FR2786853A1 - Water heater for bathroom use, comprises a drilled chimney assembly enabling water regeneration - Google Patents

Water heater for bathroom use, comprises a drilled chimney assembly enabling water regeneration Download PDF

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Abstract

The hot water production device comprises a casing (20) for a heating element (18) and a chimney (24) mounted on a pipe (26) extending between a top and bottom end. The pipe is drilled near its bottom end with a first and second holes (42,44) allowing water exchanges between the inside and outside of the chimney. The pipe has diaphragms (28,30,32) for limiting the water flow in the pipe and to cause pressure loss in it.

Description

i L'invention concerne le domaine des dispositifs de production d'eaui The invention relates to the field of water production devices

chaude sanitaire.domestic hot water.

La production d'eau chaude sanitaire s'appuie actuellement sur le concept du ballon à accumulation tirant parti des options tarifaires proposées par les producteurs d'électricité. L'eau est chauffée dans le ballon durant les périodes tarifaires attractives (périodes nocturnes pour la plupart) pour constituer ainsi une réserve d'eau chaude qui sera soutirée  Domestic hot water production is currently based on the concept of a storage tank taking advantage of the tariff options offered by electricity producers. The water is heated in the tank during attractive tariff periods (night periods for the most part) to thus constitute a reserve of hot water which will be drawn

1o progressivement au cours de la journée.  1o gradually during the day.

Cependant, il peut être nécessaire d'effectuer des réchauffages  However, it may be necessary to reheat

partiels en cours de journée, lorsqu'il est soutiré beaucoup d'eau chaude.  partial during the day, when a lot of hot water is drawn off.

On connaît déjà des dispositifs de production d'eau chaude sanitaire, destinés à permettre des réchauffages partiels, constitués d'un ballon pour contenir de l'eau à chauffer, d'un élément chauffant, d'un carter d'élément chauffant surmonté d'une cheminée munie d'orifices et d'un clapet thermostatique. Le ballon est muni dans sa partie basse d'une entrée d'eau froide et d'une sortie d'eau chaude. Un tuyau s'étend de la sortie d'eau chaude vers le haut du ballon de manière à permettre un 2 0 soutirage de l'eau chaude dans la partie haute du ballon. L'élément chauffant est une résistance électrique. Le carter d'élément chauffant constitue un réservoir dans le volume duquel l'élément chauffant chauffe l'eau. Le carter est muni, sur sa partie inférieure d'entrées d'eau froide, et sur sa partie supérieure, d'une sortie d'eau chaude. Cette sortie d'eau chaude communique directement avec la cheminée. La cheminée est verticale. Son extrémité basse communique avec la sortie d'eau chaude du  There are already known devices for producing domestic hot water, intended to allow partial reheating, consisting of a balloon for containing water to be heated, a heating element, a heating element casing surmounted by '' a chimney fitted with orifices and a thermostatic valve. The tank is provided in its lower part with a cold water inlet and a hot water outlet. A pipe extends from the hot water outlet to the top of the tank so as to allow hot water to be drawn off from the top of the tank. The heating element is an electrical resistance. The heating element housing constitutes a reservoir in the volume of which the heating element heats the water. The casing is provided, on its lower part with cold water inlets, and on its upper part, with a hot water outlet. This hot water outlet communicates directly with the chimney. The chimney is vertical. Its lower end communicates with the hot water outlet of the

carter. Son extrémité haute se situe au niveau de la partie haute du ballon.  casing. Its upper end is located at the upper part of the balloon.

Les orifices se trouvent à proximité de l'extrémité basse de la cheminée. Le clapet thermostatique se trouve entre les orifices et l'extrémité haute de la  The openings are located near the lower end of the chimney. The thermostatic valve is located between the holes and the upper end of the

cheminée.fireplace.

Dans ce type de dispositif, lorsque l'eau est chauffée, sa densité diminue. Donc, sous l'effet de la poussée d'Archimède, I'eau chaude a tendance à monter au-dessus de l'eau plus froide, dont la densité est plus élevée. La cheminée conduit directement l'eau chaude produite dans le carter, en partie haute du ballon, en limitant les phénomènes de brassage  In this type of device, when the water is heated, its density decreases. Therefore, under the effect of Archimedes' push, hot water tends to rise above cooler water, whose density is higher. The chimney directly conducts the hot water produced in the casing, in the upper part of the tank, limiting the stirring phenomena

dans celui-ci. La cheminée constitue ce que l'on appelle un thermosiphon.  In this one. The chimney constitutes what is called a thermosiphon.

Si de l'eau chaude est soutirée du ballon, de l'eau froide pénètre par l'entrée d'eau froide; l'élément chauffant est mis en service. L'eau chaude produite dans le carter monte par la cheminée o elle est mélangée à de lo I'eau froide entrant par les orifices. Au fur et à mesure que l'eau chaude est produite et sort par le haut de la cheminée, la couche d'eau chaude occupe un volume de plus en plus important, au- dessus de la couche d'eau froide et l'interface eau chaude/eau froide descend vers le bas du ballon. L'eau chaude forme alors une couche plus ou moins homogène au-dessus de is l'eau froide. La variation de température entre la couche d'eau chaude et celle d'eau froide a un profil plus ou moins abrupt. Plus la couche d'eau chaude devient importante, plus la différence de pression entre l'extrémité haute et l'extrémité basse de la cheminée diminue. Le débit dans la cheminée diminue donc aussi. L'arrivée d'eau froide par les orifices devient alors moins importante et la température de l'eau dans la cheminée augmente. A une température donnée de l'eau chaude au niveau du clapet thermostatique, celui-ci ferme le conduit de la cheminée. La fermeture de la cheminée par le clapet thermostatique s'effectue approximativement lorsque l'interface eau chaude/eau froide parvient environ au cinquième de la hauteur du ballon. Jusqu'à ce niveau, les couches d'eau chaude et d'eau froide sont globalement stratifiées. Lorsque le clapet thermostatique obture  If hot water is drawn from the tank, cold water enters through the cold water inlet; the heating element is put into operation. The hot water produced in the casing rises through the chimney where it is mixed with the cold water entering through the orifices. As hot water is produced and exits from the top of the chimney, the layer of hot water occupies an increasing volume, above the layer of cold water and the interface hot / cold water goes down to the bottom of the tank. The hot water then forms a more or less homogeneous layer on top of the cold water. The temperature variation between the layer of hot water and that of cold water has a more or less abrupt profile. The larger the layer of hot water, the smaller the pressure difference between the upper and lower ends of the chimney. The flow in the chimney therefore also decreases. The arrival of cold water through the orifices then becomes less important and the temperature of the water in the chimney increases. At a given temperature of hot water at the thermostatic valve, this closes the chimney flue. The chimney is closed by the thermostatic valve approximately when the hot water / cold water interface reaches approximately one fifth of the height of the tank. Up to this level, the layers of hot and cold water are generally stratified. When the thermostatic valve closes

la cheminée, I'eau chaude ne peut plus monter dans la cheminée.  the chimney, hot water can no longer rise in the chimney.

