FR2587790A1 - Modular device permitting heat storage from at least two energy sources, one of which is intermittent, and installation using such a device - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif modulaire permettant le stockage thermique à partir d'au moins deux sources énergétiques, dont l'une est intermittente, et installation utilisant un tel dispositif. Modular device allowing thermal storage from at least two energy sources, one of which is intermittent, and installation using such a device.
Les installations de chauffage à accumulation utilisent de plus en plus couramment, outre une source thermique d'appoint fonctionnant à l'électricité, au gaz ou au fioule, une source auxiliaire d'énergie plus économique, mais qui est disponible de façon intermittente, par exemple des capteurs solaires, une pompe à chaleur, un récupérateur de chaleur de cheminée domestique, etc... In addition to an auxiliary heat source operating with electricity, gas or fuel oil, storage heating systems are more and more commonly used a more economical auxiliary source of energy which is available intermittently, for example. example of solar collectors, a heat pump, a heat recovery system for domestic chimneys, etc.
Toutefois, toutes ces installations ont l'inconvénient d'être coûteuse et de nécessiter des travaux importants lorsqu'on veut adapter la source auxiliaire à une installation de stockage existante. C'est ainsi que par le brevet européen nO O 031 153, on connait une installation de ce type, mais qui utilise deux réservoirs montés en série dont l'un est chauffé par la chaleur fournie par des capteurs solaires et l'autre par une source électrique d'appoint montée à l'intérieur. However, all of these installations have the disadvantage of being expensive and of requiring major work when it is desired to adapt the auxiliary source to an existing storage installation. Thus, by European patent No. 0 031 153, there is known an installation of this type, but which uses two tanks connected in series, one of which is heated by the heat supplied by solar collectors and the other by a auxiliary electric source mounted inside.
Le fluide caloporteur est d'abord préchauffé dans le premier réservoir par la chaleur d'origine solaire, puis est chauffé à une température supérieure dans le second réservoir par la résistance électrique. On conçoit qu'une telle installation à deux réservoirs soit pratiquement deux fois plus encombrante que les installations classiques à un réservoir.The heat transfer fluid is first preheated in the first tank by solar heat, then is heated to a higher temperature in the second tank by the electrical resistance. It is understood that such an installation with two tanks is practically twice as bulky as conventional installations with one tank.
Il est vrai que dans les installations de stockage de chaleur à deux sources dans lesquelles la source d'appoint est elle aussi montée à l'extérieur du réservoir, par exemple dans le cas où il s'agit d'une chaudière chauffée au gaz ou au fioule, il est possible de n'utiliser qu'un seul réservoir. Le circuit hydraulique de la source intermittente est branché directement en parallèle sur le circuit hydraulique de la source d'appoint, mais ce branchement entraîne de gros travaux dé plomberie et d'électricité. De plus, dans ces installations, l'eau chaude fournie par les sources thermiques extérieures est injectée dans le fond du réservoir où elle se refroidit au contact des couches froides. Bien que le réservoir se réchauffe progressivement, l'eau que l'on en soutire est à une température bien inférieure à celle à laquelle elle est injectée. It is true that in heat storage installations with two sources in which the auxiliary source is also mounted outside the tank, for example in the case of a boiler heated with gas or with fuel oil, it is possible to use only one tank. The hydraulic circuit of the intermittent source is connected directly in parallel to the hydraulic circuit of the backup source, but this connection involves major plumbing and electrical work. In addition, in these installations, the hot water supplied by the external thermal sources is injected into the bottom of the tank where it cools in contact with the cold layers. Although the tank gradually heats up, the water that is drawn from it is at a temperature much lower than that at which it is injected.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un dispositif modulaire qui se monte à la partie inférieure d'un réservoir et qui permet d'effectuer le stockage thermique à partir d'une source d'énergie interne, par exemple une résistance électrique, et d'au moins une source thermique externe quelconque, par exemple des capteurs solaires, une pompe à chaleur, un récupérateur de chaleur de cheminée ou autre, ledit dispositif comprenant
- une tubulure verticale d'entrée d'eau froide qui débouche à la partie inférieure du réservoir et qui est branchée en dérivation sur une conduite d'alimentation en eau froide,
- un injecteur d'eau chaude constitué par une tubulure verticale qui débouche à la partie supérieure du réservoir et dont l'extrémité inférieure est connectée par l'intermédiaire d'une zone d'échange de chaleur à la conduite d'alimentation en eau froide, en aval du piquage sur celle-ci de la tubulure d'entrée d'eau froide, ladite zone d'échange de chaleur étant ainsi traversée aussi bien par le liquide froid arrivant du réservoir que par le fluide caloporteur arrivant de la ou des sources thermiques intermittentes,
- un robinet de soutirage d'eau chaude branché sur l'injecteur en aval de ladite zone d'échange thermique, et
- une vanne montée en amont du piquage de la tubulure d'entrée d'eau froide sur la conduite d'alimentation et susceptible de se déplacer automatiquement entre une position où elle interrompt l'arrivée de l'eau froide au réservoir, position qu'elle occupe tant que l'on ne soutire pas d'eau chaude du réservoir, et une position où elle rétablit l'arrivée de l'eau froide tout en empêchant celle-ci de gagner l'injecteur.The present invention aims to remedy these drawbacks and for this purpose relates to a modular device which is mounted at the bottom of a tank and which makes it possible to carry out thermal storage from an internal energy source, for example an electrical resistance, and at least any external thermal source, for example solar collectors, a heat pump, a chimney heat recovery unit or the like, said device comprising
- a vertical cold water inlet pipe which opens at the bottom of the tank and which is connected in bypass to a cold water supply pipe,
- a hot water injector consisting of a vertical tube which opens at the upper part of the tank and whose lower end is connected via a heat exchange zone to the cold water supply pipe , downstream of the connection thereon of the cold water inlet pipe, said heat exchange zone being thus traversed both by the cold liquid arriving from the reservoir and by the heat transfer fluid arriving from the source or sources intermittent thermal,
a hot water withdrawal tap connected to the injector downstream of said heat exchange zone, and
- a valve mounted upstream of the connection of the cold water inlet pipe on the supply line and capable of moving automatically between a position where it interrupts the supply of cold water to the tank, position that it occupies as long as one does not draw hot water from the tank, and a position where it restores the arrival of cold water while preventing it from reaching the injector.
