FR2581741A1

FR2581741A1 - DOMESTIC HEATING SYSTEM WITH HOT WATER, HEATED WITH OIL OR GAS

Info

Publication number: FR2581741A1
Application number: FR8606659A
Authority: FR
Inventors: Veit Merges
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1985-05-10
Filing date: 1986-05-07
Publication date: 1986-11-14
Also published as: GB8610988D0; JPS61265443A; GB2174799B; DE3516962A1; DE3516962C2; FR2581741B3; GB2174799A

Abstract

Installation de chauffage domestique à l'eau chaude, chauffée au mazout ou au gaz, comportant un brûleur 10 et une chaudière 12 avec circulation d'eau, et commandée par un régulateur de température. Un moteur Stirling 11 est directement associé au brûleur, et une pompe à chaleur Stirling 11a et le refroidissement du moteur Stirling 11 sont directement associés à la chaudière 12 avec système de circulation d'eau. La protection contre la surchauffe et l'amenée d'air sont adaptées automatiquement à la température extérieure par le régulateur de température réglable 13. (CF DESSIN DANS BOPI)Domestic heating installation with hot water, heated with oil or gas, comprising a burner 10 and a boiler 12 with water circulation, and controlled by a temperature regulator. A Stirling engine 11 is directly associated with the burner, and a Stirling heat pump 11a and the cooling of the Stirling engine 11 are directly associated with the boiler 12 with a water circulation system. The overheating protection and the air supply are automatically adapted to the outside temperature by the adjustable temperature regulator 13. (CF DRAWING IN BOPI)

Description

INSTALLATION DE CHAUFFAGE DOMESTIQUE A L'EAUDOMESTIC HEATING SYSTEM WITH WATER

CHAUDE, CHAUFFEE AU MAZOUT OU AU GAZ HOT, HEATED ON OIL OR GAS

L'invention concerne une installation de chauffage domestique à l'eau chaude, chauffée au mazout ou au gaz, comportant un brûleur et une chaudière avec circulation d'eau, et commandée par un régulateur de température. De telles installations sont connues sous de très nombreuses formes de réalisation. Chacune est toutefois affectée de certains inconvénients ayant des répercussions économiques négatives. Un premier système exige des absorbeurs coûteux pour la chaleur de l'air extérieur, le système équipé d'un entraînement de pompe à chaleur électrique n'apporte aucune économie d'énergie primaire, et les systèmes entraînés par moteur Diesel présentent non seulement l'inconvénient d'exiger un important travail d'entretien et d'émettre des matières nocives, mais aussi l'inconvénient d'exiger des dispositions onéreuses pour l'insonorisation. Presque tous les sytèmes doivent avoir, pour des températures extérieures de par exemple moins de 0 C, un équipement bivalent autonome et, pour cette raison, ne sont pas économiques. La présente invention a pour but de réaliser une installation de chauffage domestique du genre indiqué au début, qui ne présentera pas les inconvénients mentionnés, permettra l'utilisation bivalente d'un brûleur et d'une chaudière et n'exigera aucun The invention relates to a domestic heating system with hot water, heated with oil or gas, comprising a burner and a boiler with water circulation, and controlled by a temperature controller. Such installations are known in many different embodiments. Each is, however, affected by certain disadvantages with negative economic repercussions. A first system requires expensive absorbers for outside air heat, the system equipped with an electric heat pump drive provides no primary energy saving, and the diesel engine driven systems not only have the This has the disadvantage of requiring a lot of maintenance work and the emission of harmful materials, but also the disadvantage of requiring expensive provisions for soundproofing. Almost all systems must have, for external temperatures of, for example, less than 0 ° C, dual-purpose stand-alone equipment and, for this reason, are not economical. The present invention aims to achieve a home heating system of the kind indicated at the beginning, which will not have the disadvantages mentioned, allow the bivalent use of a burner and a boiler and will not require any

entraînement électrique.electric drive.