Cependant, le débit à la sortie du carter ne s'annule pas tant qu'il y a une différence de température entre l'eau dans le carter et l'eau autour du carter. Donc même si l'eau se réchauffe dans le carter suffisamment pour qu'un thermostat dans le carter déclenche l'arrêt du chauffage, I'eau chaude produite dans le carter continue de s'écouler par les orifices. Ceci génère un brassage de l'eau, comme dans les ballons dépourvus de thermosiphons, I'eau sortant du ballon lors d'un nouveau soutirage est alors à peine tiède. Ces dispositifs de production d'eau chaude à réchauffage partiel ne donnent donc pas entière satisfaction. De plus, la présence du clapet thermostatique exige la résolution de nombreux problèmes importants, parmi lesquels la maîtrise de sa fiabilité, son entartrage (qui peut conduire à terme à son inefficacité), ou son coût (atteignant 40% du coût total de la cheminée). Ces difficultés sont  However, the flow rate at the outlet of the housing does not cancel out as long as there is a temperature difference between the water in the housing and the water around the housing. So even if the water heats up in the crankcase enough for a thermostat in the crankcase to shut off the heating, the hot water produced in the crankcase continues to flow through the ports. This generates a stirring of the water, as in flasks devoid of thermosiphons, the water leaving the flask during a new racking is then barely lukewarm. These partial heating hot water production devices are therefore not entirely satisfactory. In addition, the presence of the thermostatic valve requires the resolution of many important problems, among which the control of its reliability, its scaling (which can eventually lead to its ineffectiveness), or its cost (reaching 40% of the total cost of the chimney ). These difficulties are

lo considérées comme rédhibitoires par les industriels.  lo considered as unacceptable by industrialists.

Un but de l'invention est de fournir une cheminée de dispositif de production d'eau chaude permettant la reconstitution en eau chaude, d'une partie ou de la totalité du volume d'un tel dispositif, ce volume correspondant à la quantité souhaitée, sans destruction de la stratification  An object of the invention is to provide a chimney for a device for producing hot water allowing the reconstitution in hot water, of part or all of the volume of such a device, this volume corresponding to the desired quantity, without destroying the stratification

eau chaude / eau froide.hot / cold water.

En vue de la réalisation de ce but, on prévoit, selon l'invention, une cheminée de dispositif de production d'eau chaude sanitaire, comprenant un carter d'élément chauffant surmonté d'un conduit s'étendant entre une extrémité haute et une extrémité basse, ce conduit étant percé à proximité de l'extrémité basse, d'un premier orifice pour permettre des échanges d'eau entre l'intérieur et l'extérieur de la cheminée, caractérisé par le fait que le conduit est percé, entre le premier orifice et l'extrémité haute, d'un deuxième orifice pour permettre des échanges d'eau entre l'intérieur et  With a view to achieving this aim, according to the invention, a chimney for a device for producing domestic hot water is provided, comprising a heating element casing surmounted by a duct extending between a high end and a lower end, this duct being pierced near the lower end, with a first orifice to allow water to be exchanged between the inside and the outside of the chimney, characterized in that the duct is pierced, between the first orifice and the upper end, a second orifice to allow exchanges of water between the interior and

l'extérieur de la cheminée.the outside of the fireplace.

En effet, la présence des premier et deuxième orifices détermine deux tronçons dans la cheminée. Un premier tronçon est situé entre le premier et le deuxième orifices et un deuxième tronçon est situé entre le  Indeed, the presence of the first and second orifices determines two sections in the chimney. A first section is located between the first and second ports and a second section is located between the

deuxième orifice et l'extrémité haute de la cheminée.  second orifice and the upper end of the chimney.

Lors d'une première phase, I'eau chaude, chauffée dans le carter est partiellement refroidie par l'eau froide aspirée au niveau des premier et deuxième orifices. Le mélange obtenu est conduit directement en partie  During a first phase, the hot water heated in the casing is partially cooled by the cold water drawn in at the first and second orifices. The mixture obtained is carried out directly in part

haute du dispositif.high of the device.

Dans une deuxième phase, I'effet de la diminution de la différence de pression aux extrémités du deuxième tronçon, lorsque le volume de la couche d'eau chaude dans la partie haute du dispositif augmente, conduit à  In a second phase, the effect of the decrease in the pressure difference at the ends of the second section, when the volume of the layer of hot water in the upper part of the device increases, leads to

une diminution du débit dans le deuxième tronçon de la cheminée.  a decrease in flow in the second section of the chimney.

Ceci se produit approximativement lorsque l'interface eau chaude / eau froide est descendue jusqu'au niveau du deuxième orifice. On a ainsi reconstitué en eau chaude une partie du volume total du dispositif. Mais o contrairement au dispositif de l'art antérieur décrit ci-dessus, grâce à la présence du deuxième orifice, I'eau chaude contenue dans le carter avant que le thermostat ne déclenche l'arrêt du chauffage et juste après que celui-ci ait été déclenché, peut s'écouler par le deuxième orifice dans la couche chaude et non dans la couche froide. Il y a donc inversion du sens de l'écoulement par le deuxième orifice. Mais, le brassage est évité et la  This occurs approximately when the hot water / cold water interface has descended to the level of the second port. Part of the total volume of the device was thus reconstituted in hot water. But o unlike the prior art device described above, thanks to the presence of the second orifice, the hot water contained in the casing before the thermostat triggers the stopping of the heating and just after it has been triggered, can flow through the second orifice in the hot layer and not in the cold layer. There is therefore an inversion of the direction of flow through the second orifice. But, brewing is avoided and the

stratification eau chaude / eau froide est préservée.  hot / cold water stratification is preserved.

Avantageusement, la cheminée conforme à la présente invention est munie de moyens pour guider l'eau passant à travers au moins un des premier et deuxième orifices, le long de la face externe du conduit, en direction de l'extrémité haute. Cette variante avantageuse de l'invention favorise la chute de l'écoulement dans le deuxième tronçon de la cheminée. Ces moyens contribuent à limiter davantage le brassage des eaux chaude et froide. L'ensemble constitué par le deuxième orifice et ces  Advantageously, the chimney according to the present invention is provided with means for guiding the water passing through at least one of the first and second orifices, along the external face of the duct, in the direction of the upper end. This advantageous variant of the invention promotes the fall of the flow in the second section of the chimney. These means further limit the mixing of hot and cold water. The assembly constituted by the second orifice and these

moyens, forme une sorte de clapet hydraulique.  means, forms a kind of hydraulic valve.