La zone d'échange thermique peut être avantageusement constituée par la thermovalve hydraulique à fonctionnement par convection naturelle qui fait l'objet de la demande de brevet nO 82 21453, déposée le 21 Décembre 1982, au nom de la Demanderesse. Dans ce cas, à l'orifice supérieur de la thermovalve est connectée l'extrémité inférieure de l'injecteur, à son premier orifice inférieur est connectée la conduite d'alimentation, en aval du piquage sur celle-ci de la tubulure d'entrée d'eau froide, et enfin à son second orifice inférieur et à son orifice latéral sont respectivement branchées les tubulures chaude et froide du ou des circuits hydrauliques de ladite ou desdites sources thermiques externes. The heat exchange zone may advantageously be constituted by the hydraulic thermovalve operating by natural convection which is the subject of patent application No. 82 21453, filed on December 21, 1982, in the name of the Applicant. In this case, to the upper orifice of the thermovalve is connected the lower end of the injector, to its first lower orifice is connected the supply line, downstream of the tap on it of the inlet manifold cold water, and finally to its second lower orifice and to its lateral orifice are respectively connected the hot and cold pipes of the hydraulic circuit (s) of said external heat source (s).
En vue de réduire au maximum les pertes thermiques de l'installation, chacun desdits circuits hydrauliques correspondant aux différentes sources thermiques externes peut être munie sur sa tubulure chaude d'un dispositif sensible à la chaleur et qui est susceptible de mettre hors circuit la source thermique correspondante lorsque la température de celle-ci devient inférieure d'une valeur prédéterminée à la température de la couche supérieure d'eau du réservoir. Ce dispositif sensible à la chaleur peut être constitué par l'élément thermostatique faisant l'objet de la demande de brevet nO 84 05798 déposée le 12 Avril 1984 au nom de la Demanderesse. In order to minimize the thermal losses of the installation, each of said hydraulic circuits corresponding to the various external thermal sources can be fitted on its hot tubing with a device sensitive to heat and which is capable of switching off the thermal source. corresponding when the temperature thereof becomes lower by a predetermined value than the temperature of the upper layer of water in the reservoir. This heat-sensitive device may consist of the thermostatic element which is the subject of patent application No. 84 05798 filed on April 12, 1984 in the name of the Applicant.
Tous les éléments constitutifs du dispositif modulaire selon l'invention sont regroupés à l'intérieur d'un boîtier compact formant kit qui peut être fixé sous un réservoir de stockage quelconque. Il suffit de raccorder hydrauliquement ledit boîtier, à la tubulure d'entrée d'eau froide, à l'injecteur et aux circuits hydrauliques -des sources thermiques extérieures, pour obtenir une installation de stockage "multiénergie , c'est-à-dire qui peut être alimentée par au moins l'une de plusieurs sources thermiques externes et par une source d'appoint, par exemple une résistance électrique, ou une chaudière au gaz ou au fioule. All the constituent elements of the modular device according to the invention are grouped together inside a compact box forming a kit which can be fixed under any storage tank. It suffices to hydraulically connect said housing, to the cold water inlet pipe, to the injector and to the hydraulic circuits - of external thermal sources, to obtain a "multi-energy storage installation, that is to say which can be powered by at least one of several external heat sources and by a backup source, for example an electrical resistance, or a gas or oil boiler.
Le bottier présente sur sa paroi supérieure deux embouts destinés à être respectivement connectés aux extrémités inférieures de la tubulure d'entrée d'eau froide et de l'injecteur, et sur ses parois latérales un embout pour le raccordement à l'alimentation en eau froide et autant de paires d'embouts pour le raccordement des circuits hydrauliques de sources externes. The case has on its upper wall two end pieces intended to be respectively connected to the lower ends of the cold water inlet pipe and of the injector, and on its side walls an end piece for connection to the cold water supply. and as many pairs of nozzles for the connection of hydraulic circuits from external sources.
