged so as to push the piston to the right, looking at Figure 6.
  • This figure corresponds to the case where the valve 26 is open and therefore where the water circulates from the pipe 16 to the pipe 22 through the exchanger 20.
  • the pressure in the pipe 16, and therefore in the compartment 32 is greater than the pressure prevailing in the line 22 and therefore in the compartment 36.
  • the spring 40 being suitably calibrated, the piston 46 moves to the left, looking at FIG. 6.
  • FIG. 6 also shows a diaphragm 48 placed on the tube 34, this diaphragm being intended to control the flow of cold water.
  • a device was produced in accordance with that of FIG. 6 mounted on a water heater with a nominal power of 8.7 kW.
  • the housing 28 was a cylindrical housing 150 mm long and 25 mm in diameter, the piston having a length of 15 mm.
  • the spring used had a stiffness of 15 newtons per meter (N / m).
  • the superheat measured on the device not equipped with the attenuation device according to the invention was 31.5 ° C. while with the device of the invention, the maximum superheat was only 13 ° C.
  • the device which is the subject of the invention has particularly advantageous advantages, the main one of which is to reduce the rise in temperature observed when the heating appliance is started up.
  • the temperature of the water contained in the exchanger is lower, this results in a reduction of the scale deposit in the exchanger, and therefore an increased reliability and a longer service life of the device.
  • a diaphragm such as the diaphragm 48 of FIG. 6 mounted on the tube 34.
  • This same tube 34 can open into the pipe 16 at any point thereof upstream of the exchanger 20, provided however, in cases similar to that of FIG. 4 where the pipe 22 communicates directly with the atmosphere, that it opens downstream of the valve 42.
  • the tube 38 it can lead into the pipe 22 at any point downstream of the exchanger 20, provided however that this point is located upstream of the valve 26 in the case where the hot water starting pipe is equipped with such a valve.
  • the cold water inlet pipe 16 is equipped with a pressure-reducing device (not shown in the drawings), used to control the supply of combustible gas.
  • the tube 34 can open into the pipe 16 both upstream and downstream of this pressure reducing device.
  • the enclosure of variable volume is constituted by the first compartment of a housing fitted with either a deformable membrane or a movable piston.
  • the second compartment can be placed in communication either with the hot fluid flow pipe, or with the atmosphere.

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Description

  • La présente invention a pour objet un dispositif de contrôle de la surchauffe et de l'entartrage pour un appareil de chauffage d'un fluide, servant essentiellement à l'atténuation de la surchauffe et de l'entartrage. L'invention trouve une application particulièrement intéressante dans le cas où cet appareil de chauffage est un chauffe-eau domestique ou une chaudière à gaz.
  • La figure 1 ci-jointe représente, vu en perspective, un chauffe-eau domestique d'un type actuellement utilisé appelé chauffe-eau "à chambre humide". Ce chauffe-eau, portant la référence générale 10, se compose essentiellement d'une cuve 12 métallique, par exemple en cuivre, disposée verticalement et ouverte à ses extrémités inférieure et supérieure, définissant ainsi une chambre de combustion. Un ensemble de brûleurs à gaz 14 se trouve sous la cuve et les gaz brûlés circulent de bas en haut à l'intérieur de celle-ci. L'eau froide arrive par une conduite d'amenée 16 et circule ensuite le long d'un serpentin 18 placé contre la paroi de la cuve 12, mais à l'extérieur de celle-ci. L'eau commence donc se réchauffer en circulant dans le serpentin 18, puis arrive dans un tube échangeur 20 placé la partie supérieure de la cuve, dans la zone par où sortent les gaz brûlés. L'eau qui a été préchauffée dans le serpentin 18 est chauffée à la température voulue dans l'échangeur 20. L'eau chaude repart ensuite vers les dispositifs utilisateurs par une conduite 22.