Avantageusement, les moyens pour guider l'eau passant à travers au moins un des premier et deuxième orifices, le long de la face externe du conduit, en direction de l'extrémité haute, comprennent une collerette, entourant ce conduit en laissant un espace entre ce conduit et la face interne de la collerette, s'étendant en direction de l'extrémité haute de la cheminée et jointe hermétiquement à la face externe du conduit, sous le  Advantageously, the means for guiding the water passing through at least one of the first and second orifices, along the external face of the duct, in the direction of the upper end, comprise a flange, surrounding this duct, leaving a space between this duct and the internal face of the flange, extending towards the upper end of the chimney and hermetically joined to the external face of the duct, under the

premier ou le deuxième orifice.first or second port.

Avantageusement encore, la cheminée selon l'invention comprend un conduit muni de diaphragmes pour limiter l'écoulement de l'eau dans le  Advantageously also, the chimney according to the invention comprises a duct provided with diaphragms to limit the flow of water in the

conduit et générer des pertes de charges dans celui-ci.  leads and generate pressure losses therein.

Avantageusement, la collerette jointe hermétiquement à la face s externe du conduit, sous le deuxième orifice, s'étend sur approximativement un quart à la moitié de la longueur totale de la cheminée. Avantageusement, la collerette, jointe hermétiquement à la face externe du conduit, sous le premier orifice, est plus courte que la collerette lo jointe hermétiquement à la face externe du conduit sous le deuxième orifice, et a préférentiellement une longueur inférieure à un quart de la  Advantageously, the collar hermetically joined to the external face of the duct, under the second orifice, extends over approximately a quarter to half of the total length of the chimney. Advantageously, the collar, hermetically joined to the external face of the conduit, under the first orifice, is shorter than the collar lo hermetically joined to the external face of the conduit under the second orifice, and preferably has a length less than a quarter of the

longueur totale de la cheminée.total length of the chimney.

Selon un autre aspect, I'invention est un dispositif comportant une  According to another aspect, the invention is a device comprising a

cheminée telle que celle décrite ci-dessus.  chimney such as that described above.

L'invention permet la reconstitution d'une quantité quelconque d'eau chaude en cas de manque occasionnel, mais peut également favoriser l'émergence ou le développement d'autres types de dispositifs de production d'eau chaude. En effet, la stratification n'étant jamais détruite par un réchauffage partiel de l'eau de l'enceinte, il devient par exemple possible d'utiliser des sources d'énergie qui ne sont disponibles que de manière intermittente (chauffage par énergie solaire, chauffage par une pompe à chaleur lorsque celle-ci n'est pas utilisée pour le chauffage des bâtiments, etc...). La cheminée selon l'invention peut également conduire, grâce à une meilleure gestion des périodes de chauffage, à une diminution du volume de stockage. Ainsi, à services rendus équivalents, cela conduit à une diminution de l'encombrement du dispositif, donc aussi de son coût de production et de ses pertes thermiques. On peut également envisager la mise au point d'un dispositif de chauffage semi-instantané à puissance électrique modérée (la production de l'eau chaude sanitaire peut alors être délocalisée et se situer au plus près des points de puisage, ce qui conduit  The invention allows the reconstitution of any quantity of hot water in the event of an occasional shortage, but can also favor the emergence or development of other types of devices for producing hot water. Indeed, since the stratification is never destroyed by a partial heating of the enclosure water, it becomes for example possible to use energy sources which are only available intermittently (heating by solar energy, heating by a heat pump when it is not used for heating buildings, etc.). The chimney according to the invention can also lead, thanks to better management of the heating periods, to a reduction in the storage volume. Thus, with services rendered equivalent, this leads to a reduction in the size of the device, therefore also in its production cost and its heat losses. We can also consider the development of a semi-instantaneous heating device with moderate electrical power (the production of domestic hot water can then be relocated and be located as close as possible to the draw-off points, which leads

entre autres à éliminer les pertes thermiques en ligne).  among other things to eliminate online heat losses).

D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la  Other aspects, aims and advantages of the invention will become apparent on

lecture de la description détaillée qui suit. L'invention sera aussi mieux  reading of the detailed description which follows. The invention will also be better

comprise à l'aide des références aux dessins sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement en coupe un mode de s réalisation particulier mais non limitatif d'un dispositif selon l'invention; - la figure 2 est un schéma explicatif du principe de fonctionnement de l'invention sur un dispositif simplifié par rapport à celui représenté sur la figure 1; - la figure 3 représente schématiquement le dispositif représenté sur la figure 1, pendant une première phase de fonctionnement; - la figure 4 représente schématiquement le dispositif représenté sur la figure 2, pendant une deuxième phase de fonctionnement; - la figure 5 représente schématiquement le dispositif représenté sur la figure 2, pendant une troisième phase de fonctionnement; et - la figure 6 représente un exemple de profil de température dans le  understood with reference to the drawings in which: - Figure 1 schematically shows in section a particular but non-limiting embodiment of a device according to the invention; - Figure 2 is an explanatory diagram of the operating principle of the invention on a device simplified compared to that shown in Figure 1; - Figure 3 shows schematically the device shown in Figure 1, during a first operating phase; - Figure 4 schematically shows the device shown in Figure 2, during a second operating phase; - Figure 5 shows schematically the device shown in Figure 2, during a third operating phase; and - Figure 6 shows an example of a temperature profile in the

carter d'un dispositif conforme à la présente invention.  casing of a device according to the present invention.

Un mode de réalisation particulier, mais non limitatif, du dispositif 1 de production d'eau chaude conforme à la présente invention est  A particular, but not limiting, embodiment of the device 1 for producing hot water according to the present invention is

représentée sur la figure 1.shown in Figure 1.

Ce dispositif 1 comporte une enceinte 2 pour contenir l'eau à chauffer.  This device 1 comprises an enclosure 2 for containing the water to be heated.

Cette enceinte 2 est globalement cylindrique de révolution.  This enclosure 2 is generally cylindrical of revolution.

L'enceinte 2 est placée de manière à ce que son axe de révolution soit vertical. Elle comporte une paroi inférieure 8 et une paroi supérieure 10  The enclosure 2 is placed so that its axis of revolution is vertical. It has a lower wall 8 and an upper wall 10

globalement perpendiculaires à l'axe de révolution de l'enceinte 2.  generally perpendicular to the axis of revolution of the enclosure 2.

La paroi inférieure 8 est munie d'une entrée d'eau froide 12, d'une  The bottom wall 8 is provided with a cold water inlet 12, a

sortie d'eau chaude 14 et d'une purge 16.  hot water outlet 14 and a drain 16.

