FR2595137A1

FR2595137A1 - Electric water-heater equipped with a system for rapidly obtaining hot water

Info

Publication number: FR2595137A1
Application number: FR8702787A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-03-03
Filing date: 1987-03-02
Publication date: 1987-09-04
Also published as: ES2002976A6; GR870344B; FR2595137B3; IL78015A0

Abstract

The electric water-heater 10 comprises a reservoir 16 equipped with an inlet 18 for cold water and an outlet 20 for heated water, with an electric element of the immersion type 30 situated inside a vertical tubular shaft 26 which is open at the top and extends from the bottom to the top of the reservoir for the intensive heating of the water admitted into its lower part and for directing the water so that it accumulates at the top of the reservoir, from which the water is consumed through the outlet 20, and with a flange 28 supporting the shaft 26 mounted in a removable manner in the lower part of the reservoir 16. The water is admitted at an adjustable flow to the inside of the shaft 26 by means of a throttling valve 40 installed in a duct which links the lower part of the reservoir 16 with the inside of the shaft 26 through the flange 28.

Description

Chauffe-eau électriques muni d'un svstème d'obtention raPide d'eau chaude.Electric water heaters with a quick hot water supply system.

La présente invention se rapporte à des chauffe-eau électriques à usage domestique, en l'occur- rence à ceux équipant les appartements ou aux appareils montés sur les toits et faisant partie de systèmes d'obtention d'eau chaude par capteurs solaires. The present invention relates to electric water heaters for domestic use, in this case to those fitted to apartments or to devices mounted on roofs and forming part of systems for obtaining hot water by solar collectors.

I1 a déjà été proposé d'améliorer l'efficacité des chauffe-eau électriques à usage domestique en aménageant l'élément chauffe-liquide à immersion ou thermoplongeur à l'intérieur d'un tube en forme de cheminée ou d'une gaine s'étendant en position verticale à l'intérieur du réservoir du chauffe-eau depuis le bas jusqu'au sommet de celui-ci. A son sommet, la gaine est ouverte et communique avec l'eau qui l'entoure par une ouverture prévue sur sa section la plus basse. I1 est ainsi produit une circulation par thermosiphon grâce à laquelle l'eau à l'intérieur de la gaine est chauffée intensivement et s'élève dans la zone supérieure du réservoir à partir de laquelle elle est directement consommée. L'eau froide de remplacement pénètre dans la gaine à travers l'ouverture pour maintenir la circulation. I1 has already been proposed to improve the efficiency of electric water heaters for domestic use by fitting the immersion liquid heater element or immersion heater inside a chimney-shaped tube or sheath s' extending vertically inside the tank of the water heater from the bottom to the top of it. At its top, the sheath is open and communicates with the water that surrounds it through an opening provided on its lowest section. I1 is thus produced a circulation by thermosiphon by which the water inside the sheath is intensively heated and rises in the upper zone of the tank from which it is directly consumed. Replacement cold water enters the duct through the opening to maintain circulation.

On a toutefois trouvé que les installations du type dont il est fait référence continuent à présenter de graves inconvénients, principalement à l'égard des aspects suivants : premièrement, aucune solution n'est apportée à l'éternel problème de l'accumulation de tartre et de sédiments à l'intérieur de la gaine et/ou sur l'élément électrique lui-même ; deuxièmement, la quantité et la température de l'eau chauffée produite dépendent uniquement - et se trouve limitées par - le débit de circulation par thermosiphon naturel ; et troisièmement, le remplacement d'éléments défectueux nécessite toujours de vider la totalité du réservoir, ce qui entraine des pertes importantes d'eau (des millions de litres par an à l'échelle nationale). However, it has been found that installations of the type referred to continue to have serious drawbacks, mainly with regard to the following aspects: first, no solution is found to the eternal problem of scale accumulation and sediment inside the sheath and / or on the electrical element itself; secondly, the quantity and the temperature of the heated water produced depend only - and is limited by - the circulation rate by natural thermosiphon; and thirdly, the replacement of faulty elements always requires emptying the entire tank, which results in significant water losses (millions of liters per year nationwide).

