EP2066980A2 - Combiné chaudière / chauffe-eau sanitaire - Google Patents

Combiné chaudière / chauffe-eau sanitaire

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EP2066980A2
EP2066980A2 EP07848223A EP07848223A EP2066980A2 EP 2066980 A2 EP2066980 A2 EP 2066980A2 EP 07848223 A EP07848223 A EP 07848223A EP 07848223 A EP07848223 A EP 07848223A EP 2066980 A2 EP2066980 A2 EP 2066980A2
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EP
European Patent Office
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heat
tank
heating
water
sanitary
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Withdrawn
Application number
EP07848223A
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German (de)
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Inventor
Jean Bernard Hurier
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Individual
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Publication of EP2066980A2 publication Critical patent/EP2066980A2/fr
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    • 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
    • F24H1/18—Water-storage heaters
    • F24H1/20—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes
    • F24H1/201—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes using electric energy supply
    • F24H1/202—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes using electric energy supply with resistances
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60P—VEHICLES ADAPTED FOR LOAD TRANSPORTATION OR TO TRANSPORT, TO CARRY, OR TO COMPRISE SPECIAL LOADS OR OBJECTS
    • B60P3/00—Vehicles adapted to transport, to carry or to comprise special loads or objects
    • B60P3/32—Vehicles adapted to transport, to carry or to comprise special loads or objects comprising living accommodation for people, e.g. caravans, camping, or like vehicles
    • B60P3/36—Auxiliary arrangements; Arrangements of living accommodation; Details
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    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/08—Hot-water central heating systems in combination with systems for domestic hot-water supply
    • F24D3/082—Hot water storage tanks specially adapted therefor
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    • F24H1/48—Water heaters for central heating incorporating heaters for domestic water
    • F24H1/50—Water heaters for central heating incorporating heaters for domestic water incorporating domestic water tanks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24D2200/08—Electric heater
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    • F24H1/24—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • F24H1/26—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body
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    • Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies

Definitions

  • the present invention more particularly relates to a combined device for heating a room and producing hot water for sanitary purposes, said device comprising: - at least a first tank defined by a first wall and intended to contain water to sanitary use,
  • At least one second tank delimited by a second wall and intended to contain a heat-transfer fluid for heating purposes, such as water.
  • such a heating installation may comprise a boiler connected to a circuit comprising for example radiators and / or a heated floor.
  • Another object assigned to the invention is to propose a new device that has a significant autonomy and flexibility of use.
  • the second tank 6, and more precisely the second wall 7, is furthermore covered, at least in part and preferably entirely, with a thermally insulating material 12.
  • starting and / or return connections of the heating circuit may be provided with non-return valves to guarantee the unidirectional circulation of the coolant.
  • the first tank 2 is then mostly covered by the second fluid F 2 in which it is immersed and is preferably completely immersed (with the possible exception of the surfaces necessary for the mechanical fixing of the first and second tanks, of course).
  • the first and / or second vessel 2, 6, and more precisely the first and / or the second wall 3, 7, will have a substantially cylindrical shape of extension axis (XX '), of circular section, and closed at each of its ends by a straight or curved base surface (for example spherical cap type).
  • first and second tanks are preferably fixed in connection with each other, for example by a weld bead, so as to eliminate any mobility relative to each other.
  • the interstitial space 40 here corresponding to the region of the space between the outside of the first wall 3 and the inside of the second wall 7, will naturally be dimensioned so as to allow the circulation of the second fluid F 2 around of the first tank 2, and more particularly between the return heating connection 31, 31 'and the starting heating connection 30, 30', while ensuring a sufficiently efficient heat transfer from the first tank 2 to the second fluid F 2 .
  • interstitial space 40 and more particularly on the inner surface of the wall 7, means for counteracting the flow of said second fluid F 2 within said interstitial space 40, such as asperities or baffles, or even to make said flow turbulent to improve the heat transfer between the first and the second fluid.
  • means for counteracting the flow of said second fluid F 2 within said interstitial space 40 such as asperities or baffles, or even to make said flow turbulent to improve the heat transfer between the first and the second fluid.
  • the skilled person will be able to appreciate case by case the dimensions of the first and second tanks, as well as the power of the heat source 4, and the number and size of dissipators 34 or the flow rate of the second fluid F 2 in the heating system 32.
  • the device 1 is preferably provided with an inlet orifice 41 which communicates with the outside of said device 1 and allows the connection thereof to a cold water supply network (not shown).
  • the device 1 further comprises a preheating circuit 42 of the sanitary water, said preheating circuit 42 joining the inlet port 41 to the first tank 2 by means of a pipe 43 immersed in the heat transfer fluid F 2 .
  • said tubing 43 advantageously serves as a heat exchanger between the second fluid F 2 , or directly the first wall 3, and the cold water admitted into the tank 1, so that the cold water from the network is lukewarm before entering the heart of the first tank 2.
  • the tubing 43 may have any shape, including a substantially flattened section and / or parallelepiped. However, it will preferably be formed by a tube of circular section and particularly preferably wound in a serpentine around the first tank 2, in contact with or at a distance from the latter, in the interstitial space 40.
  • the materials constituting the first tank 2 and the second tank 6, as well as the preheating tubing 43 will be selected so as to be physically and chemically compatible with the first and second fluids Fi, F 2 with which they are brought into contact, as well as with the temperature and pressure ranges corresponding to the operation of the device 1.
  • the elements involved in heat transfer such as preheating tubing 43 or first wall 3, in areas where said first wall is interposed between the first and the second fluid Fi, F 2 , will naturally be made of materials having a high thermal conductivity.
  • the first wall 3 may in particular be made of metal, and more particularly of stainless steel, aluminum, copper or a copper-based alloy.
  • the device 1 may be provided with an access orifice 45 provided with fixing means, such as a circular screw flange, designed so that one can sealingly providing said access port 45 with a removable closure panel 46.
  • fixing means such as a circular screw flange
  • Such a removable panel 46 may furthermore form a base serving as a support for the first heat diffusion means 5, and, more specifically, for the electrical resistance 10.
  • such an arrangement simplifies the maintenance of the device 1 since it makes it possible, on the one hand, to replace, if necessary, the heat source 4 or the diffusion means 5 in the event of failure or degradation of these, and of secondly to access the interior of the first tank 2 or even the second tank 6, for example to carry out a descaling.
  • the device may be provided with filling means connected to the water supply network, as well as purge means connected to the wastewater drainage network, such as ball valves (not shown) placed at low points of the first and second tanks, so as to allow additional filling, or conversely the emptying, of one or the other of said tanks.
  • filling means connected to the water supply network
  • purge means connected to the wastewater drainage network, such as ball valves (not shown) placed at low points of the first and second tanks, so as to allow additional filling, or conversely the emptying, of one or the other of said tanks.
  • the device 1 may be provided with one or more air purge means, preferably located at the high points of said tanks.
  • said device will preferably be associated with one or more pressure-limiting means capable of evacuating fluid from the first and / or the second tank in the event of abnormal rise of the pressure within them. .
  • the device 1 according to the invention will preferably be provided with a first and a second temperature probe 50, 51 respectively immersed in the first fluid Fi and the second fluid F 2 .
  • the first heat diffusion means 5, and even more so the heat source 4 is preferably the sole means of transmitting heat to the device 1, it is nevertheless conceivable that the device 1 comprises in addition to a booster heat source 60, such as a solar panel 61 or an additional heating resistor, said booster heat source 60 being connected to second heat diffusion means 62 located outside the first heat source 62 tank 2 and arranged to communicate heat to the heat transfer fluid F 2 .
  • a booster heat source 60 such as a solar panel 61 or an additional heating resistor
  • the auxiliary heat source 60 can advantageously be implemented in order to limit the volume of the sanitary water reserve Fi while preserving the regulating effect of said reserve. Indeed, said volume would otherwise tend to increase when it is desired to have a large heating power while ensuring relative stability of the temperature of water for sanitary use.
  • the auxiliary source 60 allows the user to have a water heater whose volume is not excessive while maintaining a useful power of boiler important, able to cover a wide range of climatic situations to which is exposed the room to be heated.
  • the power of the additional heat source remains substantially less than that of the heat source 4 and / or the first heat diffusion means 5, which form the main heat supply members of the device 1 .
  • the second heat diffusion means 62 may for example be formed by a coil or an equivalent exchanger disposed inside the second tank 6 and immersed in the second fluid F 2 , so that the heat transfer fluid contained in the circuit auxiliary 64 which connects said coil to the auxiliary source 60 does not mix with the second fluid F 2 .
  • the auxiliary source 60 may comprise a mixing bottle 80 such as that represented in FIG. 4.
  • Said mixing bottle 80 comprises an inlet orifice 81 for connection to the heating circuit 32, preferably provided with a check valve, and an outlet orifice 82, preferably connected to the return connection 30.