L'entrée d'eau froide 12 permet de remplir l'enceinte 2 en eau froide.  The cold water inlet 12 makes it possible to fill the enclosure 2 with cold water.

La sortie d'eau chaude 14 permet de soutirer de l'eau chaude de l'enceinte 3o 2. Cette sortie d'eau chaude est constituée d'un tuyau 17 vertical  The hot water outlet 14 makes it possible to draw hot water from the enclosure 3o 2. This hot water outlet consists of a vertical pipe 17

s'étendant de la paroi inférieure 8, presque jusqu'à la paroi supérieure 10.  extending from the bottom wall 8, almost to the top wall 10.

Ainsi, l'eau chaude est soutirée à proximité du haut de l'enceinte 2.  Thus, hot water is drawn near the top of enclosure 2.

A l'inverse, I'entrée d'eau froide 12 introduit l'eau froide dans  Conversely, the cold water inlet 12 introduces cold water into

l'enceinte 2, à proximité du bas de celle-ci.  enclosure 2, near the bottom thereof.

Un élément chauffant 18 est placé à l'intérieur de l'enceinte 2, à proximité du bas de celle-ci. Préférentiellement, cet élément chauffant 18  A heating element 18 is placed inside the enclosure 2, near the bottom of the latter. Preferably, this heating element 18

est une résistance électrique.is an electrical resistance.

L'élément chauffant 18 est surmonté d'une cheminée 24 pour guider l'eau chaude en haut de l'enceinte 2. La cheminée 24 comprend un carter  The heating element 18 is surmounted by a chimney 24 to guide the hot water at the top of the enclosure 2. The chimney 24 comprises a casing

20 et un conduit 26.20 and a conduit 26.

L'élément chauffant 18 est entouré du carter 20. Le carter 20 a préférentiellement une forme de cylindre dont l'axe de révolution est  The heating element 18 is surrounded by the casing 20. The casing 20 preferably has the shape of a cylinder whose axis of revolution is

colinéaire à celui de l'enceinte 2.  collinear with that of enclosure 2.

Le cylindre du carter 20 est obturé à son extrémité supérieure, d'une paroi de carter 22. Cette paroi de carter 22, est perpendiculaire à l'axe de révolution du carter 20. L'extrémité inférieure du carter 20 est ouverte sur le reste de l'enceinte 2 de manière à permettre une entrée d'eau froide dans  The cylinder of the housing 20 is closed at its upper end with a housing wall 22. This housing wall 22 is perpendicular to the axis of revolution of the housing 20. The lower end of the housing 20 is open to the rest of enclosure 2 so as to allow cold water to enter

le carter 20.the housing 20.

La paroi de carter 22 est percée en son centre d'un trou surmonté du conduit 26. Ce conduit 26 a approximativement une forme de cylindre dont  The casing wall 22 is pierced in its center with a hole surmounted by the duct 26. This duct 26 has approximately the shape of a cylinder whose

l'axe de révolution est colinéaire à celui de l'enceinte 2.  the axis of revolution is collinear with that of enclosure 2.

Le conduit 26 s'étend de la paroi de carter 22 jusqu'à proximité de la  The duct 26 extends from the casing wall 22 to near the

paroi supérieure 10 de l'enceinte 2.  upper wall 10 of enclosure 2.

Le conduit 26 comprend un premier 28, un deuxième 30 et un troisième 32 diaphragmes pour limiter l'écoulement de l'eau dans le conduit  The conduit 26 includes a first 28, a second 30 and a third 32 diaphragms to limit the flow of water in the conduit

26 et générer des pertes de charges dans celui-ci.  26 and generate pressure losses therein.

Le conduit 26 est percé de premier(s) 42 et deuxième(s) 44 orifices  The conduit 26 is pierced with first (s) 42 and second (s) 44 orifices

situés juste au-dessus des premier 28 et deuxième 30 diaphragmes.  located just above the first 28 and second 30 diaphragms.

Le premier diaphragme 28 se situe au niveau de la paroi de carter 22, entre le carter 20 et le conduit 26, c'est-à-dire au niveau de l'extrémité basse du conduit 26. Le deuxième diaphragme 30 se situe approximativement au niveau du haut du premier tiers inférieur du conduit 26, en aval des premiers orifices 42 et en amont des deuxièmes orifices 44, en référence à un écoulement de l'eau dans la cheminée 24 de bas en haut, Le troisième diaphragme 32 se situe approximativement au niveau du haut du deuxième tiers de la hauteur du conduit 26, au- dessus des premier  The first diaphragm 28 is located at the casing wall 22, between the casing 20 and the duct 26, that is to say at the bottom end of the duct 26. The second diaphragm 30 is located approximately at the level of the top of the first lower third of the conduit 26, downstream of the first orifices 42 and upstream of the second orifices 44, with reference to a flow of water in the chimney 24 from bottom to top, The third diaphragm 32 is located approximately at the top of the second third of the height of the conduit 26, above the first

28 et deuxième 30 diaphragmes, en aval des deuxièmes orifices 44.  28 and second 30 diaphragms, downstream of the second orifices 44.

Le diamètre interne des premier 28, deuxième 30 et troisième 32  The internal diameter of the first 28, second 30 and third 32

diaphragmes est inférieur à celui du conduit 26.  diaphragms is less than that of conduit 26.

Le premier diaphragme 28 génère une perte de charge dans l0 l'écoulement de l'eau, dans la cheminée 24, lorsque l'eau circule de bas en  The first diaphragm 28 generates a pressure drop in the water flow, in the chimney 24, when the water circulates from bottom to

haut, entre le carter 20 et le conduit 26.  high, between the casing 20 and the duct 26.

Le deuxième diaphragme 30 génère une perte de charge dans l'écoulement de l'eau, dans la cheminée 24, lorsque l'eau circule de bas en haut, entre le premier tiers inférieur du conduit 26 et le tiers qui lui est  The second diaphragm 30 generates a pressure drop in the water flow, in the chimney 24, when the water circulates from bottom to top, between the first lower third of the conduit 26 and the third that is there

immédiatement supérieur.immediately superior.

Le troisième diaphragme 32 génère une perte de charge dans l'écoulement de l'eau, dans la cheminée 24, lorsque l'eau circule de bas en haut, entre les deux tiers inférieurs du conduit 26 et le tiers supérieur du  The third diaphragm 32 generates a pressure drop in the water flow, in the chimney 24, when the water circulates from bottom to top, between the lower two thirds of the conduit 26 and the upper third of the

conduit 26.conduit 26.