Selon l'invention, ce but est atteint, de manière surprenante, par le fait qu'un moteur Stirling est directement associé au brûleur, par le fait qu'une pompe à chaleur Stirling et le refroidissement du moteur Stirling sont directement associés à la chaudière avec système de circulation d'eau, et par le fait que la protection contre la surchauffe et l'amenée d'air sont adaptées automatiquement à la température extérieure, According to the invention, this object is achieved, surprisingly, by the fact that a Stirling engine is directly associated with the burner, in that a Stirling heat pump and the cooling of the Stirling engine are directly associated with the boiler. with water circulation system, and in that the protection against overheating and the supply of air are automatically adapted to the outside temperature,

par le régulateur de température réglable. by the adjustable temperature controller.

Parmi les différentes formes de réalisation possibles, l'invention prévoit notamment que: - plusieurs unités, constituées chacune par un moteur Stirling et par une pompe à chaleur Stirling, sont agencées modulairement sur la chaudière avec un système de circulation et sont commandées ensemble par un régulateur de température; - la ou les têtes de chauffage des moteurs Stirling sont disposées directement dans la zone des flammes du brûleur à mazout ou à gaz; - l'air cédant de l'énergie est amené à la pompe à chaleur de manière réglable manuellement ou automatiquement, cet air provenant soit de l'extérieur, soit, via des gaines d'air, des locaux du bâtiment, soit des deux simultanément, après quoi il est évacué du bâtiment via une gaine isolée thermiquement, un ventilateur étant utilisé pour le transport de cet air; - l'unité constituée par un moteur Stirling et par une pompe à chaleur Stirling est agencée sur son site d'utilisation de manière à pouvoir être remplacée; et - l'installation comprend plusieurs unités Stirling, et le chauffage est réalisé par combustion en Among the various possible embodiments, the invention provides in particular that: - several units, each consisting of a Stirling engine and a Stirling heat pump, are arranged modulairement on the boiler with a circulation system and are controlled together by a temperature controller; the heating head or heads of the Stirling engines are disposed directly in the zone of the flames of the oil or gas burner; the air yielding energy is brought to the heat pump in a manually or automatically adjustable manner, this air coming from outside or, via air ducts, from the premises of the building, or from both simultaneously after which it is evacuated from the building via a thermally insulated sheath, a fan being used to transport this air; - the unit consisting of a Stirling engine and a Stirling heat pump is arranged on its site of use so that it can be replaced; and - the installation comprises several Stirling units, and the heating is achieved by combustion in

cas de défaillance d'une ou de l'ensemble de ces unités. failure of one or all of these units.

Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus complètement dans les exemples non limitatifs présentés ci-après en se reportant au dessin annexé, dont les figures représentent: - la figure 1, schématiquement, la configuration d'une installation de chauffage à eau chaude, chauffée au mazout; - la figure 2, un schéma du flux d'énergie typique du chauffage domestique selon la figure 1; et - la figure 3, une représentation schématique de la configuration d'un chauffage domestique chauffé au gaz. La configuration esquissée sur la figure 1 illustre un exemple de réalisation pour une installation domestique de chauffage à eau chaude, chauffée au mazout et incluant une pompe à chaleur, cette installation réalisant une double utilisation des composantes de chauffage nécessaires pour la bivalence, et ne comportant pas l'absorbeur jusqu'à présent nécessaire à l'extérieur du bâtiment. En outre, la chaleur de lt'air usé à remplacer, venant du volume intérieur du bâtiment, est exploitée en même temps que le processus de chauffage et de ventilation de ce volume. A cet effet, une unité à cycle Stirling, constituée par un moteur Stirling 11 et une pompe à chaleur Stirling l1a est montée dans le fond d'une chaudière à eau chaude 12 chauffée au mazout et transmet au chauffage à eau -chaude de la chaleur tirée de l'air du local. Le moteur Stirling 11 est agencé dans la chambre de combustion de la chaudière 12 de façon que la ou les têtes de chauffage 11c viennent se placer directement dans la zone des flammes du brûleur 10 et soient chauffées. Le reste de la chaleur des fumées est, comme dans l'art antérieur, transmis à la chaudière. La tête de chauffage précitée 11c ne peut pas être surchauffée, même en cas d'arrêt du moteur, car un dispositif protecteur 18 dévie alors les fumées. Aspiré de manière prédominante via des gaines d'air 14, par le ventilateur 15, l'air des locaux peut être mélangé avec de l'air extérieur 19, puis être refroidi dans la pompe à chaleur Stirling ou au contact de son dispositif de captation et transfert de chaleur 11b, et évacué à l'extérieur en passant par un canal 17 muni d'une isolation thermique 17a. Par des ouvertures dans les murs extérieurs, de l'air frais est introduit dans la mesure même o de l'air usé est évacué des locaux. Cet air frais est chauffé et chauffe le corps de chauffe parcouru par de l'eau. Dans un exemple de réalisation particulier, il est proposé que plusieurs unités constituées d'un moteur Stirling 11 et d'une pompe à chaleur Stirling 11a soient The characteristics and advantages of the invention will appear more completely in the nonlimiting examples presented below with reference to the appended drawing, the figures of which show: FIG. 1, schematically, the configuration of a hot water heating installation heated with oil; FIG. 2, a diagram of the typical energy flow of the domestic heating according to FIG. 1; and - Figure 3, a schematic representation of the configuration of a gas-fired domestic heating. The configuration sketched in FIG. 1 illustrates an exemplary embodiment for a domestic heating installation with hot water, heated with oil and including a heat pump, this installation making a dual use of the heating components necessary for the bivalence, and not including not the absorber so far needed outside the building. In addition, the heat of the used air to be replaced, coming from the interior volume of the building, is exploited at the same time as the heating and ventilation process of this volume. For this purpose, a Stirling cycle unit consisting of a Stirling engine 11 and a Stirling heat pump 11a is mounted in the bottom of an oil-fired hot water boiler 12 and transmits to the hot-water heating system. drawn from the air of the local. The Stirling engine 11 is arranged in the combustion chamber of the boiler 12 so that the heating head or heads 11c are placed directly in the zone of the flames of the burner 10 and are heated. The remainder of the heat of the fumes is, as in the prior art, transmitted to the boiler. The aforementioned heating head 11c can not be overheated, even in case of engine shutdown, because a protective device 18 then deflects the fumes. Primarily sucked through air ducts 14, by the fan 15, the air of the premises can be mixed with outside air 19, then cooled in the Stirling heat pump or in contact with its capture device and heat transfer 11b, and discharged outside through a channel 17 provided with a thermal insulation 17a. Through openings in the outer walls, fresh air is introduced to the extent that worn air is removed from the premises. This fresh air is heated and heats the heated body with water. In a particular embodiment, it is proposed that several units consisting of a Stirling engine 11 and a Stirling heat pump 11a are

agencées modulairement dans le fond de la chaudière 12. arranged modulately in the bottom of the boiler 12.

Il est ainsi possible de ne recourir qu'à un type d'unité Stirling 11, 11a, 11b, 11c relativement petite, conçue sous la forme d'un ensemble modulaire, pour couvrir une large plage de puissances en disposant, selon ce qui est nécessaire, deux, trois ou plus de tels modules dans la chaudière 12 ou dans le fond de celle-ci. Du point de vue de la fabrication, on parvient donc à une simplification considérable puisqu'il n'y a besoin de fabriquer qu'un seul type d'unité. Par exemple, avec une unité modulaire fournissant une puissance de 4 kw, on peut réaliser des puissances de chaudière de l'ordre de 4 kW, 8 kW ou 12 kW, selon qu'il y a un, deux ou trois modules. Comme la marche est exclusivement par combustion (bivalence) lors des périodes pendant lesquelles la température est, par exemple, inférieure à 0 C, le brûleur et la chaudière It is thus possible to use only a relatively small type of unit Stirling 11, 11a, 11b, 11c, designed as a modular assembly, to cover a wide range of powers by arranging, as it is necessary, two, three or more such modules in the boiler 12 or in the bottom thereof. From the point of view of the manufacture, one thus achieves a considerable simplification since it is necessary to manufacture only one type of unit. For example, with a modular unit providing a power of 4 kw, it is possible to achieve boiler powers of the order of 4 kW, 8 kW or 12 kW, depending on whether there are one, two or three modules. As the step is exclusively by combustion (bivalence) during periods during which the temperature is, for example, lower than 0 C, the burner and the boiler

sont établis chacun pour une puissance double. are each set for double power.