  • Said bottle 80 also preferably comprises a heat source 83, of the electrical resistance type, and / or connection means 84 to an exchanger, as well as a heat sensor 85 designed to thermally regulate the calorie intake of the source 83 and / or from the exchanger to the coolant 2 within the bottle 80.
  • the volume of the mixing bottle 80 is advantageously restricted in order to allow a rapid rise in the temperature of the heat transfer fluid F 2 , in particular at the start of the device 1, without it being otherwise necessary to overcome beforehand the thermal inertia of the volume of water for sanitary use Fi.
  • a power supply system is created capable of accumulating electrical energy, for example during a sunny day, and then restoring it when it is necessary to provide heating power to the device 1, for example at night.
  • the device 1 forms a water heater / boiler combination whose heat source 4 is formed by an electrical resistance 10, whose second tank is connected to a heating circuit 32 and the first tank to a domestic hot water distribution circuit 21.
  • the minimum setpoint temperature for the first temperature Ti is set to T-IMIN, for example equal to 65 ° C., and as the maximum setpoint the value Ti ma ⁇ , preferably substantially equal to 70 ° C.
  • Said heat is first transmitted to the first fluid F 1, in particular by conduction, from the sleeve 11 to the proximal water layers of the first fluid F 1 placed in contact with it, and then from said proximal water layers to the distal water layers. of the first fluid Fi, located at a distance from said sheath and near the inner face of the first wall 3.
  • the heat then diffuses through the first wall 3 to be transmitted from the first fluid Fi to the second fluid F 2 located in the interstitial space 40. More specifically, the heat Q propagates through the second fluid F 2 , from the layers located near the first wall 3 ("hot") to the layers located on the periphery of the device, against the inner face of the second wall 7 ("cold").
  • the second fluid then travels the dissipator circuit 34 through which it communicates heat to the room before returning, substantially cooled, to the second tank 2.
  • first and second temperatures Ti and T 2 reflect average values in the fluids concerned, said temperatures being able in particular to depend on the flow conditions of the coolant 2 and the altitude of the measurement point considered.
  • the heating resistor 10 is carried and substantially maintained at a temperature TR which enables it to transfer calories to the first fluid F1 and thus to maintain the temperature Ti thereof substantially between the set values. lower and upper, despite the extraction of calories operated by the second fluid F 2 through the first wall 3 to the heated premises.
  • the device 1 according to the invention comprises a small number of parts, which are moreover likely to be manufactured in large series by the implementation of perfectly controlled technologies, so that the cost of manufacturing said device is particularly low.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif combiné de chauffage d'un local et de production d'eau chaude à usage sanitaire, ledit dispositif comportant : au moins une première cuve (2) destinée à contenir de l'eau à usage sanitaire (F<SUB>1</SUB>), au moins une seconde cuve (6) destinée à contenir un fluide caloporteur à usage de chauffage (F<SUB>2</SUB>), ledit dispositif (1) étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins une source de chaleur (4) reliée à un premier moyen de diffusion de chaleur (5) situé dans ladite première cuve (2) et conçu pour communiquer de la chaleur à l'eau à usage sanitaire (F<SUB>1</SUB>) et en ce que la première cuve (2) est disposée au moins en partie à l'intérieur de la seconde cuve (6) de manière à transférer de la chaleur (Q) depuis l'eau à usage sanitaire (F<SUB>1</SUB>) vers le fluide caloporteur (F<SUB>2</SUB>). Dispositifs combiné de chauffage d'un local et de production d'eau chaude à usage sanitaire.

Description

COMBINE CHAUDIERE / CHAUFFE-EAU SANITAIRE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine général des dispositifs de chauffe destinés à augmenter la température d'un ou plusieurs fluides, tels que de l'eau, en vue de leur usage sanitaire et/ou de leur utilisation en tant que vecteur de chauffage d'un local.
La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif combiné de chauffage d'un local et de production d'eau chaude à usage sanitaire, ledit dispositif comportant : - au moins une première cuve délimitée par une première paroi et destinée à contenir de l'eau à usage sanitaire,
- au moins une seconde cuve délimitée par une seconde paroi et destinée à contenir un fluide caloporteur à usage de chauffage, tel que de l'eau.
La présente invention concerne également un procédé combiné de chauffage et de production d'eau chaude à usage sanitaire.
TECHNIQUE ANTERIEURE
Afin d'assurer le confort domestique, il est connu de produire de l'eau chaude pour différents usages.
D'une part, il est connu de produire de l'eau chaude à usage sanitaire, destinée à l'hygiène corporelle (toilette) ou aux tâches ménagères quotidiennes (vaisselle). A cet effet, on emploie fréquemment des appareils de type chauffe-eau comportant une cuve associée à un élément chauffant, tel qu'une résistance électrique, lesdits chauffe-eau étant destinés à produire et à stocker temporairement ladite eau chaude sanitaire.
D'autre part, il est connu d'utiliser l'eau chaude comme fluide caloporteur_ destiné à circuler dans un circuit de chauffage fermé afin de tempérer les locaux d'habitation lors des périodes de froid.
De façon classique, une telle installation de chauffage peut comprendre une chaudière reliée à un circuit comprenant par exemple des radiateurs et/ou un plancher chauffant.
Bien que les appareils de production d'eau chaude de l'art antérieur donnent généralement satisfaction, ils présentent cependant certains inconvénients non négligeables.
En premier lieu, la production d'eau chaude à usage sanitaire est souvent séparée de la production d'eau de chauffage. Il en résulte une multiplication des appareils de chauffe et, par conséquent, une augmentation significative des coûts d'installation et d'entretien correspondants.
En outre, lesdits appareils de chauffe sont fréquemment installés à l'écart des points d'utilisation de l'eau chaude qu'ils produisent, et de surcroît souvent dans des pièces non chauffées, tel que des buanderies, des caves ou des chaufferies, de telle sorte que la production puis le transport de ladite eau chaude jusqu'à son point d'utilisation sont parfois à l'origine de déperditions thermiques non négligeables. Enfin, de nombreux appareils de chauffe de l'art antérieur consomment des énergies fossiles (gaz, fuel domestique) et présentent par conséquent un bilan environnemental relativement défavorable.
EXPOSE DE L'INVENTION
Les objets assignés à la présente invention visent par conséquent à remédier aux inconvénients susmentionnés et à proposer un nouveau dispositif combiné de chauffage d'un local et de production d'eau chaude sanitaire qui présente un rendement énergétique particulièrement élevé.
Un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau dispositif qui soit de conception particulièrement simple, compact et peu encombrant.
Un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau dispositif qui ne nécessite qu'un minimum d'entretien et simplifie les opérations d'installation de maintenance.
Un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau dispositif qui soit particulièrement respectueux de l'environnement.
Un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau dispositif qui possède une importante autonomie et une grande souplesse d'utilisation.
Un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau dispositif qui optimise le confort de l'utilisateur.
Un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau dispositif qui présente une bonne réactivité et une importante capacité d'adaptation vis-à- vis des besoins de l'utilisateur. Un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau dispositif dont la fabrication soit particulièrement simple et peu onéreuse.
Enfin, un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau procédé combiné de chauffage et de production d'eau chaude à usage sanitaire qui soit à la fois simple, efficace et économe.
Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'un dispositif combiné de chauffage d'un local et de production d'eau chaude à usage sanitaire, ledit dispositif comportant :
- au moins une première cuve délimitée par une première paroi et destinée à contenir de l'eau à usage sanitaire,
- au moins une seconde cuve délimitée par une seconde paroi et destinée à contenir un fluide caloporteur à usage de chauffage, tel que de l'eau, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins une source de chaleur reliée à un premier moyen de diffusion de chaleur situé dans ladite première cuve, ledit premier moyen de diffusion de chaleur étant conçu pour communiquer de la chaleur à l'eau à usage sanitaire afin de porter cette dernière à une première température T-i, et en ce que la première cuve est disposée au moins en partie à l'intérieur de la seconde cuve de manière à transférer de la chaleur depuis l'eau à usage sanitaire vers le fluide caloporteur et ainsi réchauffer ce dernier pour le porter à une seconde température T2, sensiblement inférieure ou égale à la première température T-i.
Les objets assignés à l'invention sont également atteints à l'aide d'un procédé combiné de chauffage d'un local au moyen d'un fluide caloporteur et de production d'eau chaude à usage sanitaire caractérisé en ce qu'il comporte une étape (a) de réchauffement indirect du fluide caloporteur au cours de laquelle on apporte de la chaleur à l'eau à usage sanitaire contenue dans une première cuve elle-même disposée au moins en partie dans une seconde cuve contenant ledit fluide caloporteur, de manière à d'une part maintenir sensiblement l'eau contenue dans la première cuve à une première température conforme à un usage sanitaire et d'autre part provoquer un transfert de tout ou partie de ladite chaleur depuis l'eau à usage sanitaire vers le fluide caloporteur et ainsi élever la température de ce dernier à une valeur suffisante pour assurer le chauffage du local.