Le diamètre et/ou le nombre des premier(s) 42 et deuxième(s) 44 orifices est (sont) choisi(s) suffisamment important(s) pour que les pertes de charge induites à leur niveau soient négligeables devant celles dues aux différents diaphragmes 28, 30, 32. Ainsi, pour l'exemple exposé ici, les premiers 42 et les deuxième 44 orifices sont respectivement au nombre de  The diameter and / or the number of first (s) 42 and second (s) 44 orifices is (are) chosen (s) sufficiently large (s) so that the pressure losses induced at their level are negligible compared to those due to the different diaphragms 28, 30, 32. Thus, for the example set out here, the first 42 and the second 44 orifices are respectively the number of

trois et sont distribués sur le périmètre du conduit 26.  three and are distributed around the perimeter of conduit 26.

La position des premiers 42 et deuxièmes 44 orifices permet de définir un premier 38 et un deuxième 40 tronçons, sur la cheminée 24. Le  The position of the first 42 and second 44 orifices makes it possible to define a first 38 and a second 40 sections, on the chimney 24. The

premier tronçon 38 est situé entre les premiers 42 et deuxièmes 44 orifices.  first section 38 is located between the first 42 and second 44 orifices.

Le deuxième 40 tronçon est situé entre les deuxièmes orifices 44 et  The second section 40 is located between the second orifices 44 and

l'extrémité haute de la cheminée 24.  the high end of the chimney 24.

Les premier 28 et deuxième 30 diaphragmes sont chacun  The first 28 and second 30 diaphragms are each

respectivement surmontés d'un cylindre 4 ou 6.  respectively topped by a cylinder 4 or 6.

Les cylindres 4 et 6 ont un diamètre externe inférieur au diamètre interne du conduit 26. Ces cylindres 4 et 6 ont leur axe de révolution colinéaire à celui du conduit 26, Chaque cylindre 4 ou 6 est hermétiquement relié à l'une de ses extrémités axiales, respectivement au premier 28 ou au deuxième 30 diaphragme, de manière à ce que l'ouverture de chaque diaphragme débouche à l'intérieur d'un cylindre 4 ou 6. Ces cylindres 4 et 6 ont une longueur telle que la projection sur le lo conduit 6, de leur extrémité axiale non liée à un diaphragme, se trouve  The cylinders 4 and 6 have an external diameter less than the internal diameter of the conduit 26. These cylinders 4 and 6 have their axis of revolution collinear with that of the conduit 26, each cylinder 4 or 6 is hermetically connected to one of its axial ends , respectively at the first 28 or at the second 30 diaphragm, so that the opening of each diaphragm opens into the interior of a cylinder 4 or 6. These cylinders 4 and 6 have a length such that the projection on the lo conduit 6, from their axial end not linked to a diaphragm, is located

respectivement au dessus des premiers 42 et deuxièmes 44 orifices.  respectively above the first 42 and second 44 orifices.

Les cylindres 4 et 6 évitent que l'eau ne passe par les premiers 42 ou deuxièmes 44 orifices, pendant la phase d'amorçage, c'est à dire  The cylinders 4 and 6 prevent water from passing through the first 42 or second 44 orifices, during the priming phase, that is to say

pendant la phase initiale de chauffage de l'eau.  during the initial water heating phase.

Le conduit 26 est aussi muni d'une première 34 et d'une deuxième  The conduit 26 is also provided with a first 34 and a second

36 collerettes.36 collars.

Les première 34 et deuxième 36 collerettes entourent le conduit 26, en laissant un espace entre ce conduit 26 et la face interne des première 24 et deuxième 36 collerettes, et s'étendent respectivement des premiers 2o 42 et deuxièmes orifices 44 en direction de l'extrémité haute de la cheminée 24. Les première 34 et deuxième 36 collerettes sont rattachées à leur base au conduit 26. Elles sont soudées hermétiquement à la face externe du conduit 26 sous les premier 42 et deuxième 44 orifices respectivement. La première collerette 34 s'arrête, en direction du haut de  The first 34 and second 36 flanges surround the duct 26, leaving a space between this duct 26 and the internal face of the first 24 and second 36 flanges, and extend respectively from the first 2o 42 and second orifices 44 in the direction of the high end of the chimney 24. The first 34 and second 36 flanges are attached to their base to the duct 26. They are hermetically welded to the external face of the duct 26 under the first 42 and second 44 orifices respectively. The first flange 34 stops, towards the top of

la cheminée 24, en dessous du deuxième diaphragme 40.  the chimney 24, below the second diaphragm 40.

La configuration avec une première 34 et une deuxième 36 collerettes et des cylindres 4 et 6 respectivement au dessus des premier 28  The configuration with a first 34 and a second 36 flanges and cylinders 4 and 6 respectively above the first 28

et deuxième 30 diaphragmes, conduit à une optimisation des résultats.  and second 30 diaphragms, leads to an optimization of the results.

Selon d'autres modes de réalisation, les première 34 et deuxième 36 collerettes peuvent être remplacées, par exemple, par des tuyaux soudés hermétiquement par une de leurs extrémités à la paroi externe du conduit 26, chaque tuyau communiquant avec un premier 42 ou un deuxième 44  According to other embodiments, the first 34 and second 36 flanges can be replaced, for example, by pipes hermetically welded by one of their ends to the external wall of the duct 26, each pipe communicating with a first 42 or a second 44

orifice par son extrémité soudée au conduit 26.  orifice by its end welded to the duct 26.

Nous allons décrire ci-dessous le principe de fonctionnement de la  We will describe below the operating principle of the

présente invention.present invention.

On se référera, ci-dessous, aux figures 2 à 6 pour décrire ce principe. Le dispositif utilisé ici pour décrire le principe de fonctionnement de l'invention est conforme à la présente invention mais ne correspond pas exactement au dispositif décrit ci-dessus. En particulier, il est dépourvu de lo la première collerette 34. Ceci permet de simplifier, pour une meilleure  Reference is made below to FIGS. 2 to 6 to describe this principle. The device used here to describe the operating principle of the invention is in accordance with the present invention but does not exactly correspond to the device described above. In particular, it does not have the first flange 34. This simplifies, for better

compréhension, la description du principe de fonctionnement de l'invention.  understanding, description of the operating principle of the invention.