Le bottier contient également un unique circulateur pour la mise en circulation du fluide caloporteur dans lesdits circuits, les éléments thermostatiques associés à ces derniers, et, dans le cas où la source thermique d'appoint est électrique, également une horloge destinée à déclencher cette dernière à la tombée de la nuit et le circulateur au lever du jour. The case also contains a single circulator for circulating the heat transfer fluid in said circuits, the thermostatic elements associated with the latter, and, in the case where the auxiliary heat source is electric, also a clock intended to start the latter. at nightfall and the circulator at daybreak.
L'injecteur permet d'introduire l'eau chaude fournie par les sources thermiques extérieures à la partie haute du réservoir. L'eau chaude est ainsi empilée sans être mélangée à l'eau froide et elle est donc disponible immédiatement. L'injection peut être réalisée au-dessus d'une zone précédemment réchauffée. The injector allows hot water supplied by the thermal sources outside the upper part of the tank to be introduced. Hot water is thus stacked without being mixed with cold water and is therefore available immediately. The injection can be performed over a previously warmed area.
Les gains thermiques dus à la rapide disponibilité de l'énergie ainsi stockée et au non mélange avec la zone froide compensent largement les quelques pertes dues au fonctionnement à une température moyenne plus élevée que dans le cas où l'eau chaude était injectée à la partie inférieure du réservoir.The thermal gains due to the rapid availability of the energy thus stored and the non-mixing with the cold zone more than compensate for the few losses due to operation at a higher average temperature than in the case where hot water was injected into the part. bottom of the tank.
La thermovalve procure un double effet de régulation
En premier lieu, elle assure une régulation par effet thermosiphon, selon que la source thermique externe fonctionne ou pas. Cet effet est décrit en détail dans la demande de brevet susmentionnée. D'autre part, elle effectue une régulation en fonction de la puissance de la source thermique externe en service.The thermovalve provides a double regulating effect
First, it provides regulation by thermosyphon effect, depending on whether the external heat source is working or not. This effect is described in detail in the aforementioned patent application. On the other hand, it regulates according to the power of the external thermal source in service.
En effet, quelle que soit ladite puissance, la différence de température entre les températures aux extrémités supérieures de l'injecteur et de la tubulure d'entrée d'eau froide est constante. Le schéma hydraulique de l'installation devra donc être dessiné de manière que la température de consigne de l'eau soutirée du réservoir soit égale à la somme de la température de l'eau froide d'alimentation et de ladite différence de température.In fact, whatever the said power, the temperature difference between the temperatures at the upper ends of the injector and of the cold water inlet pipe is constant. The hydraulic diagram of the installation must therefore be drawn so that the set temperature of the water drawn from the tank is equal to the sum of the temperature of the cold supply water and the said temperature difference.
Grâce à cette propriété de la thermovalve, on évite qu'une zone déjà chauffée ne soit détruite.Thanks to this property of the thermovalve, it prevents an already heated area from being destroyed.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés dans lesquels
La figure 1 est une vue en coupe verticale schématique d'une installation de chauffage à accumulation à partir d'une source de chaleur électrique et d'une source extérieure intermittente
La figure 2 montre un exemple de réalisation de l'installation de la figure 1
La figure 3 est une vue en élévation schématique d'une installation de chauffage à accumulation à partir de trois sources extérieures intermittentes et d'une source électrique, et
La figure 4 est une variante de réalisation de la vanne navette de la figure 2.The invention will be better understood on reading the description which follows, made with reference to the appended drawings in which
Figure 1 is a schematic vertical sectional view of a storage heating installation from an electric heat source and an intermittent external source
Figure 2 shows an example of the installation of Figure 1
FIG. 3 is a schematic elevation view of a storage heating installation from three intermittent external sources and from an electrical source, and
FIG. 4 is an alternative embodiment of the shuttle valve of FIG. 2.
Avec référence à la figure 1, le réservoir d'eau chaude 10 est destiné à stocker les calories qui lui sont fournies, d'une part par une résistance électrique d'appoint 12, et par une source thermique extérieure intermittente 14, constituée par exemple par une batterie de capteurs solaires, par une pompe à chaleur ou encore un dispositif de récupération de la chaleur d'une cheminée, etc... With reference to FIG. 1, the hot water tank 10 is intended to store the calories supplied to it, on the one hand by an auxiliary electrical resistance 12, and by an intermittent external thermal source 14, constituted for example by a battery of solar collectors, by a heat pump or a device for recovering the heat from a chimney, etc.