DESCRIPTIF SOMMAIRE DES DESSINS
D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus en détails à la lecture de la description qui suit, ainsi qu'à l'aide des dessins annexés, fournis à titre purement illustratif et non limitatif, parmi lesquels :
- La figure 1 illustre, selon une vue schématique en coupe, un exemple d'installation mettant en œuvre une variante de dispositif combiné conforme à l'invention,
- La figure 2 illustre, selon un diagramme schématique, un exemple de gradient de température au sein de la variante de dispositif combiné représentée sur la figure 1 ,
- Les figures 3A et 3B illustrent, selon des vues schématiques en coupe, deux variantes d'agencement de la première et de la seconde cuve au sein de dispositifs conformes à l'invention.
- La figure 4 illustre, selon une vue en coupe, un exemple de bouteille de mélange pouvant être utilisée en tant que source de chaleur d'appoint au sein d'un dispositif conforme à l'invention. MEILLEURE MANIERE DE REALISER L'INVENTION
La présente invention se rapporte à un dispositif de chauffe 1 d'au moins deux fluides F1, F2, tels que de l'eau, en vue respectivement de leur usage sanitaire et de leur utilisation en tant que vecteur de chauffage d'un local.
Au sens de l'invention, le dispositif 1 est donc apte à fournir de la chaleur à des fluides, gazeux et/ou liquides, de manière à augmenter la température desdits fluides.
Par « usage sanitaire », on désigne l'utilisation d'un fluide, et de façon particulièrement préférentielle l'utilisation d'eau, pour des besoins d'hygiène corporelle (toilette) ou encore des tâches ménagères, telles que la vaisselle.
Par « vecteur de chauffage », on indique que le fluide concerné est utilisé comme fluide caloporteur destiné à transporter de la chaleur, à travers un circuit de chauffage, depuis le dispositif de chauffe jusqu'à un organe de dissipation, tel qu'un radiateur ou un plancher chauffant, lequel est apte à chauffer un local. Au sens de l'invention, l'opération de chauffage d'un local consiste à apporter de la chaleur dans un lieu, de préférence fermé, de manière à maintenir dans ce lieu une température sensiblement supérieure à celle de son environnement.
Plus précisément, le dispositif 1 conforme à l'invention comporte : - au moins une première cuve 2 délimitée par une première paroi 3 et destinée à contenir de l'eau à usage sanitaire (ci-après « premier fluide ») Fi ,
- au moins une seconde cuve 6 délimitée par une seconde paroi 7 et destinée à contenir un fluide caloporteur (ci-après « second fluide ») F2. En d'autres termes, le dispositif 1 conforme à l'invention constitue un appareil de chauffe de type « combiné » de chauffage d'un local et de production d'eau chaude sanitaire, dont la première cuve 2 forme sensiblement un chauffe-eau et la seconde cuve 6 forme sensiblement le ballon d'une chaudière.
De façon particulièrement préférentielle, ledit dispositif 1 constitue un appareil de chauffe domestique, destiné par exemple aux habitations collectives ou particulières, tel que appartements, pavillons, etc.
Bien entendu, la présente invention s'adresse à tout type de local sans restriction de destination ni de superficie, et notamment à tout local à usage commercial, d'entreposage, ou encore d'habitation, tel qu'un appartement, un pavillon, un immeuble de bureaux etc.
Par ailleurs, il est remarquable que le local au sens de l'invention peut être intégré dans un bâtiment fixe, ou encore dans une structure nomade, notamment d'habitation, d'hébergement provisoire ou de transport.
En particulier, le dispositif 1 peut être adapté pour être installé dans une structure nomade du genre camping-car, caravane, mobil-home, bateau, train, module préfabriqué, ou encore cabane de chantier, l'invention portant par conséquent également sur une telle structure nomade équipée d'un dispositif combiné 1 conforme à l'invention pour assurer conjointement son chauffage et sa production d'eau chaude sanitaire.
Selon une caractéristique importante de l'invention, le dispositif 1 comporte au moins une source de chaleur 4 qui est reliée à un premier moyen de diffusion de chaleur 5 situé dans ladite première cuve 2, ledit premier moyen de diffusion de chaleur 5 étant conçu pour communiquer de la chaleur à l'eau à usage sanitaire Fi afin de porter cette dernière à une première température TV
Bien entendu, l'expression « diffusion de chaleur» ne préjuge nullement du mode d'échange et de propagation de chaleur, par exemple par conduction, convection et/ou rayonnement, et indique simplement que le moyen de diffusion de chaleur 5 est apte à fournir, ou dispenser, de la chaleur au premier fluide Fi.
Selon une autre caractéristique importante de l'invention, la première cuve 2 est disposée au moins en partie à l'intérieur de la seconde cuve 6 de manière à transférer de la chaleur Q depuis l'eau à usage sanitaire F1 vers le fluide caloporteur F2 et ainsi réchauffer ledit fluide caloporteur F2 pour le porter à une seconde température T2, sensiblement inférieure ou égale à la première température TV
Bien entendu, l'apport calorique de l'eau à usage sanitaire Fi au fluide caloporteur F2 sera suffisant pour satisfaire aux exigences techniques de l'emploi dudit fluide caloporteur F2 en tant que vecteur de chauffage d'un local, la quantité de chaleur et la puissance du transfert thermique ainsi opéré permettant avantageusement de compenser sensiblement et durablement, en conditions normales de fonctionnement, la dissipation de chaleur correspondant à la consommation du circuit de chauffage. En outre, la puissance de la source de chaleur 4 transmise à l'eau à usage sanitaire F1 par le moyen de diffusion de chaleur 5 sera évidemment suffisante pour maintenir ladite eau à usage sanitaire F1 à une température T1 respectueuse tant du confort de l'utilisateur que des normes sanitaires, et ce même lorsque le circuit de chauffage prélève de la chaleur au sein du dispositif 1. Le dispositif 1 conforme à l'invention est donc avantageusement agencé de telle sorte que ses pertes énergétiques par déperdition thermique dans son environnement sont minimisées.
En effet, la chaleur y est produite (ou introduite) sensiblement dans son cœur, puis est, au moins en partie, transférée de son cœur vers sa périphérie.
En d'autres termes, l'agencement du dispositif 1 conforme à l'invention vise à organiser les différentes zones fonctionnelles dudit dispositif en les disposant dans l'espace compris entre le premier moyen de diffusion de chaleur 5 et l'extérieur du dispositif par « couches » successives ordonnées selon leur ordre décroissant de température normale de fonctionnement.
Au sens de l'invention, une « zone fonctionnelle » désigne une région de l'espace du dispositif 1 qui contient un fluide destiné à un usage particulier et dont la température, de préférence sensiblement homogène, est prédéterminée en fonction de cet usage. Ainsi, l'espace occupé dans la première cuve 2 par le premier fluide Fi peut constituer une première zone fonctionnelle, tandis que l'espace occupé par le second fluide F2 dans la seconde cuve 6 constitue une seconde zone fonctionnelle.
Ainsi, la chaleur issue dudit premier moyen de diffusion 5 est amenée à traverser successivement ces différentes zones fonctionnelles, selon un gradient thermique décroissant naturel.
Plus précisément, la chaleur Q fournie par la source 4 est tout d'abord communiquée du premier moyen de diffusion 5 au premier fluide « chaud » Fi, puis dudit premier fluide Fi au second fluide F2 « tiède » à travers la première paroi 3. Ainsi, le flux de calories est avantageusement dirigé depuis l'eau à usage sanitaire formant un cœur « émetteur » de chaleur vers le fluide caloporteur formant un « récepteur» de chaleur périphérique.
La seconde paroi 7 forme de préférence quant à elle l'interface, au moins partielle, entre l'intérieur du dispositif 1 et l'environnement extérieur de ce dernier.
Ainsi, lorsque ledit environnement extérieur se trouve à une température TE inférieure à la seconde température T2, le second fluide F2 fait avantageusement tampon entre la première cuve 2, et plus précisément le premier fluide Fi et l'extérieur du dispositif 1 , de telle sorte que le gradient de température de part et d'autre de la seconde paroi 7 est globalement le plus faible possible, puisqu'il correspond à la différence de température T2-TE entre le second fluide « tiède » F2 et l'extérieur, et non entre le premier fluide « chaud » Fi et l'extérieur.
Plus généralement, il est bien entendu envisageable de chauffer plus de deux fluides et d'ordonner les zones fonctionnelles correspondantes de sorte que les zones fonctionnelles « chaudes » soient préservées des fortes déperditions thermiques par les zones « tièdes » qui les séparent au moins en partie de l'extérieur du dispositif, la différence de température entre la zone fonctionnelle périphérique, la plus exposée aux déperditions, et l'extérieur du dispositif 1 étant par conséquent minimisée.