Si les pertes de charges induites au niveau des premiers 42 et deuxièmes orifices 44 sont négligeables devant celles dues aux premier 28, deuxième 30 et troisième 32 diaphragmes, les débits massiques à la sortie is du carter 20, à la sortie du premier tronçon 38 et à la sortie du deuxième tronçon 40 (respectivement icarter,",hnc ',rhc 2) ne dépendent que des poids des colonnes d'eau situées dans le tronçon immédiatement inférieur: m = |r2Pcart r pcart1rIrúDT ADc;ar (1) cart,, \1 óF, 4. ca,, o I ó--, carfcr 4 éCarfgr 2O avec: AP,., = j(p,-pcar,,,,)gdz ou h 2ptronc-, nc-1 Ir D: cc (2) \ t > troncI \ 't tro4nc I avec: APro,,,l =,,,ó- Ptronc_ l)gd: avant inversion zo ,o = JIpr_0'" -Ptron_1)gd après inversion 1:1 2 PIrc 2 Aertc _, 2 _ I o nc2 (3) iiirnc-- 2 4 _:"""nc 23 avec: =,,,= - p<M,,,)d. 2 avant inversion "1 avec: AP,,,, 2 = - P., 2)gdz après inversion O :2 o: APcarter, APironc 1 ApI,,,ronc 2 représentent les différences de pression entre le haut et le bas, respectivement du carter 20, du premier tronçon 38 et du deuxième tronçon 40, c'est-à-dire la pression motrice dans ces différents éléments; - Pcarter, P, p pronc,,, - et poc2 sont respectivement les masses volumiques de l'eau dans le carter, dans l'enceinte 2 à l'extérieur de la cheminée 24, dans le premier tronçon 38 et dans le deuxième tronçon 40; - Dchem est le diamètre de la cheminée 24; - Zor(er,, tronc1 et:,2 sont les coefficients de pertes de charge, respectivement au niveau des premier 28, deuxième 30 et troisième 32 diaphragmes; et - Zo, z1, z2 et z3 sont les côtes respectives des premiers orifices 42, des deuxièmes orifices 44, du haut de la deuxième collerette 36 et du haut de la  If the pressure losses induced at the first 42 and second orifices 44 are negligible compared to those due to the first 28, second 30 and third 32 diaphragms, the mass flow rates at the outlet is of the casing 20, at the outlet of the first section 38 and at the end of the second section 40 (respectively icarter, ", hnc ', rhc 2) depend only on the weights of the water columns located in the section immediately below: m = | r2Pcart r pcart1rIrúDT ADc; ar (1) cart, , \ 1 óF, 4. ca ,, o I ó--, carfcr 4 éCarfgr 2O with: AP,., = J (p, -pcar ,,,,) gdz or h 2ptronc-, nc-1 Ir D: cc (2) \ t> troncI \ 't tro4nc I with: APro ,,, l = ,,, ó- Ptronc_ l) gd: before inversion zo, o = JIpr_0' "-Ptron_1) gd after inversion 1: 1 2 PIrc 2 Aertc _, 2 _ I o nc2 (3) iiirnc-- 2 4 _: "" "nc 23 with: = ,,, = - p <M ,,,) d. 2 before inversion" 1 with: AP ,,,, 2 = - P., 2) gdz after inversion O: 2 o: APcarter, APironc 1 ApI ,,, ronc 2 represent the pressure differences between the top and the bottom, re spectrally from the casing 20, the first section 38 and the second section 40, that is to say the driving pressure in these various elements; - Pcarter, P, p pronc ,,, - and poc2 are respectively the densities of water in the casing, in the enclosure 2 outside the chimney 24, in the first section 38 and in the second section 40; - Dchem is the diameter of the chimney 24; - Zor (er ,, tronc1 and:, 2 are the pressure drop coefficients, respectively at the level of the first 28, second 30 and third 32 diaphragms; and - Zo, z1, z2 and z3 are the respective dimensions of the first orifices 42 , second orifices 44, from the top of the second flange 36 and from the top of the

cheminée 24, en prenant pour cote nulle la paroi inférieure 8.  chimney 24, taking the lower wall 8 as a zero dimension.

Pendant une première phase correspondant à la figure 3, I'eau froide, entrant dans le carter 20 avec un débit,hcarter, est chauffée par l'élément chauffant 18 et sort à une température Tct.r. Ce débit et donc la température de sortie restent pratiquement constants tant que la couche d'eau chaude n'atteint pas la cote zo. Le fluide sortant du carter 20 est ensuite mélangé à l'eau froide pénétrant par les premiers orifices 42 (cote zO) et circule dans le premier tronçon 38 à une température Tû.. 1. Il est de nouveau refroidi au niveau des deuxièmes orifices 44 (cote z.) et atteint la partie haute du ballon à une température T'tc 2. L'eau chaude et l'eau  During a first phase corresponding to FIG. 3, the cold water entering the casing 20 with a flow rate, aside, is heated by the heating element 18 and leaves at a temperature Tct.r. This flow rate and therefore the outlet temperature remain practically constant as long as the layer of hot water does not reach the zero level. The fluid leaving the casing 20 is then mixed with the cold water entering through the first orifices 42 (dimension zO) and circulates in the first section 38 at a temperature Tû. 1. It is again cooled at the level of the second orifices 44 (dimension z.) and reaches the upper part of the flask at a temperature T'tc 2. Hot water and water

froide dans l'enceinte 2 sont séparées par une couche de stratification 50.  cold in the enclosure 2 are separated by a stratification layer 50.

Au fur et à mesure de la progression de la couche de stratification 50, la pression motrice AP,,, 2 au niveau du deuxième tronçon 40 diminue, conduisant à une diminution du débit ironc 2 et à une augmentation de la température t,,,,2. Les autres paramètres de l'enceinte 2 ne varient pas lors de cette première phase de fonctionnement. Cette évolution persiste  As the stratification layer 50 progresses, the driving pressure AP ,,, 2 at the second section 40 decreases, leading to a decrease in the flow ironc 2 and to an increase in the temperature t ,,, , 2. The other parameters of enclosure 2 do not vary during this first phase of operation. This evolution persists

jusqu'à ce que Ttnc- 1 = Ttronc-2.until Ttnc- 1 = Ttronc-2.

Alors, le débit M,,,,c 2 atteint la valeur bêlonc,, puis le débit au niveau des deuxièmes orifices 44 s'inverse. Commence alors une deuxième phase  Then, the flow M ,,,, c 2 reaches the value belgium ,, then the flow at the second orifices 44 is reversed. Then begins a second phase

(figure 4).(figure 4).

La chute de pression motrice AP,, 2 entraîne une très forte diminution du débit dans le deuxième tronçon 44, empêchant l'eau chaude  The drop in driving pressure AP ,, 2 results in a very large reduction in the flow rate in the second section 44, preventing hot water

de continuer à alimenter directement le haut du ballon.  continue to feed the top of the balloon directly.

On peut aussi choisir les coefficients de pertes de charge pour que l'inversion ait lieu lorsque la couche d'eau chaude atteint le haut de la  You can also choose the pressure drop coefficients so that the inversion takes place when the layer of hot water reaches the top of the

deuxième collerette 36 (z2).second flange 36 (z2).