Le réservoir est alimenté en eau froide par une tubulure verticale 16 dont l'extrémité supérieure débouche immédiatement au-dessus du fond 18 du réservoir et dont l'extrémité inférieure est branchée sur une voie de sortie d'une vanne navette à trois voies 20, montée sous le réservoir et dont les deux autres voies reçoivent respectivement une conduite d'alimentation 22 en eau froide et une conduite de liaison 24 qui se raccorde par une zone d'échange de chaleur 26 à un injecteur d'eau chaude 28. Celui-ci est constitué par une tubulure verticale débouchant à la partie supérieure du réservoir. The reservoir is supplied with cold water by a vertical tube 16 whose upper end opens immediately above the bottom 18 of the reservoir and whose lower end is connected to an outlet channel of a three-way shuttle valve 20, mounted under the tank and the other two channels of which respectively receive a cold water supply pipe 22 and a connecting pipe 24 which is connected by a heat exchange zone 26 to a hot water injector 28. This this consists of a vertical tube opening at the top of the tank.
L'injecteur pénètre dans le réservoir par le fond
18 et remonte intérieurement le long de la paroi du réservoir. Sur sa portion située sous le réservoir, est branché un robinet 30 grâce auquel l'eau chaude située oa la part~-e superleure du réservoir peut etre soutirée en vue de son utilisation.The injector enters the tank from the bottom
18 and goes up internally along the wall of the tank. On its portion located under the tank, is connected a tap 30 through which the hot water located oa the part ~ -e superleure of the tank can be drawn for use.
Dans la zone d'échange de chaleur 26, les calories amenées de la source extérieure 14 sont cédées à l'eau circulant dans l'injecteur 28, et sont transférés par convection par ce dernier à la partie supérieure du réservoir. On peut ainsi observer que le flux de chaleur en provenance de la source extérieure 14 se déplace dans le réservoir à contre-sens du flux de chaleur provenant de la source électrique d'appoint 12 ou lors d'un soutirage des deux sources. In the heat exchange zone 26, the calories brought in from the external source 14 are transferred to the water circulating in the injector 28, and are transferred by convection by the latter to the upper part of the tank. It can thus be observed that the heat flow from the external source 14 moves in the tank against the direction of the heat flow from the auxiliary electrical source 12 or during a withdrawal of the two sources.
De façon connue en soi, le circuit source comprend la source intermittente 14 proprement dite, une conduite chaude 32 par laquelle le fluide caloporteur réchauffé sort de la source, une conduite froide 34 qui ramène le fluide caloporteur refroidi à la source et la zone d'échange de chaleur 26, tous ces éléments étant montés en série avec un circulateur 36 et un élément thermosensible 38 destiné à isoler le circuit source de l'injecteur, lorsque la source 14 ne fournit pas de calories. Ainsi qu'on l'a précisé dans le prémabule de la description, un tel élément thermosensible se comporte comme une valve qui interrompt le circuit lorsque la température du fluide qui le traverse devient inférieure à une température prédéterminée. In a manner known per se, the source circuit comprises the intermittent source 14 proper, a hot pipe 32 through which the heated heat transfer fluid leaves the source, a cold pipe 34 which returns the cooled heat transfer fluid to the source and the zone of heat exchange 26, all these elements being mounted in series with a circulator 36 and a heat-sensitive element 38 intended to isolate the source circuit of the injector, when the source 14 does not supply calories. As specified in the preamble to the description, such a heat-sensitive element behaves like a valve which interrupts the circuit when the temperature of the fluid passing through it becomes lower than a predetermined temperature.
La zone d'échange thermique 26 est représentée
schématiquement sur la figure 1 par un boitier dans lequel débouchent le circuit réservoir (conduite de liaison 24 et injecteur 28) et le circuit source extérieure (conduites chaude et froide 32, 34). The heat exchange zone 26 is shown
schematically in FIG. 1 by a box into which the reservoir circuit (connection pipe 24 and injector 28) and the external source circuit (hot and cold pipes 32, 34) open.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, la zone d'échange thermique est constituée par une thermovalve hydraulique à fonctionnement par convection naturelle. On rappelle qu'une telle thermovalve comprend un corps tubulaire 44 d'axe vertical fermé à ses deux extrémités. Le corps tubulaire présente dans sa paroi supérieure un premier orifice 43 dans lequel se branche l'extrémité inférieure de l'injecteur 28. Il comporte également à la partie supérieure de sa paroi latérale un orifice latéral 46 auquel se raccorde la conduite chaude 32 qui arrive de la source et, sensiblement au niveau de la paroi inférieure, deux orifices latéraux 48, 50 auxquels sont raccordées respectivement la conduite froide 34 et la conduite de liaison 24. On expliquera le fonctionnement de cette thermovalve par la suite. In the embodiment of Figure 2, the heat exchange zone consists of a hydraulic thermovalve operating by natural convection. It will be recalled that such a thermovalve comprises a tubular body 44 of vertical axis closed at its two ends. The tubular body has in its upper wall a first orifice 43 into which the lower end of the injector 28 is connected. It also has at the upper part of its side wall a lateral orifice 46 to which the hot pipe 32 which arrives from the source and, substantially at the level of the lower wall, two lateral orifices 48, 50 to which the cold pipe 34 and the connection pipe 24 are respectively connected. The operation of this thermovalve will be explained later.