De préférence, la seconde cuve 6, et plus précisément la seconde paroi 7, est en outre recouverte, au moins en partie et de préférence en totalité, d'un matériau thermiquement isolant 12.
Avantageusement, ledit matériau isolant 12 forme une barrière, illustrée en pointillés sur la figure 1, qui confine la chaleur produite ou apportée au sein du dispositif 1 dans ledit dispositif 1 , c'est-à-dire limite les déperditions thermiques de l'intérieur vers l'extérieur dudit dispositif.
Plus précisément, ledit matériau isolant 12 peut être mono-couche ou multicouches, par exemple formé dans un polymère synthétique alvéolé qui enrobe le dispositif 1 et qui peut notamment être accolé et/ou intégré aux parois extérieures dudit dispositif, et plus précisément à la seconde paroi 7.
Selon une variante de réalisation, la source de chaleur 4 est placée, de préférence dans son intégralité, à l'intérieur de la première cuve 2, et de façon particulièrement préférentielle sensiblement au centre de celle-ci, de sorte à être immergée dans le premier fluide F-t.
Ainsi, la production de chaleur, c'est-à-dire la génération de calories, s'effectue directement « sur s/te », à l'intérieur du dispositif 1, et de préférence sensiblement au cœur dudit dispositif, de telle sorte qu'il n'y a pas de déperdition thermique inhérente au transfert entre la source de chaleur 4 et le premier moyen de diffusion de chaleur 5.
Ceci optimise naturellement le rendement énergétique du dispositif 1 puisque la majeure partie, sinon sensiblement la totalité, de la chaleur produite au sein dudit dispositif 1 contribue effectivement à réchauffer le premier et le second fluide, et ce, même si une partie minime de ladite chaleur est susceptible d'être finalement dissipée vers l'extérieur du dispositif, après avoir « traversé » les différentes zones fonctionnelles successives.
De préférence, tel que cela est illustré sur la figure 1 , la source de chaleur 4 comprend une résistance électrique chauffante 10, éventuellement gainée d'un fourreau 11. Ledit fourreau 11 est de préférence réalisé dans un matériau réfractaire permettant d'une part la protection de ladite résistance 10 contre les dépôts calcaires et d'autre part la répartition, voire l'accumulation, de chaleur.
En outre, le fourreau 11 est de préférence placé directement au contact du premier fluide au niveau de sa surface externe pour former un premier moyen de diffusion 5 autorisant au moins un transfert de chaleur par conduction.
Par ailleurs, le dispositif 1 est de préférence pourvu d'au moins un raccord de sortie d'eau chaude 20 conçu pour mettre en communication la première cuve 2 avec une installation de plomberie sanitaire 21 (ou « circuit d'eau chaude sanitaire »), afin d'alimenter cette dernière.
De façon classique, un tel raccord peut être formé par un élément tubulaire qui traverse la première paroi 3 et à l'extrémité duquel est fixée une bride annulaire.
Selon l'invention, la première cuve 2 peut avantageusement former un chauffe-eau, c'est-à-dire être conçue à la fois pour la production et le stockage de l'eau chaude sanitaire.
En outre, le dispositif 1 est de préférence pourvu d'un ou plusieurs raccords de chauffage 30, 30', 31, 31' conçus pour mettre en communication la seconde cuve 6 avec une installation de chauffage 32 (ou « circuit de chauffage »).
De plus, le fluide caloporteur à usage de chauffage F2 est de préférence formé par de l'eau, contenant éventuellement un additif tel qu'un antigel. Avantageusement, l'utilisation d'eau simplifie l'approvisionnement du second fluide F2 et contribue à minimiser le coût de l'installation.
De façon particulièrement préférentielle, l'installation de chauffage 32 forme un circuit fermé dont un tronçon est formé par l'intérieur de la seconde cuve 6. Plus précisément, ladite installation de chauffage 32 peut relier un raccord de chauffage de départ 30, 30' par lequel le second fluide sort de la seconde cuve 6 à un raccord de chauffage de retour 31, 31' par lequel ledit second fluide revient à l'intérieur de ladite seconde cuve 6.
De préférence, le raccord de sortie d'eau chaude 20 et le raccord de chauffage de départ 30, 30' sont de préférence disposés dans les parties supérieures respectives de la première et de la seconde cuve, de telle sorte qu'ils prélèvent respectivement le premier et le second fluide dans les couches les plus chaudes desdits fluides.
En outre, les raccords de départ et/ou de retour du circuit de chauffage pourront être pourvus de vannes anti-retour afin de garantir la circulation unidirectionnelle du fluide caloporteur.
De façon classique, l'installation de chauffage 32 pourra comprendre un circuiateur 33, ainsi que des organes de dissipation 34, tel que des radiateurs, des aérothermes, un plancher chauffant, ou tout autre moyen équivalent.
Selon une variante de réalisation, tel que cela est représenté en pointillés sur la figure 1, le dispositif 1 pourra comporter plusieurs ensembles de raccords de chauffage, et plus précisément plusieurs raccords de départ 30, 30', notamment formé par éléments de diamètre standard 26/34, et plusieurs raccords de retour 31 , 31'. Ainsi, on pourra par exemple affecter au moins un premier ensemble, c'est- à-dire une première paire de raccords de départ et de retour, à l'alimentation d'un plancher chauffant et un second ensemble (ou seconde paire), distinct du premier, à l'alimentation d'un circuit de radiateurs séparé. De préférence, chacun des deux circuits de chauffage indépendants possédera en outre son propre circulateur.
Par ailleurs, il est remarquable que les inventeurs ont constaté qu'il était généralement inutile, sous des latitudes tempérées, de porter le fluide caloporteur F2 à une température très élevée pour obtenir une température ambiante, dans une habitation convenablement isolée, de l'ordre de 2O0C.
Plus précisément, pour une utilisation en plancher chauffant, il suffit de disposer d'une température T2 du fluide caloporteur F2 dans la seconde cuve 6 comprise entre 250C et 5O0C, et de façon préférentielle entre 280C et 4O0C, tandis que pour un circuit de radiateurs, une température T2 dudit fluide caloporteur F2 de l'ordre de 400C à 550C donne satisfaction.
En revanche, la température Ti de l'eau à usage sanitaire contenue dans la première cuve 2 se situe de préférence, tant pour assurer le confort de l'utilisateur que pour répondre à des normes sanitaires en matière de lutte contre les micro-organismes, sensiblement entre 600C et 700C, et de façon préférentielle est sensiblement égale à 650C.
Par conséquent, le dispositif 1 utilise avantageusement l'eau chaude sanitaire Fi comme source chaude destinée à réchauffer le fluide caloporteur F2. Ainsi, le dispositif 1 ne gaspille pas d'énergie pour « surchauffer» ledit fluide caloporteur F2, que ce soit directement pour le chauffage ou encore pour chauffer indirectement par ce biais l'eau à usage sanitaire F-i. En outre, les inventeurs ont constaté que, alors qu'il est fréquemment nécessaire, ou à tout le moins utile pour le confort de l'utilisateur, de disposer d'une importante réserve d'eau chaude à usage sanitaire F-i, il convient au contraire de minimiser la quantité de fluide caloporteur F2 dans la chaudière (ici, la seconde cuve 6) de manière à favoriser et accélérer le réchauffement de ce dernier, et ainsi optimiser la réactivité de l'installation de chauffage 32.
C'est pourquoi le volume d'eau à usage sanitaire Fi que contient le dispositif 1 , et plus précisément (a première cuve 2, est de préférence supérieur ou égal au volume de fluide caloporteur F2 que contient ledit dispositif 1 , et plus précisément la seconde cuve 6.
En particulier, le rapport du volume d'eau à usage sanitaire sur le volume de fluide caloporteur au sein du dispositif peut être sensiblement supérieur ou égal à 1 (c'est-à-dire que le dispositif contient au moins autant d'eau à usage sanitaire que de fluide caloporteur), de préférence sensiblement supérieur ou égal à 2 (c'est-à-dire que le dispositif 1 contient deux fois plus d'eau à usage sanitaire que de fluide caloporteur), et de façon particulièrement préférentielle supérieur ou égal à 3, voire supérieur ou égal à 5, ou même supérieur ou égal à 10.
Bien entendu, afin d'assurer une certaine stabilité de la température du premier fluide Fi au sein de la première cuve 2, notamment lorsque l'utilisateur puise de l'eau chaude, la première cuve 2 contiendra de préférence un volume significatif, par exemple compris entre 100 litres et 300 litres, qui lui confère une certaine inertie thermique.