Cette deuxième collerette 36 a un triple rôle: inhiber les fuites d'eau chaude jusqu'à l'inversion (cette fonction est aussi améliorée par l'utilisation de cylindres 4 et 6); faire chuter brutalement, au moment de l'inversion, la pression motrice APl,,,_ 2 au niveau du deuxième tronçon 40 et augmenter corrélativement la pression motrice du premier tronçon 38, en remplaçant l'eau de la deuxième collerette 36, jusqu'alors froide par de l'eau chaude; et permettre la conservation de la couche de stratification en emmenant directement le fluide sortant par les deuxièmes orifices 44 au  This second flange 36 has a triple role: to inhibit hot water leaks until inversion (this function is also improved by the use of cylinders 4 and 6); causing the driving pressure APl ,,, _ 2 to drop suddenly at the time of the reversal at the second section 40 and correspondingly increasing the driving pressure for the first section 38, by replacing the water in the second flange 36, until then cold with hot water; and allow the preservation of the stratification layer by directly taking the fluid leaving through the second orifices 44 to the

niveau de la couche d'eau chaude.level of the hot water layer.

Lors de la deuxième phase (figure 4), la pression motrice AP,o,,c -l diminue à son tour progressivement, en raison de la progression de la couche de stratification 50 en direction du bas de l'enceinte 2. Cette  During the second phase (FIG. 4), the driving pressure AP, o ,, c -l in turn gradually decreases, due to the progression of the stratification layer 50 towards the bottom of the enclosure 2. This

évolution se poursuit jusqu'à égalisation des températures Ttr,,,on et Tcrter.  evolution continues until the temperatures Ttr ,,, on and Tcrter are equalized.

Cette égalisation des températures conduit à une égalisation des débits rthronc et h tronc _2 et à une inversion de l'écoulement au niveau des premiers orifices 42. Commence alors une troisième phase (figure 5). On peut estimer les débits circulant dans les premier 38 et deuxième  This equalization of the temperatures leads to an equalization of the flow rates rthronc and h trunk _2 and to an inversion of the flow at the level of the first orifices 42. Then begins a third phase (FIG. 5). We can estimate the flows circulating in the first 38 and second

tronçons à partir des relations (1) à (3).  sections from relations (1) to (3).

Ainsi, si l'on veut que le débit circulant dans le deuxième tronçon 40 diminue très fortement après que l'inversion a eu lieu au niveau des 1o deuxièmes orifices 44, il faut que la pression motrice associée, APtronc 2 s'annule. Notons qu'après l'inversion, au niveau des deuxièmes orifices 44, la longueur du premier tronçon 38 se trouve augmentée de la hauteur de la deuxième collerette 36, celle du deuxième tronçon 40 s'en trouvant diminuée. Des longueurs effectives et des rapports effectifs de longueurs peuvent être calculés. Les cotes corrigées zl,,net z2_,,,, prennent en compte ce phénomène. Par contre, avant inversion, les premier 38 et  Thus, if it is desired that the flow circulating in the second section 40 decrease very sharply after the inversion has taken place at the level of the 1o second orifices 44, the associated driving pressure, APtronc 2, must be canceled. Note that after the inversion, at the second orifices 44, the length of the first section 38 is increased by the height of the second flange 36, that of the second section 40 thereby being reduced. Effective lengths and effective length ratios can be calculated. The corrected dimensions zl ,, net z2 _ ,,,, take this phenomenon into account. On the other hand, before inversion, the first 38 and

deuxième 40 tronçons sont bien séparés par les deuxième orifices 44.  second 40 sections are well separated by the second orifices 44.

Plus la variation de pression entre le début du chauffage et le 2 o moment de l'inversion est faible, moins on aura de phénomènes de brassage. Ainsi, sur de faibles longueurs de tronçons, I'augmentation des températures de l'eau à la sortie de la cheminée 24 est faible et la couche de stratification n'a pas eu le temps de dégénérer. Ce résultat est obtenu  The lower the pressure variation between the start of heating and the 2nd time of the inversion, the fewer the mixing phenomena. Thus, over short lengths of sections, the increase in water temperatures at the outlet of the chimney 24 is low and the stratification layer has not had time to degenerate. This result is obtained

en ne disposant pas les deuxièmes orifices 44 trop bas.  by not having the second orifices 44 too low.

Typiquement, ce comportement d'évolution des pressions est obtenu lorsque le rapport de la longueur du deuxième 40 sur celle du premier 38 tronçons est compris entre 1 et 4 et préférentiellement égal à deux ou trois. C'est à dire lorsque l'on perce les deuxièmes orifices 44 au tiers de la hauteur de la cheminée 24 (ce qui donne un rapport 3 o de la longueur du deuxième tronçon 40 sur celle du premier tronçon 38 égal à 2) et en y ajoutant une deuxième collerette 36 dont la hauteur est le tiers de celle de la cheminée 24 (ce qui conduit après l'inversion au  Typically, this pressure evolution behavior is obtained when the ratio of the length of the second 40 to that of the first 38 sections is between 1 and 4 and preferably equal to two or three. That is to say when the second orifices 44 are drilled at a third of the height of the chimney 24 (which gives a ratio 3 o of the length of the second section 40 to that of the first section 38 equal to 2) and in adding a second flange 36 whose height is one third that of the chimney 24 (which leads after the inversion to

niveau des deuxièmes orifices à un rapport effectif de 1/2).  level of the second orifices at an effective ratio of 1/2).

Effectuons un exemple de calcul de dimensionnement, étant entendu que pour une autre taille de ballon, le calcul sera à refaire selon une  Let us carry out an example of dimensioning calculation, it being understood that for another size of balloon, the calculation will have to be redone according to a

méthodologie analogue à celle employée ci-dessous.  methodology similar to that used below.

Calculons dans un premier temps les rapports de coefficients de  Let us first calculate the ratios of coefficients of

pertes de charges.load losses.

A l'inversion on a les relations suivantes: - au niveau des premiers orifices 42: mcarter = fhir.,:_ I Tcorter = Ttronc 1 Pcartor = Ptronc 1 et: ntroncI p _ I" _ v - z0 ó,carer APcrter 0,44zo Le coefficient 0,44 provient de la forme du profil de température dans le carter 20 (fig. 6) et dépend très peu des températures de l'eau en entrée  On inversion we have the following relationships: - at the level of the first orifices 42: mcarter = fhir.,: _ I Tcorter = Ttronc 1 Pcartor = Ptronc 1 and: ntroncI p _ I "_ v - z0 ó, carer APcrter 0 , 44zo The coefficient 0.44 comes from the shape of the temperature profile in the housing 20 (fig. 6) and depends very little on the temperatures of the incoming water

et sortie du carter 20.and outlet from the housing 20.