La figure 2 montre le flux d'énergie de l'installation de chauffage domestique à eau chaude, chauffée au mazout, décrite dans ce qui précède. Les valeurs suivantes ont été admises: a) rendement du brûleur: 45/70 = 0, 64 b) rendement du moteur Stirling: 15/45 = 0,33 c) coefficient de performance de la Figure 2 shows the energy flow of the oil-heated hot water domestic heating system described above. The following values were allowed: a) burner efficiency: 45/70 = 0, 64 b) Stirling engine efficiency: 15/45 = 0.33 c) performance coefficient of the

pompe à chaleur: 45/15 = 3.heat pump: 45/15 = 3.

Comme coefficient d'amplification ou de chauffage As amplification or heating coefficient

typique, on obtient une valeur approximative de 1,4. typical, we get an approximate value of 1.4.

Outre la performance rationnelle, découlant de ce que l'installation conduit à une économie de combustible valant de 1/4 à 1/3 de ce qui était jusqu'à présent nécessaire, sans exiger d'augmentation de la consommation de courant, la configuration prévue proposée ici offre une redondance génératrice de fiabilité puisqu'en cas de défaillance d'unités Stirling, les parties restantes de l'installation restent toujours fonctionnelles. Dans le cas extrême, le chauffage peut encore fonctionner uniquement avec un brûleur. La figure 3 représente le schéma d'une installation de chauffage domestique chauffée au gaz, dont la construction correspond au système décrit dans ce qui précède. Là encore, la fonction et la performance sont identiques à ce qui a été expliqué, et le but recherché est atteint avec la même ampleur. Il convient en outre d'indiquer que les installations existantes avec foyer chauffé au gaz, tout aussi bien que les installations existantes avec foyer chauffé au mazout peuvent être converties sans problème, pour être In addition to the rational performance, resulting from the fact that the installation leads to a fuel economy worth 1/4 to 1/3 of what was previously necessary, without requiring an increase in power consumption, the configuration The planned installation proposed here offers reliability redundancy since in the event of Stirling units failure, the remaining parts of the installation remain functional. In the extreme case, the heater can still operate only with a burner. Figure 3 shows the diagram of a gas-fired domestic heating installation, the construction of which corresponds to the system described in the foregoing. Here again, the function and the performance are identical to what has been explained, and the goal is reached with the same magnitude. It should also be noted that existing installations with a gas-fired fireplace, as well as existing installations with an oil-fired hearth can be converted without any problem, to be

équipées de la manière décrite.equipped in the manner described.

Q) RÉPUBLIQUE FRAN AISE 2 581 742Q) FRENCH REPUBLIC 2,581,742

INSTITUT NATIONALNATIONAL INSTITUTE

DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLEOF INDUSTRIAL PROPERTY

PARIS Ce numéro n'a donné lieu à aucune publication N u) N cc u_ PARIS This issue did not result in any publication N u) N cc u_

Claims

CLAIMS:

1. Domestic heating installation with hot water, oil or gas heated, comprising a burner and a boiler with water circulation, and controlled by a temperature controller, characterized in that a Stirling engine (11) is directly associated with the burner (10), in that a Stirling heat pump (11a) and the cooling of the Stirling engine (11) are directly associated with the boiler (12) with water circulation system, and in that protection against overheating and the supply of air are automatically adapted to the outside temperature, by the

adjustable temperature regulator (13).

Home heating system according to claim 1, characterized in that a plurality of units, each consisting of a Stirling motor (11) and a Stirling heat pump (11a), are arranged modulically on the boiler (12) with a system. traffic and are ordered together by a

temperature controller (13).

3. Domestic heating installation according to claim 1 or 2, characterized in that the heating head (s) (11c) of the Stirling engines (11) are arranged directly in the zone of the flames of the

oil burner or gas burner (10).

4. Installation according to any of the

Claims 1 to 3, characterized in that the air

transfer of energy is brought to the heat pump in a manually or automatically adjustable manner, this air coming from outside or, via air ducts (14), premises (A, B) of the building, or both simultaneously, after which it is evacuated from the building via a thermally insulated sheath (17), a fan (15)

being used for the transport of this air.

5. Installation according to any of the

Claims 1 to 4, characterized in that the unit

consisting of a Stirling engine (11) and a Stirling heat pump (11a) is arranged on its site of use so that it can be replaced.

6. Installation according to any of the

claims 1 to 5, characterized in that

comprises several Stirling units (11, 11a), and in that the heating is carried out by combustion in case of failure of one or all of these units (11, 11a).