  • Récemment est apparu un nouveau type de chauffe-eau tel que le chauffe-eau 11 illustré à la figure 2 et appelé chauffeeau "à chambre sèche". On retrouve, comme dans le cas de la figure 1, une cuve métallique 12 placée verticalement et ouverte à ses extrémités inférieure et supérieure, ainsi qu'un ensemble de brûleurs à gaz 14 à la partie inférieure de la cuve. On a toujours la conduite 16 d'amenée d'eau froide et la conduite 22 de départ d'eau chaude, mais il n'y a plus de serpentin placé contre la paroi de la cuve. Celle-ci est équipée d'une masse d'isolant 24 placée contre sa face interne et la conduite 16 débouche directement dans le tube échangeur 20 placé au sommet de la cuve à l'endroit où sortent les gaz brûlés. Par rapport au dispositif de la figure 1, le dispositif illustré à la figure 2 présente l'avantage d'avoir une conception d'appareil plus simple, et donc un coût de montage plus faible, et il permet de réaliser un gain de matière du fait qu'on supprime le serpentin 18.
  • Cependant, dans l'un et l'autre cas, ces appareils présentent encore un inconvénient qui est la surchauffe de l'eau lors de la mise en route de l'appareil. On rappelle que c'est le débit d'eau dans l'échangeur 20, c'est-à-dire l'ouverture et la fermeture de la vanne d'arrêt (non représentée sur les figures 1 et 2), qui commande la mise en marche ou l'arrêt du chauffe-eau. Pendant le fonctionnement, l'eau contenue dans l'échangeur 20 est à une température moyenne supérieure de 25°C à la température de l'eau froide. Lorsqu'on ferme la vanne d'arrêt, l'eau qui reste à l'intérieur de l'échangeur emmagasine la chaleur rayonnée par les parois chaudes de la chambre de combustion et celle restituée par la masse chaude de l'échangeur. C'est pourquoi, après plusieurs dizaines de secondes d'arrêt, l'eau peut atteindre une température maximale proche de 100°C.
  • On comprend donc que, si l'appareil est remis en marche peu de temps après l'arrêt précédent, la température de l'eau chaude en sortie atteint des valeurs très élevées et risque de dépasser les valeurs fixées par les normes en vigueur. Par exemple, en France, la norme NF D 35-322, applicable aux chauffeeau, chauffe-bains, etc. stipule que, l'appareil étant réglé à son débit calorifique nominal et à un débit d'eau correspondant à une élévation de température de 50°C, l'élévation de température au début de chaque puisage ne doit pas excéder de plus de 20°C cette valeur de régime. Avec les appareils actuels, et notamment les chauffe-eau à chambre sèche tels que celui qui est illustré à la figure 2, cette valeur est souvent dépassée et peut atteindre à quelques degrés près la température d'ébullition de l'eau, ce qui n'est bien entendu pas admissible. t
  • Dans le document FR-A-1458 528, on utilise un échangeur de chaleur pour refroidir légèrement l'eau qui sort du corps de chauffe d'un appareil de chauffage d'eau tout en effectuant un préchauffage de l'eau froide qui arrive au corps de chauffe, afin d'éviter la surchauffe lors de deux puisages successifs.
  • La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de contrôle de la surchauffe et de l'entartrage pour un appareil de chauffage d'un fluide tel qu'un chauffe-eau, un chauffe-bain, une chaudière à gaz, etc.
  • Un tel appareil comporte, de manière connue :
    • une conduite d'arrivée de fluide froid,
    • une conduite de départ de fluide chaud,
    • un échangeur communiquant d'une part avec ladite conduite d'arrivée de fluide froid et d'autre part avec ladite conduite de départ de fluide chaud, le fluide circulant, lorsque l'appareil fonctionne, de la conduite d'arrivée vers la conduite de départ à travers l'échangeur, et
    • des moyens pour chauffer le fluide se trouvant dans l'échangeur.
  • Selon la principale caractéristique du dispositif de contrôle de la surchauffe et de l'entartrage objet de l'invention, celui-ci comporte une enceinte de volume variable pouvant communiquer avec une conduite d'arrivée de fluide froid de l'appareil de chauffage, cette enceinte étant limitée au moins partiellement par un élément déplaçable ayant une première face soumise à la pression régnant dans la conduite d'arrivée de fluide froid, et une deuxième face soumise à une pression de référence, ledit élément étant déplaçable sous l'effet de la différence de pression entre ses deux faces.
  • L'élément déplaçable peut être constitué soit par une membrane déformable, soit par un piston mobile à l'intérieur d'un boîtier. Dans le premier cas, on peut réaliser une partie de la conduite d'arrivée de fluide froid en un matériau souple, ce matériau constituant lui-même la membrane déformable : dans ce cas, la partie considérée de la conduite d'arrivée de fluide froid constitue l'enceinte de volume variable.