Enfin, il est remarquable que le dispositif 1 permet de disposer toute l'année d'une importante réserve d'eau chaude sanitaire sans avoir pour cela besoin d'« entretenir » conjointement un volume important de fluide caloporteur lorsqu'il n'est plus nécessaire de chauffer le local, ce qui limite la puissance de chauffe nécessaire ainsi que la consommation énergétique dudit dispositif 1 , tout en améliorant la stabilité et la réactivité de sa fonction de chauffe-eau.
De préférence, le dispositif 1 est agencé de manière à ce que les premier et second fluides F1, F2 soient séparés sans possibilité de se mélanger l'un à l'autre et ne puissent pas s'échapper dudit dispositif 1 autrement que par les orifices (raccords) prévus à cet effet. C'est pourquoi la première et la seconde paroi 3, 7 sont de préférence parfaitement étanches, notamment dans les conditions prévisibles de température et de pression normales de fonctionnement du dispositif 1.
Selon une variante de réalisation préférentielle, la première cuve 2 est agencée par rapport à la seconde cuve 6 de telle sorte que la première paroi 3 se trouve au contact du fluide caloporteur F2 sur au moins 50 %, de préférence sur au moins 75 %, et de façon particulièrement préférentielle sur au moins 90 % de sa surface extérieure.
En d'autres termes, la première cuve 2 est alors majoritairement recouverte par le second fluide F2 dans lequel elle baigne et se trouve de préférence totalement immergée (à l'exception éventuelle des surfaces nécessaires à la fixation mécanique des première et seconde cuves, bien entendu).
Selon une variante de réalisation, tel que cela est représenté sur la figure 1 , la première cuve 2 est intégralement contenue dans la seconde cuve 6, c'est-à-dire que le volume occupé par la première cuve 2 est compris dans le volume occupé par la seconde cuve 6.
Ainsi, le volume occupé par la seconde cuve 6 et marqué par la seconde paroi 7 pourra définir sensiblement l'encombrement hors-tout du dispositif 1. Au sens de l'invention, le dispositif 1 comprend donc de préférence une première cuve 2 sensiblement « interne », ou « centrale », associée à une seconde cuve 6 sensiblement « externe » ou « périphérique ».
Bien entendu, la première et la seconde cuve peuvent adopter des formes et des volumes variés, sans sortir du cadre de l'invention.
Toutefois, de façon particulièrement préférentielle, la première et/ou la seconde cuve 2, 6, et plus précisément la première et/ou la seconde paroi 3, 7, présenteront une forme sensiblement cylindrique d'axe d'extension (XX'), de section circulaire, et obturée à chacune de ses extrémités par une surface de base droite ou bombée (par exemple de type calotte sphérique).
De façon particulièrement préférentielle, tel que cela est illustré sur la figure 1 , la première et la seconde cuve pourront être disposées sensiblement verticalement, et imbriquées l'une dans l'autre, de façon sensiblement coaxiale.
En outre, la première et la seconde cuves sont de préférence fixées en liaison encastrement l'une à l'autre, par exemple par un cordon de soudure, de manière à supprimer toute mobilité de l'une par rapport à l'autre.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à un agencement particulier de la première et de la seconde cuve 2, 6, ledit agencement pouvant en outre constituer une invention à part entière, indépendamment de la destination (usage sanitaire ou chauffage) respective du premier et du second fluide.
Ainsi, la première paroi 3 peut présenter une portion inférieure 31 et une portion supérieure 3S reliées par une portion latérale 3L, tandis que, tel que cela est représenté schématiquement sur la figure 3A, la seconde cuve 6 peut former une coiffe qui recouvre sensiblement ladite portion supérieure 3S et au moins une partie de ladite portion latérale 3L.
Selon une autre variante de réalisation représentée sur la figure 3B, la première cuve 2 peut être immergée en quasi-totalité dans le fluide caloporteur F2, à l'exception toutefois des zones couvertes par un support 47, de dimensions relativement réduites, qui la relie de façon stable à la seconde paroi 7. Ledit support 47 peut notamment être formé par un collet ou un bossage embouti dans l'intérieur de la seconde cuve 6 depuis sa portion inférieure.
De préférence, la première paroi 3 et la seconde paroi 7 sont majoritairement disjointes et délimitent un espace interstitiel 40 contenant le fluide caloporteur F2.
Par « majoritairement disjointes », on indique que, dans une configuration du dispositif 1 selon laquelle la seconde cuve 6 serait accolée à la première cuve 2, voire venue de matière avec cette dernière, cette communauté de paroi ne serait que partielle et limitée. Plus précisément, la proportion de la première paroi 3 accolée directement au contact de la seconde paroi 7, ou a fortiori confondue avec cette dernière, n'excède pas 50 %, de préférence 30 %, et de façon particulièrement préférentielle 10 % en superficie.
En d'autres termes, la première et la seconde cuve sont avantageusement sensiblement séparées l'une de l'autre de manière à maximiser la surface d'échange entre le premier et le second fluide à travers la première paroi.
En outre, un tel agencement limite les zones d'exposition directe de la première cuve 2 à la température extérieure TE. Par « zones d'exposition directe », on désigne les zones du dispositif dans lesquelles se forme un pont thermique de « court-circuit » par lequel la chaleur peut passer directement depuis l'eau à usage sanitaire Fi jusqu'à l'extérieur du dispositif, à travers la première paroi 3 et le cas échéant à travers la couche de matériau isolant 12, sans passage intermédiaire par le fluide caloporteur F2.
Ainsi, tel que cela est représenté sur la figure 1 , la première cuve 2 pourra présenter un diamètre de base sensiblement inférieur à celui de la seconde cuve 6 et lesdites première et seconde cuves être rattachées l'une à l'autre - uniquement - par leur base inférieure de telle sorte que le second fluide F2 baigne les portions latérales et supérieures de la première paroi 3.
Dans cette configuration particulière, la seconde cuve 6 coiffe la première cuve 2 en formant une sorte de cloche au sein de laquelle le second fluide F2 enveloppe la première paroi 3.
L'espace interstitiel 40, correspondant ici à la région de l'espace comprise entre l'extérieur de la première paroi 3 et l'intérieur de la seconde paroi 7, sera naturellement dimensionné de manière à permettre la circulation du second fluide F2 autour de la première cuve 2, et plus particulièrement entre le raccord de chauffage de retour 31, 31' et le raccord de chauffage de départ 30, 30', tout en garantissant un transfert thermique suffisamment efficace de la première cuve 2 vers le second fluide F2.
A ce titre, il est envisageable de disposer dans l'espace interstitiel 40, et plus particulièrement à la surface interne de la paroi 7, des moyens de contrarier l'écoulement dudit second fluide F2 au sein dudit espace interstitiel 40, tels que des aspérités ou des chicanes, voire de rendre ledit écoulement turbulent pour améliorer le transfert thermique entre le premier et le second fluide. En outre, l'homme du métier sera à même d'apprécier au cas par cas les dimensions des premières et secondes cuves, de même que la puissance de la source de chaleur 4, ainsi que le nombre et la dimension des dissipateurs 34 ou le débit du second fluide F2 dans l'installation de chauffage 32.
Il est remarquable que la disposition périphérique du fluide caloporteur F2, et plus particulièrement de l'espace interstitiel 40, permet avantageusement, tout en conservant un volume de second fluide F2 relativement réduit à l'intérieur du dispositif 1 , de maximiser le diamètre de la première cuve 2 par rapport à l'encombrement hors-tout dudit dispositif 1 , et plus particulièrement par rapport au diamètre de la seconde cuve 6, et donc la surface d'échange formée par la première paroi 3, ce qui optimise l'efficacité de l'ensemble.
Bien entendu, il est parfaitement envisageable de disposer ainsi plus de deux cuves gigognes qui s'enveloppent les unes les autres, de préférence de manière sensiblement coaxiale ou concentrique, et délimitent plusieurs espaces interstitiels séparés consécutifs qui contiennent autant de fluides à chauffer.
Par ailleurs, afin de compenser le volume d'eau prélevé dans la première cuve 2 par l'utilisateur lorsque celui-ci tire de l'eau chaude sanitaire, le dispositif 1 est de préférence pourvu d'un orifice d'admission 41 qui communique avec l'extérieur dudit dispositif 1 et permet le raccordement de celui-ci à un réseau d'alimentation en eau froide (non représenté).
Selon une variante de réalisation particulièrement avantageuse représentée sur la figure 1, le dispositif 1 comporte en outre un circuit de préchauffage 42 de l'eau à usage sanitaire, ledit circuit de préchauffage 42 joignant l'orifice d'admission 41 à la première cuve 2 au moyen d'une tubulure 43 immergée dans le fluide caloporteur F2. Ainsi, ladite tubulure 43 fait avantageusement office d'échangeur de chaleur entre le second fluide F 2, voire directement la première paroi 3, et l'eau froide admise dans la cuve 1 , de telle sorte que l'eau froide en provenance du réseau est tiédie avant de pénétrer au cœur de la première cuve 2.