L'objet général de la présente invention consiste par conséquent à pallier aux inconvénients énumérés ci-dessus des systèmes classiques. The general object of the present invention therefore consists of overcoming the drawbacks listed above of conventional systems.

Un autre objet supplémentaire de l'invention consiste à supprimer la nécessité de vidanger la totalité du réservoir lorsqu'il faut remplacer l'élément électrique. Another additional object of the invention consists in eliminating the need to empty the entire tank when the electrical element has to be replaced.

Un autre objet supplémentaire de l'invention consiste à fournir des moyens permettant de réguler le débit de la circulation par thermosiphon. Another additional object of the invention consists in providing means making it possible to regulate the flow rate of the circulation by thermosiphon.

Un autre objet supplémentaire de l'invention consiste à fournir des moyens facilement accessibles pour le rinçage du système afin d'éviter la formation et le dépôt de sédiments à l'intérieur de la gaine. Another additional object of the invention consists in providing easily accessible means for rinsing the system in order to avoid the formation and the deposition of sediment inside the sheath.

Selon l'invention, le chauffe-eau électrique, notamment à usage domestique, comporte un réservoir muni d'une entrée d'eau froide et d'une sortie d'eau chauffée, d'un élément électrique du type à immersion ou thermoplongeur situé à l'intérieur d'une gaine tubulaire verticale ouverte sur le sommet, s'étendant depuis le fond jusqu'au sommet du réservoir pour le chauffage intensif de l'eau admise dans la partie inférieure de celle-ci et pour diriger l'eau afin qu'elle s'accumule au sommet du réservoir, à partir duquel celle-ci est consommée à travers la sortie, et d'une bride supportant la gaine montée de façon amovible dans la partie inférieure du réservoir, et il est caractérisé en ce que l'eau est admise avec un débit réglable à l'intérieur de la gaine par l'intermédiaire d'une vanne d'étranglement installée dans une conduite faisant communiquer la partie inférieure du réservoir avec l'intérieur de la gaine à travers la bride. According to the invention, the electric water heater, in particular for domestic use, comprises a tank provided with a cold water inlet and a heated water outlet, with an electrical element of the immersion type or immersion heater located inside a vertical tubular sheath open on the top, extending from the bottom to the top of the tank for intensive heating of the water admitted in the lower part thereof and for directing the water so that it accumulates at the top of the tank, from which it is consumed through the outlet, and a flange supporting the sheath removably mounted in the lower part of the tank, and it is characterized in that that water is admitted with an adjustable flow rate inside the sheath through a throttle valve installed in a pipe communicating the lower part of the tank with the inside of the sheath through the flange .

Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la conduite passe à l'extérieur du réservoir et elle est munie d'une vanne à commande manuelle, thermostatique ou à distance. In the preferred embodiment of the invention, the pipe passes outside the tank and is provided with a manually operated, thermostatic or remote control valve.

De plus, il est avantageux de munir la conduite d'une dérivation de vidange ouvrable sélectivement et raccordée entre la vanne et la gaine. In addition, it is advantageous to provide the pipe with a drain bypass which can be opened selectively and connected between the valve and the sheath.

L'élément électrique peut être monté sur une deuxième bride, laquelle est fixée de façon amovible sur la première bride mentionnée plus haut La gaine elle-même est de préférence calorifugée par une couche ou une chemise d'un matérieu d'isolation thermique. The electrical element can be mounted on a second flange, which is removably attached to the first flange mentioned above. The sheath itself is preferably insulated by a layer or a jacket of a thermal insulation material.

Ces caractéristiques ainsi que d'autres caractéristiques de construction et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée, à titre d'exemple seulement, en référence au dessin ci-annexé dans lequel
la figure 1 est une vue schématique partielle du chauffe-eau conçu selon un mode de réalisation préféré de l'invention ; et
la figure 2 est une vue du dessous, prise selon la ligne 2-2 de la figure 1.These characteristics as well as other construction characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description given, by way of example only, with reference to the attached drawing in which
Figure 1 is a partial schematic view of the water heater designed according to a preferred embodiment of the invention; and
Figure 2 is a bottom view, taken along line 2-2 of Figure 1.