  • Dans un premier mode de réalisation de l'invention, la deuxième face de l'élément déplaçable est soumise à la pression régnant dans la conduite de départ de fluide chaud. Dans un autre mode de réalisation, concernant le cas où la conduite de départ de fluide chaud est en communication directe avec l'atmosphère, la deuxième face de l'élément déplaçable est soumise à la pression atmosphérique.
  • Dans les cas autres que celui où une partie de la conduite d'arrivée de fluide froid est réalisée en matériau souple, des moyens sont nécessaires pour déplacer l'élément déplaçable de manière à repousser le liquide contenu dans ladite enceinte de volume variable dans l'échangeur de manière à éviter la surchauffe du liquide et l'entartrage de l'échangeur. De préférence, on utilisera un ressort comme cela sera décrit ci-dessous.
  • Enfin, l'invention a également pour objet un appareil de chauffage d'un fluide équipé d'un dispositif de contrôle de la surchauffe et de l'entartrage tel que mentionné ci-dessus.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels:
  • - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un premier type de chauffe-eau selon l'art antérieur,
  • - la figure 2 est une vue semblable à la figure 1 illustrant un deuxième type de chauffe-eau de l'art antérieur,
  • - les figures 3a et 3b sont des schémas simplifiés illustrant le fonctionnement d'un dispositif selon l'invention, dans le cas où l'élément déplaçable est une membrane déformable, et où la deuxième face de celle-ci est soumise à la pression régnant dans la conduite de départ de fluide chaud,
  • - la figure 4 est une vue schématique semblable à la figure 3a dans le cas où la deuxième face de la membrane déformable est soumise à la pression atmosphérique,
  • - la figure 5 est une vue schématique illustrant le dispositif de l'invention dans le cas où une partie de la conduire d'arrivée de fluide froid est constituée en un matériau souple, et
  • - la figure 6 est une vue semblable à la figure 5, illustrant le cas où l'élément déplaçable est un piston mobile à l'intérieur d'un boîtier.
  • Si l'on se reporte aux figures 3a et 3b, on retrouve la conduite 16 d'arrivée d'eau froide, l'échangeur 20 et la conduite 22 de départ d'eau chaude équipée d'une vanne 26. Pour plus de clarté, la chambre de combustion et les brûleurs n'ont pas été représentés sur les figures 3a et 3b.
  • Le dispositif de contrôle de la surchauffe et de l'entartrage selon l'invention comporte un boîtier 28 à l'intérieur duquel se trouve une membrane déformable 30 fixée de manière étanche aux parois de ce boîtier. Cette membrane sépare le boîtier en un premier compartiment 32 communiquant avec la conduite 16 par un tube 34, et un deuxième compartiment 36 communiquant avec la conduite de départ d'eau chaude 22 par une conduite 38. Cette dernière débouche dans la conduite 22 en amont de la vanne 26 par rapport au sens d'écoulement de l'eau pendant le fonctionnement de l'appareil.
  • Le dispositif illustré aux figures 3a et 3b fonctionne de la manière suivante :
  • La figure 3a correspond au cas où la vanne 26 est ouverte et où l'eau circule de la conduite 16 à la conduite 22 à travers l'échangeur 20. Du fait que l'eau est en mouvement, il y a une perte de pression entre le point où le tube 34 débouche dans la conduite 16 et le point où le tube 38 débouche dans la conduite 22. La pression est donc plus forte dans la conduite 16 que dans la conduite 22. Il s'ensuit que la pression est plus forte dans le compartiment 32 du boîtier 28 que dans le compartiment 36 et, par conséquent, la membrane 30 est déplacée vers la droite en regardant la figure 3a.
  • La figure 3b correspond au cas où la vanne 26 est fermée. Comme l'eau n'est plus en mouvement, la pression est la même dans les conduites 16 et 22, ainsi que dans l'échangeur 20. Il en résulte que les pressions de part et d'autre de la membrane 30 sont égales. Comme on a prévu, dans le compartiment 36, un ressort 40 monté de manière à pousser la membrane 30 vers la gauche en regardant les figures 3a et 3b, c'est-à-dire à l'encontre de la pression régnant dans le compartiment 32, lorsque la vanne 26 est fermée, le ressort 40 se détend et pousse la membrane 30 vers la gauche en regardant les figures. Ainsi, l'eau contenue dans le compartiment 32, qui est de l'eau froide, est poussée dans l'échangeur 20 et l'eau chaude contenue dans ce dernier est chassée à travers la conduite 22 et le tube 38 jusque dans le compartiment 36. Ce dernier a vu son volume augmenter par la déformation de la membrane 30 et peut donc accueillir cette masse d'eau.