En outre, le point d'entrée de l'eau du réseau dans la première cuve 2 est de préférence situé dans la partie inférieure de ladite première cuve, et au voisinage immédiat du premier moyen de diffusion de chaleur 5.
Ainsi, l'admission d'eau froide, dans le cadre d'un fonctionnement normal, n'entraîne pas de variation significative, et en tout cas pas de variation brusque, de la température moyenne de l'eau à usage sanitaire Fi contenue dans la première cuve 2 et puisée par l'utilisateur, de telle sorte que le confort et la sécurité de ce dernier sont assurés.
Bien entendu, la tubulure 43 peut présenter une forme quelconque, et notamment comprendre un tronçon sensiblement aplati et/ou parallélépipédique. Toutefois, elle sera de préférence formée par un tube de section circulaire et de façon particulièrement préférentielle enroulée en serpentin autour de la première cuve 2, au contact ou à distance de cette dernière, dans l'espace interstitiel 40.
Bien entendu, les matériaux constitutifs de la première cuve 2 et de la seconde cuve 6, ainsi que de la tubulure 43 de préchauffage seront choisis de manière à être physiquement et chimiquement compatibles avec les premier et second fluides F-i, F2 avec lesquels ils sont mis au contact, ainsi qu'avec les plages de température et de pression correspondant au fonctionnement du dispositif 1.
De surcroît, les éléments impliqués dans des transferts de chaleur, tels que la tubulure 43 de préchauffage ou la première paroi 3, dans les zones où ladite, première paroi se trouve intercalée entre le premier et le second fluide F-i, F2, seront naturellement réalisés à base de matériaux possédant une conductibilité thermique élevée.
Ainsi, la première paroi 3 pourra notamment être réalisée en métal, et plus particulièrement en acier inoxydable, en aluminium, en cuivre ou dans un alliage à base de cuivre.
La seconde paroi 7 pourra quant à elle être formée par exemple à base d'acier inoxydable ou encore d'acier émaillé.
De façon préférentielle, tel que cela est illustré sur la figure 1 , le dispositif 1 peut être pourvu d'un orifice d'accès 45 pourvu de moyens de fixation, tels qu'une bride circulaire à vis, conçus pour que l'on puisse rapporter de façon étanche sur ledit orifice d'accès 45 un panneau d'obturation amovible 46.
Un tel panneau amovible 46 peut en outre former une embase servant de support au premier moyen de diffusion de chaleur 5, et, plus précisément, à la résistance électrique 10.
Avantageusement, un tel agencement simplifie la maintenance du dispositif 1 puisqu'il permet d'une part de remplacer le cas échéant la source de chaleur 4 ou le moyen de diffusion 5 en cas de défaillance ou de dégradation de ceux-ci, et d'autre part d'accéder à l'intérieur de la première cuve 2 voire également de la seconde cuve 6, par exemple pour réaliser un détartrage.
Bien entendu, le dispositif pourra être pourvu de moyens de remplissage reliés au réseau d'adduction d'eau, ainsi que de moyens de purge reliés au réseau d'évacuation des eaux usées, tels que des vannes à sphères (non représentées) placées aux points bas de la première et de la seconde cuve, de manière à autoriser un complément de remplissage, ou a contrario la vidange, de l'une ou l'autre desdites cuves.
En outre, le dispositif 1 pourra être pourvu d'un ou plusieurs moyens de purge d'air, situés de préférence aux points hauts desdites cuves.
De surcroît, pour des raisons de sécurité, ledit dispositif sera de préférence associé à un ou plusieurs moyens limiteurs de pression aptes à évacuer du fluide de la première et/ou de la seconde cuve en cas d'élévation anormale de la pression en leur sein.
En outre, le dispositif 1 conforme à l'invention sera de préférence pourvu d'une première et d'une seconde sonde de température 50, 51 plongées respectivement dans le premier fluide Fi et le second fluide F2.
Lesdites sondes peuvent naturellement être couplées à un organe de régulation, par exemple électronique ou électromécanique, qui déclenche l'activation de la source de chaleur 4 lorsque la température de l'un et/ou l'autre fluide Fi, F2 descend sous un seuil prédéterminé, et, a contrario, qui coupe la source de chaleur 4 lorsque l'une et/ou l'autre température dépasse un seuil supérieur prédéterminé.
Un tel système de régulation permet notamment de maintenir une température suffisamment élevée de l'eau chaude sanitaire pour éliminer certains germes pathogènes, tout en évitant de porter ladite eau à ébullition.
Bien entendu, l'homme du métier sera à même d'apprécier le dimensionnement du dispositif 1 , et en particulier les contenances et dimensions respectives de la première et de la seconde cuve, les températures nominales de fonctionnement Ti et T2, la puissance de la source de chaleur 4 et le débit du circulateur 33, en fonction de la consommation prévisionnelle d'eau chaude sanitaire, du climat sous lequel est installé le dispositif, de la superficie et de la qualité de l'isolation du local à chauffer.
Par exemple, sous des latitudes tempérées, on pourra employer des puissances de résistance électrique 10 de l'ordre de 1 000 à 5 000 Watts et de préférence de 2 000 à 3 000 Watts pour des volumes de première cuve 2 allant sensiblement de 100 à 300 litres.
A ce titre, et bien que le premier moyen de diffusion de chaleur 5, et a fortiori la source de chaleur 4, constitue de préférence le moyen unique de communiquer de la chaleur au dispositif 1 , il est toutefois envisageable que le dispositif 1 comprenne en outre une source de chaleur d'appoint 60, tel qu'un panneau solaire 61 ou une résistance chauffante additionnelle, ladite source de chaleur d'appoint 60 étant reliée à un second moyen de diffusion de chaleur 62 situé à l'extérieur de la première cuve 2 et agencé pour communiquer de la chaleur au fluide caloporteur F2.
Avantageusement, cette source de chaleur d'appoint 60 permet d'une part d'augmenter ponctuellement la puissance globale de chauffe du dispositif 1 , notamment en cas de grand froid, et d'autre part de réguler plus finement la température T2, de manière relativement indépendante du gradient existant entre la première température Ti et la température de l'environnement TE.
Ainsi, la source de chaleur d'appoint 60 peut avantageusement être mise en œuvre afin de limiter le volume de la réserve d'eau à usage sanitaire Fi tout en préservant l'effet régulateur de ladite réserve. En effet, ledit volume tendrait sinon à augmenter lorsque l'on souhaite disposer d'une importante puissance de chauffage tout en garantissant une relative stabilité de la température de l'eau à usage sanitaire. En d'autres termes, la source d'appoint 60 permet à l'utilisateur de disposer d'un chauffe-eau dont le volume ne soit pas excessif tout en conservant une puissance utile de chaudière importante, capable de couvrir une large gamme de situations climatiques auxquelles est exposé le local à chauffer.
De préférence, la puissance de la source de chaleur d'appoint reste toutefois sensiblement inférieure à celle de la source de chaleur 4 et/ou du premier moyen de diffusion de chaleur 5, qui forment les principaux organes d'apport de chaleur au dispositif 1.
Le second moyen de diffusion de chaleur 62 peut par exemple être formé par un serpentin ou un échangeur équivalent disposé à l'intérieur de la seconde cuve 6 et baignant dans le second fluide F2, de telle sorte que le fluide caloporteur contenu dans le circuit d'appoint 64 qui relie ledit serpentin à la source d'appoint 60 ne se mélange pas au second fluide F2.
Toutefois, tel que cela est illustré sur la figure 1 , ce sera de préférence le même fluide caloporteur F2 qui circulera dans le circuit d'appoint 64 et dans le circuit de chauffage 32, le mélange s'effectuant de préférence dans un tronçon commun aux deux circuits au sein de l'espace interstitiel 40.
En variante, il est naturellement envisageable que le circuit d'appoint 64 communique de la chaleur au circuit de chauffage 32 dans une zone extérieure à la cuve 2, et plus précisément sensiblement au niveau du raccord de retour de chauffage 31. Selon une telle variante, le circuit d'appoint 64 pourra relier le panneau solaire 61 à un échangeur 65 connecté sur la canalisation de chauffage en amont du raccord de retour de chauffage 31.
Il est remarquable que l'utilisation d'un panneau solaire thermique 61 contribue avantageusement au fonctionnement écologique du circuit d'appoint 64. Selon une variante de réalisation qui peut constituer une invention en tant que telle, indépendamment du dispositif 1, la source d'appoint 60 peut comporter une bouteille de mélange 80 telle que celle représentée sur la figure 4.