On notera que dans le cas où le fluide caloporteur du circuit source extérieure contient un antigel, on évite de le mélanger dans la thermovalve 26 avec l'eau d'utilisation qui, elle, est potable, en raccordant les conduites 32, 34 à un échangeur de chaleur 51 monté à l'intérieur de la thermovalve. It will be noted that in the case where the heat transfer fluid of the external source circuit contains an antifreeze, it is avoided to mix it in the thermovalve 26 with the use water which is potable, by connecting the pipes 32, 34 to a heat exchanger 51 mounted inside the thermovalve.
La figure 2 montre également un mode de réalisation particulier de la vanne navette 20. Celle-ci comprend un carter cylindrique 52, fermé à ses deux extrémités par des parois 54, 56.. La paroi d'extrémité 54 est percée d'un orifice dans lequel est connectée la conduite d'alimentation 22. Le carter se prolonge du côté de saparoi d'extrémité 56 par une portion tubulaire 58 coaxiale et de plus petit diamètre que le carter. A l'extrémité de cette portion tubulaire 58 se raccordent la tubulure d'entrée 16 et la conduite de liasion 24. FIG. 2 also shows a particular embodiment of the shuttle valve 20. This comprises a cylindrical casing 52, closed at its two ends by walls 54, 56 .. The end wall 54 is pierced with an orifice in which the supply line 22 is connected. The casing is extended on the end saparoi side 56 by a tubular portion 58 coaxial and of smaller diameter than the casing. At the end of this tubular portion 58 are connected the inlet tubing 16 and the connecting pipe 24.
A l'intérieur de ladite portion tubulaire est monté coulissant avec étanchéité un tiroir sensiblement cylindrique 60 présentant un canal 62 qui le traverse axialement et qui se courbe à son extrémité voisine de la paroi 56 de manière à déboucher radialement par un orifice 61 sur la paroi latérale du tiroir au voisinage de ladite extrémité. Le tiroir est rappelé vers-la droite sur la figure 2 par un ressort hélicoïdal 64 prenant appui sur la paroi 56 et sur une bride 66 formée à l'extrémité du tiroir qui est voisine de la paroi 54.Inside said tubular portion is slidably mounted with sealing a substantially cylindrical drawer 60 having a channel 62 which passes through it axially and which curves at its end close to the wall 56 so as to open radially through an orifice 61 on the wall side of the drawer in the vicinity of said end. The drawer is recalled to the right in FIG. 2 by a helical spring 64 bearing on the wall 56 and on a flange 66 formed at the end of the drawer which is close to the wall 54.
Dans cette position, l'orifice 61 se trouve en regard de la paroi pleine de la portion tubulaire 58, de sorte que la tubulure 16 est isolée de la conduite d'alimentation 22.In this position, the orifice 61 is located opposite the solid wall of the tubular portion 58, so that the tubing 16 is isolated from the supply line 22.
On décrira à présent le fonctionnement de l'installation selon l'invention. The operation of the installation according to the invention will now be described.
Lorsque la source thermique extérieure 14 ne fournit pas de chaleur, l'eau du réservoir 10 se refroidit progressivement. Dès que la température détectée à l'intérieur du réservoir (par exemple au moyen d'un capteur monté à un niveau prédéterminé) devient inférieure à une température de consigne, qui est affichée sur un thermostat, ce dernier commande la mise en marche de la source électrique d'appoint 12 laquelle réchauffe la partie inférieure du réservoir. When the external heat source 14 does not provide heat, the water in the tank 10 gradually cools. As soon as the temperature detected inside the tank (for example by means of a sensor mounted at a predetermined level) drops below a set temperature, which is displayed on a thermostat, the latter controls the switching on of the auxiliary electric source 12 which heats the lower part of the tank.
- En-plus du-capteur de température et du thermostat, on peut prévoir une horloge qui commande la mise en marche de la source d'appoint 12 et sa mise hors service d'une façon autonome ou par réception d'impulsions émises par le service public de distribution d'électricité. Ces impulsions sont généralement émises au lever du jour et à la tombée de la nuit. - In addition to the temperature sensor and the thermostat, a clock can be provided which controls the switching on of the auxiliary source 12 and its deactivation either autonomously or by receiving pulses emitted by the public electricity distribution service. These impulses are generally emitted at daybreak and at nightfall.
La source extérieure 14 ne fournissant plus de chaleur, le fluide caloporteur du circuit source. se refroidit progressivement. Dès que sa température devient inférieure à la température de coupure de l'élément thermosensible 38, celui-ci commute dans son état où il isole le circuit source de la thermovalve 26. Ainsi, le fluide froid du circuit soure n'arrive plus à la thermovalve. The external source 14 no longer providing heat, the heat transfer fluid of the source circuit. gradually cools. As soon as its temperature becomes lower than the cut-out temperature of the thermosensitive element 38, the latter switches to its state where it isolates the source circuit of the thermovalve 26. Thus, the cold fluid of the soure circuit no longer arrives at the thermovalve.