  • Ainsi, lors de l'arrêt de l'appareil, on remplace l'eau chaude contenue dans le tube échangeur 20 par de l'eau froide. Donc, même si les parois de la chambre de combustion sont encore chaudes, l'élévation de température du fluide contenu dans l'échangeur 20 est limitée et, lors de la prochaine mise en route de l'appareil de chauffage, on ne risque pas d'avoir une élévation de température excessive. Dans le mode de réalisation préféré, les dimensions du boîtier 28, ainsi que la forme et les caractéristiques de déformation de la membrane 30 et la force du ressort 40, sont déterminées de sorte que le volume d'eau contenu dans le compartiment 32 dans la situation de la figure 3a soit sensiblement égal au volume d'eau contenu dans l'échangeur 20.
  • La figure 4 est une vue semblable à la figure 3a mais, dans cette variante, la conduite 22 de départ d'eau chaude n'est pas équipée d'une vanne telle que la vanne 26 : elle est en communication directe avec l'atmosphère. Dans ce cas, c'est la conduite 16 qui est équipée d'une vanne 42 en amont du point où débouche le tube 34. Le boîtier 28 de la figure 4 est semblable à celui de la figure 3a. Cependant, la conduite 38 est supprimée et le compartiment 36 est en communication directe avec l'atmosphère, par exemple par l'intermédiaire d'un piquage 43. La figure 4 correspond au cas où l'appareil est en fonctionnement, c'est-à-dire que la vanne 42 est ouverte et l'eau circule de la conduite 16 à la conduite 22. Du fait des pertes de charge, la pression de l'eau dans la conduite 16, et donc dans le compartiment 32, est supérieure la pression de l'eau à l'orifice de sortie 23 de la conduite 22, qui est égale à la pression atmosphérique. La membrane 30 est donc poussée vers la droite lorsqu'on regarde la figure. Lorsque la vanne 42 est fermée, la pression est la même dans la conduite 16 en aval de la vanne 42, ainsi que dans l'échangeur 20 et la conduite 22 et elle est égale à la pression atmosphérique. Le ressort 40 pousse donc la membrane 30 vers la gauche en regardant la figure 4, ce qui a pour effet de chasser l'eau froide contenue dans le compartiment 32 dans l'échangeur 20, tandis que l'eau chaude contenue dans ce dernier est chassée à l'extérieur.
  • Sur la figure 5, on a représenté schématiquement en traits mixtes et en perspective un chauffe-eau semblable à celui de la figure 2 avec la cuve 12 et les brûleurs 14 alimentés par un tuyau 15. On retrouve également la conduite 16 d'arrivée d'eau froide, l'échangeur 20 à la partie supérieure de la cuve 12 et la conduite 22 de départ d'eau chaude équipée de la vanne 26. Dans cette variante, une partie 44 de la conduite 16 est réalisée en un matériau souple et constitue une membrane déformable qui peut se déformer sous l'effet des différences de pression entre sa première face ou face interne, qui est en contact avec l'eau froide, et sa deuxième face ou face externe. Le boîtier 28 entoure la partie 44 de la conduite 16 et il est fixé de manière étanche à cette dernière. C'est donc l'intérieur de la partie 44 qui constitue le premier compartiment 32 et le volume situé entre la membrane 44 et le boîtier 28 qui constitue le deuxième compartiment 36. Ce dernier est en communication avec la conduite 22 de départ d'eau chaude par un tube 38 : celui-ci débouche dans la conduite 22 en un point situé en amont de la vanne 26 et qui peut se trouver, par exemple, près de la sortie de l'échangeur 20 à la partie supérieure de la cuve 12.
  • Le fonctionnement du dispositif illustré à la figure 5 est pratiquement le même que le fonctionnement des dispositifs illustrés aux figures 3a, 3b et 4.