Ladite bouteille de mélange 80 comporte un orifice d'admission 81 à raccorder au circuit de chauffage 32, de préférence pourvu d'un clapet antiretour, ainsi qu'un orifice de sortie 82, à raccorder de préférence au raccord de retour 30. Ladite bouteille 80 comporte en outre de préférence une source de chaleur 83, de type résistance électrique, et/ou des moyens de connexion 84 à un échangeur, ainsi qu'une sonde thermique 85 conçue pour réguler thermiquement l'apport calorique de la source 83 et/ou de l'échangeur au fluide caloporteur 2 au sein de la bouteille 80.
Il est remarquable que le volume de la bouteille de mélange 80 est avantageusement restreint afin de permettre une élévation rapide de la température du fluide caloporteur F2, notamment au démarrage du dispositif 1 , sans qu'il soit par ailleurs indispensable de vaincre préalablement l'inertie thermique du volume d'eau à usage sanitaire F-i.
Par ailleurs, tel que cela est représenté sur la figure 1 , le dispositif 1 peut comporter une unité de production d'électricité 70, déportée par rapport aux cuves, ainsi que des moyens de connexion électrique 71 reliant ladite unité de production d'électricité à la résistance chauffante 10.
Bien entendu, il est envisageable que l'unité de production d'électricité 70 produise de l'énergie électrique à partir d'une source d'énergie quelconque, y compris fossile. Ainsi, ladite unité 70 peut consister par exemple en un groupe électrogène, dont l'entraînement peut éventuellement être assuré par le même moteur à combustion que celui destiné à la propulsion de la structure nomade, de type bateau ou camping-car, au sein de laquelle est installé le dispositif 1.
Toutefois, de façon particulièrement préférentielle, l'unité de production d'électricité 70 est conçue pour produire de l'électricité à partir d'une source d'énergie renouvelable et peut comporter notamment un panneau solaire photovoltaïque ou une éolienne.
Avantageusement, une telle variante de réalisation permet au dispositif 1 de fonctionner, au moins partiellement, de manière autonome et de façon particulièrement respectueuse de l'environnement.
En particulier, en période chaude, lorsque le second fluide F2 est maintenu dans la seconde cuve 6 et ne circule pas dans le circuit de chauffage 32, c'est-à-dire que l'énergie fournie au dispositif 1 est essentiellement, voire exclusivement consacrée à la production d'eau chaude dans la première cuve 2, un tel système d'alimentation photovoltaïque peut parfaitement suffire au fonctionnement autarcique du dispositif 1.
De surcroît, le dispositif 1 peut comporter une unité de stockage d'énergie électrique 72, du genre batterie, qui est raccordée à la résistance chauffante 10 de manière à pouvoir alimenter électriquement cette dernière.
De façon particulièrement avantageuse, en raccordant l'unité de production d'électricité 70 à la batterie 72, on crée un système d'alimentation capable d'accumuler l'énergie électrique, par exemple pendant une journée ensoleillée, puis de la restituer lorsqu'il est nécessaire de fournir de la puissance de chauffe au dispositif 1 , par exemple la nuit.
Il est remarquable qu'un tel agencement est particulièrement bien adapté à l'utilisation du dispositif 1 au sein d'une structure d'habitation éloignée des réseaux de distribution, ou encore d'une structure d'habitation mobile, tel que camping-car, caravane, bateau de croisière, etc, en particulier sous des latitudes abondamment ensoleillées.
Le fonctionnement d'une variante de réalisation préférentielle du dispositif 1 va maintenant être brièvement décrit.
A cet effet, on considère que le dispositif 1 forme un combiné chauffe- eau/chaudière dont la source de chaleur 4 est formée par une résistance électrique 10, dont la seconde cuve est reliée à un circuit de chauffage 32 et la première cuve à un circuit de distribution d'eau chaude sanitaire 21.
Dans un premier temps, on considère que le circulateur 33 du circuit de chauffage est coupé et que les première et seconde cuves 2 et 6 sont toutes les deux remplies d'eau froide équilibrée dont la température est sensiblement égale à la température de l'environnement du dispositif TE.
On fixe comme température de consigne minimale pour la première température Ti la valeur T-IMIN, par exemple égale à 65°C, et comme consigne maximale la valeur Timaχ, de préférence sensiblement égale à 7O0C.
La première sonde de température 50 mesure alors Ti égale à TE (par exemple 2O0C), ce qui enclenche, via l'organe de régulation, la production de chaleur par la résistance 10.
Ladite chaleur se transmet tout d'abord au premier fluide Fi, notamment par conduction, du fourreau 11 aux couches d'eau proximales du premier fluide Fi placées à son contact, puis desdites couches d'eau proximales jusqu'aux couches d'eau distales du premier fluide Fi, situées à distance dudit fourreau et à proximité de la face intérieure de la première paroi 3. La chaleur diffuse alors à travers la première paroi 3 pour être transmise du premier fluide Fi au second fluide F2 situé dans l'espace interstitiel 40. Plus précisément, la chaleur Q se propage à travers le second fluide F2, depuis les couches situées à proximité de la première paroi 3 (« chaude ») jusqu'aux couches situées en périphérie du dispositif, contre la face intérieure de la seconde paroi 7 (« froide »).
Ladite seconde paroi 7 étant recouverte ou garnie d'un matériau thermiquement isolant 12, la propagation de la chaleur est considérablement réduite entre l'intérieur de la seconde cuve 6 et l'extérieur du dispositif 1. En d'autres termes, on confine sensiblement la chaleur fournie par la résistance 10 au sein du dispositif 1.
La première température du premier fluide s'élève sensiblement tant que l'alimentation électrique de la résistance 10 est maintenue (et que les pertes n'équilibrent pas la production de chaleur par ladite résistance, naturellement).
Lorsque la température du premier fluide dépasse la valeur de consigne inférieure TIMIN, et de préférence lorsqu'elle atteint la valeur de consigne supérieure T-IMAX, l'alimentation de la résistance 10 est interrompue et la chaleur acquise sensiblement conservée au sein du dispositif 1.
Si l'utilisateur prélève de l'eau chaude au moyen du circuit d'eau chaude sanitaire 21 , il crée un appel d'eau froide qui pénètre dans le dispositif par l'orifice d'admission 41 et chemine à travers la tubulure 43 jusqu'à se déverser à l'intérieur de la première cuve 1. Ce faisant, l'eau froide reçoit, à travers la paroi du serpentin 43 de la chaleur provenant du second fluide F2, ce qui a pour effet de la tiédir. Si l'apport d'eau est suffisamment important, il entraîne une baisse significative de la température du premier fluide Fi contenu dans la première cuve 2, qui chute en dessous de la valeur de consigne TIMIN, ce qui a pour effet d'enclencher de nouveau la mise en chauffe de la résistance 10.
Bien entendu, il est remarquable que le fourreau 11 peut comporter une importante masse de matériau réfractaire, capable d'accumuler de l'énergie thermique puis de la restituer et disposant d'une inertie suffisante pour maintenir la température du premier fluide à un niveau acceptable sans qu'il soit nécessaire à réactiver la résistance 10 pendant plusieurs heures.
Supposons maintenant qu'il est nécessaire de chauffer les locaux desservis par le dispositif 1 en raison de l'arrivée de la saison froide.
On met alors en route le circulateur 33 qui prélève dans la seconde cuve 6 le second fluide F2, qui se trouvait jusqu'à présent stocké à une seconde température T2 d'équilibre sensiblement voisine de la température Ti de l'eau chaude sanitaire.
Le second fluide parcourt alors le circuit de dissipateurs 34 par lequel il communique de la chaleur au local avant de revenir, sensiblement refroidi, à la seconde cuve 2.
En pénétrant dans l'espace interstitiel 40, ledit second fluide F2 circule au contact de la première paroi 3 qui se trouve sensiblement à la première température T1.
Ce faisant, le second fluide prélève des calories à la première paroi 3, laquelle prélève en retour des calories au premier fluide F1 qui voit donc sa température baisser. Lorsque la température du premier fluide chute en dessous de sa valeur de consigne inférieure T-IMIN, la résistance 10 est mise sous tension de manière à compenser la perte calorique correspondant à la consommation du circuit de chauffage 32.
Ainsi, en régime établi, on peut observer au sein du dispositif 1 un gradient spatial de température tel que celui schématisé par le diagramme de la figure 2, qui représente la température (axe des ordonnées) en fonction de la distance à l'axe d'extension (XX') selon la direction transverse (YY') représentée sur la figure 1.
Par convention, on considère ici que les première et seconde températures Ti et T2 reflètent des valeurs moyennes dans les fluides concernés, lesdites températures pouvant notamment dépendre des conditions d'écoulement du fluide caloporteur 2 et de l'altitude du point de mesure considéré.
Tel que cela est illustré sur ledit diagramme, la résistance chauffante 10 est portée et sensiblement maintenue à une température TR qui lui permet de transférer des calories au premier fluide Fi et ainsi de maintenir la température Ti de celui-ci sensiblement entre les valeurs de consigne inférieure et supérieure, et ce malgré l'extraction de calories opérée par le second fluide F2 à travers la première paroi 3 à destination du local chauffé.