Le chauffe-eau 10 comprend, comme cela est connu, une chemise extérieure 12, un garnissage d'isolation thermique 14 et un réservoir d'eau 16. L'eau provenant du réseau de distribution est admise dans la partie inférieure du réservoir, via l'entrée 18 et elle est introduite contre le déflecteur 19, et l'eau chauffée est consommée à travers la sortie 20, comprenant une section de conduite 22 menant de la partie inférieure du réservoir d'eau 10, de préférence à travers le matériau isolant 14, et mis en dérivation par une section 24 atteignant la portion la plus haute du réservoir 16, au-dessus du sommet d'ouverture d'une gaine 26. The water heater 10 comprises, as is known, an outer jacket 12, a thermal insulation lining 14 and a water tank 16. The water coming from the distribution network is admitted into the lower part of the tank, via the inlet 18 and it is introduced against the deflector 19, and the heated water is consumed through the outlet 20, comprising a pipe section 22 leading from the lower part of the water tank 10, preferably through the material insulator 14, and bypassed by a section 24 reaching the highest portion of the reservoir 16, above the aperture of a sheath 26.

L & encore, comme on peut le trouver dans différents chauffe-eau connus, il est prévu une gaine 26 située au centre, fixée, par exemple par soudage, sur une bride 28 qui est raccordée par des goujons 29 sur l'ouverture de la partie inférieure du réservoir 16. Again, as can be found in various known water heaters, there is provided a duct 26 located in the center, fixed, for example by welding, on a flange 28 which is connected by studs 29 on the opening of the lower part of the tank 16.

Toutefois, contrairement à certaines des conceptions connues, il convient de souligner que le diamètre de la gaine ou sa section transversale, reste identique sur toute sa longueur et ne converge pas vers son sommet pour former une sortie de diamètre plus petit, car on a trouvé que cette conception augmentait la quantité d'accumulation de sédiments et de tartre à l'intérieur de la gaine. Un élément chauffe-liquide électrique à immersion 30 ou thermoplongeur est monté centralement à l'intérieur de la gaine d'une manière qui va être décrite ci-après.However, unlike some of the known designs, it should be emphasized that the diameter of the sheath or its cross section, remains identical over its entire length and does not converge towards its top to form an outlet of smaller diameter, because we have found that this design increased the amount of sediment and scale buildup inside the sheath. An electric immersion liquid heating element 30 or immersion heater is mounted centrally inside the sheath in a manner which will be described below.

Un thermostat 32 est prévu pour commander le fonctionnement de l'élément 30 de la manière classique. A thermostat 32 is provided to control the operation of the element 30 in the conventional manner.

On peut indiquer que l'installation telle qu'elle est décrite jusqu'à présent ne diffère pas matériellement de l'art antérieur tel qu'il est représenté par les publications et/ou les systèmes commercialisés. It may be indicated that the installation as described so far does not differ materially from the prior art as represented by the publications and / or the systems sold.

Comme cela a été mentionné ci-dessus, l'invention vise à atteindre le triple objectif combiné, consistant : à augmenter l'efficacité du processus de chauffage avec circulation par thermosiphon ; à faciliter le remplacement d'éléments électriques endommagés ou grillés avec une perte d'eau minimale ; et à éviter la formation excessive de tartre.Selon l'invention, tous ces objectifs sont atteints en prévoyant une communication entre l'eau à chauffer du réservoir et l'intérieur de la gaine 26 de la manière suivante : une conduite de dérivation désignée de façon générale par la référence numérique 34 est prévue, laquelle comprend une première dérivation 36 en communication avec la partie inférieure du réservoir ; une deuxième dérivation 38 munie d'une vanne de régulation de débit ou vanne d'étranglement 40 ; une troisième dérivation 42 traversant la bride 28 pour pénétrer dans le fond de la gaine 26 ; et une quatrième dérivation 44 munie d'une vanne d'arrêt 46.En outre, l'élément 30 est monté sur une deuxième bride 48 séparée plus petite - au lieu d'être montée directement sur la bride 28 - laquelle est raccordée, de façon amovible, à la bride 28 par des goujons 50 avec une garniture ou joint d'étanchéité 52. As mentioned above, the invention aims to achieve the combined triple objective, consisting in: increasing the efficiency of the heating process with circulation by thermosiphon; to facilitate the replacement of damaged or burnt out electrical elements with minimal water loss; and to avoid excessive scale formation. According to the invention, all of these objectives are achieved by providing communication between the water to be heated from the tank and the inside of the sheath 26 in the following manner: a bypass line designated by generally by the reference numeral 34 is provided, which comprises a first branch 36 in communication with the lower part of the tank; a second branch 38 provided with a flow control valve or throttle valve 40; a third branch 42 passing through the flange 28 to penetrate the bottom of the sheath 26; and a fourth branch 44 provided with a shut-off valve 46. Furthermore, the element 30 is mounted on a second separate smaller flange 48 - instead of being mounted directly on the flange 28 - which is connected, removably, to the flange 28 by studs 50 with a gasket or seal 52.