Si l'on ne soutire pas de 11 eau chaude par la conduite 30, la vanne navette 20 se trouve dans sa position illustrée en trait plein sur la figure 2, c'est-à-dire en position telle que l'orifice 61 est obturé. Le réservoir 10 est donc complètement isolé par rapport à l'eau froide d'alimentation et par rapport à celle du circuit source extérieure. If 11 hot water is not drawn off through line 30, the shuttle valve 20 is in its position illustrated in solid lines in FIG. 2, that is to say in position such that the orifice 61 is closed. The tank 10 is therefore completely isolated from the cold supply water and from that of the external source circuit.
En cas d'apport d'énergie par la source d'appoint, cet apport est homogène et s'effectue dans le réservoir et non au travers d'une quelconque tuyauterie. If energy is supplied by the auxiliary source, this supply is homogeneous and takes place in the tank and not through any piping.
Si l'on soutire de l'eau chaude du réservoir en ouvrant le robinet 30, la dépression qui en résulte dans la conduite de liaison 24 a pour effet de solliciter le tiroir 60 de la vanne navette vers la gauche sur la figure 2, dans une position pour laquelle l'orifice 61 vient en regard de la tubulure 16 en même temps que le tiroir obture la conduite de liaison 24. Il en résulte qu'une quantité d'eau froide égale à la quantité d'eau chaude soutirée, pénètre dans la partie inférieure du réservoir, par l'intermédiaire de la conduite d'alimentation 22, du canal 62 et de la tubulure d'entrée d'eau froide 16. Cette eau froide ne peut être communiquée à la thermovalve 26 puisque la conduite de liaison est obturée. If hot water is drawn from the tank by opening the valve 30, the resulting vacuum in the connection pipe 24 has the effect of urging the slide valve 60 of the shuttle valve to the left in FIG. 2, in a position for which the orifice 61 comes opposite the tubing 16 at the same time as the drawer closes the connecting pipe 24. It follows that an amount of cold water equal to the amount of hot water drawn, penetrates in the lower part of the tank, via the supply line 22, the channel 62 and the cold water inlet pipe 16. This cold water cannot be communicated to the thermovalve 26 since the supply line connection is closed.
Si à présent, par suite du fonctionnement de la source intermittente, la température de celle-ci-devient supérieure à celle du réservoir, le fluide caloporteur chaud qui pénètre dans la thermovalve 26 par l'orifice 46, remonte par convection le long de l'injecteur 28 et est introduit à la partie supérieure du réservoir 10. If now, as a result of the operation of the intermittent source, the temperature thereof becomes higher than that of the reservoir, the hot heat transfer fluid which enters the thermovalve 26 through the orifice 46, rises by convection along the injector 28 and is introduced into the upper part of the reservoir 10.
Il ne peut en effet descendre dans la thermovalve puisque l'eau qui remplit cette dernière est à la température du réservoir, donc à une température inférieure à celle de la source. Ainsi, l'eau froide prélevée à la partie inférieure du réservoir, descend par la tubulure 16, traverse la conduite de liaison 24 et la thermovalve dans laquelle elle pénètre par l'orifice 50 et sort par l'orifice 48, gagne la source où elle se réchauffe et revient à la thermovalve par la conduite chaude 32, et enfin est déversée dans la partie supérieure de l'injecteur 28. Le front chaud-froid du réservoir descend progressivement et le réservoir se réchauffe. It cannot in fact go down into the thermovalve since the water which fills the latter is at the temperature of the reservoir, therefore at a temperature lower than that of the source. Thus, the cold water taken from the lower part of the tank, descends through the tube 16, crosses the connecting pipe 24 and the thermovalve in which it enters through the orifice 50 and leaves through the orifice 48, reaches the source where it heats up and returns to the thermovalve via the hot pipe 32, and finally is poured into the upper part of the injector 28. The hot-cold front of the tank gradually descends and the tank heats up.
On notera que la chaleur recueillie à la source est immédiatement disponible, et n'est pas dégradée comme c'était le cas pour les installations connues dans lesquelles l'injecteur 28 débouchait à la partie inférieure du réservoir,et/ou le flux de chaleur, en provenance de la source intermittente, avait le même sens de propagation que le flux de chaleur, en provenance de la source d'appoint. It will be noted that the heat collected at the source is immediately available, and is not degraded as was the case for known installations in which the injector 28 led to the bottom of the tank, and / or the heat flow , coming from the intermittent source, had the same direction of propagation as the heat flow, coming from the auxiliary source.
On notera que dans le cas mentionné précédemment où l'échangeur thermique 51 est utilisé, le circuit emprunté par l'eau du réservoir est plus simple, puisque celle-ci après être entrée dans la thermovalve 26, remonte directement vers l'injecteur 28. Au passage, elle se réchauffe contre les parois de l'échangeur thermique 51. It will be noted that in the case mentioned above where the heat exchanger 51 is used, the circuit taken by the water from the tank is simpler, since the latter, after entering the thermovalve 26, rises directly towards the injector 28. By the way, it heats up against the walls of the heat exchanger 51.