Bien entendu, tant que ledit second fluide F2 s'écoule dans le circuit de chauffage 32 et est rafraîchi dans les organes de dissipation 34, sa température T2 reste sensiblement inférieure à celle Ti de la source chaude que constitue la masse d'eau à usage sanitaire, de telle sorte que la chaleur apportée par la résistance se déplace spontanément de l'eau à usage sanitaire vers le fluide caloporteur. Bien entendu, l'invention concerne également en tant que tel un procédé combiné de chauffage d'un local au moyen d'un fluide caloporteur F2 et de production d'eau chaude à usage sanitaire Fi, ledit procédé. comportant une étape (a) de réchauffement indirect du fluide caloporteur F2 au cours de laquelle on apporte de la chaleur à l'eau à usage sanitaire F1 contenue dans une première cuve 2 elle-même disposée au moins en partie dans une seconde cuve 6 contenant ledit fluide caloporteur F2, de manière à d'une part maintenir sensiblement l'eau contenue dans la première cuve à une première température Ti conforme à un usage sanitaire et d'autre part provoquer un transfert de tout ou partie de ladite chaleur depuis l'eau à usage sanitaire Fi vers le fluide caloporteur F2, plus particulièrement à travers la première paroi 3 de ladite première cuve 2, et ainsi élever la température T2 dudit fluide caloporteur F2 à une valeur suffisante pour assurer le chauffage du local.
Ainsi, le dispositif 1 conforme à l'invention permet avantageusement de centraliser la production de chaleur, et plus particulièrement d'eau chaude, au sein d'un unique appareil qui est de plus agencé de sorte à minimiser les déperditions thermiques, en ordonnant la production et la distribution de chaleur selon des niveaux de température d'utilisation qui décroissent progressivement avec l'éloignement de la source de chaleur.
De surcroît, le dispositif 1 conforme à l'invention d'une part optimise les transferts thermiques entre la source chaude (eau sanitaire) et la source froide (fluide caloporteur) en maximisant la surface d'échange entre ces sources, et d'autre part augmente l'efficacité du prélèvement de chaleur effectué sur la source chaude et réduit son influence sur ladite source chaude en minimisant le volume de fluide caloporteur par rapport au volume d'eau sanitaire. En outre, le dispositif 1 conforme à l'invention est, dans sa version électrique, particulièrement sûr, peu salissant, peu polluant et requiert un entretien minime.
Ainsi, un tel dispositif est particulièrement adapté aux chantiers de rénovation dans la mesure où il peut se substituer facilement à une chaudière installée antérieurement, et notamment sans requérir d'alimentation ni de stockage de combustible de type fuel ou gaz.
Par ailleurs, son fonctionnement propre et silencieux ainsi que son encombrement relativement réduit autorise son installation à proximité immédiate du ou des points d'utilisation d'eau chaude, ce qui contribue à réduire les coûts de réalisation des installations de chauffage et/ou d'eau chaude sanitaire, ainsi qu'à limiter considérablement les déperditions thermiques entre le dispositif de chauffe et le point d'utilisation final.
Enfin, le dispositif 1 conforme à l'invention comporte un nombre restreint de pièces, qui sont de surcroît susceptibles d'être fabriquées en grande série par la mise en œuvre de technologies parfaitement maîtrisées, de telle sorte que le coût de fabrication dudit dispositif est particulièrement bas.
POSSIBILITE D'APPLICATION INDUSTRIELLE
L'invention trouve son application industrielle dans la conception et la fabrication de dispositifs combinés de chauffage et de production d'eau chaude à usage sanitaire.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Dispositif combiné de chauffage d'un local et de production d'eau chaude à usage sanitaire, ledit dispositif comportant :
- au moins une première cuve (2) délimitée par une première paroi (3) et destinée à contenir de l'eau à usage sanitaire (F1),
- au moins une seconde cuve (6) délimitée par une seconde paroi (7) et destinée à contenir un fluide caloporteur à usage de chauffage (F2), tel que de l'eau, ledit dispositif (1) étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins une source de chaleur (4) reliée à un premier moyen de diffusion de chaleur (5) situé dans ladite première cuve (2), ledit premier moyen de diffusion de chaleur (5) étant conçu pour communiquer de la chaleur à l'eau à usage sanitaire (F1) afin de porter cette dernière à une première température (Ti), et en ce que la première cuve (2) est disposée au moins en partie à l'intérieur de la seconde cuve (6) de manière à transférer de la chaleur (Q) depuis l'eau à usage sanitaire (Fi) vers le fluide caloporteur (F2) et ainsi réchauffer ce dernier pour le porter à une seconde température (T2), sensiblement inférieure ou égale à la première température (T1).
2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la première cuve (2) est agencée par rapport à la seconde cuve (6) de telle sorte que la première paroi (3) se trouve au contact du fluide caloporteur (F2) sur au moins 50 %, de préférence sur au moins 75 %, et de façon particulièrement préférentielle sur au moins 90 %, de sa surface extérieure. - Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le volume d'eau à usage sanitaire (F-O qu'il contient est supérieur ou égal au volume de fluide caloporteur (F2) qu'il contient, le rapport du volume d'eau à usage sanitaire sur le volume de fluide caloporteur au sein du dispositif étant sensiblement supérieur ou égal à 1 , de préférence sensiblement supérieur ou égal à 2, et de façon particulièrement préférentielle supérieur ou égal à 3.
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la première paroi (3) présente une portion inférieure (3I) et une portion supérieure (3S) reliées par une portion latérale (3L) et en ce que la seconde cuve (6) forme une coiffe qui recouvre sensiblement ladite portion supérieure (3S) et au moins une partie de ladite portion latérale (3L).
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la première cuve (2) est intégralement contenue dans la seconde cuve (6).
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la première et la seconde paroi (3, 7) sont majoritairement disjointes et délimitent un espace interstitiel (40) contenant le fluide caloporteur (F2).
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la source de chaleur (4) est placée à l'intérieur de la première cuve (2).
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la source de chaleur (4) comprend une résistance électrique chauffante (10). - Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'il comporte une unité de production d'électricité (70) ainsi que des moyens de connexion électrique (71) reliant ladite unité (70) à la résistance chauffante (10).
-Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce l'unité de production d'électricité (70) est conçue pour produire de l'électricité à partir d'une source d'énergie renouvelable, et de préférence comporte un panneau photovoltaïque ou une éolienne.
- Dispositif selon la revendication 9 ou 10 caractérisé en ce qu'il comporte une unité de stockage d'énergie électrique (72), du genre batterie, raccordée à la résistance chauffante (10) de manière à pouvoir alimenter électriquement cette dernière.
-Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de préchauffage (42) de l'eau à usage sanitaire (F1), ledit circuit de préchauffage (42) joignant un orifice d'admission (41), communiquant avec l'extérieur du dispositif (1), à la première cuve (2) au moyen d'une tubulure (43) immergée dans le fluide caloporteur (F2).
-Dispositif selon les revendications 6 et 12 caractérisé en ce que la tubulure (43) du circuit de préchauffage (42) est enroulée en serpentin autour de la première cuve (2), dans l'espace interstitiel (40).
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend une source de chaleur d'appoint (60), telle qu'un panneau solaire (61), qui est reliée à un second moyen de diffusion de chaleur (62) situé à l'extérieur de la première cuve (2) et agencé pour communiquer de la chaleur au fluide caloporteur (F2). - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la seconde cuve (2) est recouverte, au moins en partie, d'un matériau isolant (12).
-Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il constitue un appareil de chauffe domestique.
-Structure nomade d'habitation ou de transport, du genre camping-car, caravane, mobil-home, bateau, module préfabriqué, ou cabane de chantier, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un dispositif combiné 1 conforme à l'une des revendications 1 à 16 pour assurer conjointement son chauffage et sa production d'eau chaude sanitaire.
-Procédé combiné de chauffage d'un local au moyen d'un fluide caloporteur (F2) et de production d'eau chaude à usage sanitaire (F1), ledit procédé comportant une étape (a) de réchauffement indirect du fluide caloporteur (F2) au cours de laquelle on apporte de la chaleur à l'eau à usage sanitaire (F1) contenue dans une première cuve (2) elle- même disposée au moins en partie dans une seconde cuve- (6) contenant ledit fluide caloporteur (F2), de manière à d'une part maintenir sensiblement l'eau contenue dans la première cuve à une première température (T-i) conforme à un usage sanitaire et d'autre part provoquer un transfert de tout ou partie de ladite chaleur depuis l'eau à usage sanitaire (F-i) vers le fluide caloporteur (F2) et ainsi élever la température (T2) dudit fluide caloporteur (F2) à une valeur suffisante pour assurer le chauffage du local.
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