  • Lorsque la vanne 26 est ouverte et que l'eau circule de la conduite 16 à la conduite 22 à travers l'échangeur 20, il y a une perte de pression entre la partie 44 de la conduite 16 et la conduite 22. La pression de l'eau est donc plus forte dans la partie 44 de la conduite 16 que dans la conduite 22. La membrane 44 se gonfle donc et occupe la position 44a représentée en traits pleins sur la figure 5. Lorsqu'on ferme la vanne 26, l'eau ne circule plus et la pression est la même dans la conduite 16, l'échangeur 20 et la conduite 22. La membrane 44 revient donc à sa position normale 44b, représentée schématiquement en traits interrompus sur le dessin. Ceci a pour effet de chasser dans l'échangeur 20 l'eau froide contenue dans le compartiment 32 et la partie de la conduite 16 située entre ce dernier et l'échangeur, tandis que l'eau chaude qui était contenue dans l'échangeur est chassée le long de la conduite 38 jusque dans le compartiment 36.
  • Dans ce cas également, on peut adopter une disposition semblable à celle de la figure 4, le tube 38 et la vanne 26 étant supprimés et le compartiment 36 étant mis en communication directe avec l'atmosphère.
  • La figure 6 est une vue semblable à la figure 5, mais, dans cette variante, l'élément déplaçable est constitué par un piston 46 mobile à l'intérieur du boîtier 28. Comme sur la figure 5, on a représenté en traits mixtes la cuve 12, les brûleurs 14 et le tuyau d'arrivée de gaz 15. On retrouve également la conduite 16 d'arrivée d'eau froide, le tube échangeur 20 et la conduite 22 de départ d'eau chaude équipée d'une vanne 26. On retrouve encore le boîtier 28, mais la membrane déformable est remplacée par un piston 46 mobile à l'intérieur de ce boîtier. On retrouve le premier compartiment 32 communiquant avec la conduite 16 par un tube 34 et le deuxième compartiment 36 communiquant avec la conduite 22 par un tube 38 qui débouche dans cette dernière en un point situé en amont de la vanne 26. On voit encore le ressort 40, placé dans le compartiment 36 et disposé de manière à pousser le piston vers la droite en regardant la figure 6.
  • Cette figure correspond au cas où la vanne 26 est ouverte et donc où l'eau circule de la conduite 16 à la conduite 22 à travers l'échangeur 20. Dans ce cas, la pression dans la conduite 16, et donc dans le compartiment 32, est supérieure à la pression régnant dans la conduite 22 et donc dans le compartiment 36. Sous l'effet de cette différence de pression, le ressort 40 étant convenablement taré, le piston 46 se déplace vers la gauche en regardant la figure 6. Lorsque la vanne 26 est fermée, la pression est la même dans la conduite 16, l'échangeur 20 et la conduite 22 et, par conséquent, elle est la même dans les compartiments 32 et 36. Sous l'action du ressort 40, le piston 46 se déplace vers la droite en regardant la figure et l'eau froide est chassée dans le tube 34 et la conduite 16 : ceci a pour effet de chasser l'eau chaude contenue dans l'échangeur 20 dans le tube 38 et, de là, dans le compartiment 36.
  • On a encore représenté sur la figure 6 un diaphragme 48 placé sur le tube 34, ce diaphragme étant destiné à contrôler l'écoulement de l'eau froide.
  • A titre d'essai, on a réalisé un dispositif conforme à celui de la figure 6 monté sur un chauffe-eau de puissance nominale 8,7 kW. Le diaphragme 48, placé sur le tube 34 entre la conduite 16 et le boîtier 28, avait un diamètre de 4 mm. Le boîtier 28 était un boîtier cylindrique de longueur 150 mm et de diamètre 25 mm, le piston ayant une longueur de 15 mm. Le ressort utilisé avait une raideur de 15 newtons par mètre (N/m). La surchauffe mesurée sur l'appareil non équipé du dispositif d'atténuation selon l'invention était de 31,5°C alors qu'avec le dispositif de l'invention, la surchauffe maximale n'était que de 13°C.
  • On voit donc que le dispositif objet de l'invention présente des avantages particulièrement intéressants dont le principal est de diminuer l'élévation de température observée lors de la mise en route de l'appareil de chauffage. D'autre part, comme la température de l'eau contenue dans l'échangeur est plus faible, ceci entraîne une réduction du dépôt de tartre dans l'échangeur, et donc une fiabilité et une durée de vie accrues de l'appareil.