Ici également, la vanne navette 20 empêche l'arrivée de l'eau froide de la conduite d'alimentation 22, et donc le refroidissement de l'eau du réservoir. Par contre, lorsqu'on soutire de l'eau par la conduite 30, le tiroir 60 se déplace comme précédemment vers sa position en trait tireté sur la figure 2 pour laisser passer vers le réservoir une quantité d'eau froide égale à celle qui a été soutirée.Here also, the shuttle valve 20 prevents the arrival of cold water from the supply line 22, and therefore the cooling of the water in the tank. On the other hand, when water is drawn off through line 30, the drawer 60 moves as previously towards its position in dashed lines in FIG. 2 to allow a quantity of cold water equal to that which has passed through to the reservoir. been withdrawn.
Un avantage important du dispositif selon l'invention réside dans le fait qu'il peut être réalisé sous forme modulaire et être adapté à un réservoir de stockage d'eau chaude quelconque. An important advantage of the device according to the invention lies in the fact that it can be produced in modular form and be suitable for any hot water storage tank.
Le module se présente sous forme d'un boitier parallélépipédique 70 de surface de base au maximum égale à celle du fond 18 du réservoir, de manière à ce qu'il puisse être logé dans l'encombrement de ce dernier. Il présente sur sa paroi supérieure deux embouts pour le raccordement de la tubulure d'entrée d'eau froide 16 et de l'injecteur 28 et sur ses parois latérales d'embouts pour le raccordement de la conduite d'alimentation 22, de la conduite chaude 32 et de la conduite froide 34 du circuit source. Tous les éléments du dispositif sont logés à l'intérieur du boîtier et l'installateur n'a plus qu'à raccorder les embouts avec les différentes conduites. The module is in the form of a parallelepipedic box 70 with a base surface at most equal to that of the bottom 18 of the tank, so that it can be accommodated in the size of the latter. It has on its upper wall two end pieces for the connection of the cold water inlet pipe 16 and the injector 28 and on its side walls of end pieces for the connection of the supply line 22, of the line hot 32 and cold pipe 34 of the source circuit. All the elements of the device are housed inside the box and the installer only has to connect the end pieces with the various pipes.
La figure 3 représente une variante du dispositif de la figure 2 adaptée au cas où le réservoir reçoit la chaleur fournie par une ou plusieurs sources thermiques externes, par temple des capteurs solaires 14, un récupêrateur de chaleur de cheminée 14' et une pompe à chaleur 14". Les trois circuits sources comprennent chacune, en série avec la source, un élément thermostatique 38, 38', 38" respectivement, destiné à isoler le circuit source correspondant, lorsque la source ne produit pas de chaleur. Les circuits sources sont branchés en parallèle entre l'entrée du circulateur 36 et l'orifice 48 de la thermovalve 26. FIG. 3 represents a variant of the device of FIG. 2 adapted to the case where the tank receives the heat supplied by one or more external thermal sources, by temple of the solar collectors 14, a chimney heat recovery unit 14 ′ and a heat pump 14 ". The three source circuits each include, in series with the source, a thermostatic element 38, 38 ', 38" respectively, intended to isolate the corresponding source circuit, when the source does not produce heat. The source circuits are connected in parallel between the input of the circulator 36 and the orifice 48 of the thermovalve 26.
Le fonctionnement du dispositif de la figure 3 est identique à celui du dispositif de la figure 2, excepté le fait que les calories peuvent être fournies à la fois par une, deu ou trois sources extérieures. The operation of the device in FIG. 3 is identical to that of the device in FIG. 2, except that the calories can be supplied at the same time by one, two or three external sources.
Le dispositif peut également être réalisés sous forme de module 70' adaptable à tout réservoir de stockage, nouveau ou existant. Les connexions internes entre les différents éléments du dispositif étant déjà faites en usine, l'utilisateur n1a plus qu'a réaliser les branchements sur le module de l'injecteur 28, de la tubulure d'entrée d'eau froide 16, de la conduite d'alimentation 22, des conduites chaude et froide 32, 34 du circuit capteur solaire, des conduites chaude et froide 32', 34'du circuit récupérateur, et des conduites chaude et froide 32", 34" du circuit pompe à chaleur. The device can also be produced in the form of a module 70 'adaptable to any storage tank, new or existing. Since the internal connections between the various elements of the device are already made in the factory, the user only has to make the connections to the module of the injector 28, of the cold water inlet pipe 16, of the pipe. supply 22, hot and cold pipes 32, 34 of the solar collector circuit, hot and cold pipes 32 ', 34' of the recovery circuit, and hot and cold pipes 32 ", 34" of the heat pump circuit.
Il va de soi que de nombreuses modifications de détail peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits. It goes without saying that numerous modifications of detail can be made to the embodiments described.
Par exemple, l'injecteur 28 peut être disposé entièrement à l'extérieur du réservoir, mais il faudra l'isoler thermiquement ou le réchauffer, par exemple aù moyen d'une résistance chauffante, afin que les pertes thermiques par litre soient au plus égales à celles du réservoir. Si on ne prenait pas cette précaution, le liquide de l'injecteur deviendrait- plus froid que celui du réservoir, et il s'établirait dans le circuit réservoir une circulation liquide en sens inverse du sens normal, amenant l'eau froide des couches inférieures du réservoir à le partie supérieure, et le réservoir se refroidirait.For example, the injector 28 can be placed entirely outside the tank, but it will have to be thermally insulated or heated, for example by means of a heating resistor, so that the heat losses per liter are at most equal to those of the tank. If this precaution were not taken, the injector liquid would become colder than that of the reservoir, and liquid circulation would be established in the reservoir circuit in the opposite direction to the normal direction, bringing cold water from the lower layers. from the tank to the top, and the tank would cool.