élément s'étend à travers une ouverture allongée 54, formée dans ce but, dans la bride 28. element extends through an elongated opening 54, formed for this purpose, in the flange 28.

Dans le fonctionnement du chauffe-eau, la vanne 40, accessible depuis l'extérieur de l'appareil, peut être commandée manuellement à distance ou thermostatiquement et réglée de façon à régler - ou en fait à étrangler - le débit à une quelconque valeur souhaitée au-dessous du débit de circulation par thermosiphon naturel, en relation directe avec l'énergie de chauffage électrique produite par l'élément 30. Grâce à ce dispositif de commande de ralentissement du débit, il est possible de faire en sorte que l'eau à l'intérieur de la gaine 26 demeure plus longtemps en contact d'échange thermique avec l'élément 30 avant d'être acheminée par le dessus et d'être mélangée à l'eau située dans la partie supérieure du réservoir 16. In the operation of the water heater, the valve 40, accessible from outside the appliance, can be manually controlled remotely or thermostatically and adjusted so as to regulate - or in fact throttle - the flow rate to any desired value below the circulation rate by natural thermosiphon, in direct relation to the electric heating energy produced by the element 30. Thanks to this control device for slowing down the flow, it is possible to ensure that the water inside the sheath 26 remains longer in heat exchange contact with the element 30 before being conveyed from above and being mixed with the water situated in the upper part of the tank 16.

Lorsqu'il s'agit de remplacer un élément défectueux, la vanne d'étranglement 40 est fermée et la vanne d'arrêt 46 est ouverte, de sorte que n'est évacuée que l'eau contenue à l'intérieur de la gaine 26 et dans la partie supérieure du réservoir jusqu'au niveau 56, tandis que l'on peut laisser l'eau restante à l'intérieur du réservoir 16. En desserrant les goujons 50 de la bride auxiliaire de montage 48, on peut alors extraire l'élément 30 à travers ltouverture 54, et le remplacer. When it comes to replacing a defective element, the throttle valve 40 is closed and the stop valve 46 is open, so that only the water contained inside the sheath 26 is discharged and in the upper part of the tank up to level 56, while the remaining water can be left inside the tank 16. By loosening the studs 50 of the auxiliary mounting flange 48, one can then extract the element 30 through opening 54, and replace it.

Pour atteindre le dernier des trois objectifs de l'invention, à savoir réduire les détériorations provoquées par l'accumulation de tartre à l'intérieur de la gaine et autour de l'élément électrique, des recommandations sont faites à l'utilisateur pour l'inviter, de temps en temps, à ouvrir la vanne d'arrêt 46 pour vidanger et rincer à cette occasion l'intérieur de la gaine pour en enlever les sédiments susceptibles de s'y être accumulés pendant l'utilisation. To achieve the last of the three objectives of the invention, namely to reduce the deterioration caused by the accumulation of scale inside the sheath and around the electrical element, recommendations are made to the user for the invite, from time to time, to open the shut-off valve 46 to drain and rinse on this occasion the inside of the sheath to remove any sediment which may have accumulated therein during use.