  • Enfin, il est bien entendu que l'invention ne se limite pas aux seuls modes de réalisation qui viennent d'être décrits, mais qu'on peut envisager des variantes sans sortir pour autant du cadre de l'invention. C'est ainsi que tout appareil de chauffage d'un fluide (chauffe-eau, chauffe-bain, chaudière à gaz, etc.) peut être équipé d'un dispositif de contrôle de la surchauffe et de l'entartrage conformément à l'invention.
  • De plus, on peut utiliser ou non un diaphragme tel que le diaphragme 48 de la figure 6 monté sur le tube 34. Ce même tube 34 peut déboucher dans la conduite 16 à n'importe quel endroit de celle-ci en amont de l'échangeur 20, à condition cependant, dans les cas semblables à celui de la figure 4 où la conduite 22 communique directement avec l'atmosphère, qu'il débouche en aval de la vanne 42. Quant au tube 38, il peut déboucher dans la conduite 22 en tout point en aval de l'échangeur 20, à condition cependant que ce point se trouve en amont de la vanne 26 dans le cas où la conduite de départ d'eau chaude est équipée d'une telle vanne.
  • On rappelle en outre que, dans la plupart des cas, la conduite 16 d'arrivée d'eau froide est équipée d'un dispositif déprimogène (non représenté sur les dessins), servant à contrôler l'alimentation en gaz combustible. Le tube 34 peut déboucher dans la conduite 16 aussi bien en amont qu'en aval de ce dispositif déprimogène.
  • Dans les exemples qui ont été décrits ci-dessus, l'enceinte de volume variable est constituée par le premier compartiment d'un boîtier équipé soit d'une membrane déformable, soit d'un piston mobile. Dans l'un et l'autre cas, le deuxième compartiment peut être mis en communication soit avec la conduite de départ de fluide chaud, soit avec l'atmosphère. On pourrait éventuellement, sans sortir du cadre de l'invention, supprimer le deuxième compartiment du boîtier et limiter celui-ci au premier compartiment dans le cas où la deuxième face de la membrane ou du piston est soumise à la pression atmosphérique.

Claims (9)

  1. Dispositif de contrôle de la surchauffe et de l'entartrage pour un appareil de chauffage d'un fluide caractérisé en ce que ce dispositif comporte une enceinte (32) de volume variable pouvant communiquer avec une conduite d'arrivée de fluide froid de l'appareil de chauffage, cette enceinte (32) étant limitée au moins partiellement par un élément déplaçable (30) ayant une première face soumise à la pression régnant dans la conduite d'arrivée de fluide froid et une deuxième face soumise à une pression de référence, ledit élément (30) étant déplaçable sous l'effet de la différence de pression entre ses deux faces.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément déplaçable est une membrane déformable (30).
  3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément déplaçable est un piston (46) mobile à l'intérieur d'un boîtier (28).
  4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour déplacer l'élément déplaçable (30) de manière à diminuer le volume de ladite enceinte de volume variable (32).
  5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de déplacement comprennent un ressort (40) ayant une première extrémité fixée à l'élément déplaçable (30) et une deuxième extrémité fixée un élément lui-même fixe par rapport au reste de l'appareil.
  6. Appareil de chauffage d'un fluide comprenant:
    - une conduite (16) d'arrivée de fluide froid,
    - une conduite (22) de départ de fluide chaud,
    - un échangeur (20) communiquant d'une part avec ladite conduite (16) d'arrivée de fluide froid et d'autre part avec ladite conduite (22) de départ de fluide chaud, le fluide circulant, lorsque l'appareil fonctionne, de la conduite d'arrivée (16) vers la conduite de départ (22) à travers l'échangeur 20), et
    - des moyens (14) pour chauffer le fluide se trouvant dans l'échangeur (20),
    caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif de contrôle de la surchauffe et de l'entartrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.
  7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une partie (44) de la conduite (16) d'arrivée de fluide froid est réalisée en un matériau souple et constitue une membrane déformable, ladite partie (44) de la conduite d'arrivée constituant l'enceinte (32) de volume variable.
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que la deuxième face de l'élément déplaçable est soumise à la pression régnant dans la conduite (22) de départ de fluide chaud.
  9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la conduite départ de fluidechaud (22) étant en communication directe avec l'atmosphére, la deuxième face de de l'élément déplaçable (30) est soumise à la pression atmosphérique.
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