D'autre part, au lien de la vanne navette de la figure 2, on peut utiliser la vanne 20' agissant par gravité, illustrée par la figure 4. Cette vanne comprend un carter cylindrique 52' disposé de manière que son axe soit vertical. Aus extrémités inférieure et supérieure du carter sont branchées respectivement la conduite d'alimentation en eau froide 22 et la tubulure d'entrée 16. On the other hand, at the link of the shuttle valve of Figure 2, one can use the valve 20 'acting by gravity, illustrated by Figure 4. This valve comprises a cylindrical housing 52' arranged so that its axis is vertical. At the lower and upper ends of the casing are connected respectively the cold water supply pipe 22 and the inlet pipe 16.
L'orifice d'entrée 72 de la conduite d'alimentation 22 sur la paroi inférieure du carter est conformé en siège sur lequel un clapet 74, par exemple sous forme de bille, peut s'appliquer de façon étanche. La conduite de liaison 24 traverse la paroi du carter et son orifice terminal 75 débouche à faible distance au-dessus du clapet 74 et est également conformé en siège.The inlet orifice 72 of the supply line 22 on the lower wall of the casing is shaped as a seat on which a valve 74, for example in the form of a ball, can be applied in leaktight manner. The connecting pipe 24 passes through the wall of the casing and its terminal orifice 75 opens a short distance above the valve 74 and is also shaped as a seat.
Le fonctionnement de la vanne 20' est sensiblement analogue à celui de la vanne 20 de la figure 2 lorsqu'on ne soutire pas d'eau chaude, le clapet 74 repose sur son siège 72 sous l'action de son propre poids, interrompant l'arrivée d'eau froide. Le réservoir 10 et la thermovalve 26 sont alors isolés par rapport à la conduite d'alimentation 22. Par contre, si l'on soutire de l'eau chaude, il se crée une dépression dans la conduite de liaison 24 qui aspire le clapet 74. The operation of the valve 20 ′ is substantially similar to that of the valve 20 in FIG. 2 when no hot water is drawn off, the valve 74 rests on its seat 72 under the action of its own weight, interrupting the arrival of cold water. The tank 10 and the thermovalve 26 are then insulated with respect to the supply line 22. On the other hand, if hot water is drawn off, a vacuum is created in the connection pipe 24 which sucks the valve 74 .
Celui-ci est décollé de son siège 72 et s'applique contre le siège 76. L'eau froide peut donc s'écouler vers le réservoir par l'intermédiaire de la tubulure 16, mais ne peut gagner la thermovalve 26.The latter is detached from its seat 72 and is applied against the seat 76. The cold water can therefore flow towards the reservoir via the tube 16, but cannot reach the thermovalve 26.
Dans le cas de réalisation en usine, l'injecteur pourra etre prévu indépendamment d'une canne de soutirage de l'eau chaude et sa hauteur sera comprise entre la demi-hauteur et la hauteur totale du réservoir. In the case of factory production, the injector may be provided independently of a hot water draw-off rod and its height will be between half the height and the total height of the tank.
Enfin, le dispositif selon l'invention peut être utilisé en déstockage de chaleur ou stockage de froid, en le montant au-dessus du réservoir. Finally, the device according to the invention can be used for destocking heat or cold storage, by mounting it above the tank.
Claims (11)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR8513996A FR2587790B1 (en) | 1985-09-20 | 1985-09-20 | MODULAR DEVICE ALLOWING THERMAL STORAGE FROM AT LEAST TWO ENERGY SOURCES, ONE OF WHICH IS INTERMITTENT, AND INSTALLATION USING SUCH A DEVICE |
Applications Claiming Priority (1)
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FR8513996A FR2587790B1 (en) | 1985-09-20 | 1985-09-20 | MODULAR DEVICE ALLOWING THERMAL STORAGE FROM AT LEAST TWO ENERGY SOURCES, ONE OF WHICH IS INTERMITTENT, AND INSTALLATION USING SUCH A DEVICE |
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FR2587790A1 true FR2587790A1 (en) | 1987-03-27 |
FR2587790B1 FR2587790B1 (en) | 1988-01-15 |
Family
ID=9323113
Family Applications (1)
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FR8513996A Expired FR2587790B1 (en) | 1985-09-20 | 1985-09-20 | MODULAR DEVICE ALLOWING THERMAL STORAGE FROM AT LEAST TWO ENERGY SOURCES, ONE OF WHICH IS INTERMITTENT, AND INSTALLATION USING SUCH A DEVICE |
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Cited By (4)
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- 1985-09-20 FR FR8513996A patent/FR2587790B1/en not_active Expired
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Also Published As
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---|---|
FR2587790B1 (en) | 1988-01-15 |
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