De plus, il convient de noter qu'en réduisant efficacement la sédimentation de la gaine, d'une part, et en offrant des possibilités de remplacement extrêmement simples des éléments électriques défectueux d'autre part, un autre perfectionnement supplémentaire peut être apporté, en l'occurrence le fait de prévoir un revêtement de calorifugeage 60 autour de la gaine 26 (ou la formation d'une telle couche d'isolation thermique à l'aide d'une double paroi comprenant un sas d'air). In addition, it should be noted that by effectively reducing the sedimentation of the sheath, on the one hand, and by offering extremely simple possibilities of replacement of the defective electrical elements on the other hand, another additional improvement can be brought, in the occurrence of providing a thermal insulation coating 60 around the sheath 26 (or the formation of such a layer of thermal insulation using a double wall comprising an airlock).

Grâce à cela, on peut fabriquer la gaine à partir d'une conduite métallique simple à faible coût à la place des matériaux en caoutchouc ou en plastique plus onéreux qui étaient préconisés dans les appareils de l'art antérieur.Thanks to this, it is possible to manufacture the sheath from a simple metal pipe at low cost in place of the more expensive rubber or plastic materials which were recommended in the devices of the prior art.

L'homme de l'art appréciera facilement que de nombreuses variantes, modifications et variations peuvent être apportées à l'invention. Le chauffe-eau, en tant que tel peut être utilisé comme source d'eau chaude d'appoint pour installations solaires en raccordant un capteur solaire aux orifices 62 et 64 de la manière classique ; dans le cas où la vanne 40 est télécommandée ou commandée thermostatiquement, il n'est pas absolument nécessaire que les dérivations 36 et 38 soient exposées et accessibles depuis l'extérieur du chauffe-eau. Ces variantes et modifications doivent être considérées comme entrant dans la portée de l'invention telle qu'elle est définie par les revendications ci-annexées. Those skilled in the art will readily appreciate that many variations, modifications and variations can be made to the invention. The water heater, as such can be used as an additional hot water source for solar installations by connecting a solar collector to the orifices 62 and 64 in the conventional manner; in the case where the valve 40 is remote-controlled or thermostatically controlled, it is not absolutely necessary for the branches 36 and 38 to be exposed and accessible from outside the water heater. These variants and modifications should be considered as falling within the scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims

CLAIMS -

1. Electric water heater (10), in particular for domestic use, comprising a tank (16) provided with a cold water inlet (18) and a heated water outlet (20), with an element electric immersion type (30) or immersion heater located inside a vertical tubular sheath (26) open on the top, extending from the bottom to the top of the tank for intensive heating of the water admitted in its lower part and to direct the water so that it accumulates at the top of the tank, from which it is consumed through the outlet (20), and a flange (28) supporting the sheath (26) removably mounted in the lower part of the tank (16), characterized in that the water is admitted with an adjustable flow rate inside the sheath (26) via a throttle valve (40 ) installed in a pipe communicating the lower part of the tank (16) with the inside of the sheath (26) through the flange (28).

2. Water heater (10) according to claim 1, characterized in that the pipe passes outside the tank (16).

3. Water heater (10) according to claim 2, characterized in that the throttle valve (40) is actuated manually.

4. Water heater (10) according to claim 2, characterized in that the throttle valve (40) is thermostatically controlled.

5. Water heater (10) according to claim 2, characterized in that the throttle valve (40) is remote controlled.

6. Water heater (10) according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the pipe is provided with a drain branch (44) controlled by a shut-off valve, which branch is connected between the valve throttle (40) and the sheath (26).

7. Water heater (10) according to claim 6, characterized in that the element (30) is mounted on a second auxiliary flange (48) removably fixed on the first flange (28).

8. Water heater (10) according to claim 7, characterized in that the sheath (26) is coated with a layer of thermal insulation material (60).

9. Water heater (10) according to claim 8, characterized in that the hot water outlet (20) is connected to the upper part of the tank (16), via an outlet pipe partially passing outside the tank (16).

10. Water heater (10) according to claim 9, characterized in that it comprises inlet and outlet openings (62, 64) for connection to a heater with solar collectors.