- au niveau des deuxièmes orifices 44: thro- Ic = filtrnc, 2 Ttrvnc1 = Ttronc_2 Ptnc_ = Pronc 2 et: tronc2 ranc 2t Z3 Inv- Z tronc1)ronc l Z i-ZO Les valeurs absolues et relatives des pertes de charges sont alors choisies en se fixant les contraintes supplémentaires suivantes: A t=Os:  - at the second orifices 44: thro- Ic = filtrnc, 2 Ttrvnc1 = Ttronc_2 Ptnc_ = Pronc 2 and: tronc2 ranc 2t Z3 Inv- Z trunk1) ronc l Z i-ZO The absolute and relative values of the pressure drops are then chosen by setting the following additional constraints: A t = Os:

La température à la sortie du carter 20 doit être de 60 C.  The temperature at the outlet of the casing 20 must be 60 C.

La température dans le premier tronçon 38 doit être proche de la  The temperature in the first section 38 must be close to the

température du carter 20. Choisissons-la égale à 58 C.  crankcase temperature 20. Let's choose it equal to 58 C.

La température à la sortie de la cheminée 24 doit être de 52 C.  The temperature at the outlet of the chimney 24 must be 52 C.

Avant l'inversion, la couche d'eau chaude augmente progressivement. Lorsque l'interface eau chaude / eau froide atteint la partie supérieure de la deuxième collerette 36, il y a inversion de l'écoulement de  Before the inversion, the layer of hot water gradually increases. When the hot water / cold water interface reaches the upper part of the second flange 36, there is an inversion of the flow of

l'eau au niveau des deuxièmes orifices 44.  water at the second orifices 44.

Après cette inversion, la température de sortie au niveau des deuxièmes orifices 44 est proche de 52 C. En ce qui concerne l'inversion au niveau des premiers orifices 42, il n'y a pas de contrainte particulière, si ce n'est qu'elle doit avoir lieu après  After this inversion, the outlet temperature at the second orifices 44 is close to 52 C. With regard to the inversion at the first orifices 42, there is no particular constraint, except that '' it must take place after

celle au niveau des deuxièmes orifices 44.  that at the level of the second orifices 44.

Calculons le coefficient de pertes de charge care,,, au niveau du  Let us calculate the care pressure drop coefficient ,,, at the level of

lo premier diaphragme 28. Si la puissance de chauffe de la résistance est de W= 2900 W, et si l'onlo first diaphragm 28. If the heating power of the resistor is W = 2900 W, and if

suppose que la température froide Tf,,d est de 16 C et que la température de sortie de carter Tco,,or doit être de 60 C, on doit avoir: carter = 0,0158kg/s -CPAT o Cp est la chaleur spécifique de l'eau à pression constante et  suppose that the cold temperature Tf ,, d is 16 C and that the outlet temperature of casing Tco ,, or must be 60 C, we must have: casing = 0,0158kg / s -CPAT o Cp is the specific heat constant pressure water and

I T= Tcrter, - Ttfold.I T = Tcrter, - Ttfold.

La pression motrice au niveau du carter 20 est alors calculée en utilisant le profil proposé sur la figure 6: 2 0 cartIfer T (P froid P- cartr)gdz =1 5,3 Pa o  The driving pressure at the casing 20 is then calculated using the profile proposed in FIG. 6: 2 0 cartIfer T (P cold P- cartridges) gdz = 1 5.3 Pa o

O pftid est la densité massique de l'eau à la température Tfoid.  O pftid is the mass density of water at temperature Tfoid.

Pour obtenir un débit égal à celui calculé ci-dessus (0,0158kg/s), avec une valeur de la pression motrice de 15,3 Pa, il faut imposer des pertes de charge à la sortie du carter 20 égales à: 2 5 Xatr2Pcarter = 190 -Pcarer = écarercrrir 1D2chantt 4h Calculons le coefficient de pertes de charge au niveau du deuxième  To obtain a flow rate equal to that calculated above (0.0158 kg / s), with a value of the driving pressure of 15.3 Pa, it is necessary to impose pressure drops at the outlet of the casing 20 equal to: 2 5 Xatr2Pcarter = 190 -Pcarer = ecarercrrir 1D2chantt 4h Let us calculate the coefficient of pressure losses at the level of the second

diaphragme 30.diaphragm 30.

Une température dans le premier tronçon 38 égale à 48 C impose le débit dans ce premier tronçon 38 titr,, calculé à partir des égalités: s nicaHrTca,,,r +nto"f - I Tfr,,J=fl<,f7 It-] et i, ri-rvnc, thcartfr  A temperature in the first section 38 equal to 48 C imposes the flow rate in this first section 38 titr ,, calculated from the equalities: s nicaHrTca ,,, r + nto "f - I Tfr ,, J = fl <, f7 It -] and i, ri-rvnc, thcartfr

O t,'h, est le débit massique au niveau des premiers orifices 42.  O t, 'h, is the mass flow rate at the level of the first orifices 42.

Ce qui donne la valeur suivante pour le débit ui:,,,_ t.carter (Tcarter -Tfrod) --' mtroncl = = 0,0166kg/s filron, 1 ' Tronc I - Tfrod Donc si la pression motrice au niveau de ce même premier tronçon 38 vaut: :1 f= f(1,)gdz = 48,3Pa zo le coefficient de pertes de charges,, ,-onc, doit être fixé à: ronc12AftronC_ 1 = 545 P'"'"c-1 Calculons de même le coefficient de pertes de charge Iron,_2 au  Which gives the following value for the flow ui: ,,, _ t.carter (Tcarter -Tfrod) - 'mtroncl = = 0,0166kg / s filron, 1' Trunk I - Tfrod So if the driving pressure at this same first section 38 is worth:: 1 f = f (1,) gdz = 48.3Pa zo the coefficient of pressure losses ,,, -onc, must be fixed at: ronc12AftronC_ 1 = 545 P '"'" c- 1 Likewise calculate the pressure drop coefficient Iron, _2 at

niveau du troisième diaphragme 32.level of the third diaphragm 32.

Une température de sortie de 52 C en partie supérieure de l'enceinte exige un débit rhronc_2 de: mcarter (Tcarter - Tfrofd) 0193kgs thtonc tronc,0193kg / sfd Donc si la pression motrice aux bornes du tronçon 2 s'élève à (avant inversion): A6tro,,c2 J(PJ o, -Pte,, 2)gd1 = 77,71>a le coefficient de pertes de charges,,,, doit être fixé à: tro,,c 2 2AP tic2 = 650 Pronc 2 p, _D 2 Ainsi, le rapport des coefficients de pertes de charge., 2/óro,_ est de l'ordre de 1 (= 1,19); I'inversion a donc lieu lorsque la couche d'eau chaude atteint une cote z3 inv telle que: Z3 _ inv-Z1 tronc 21 3 if-- =- - 1,19 Zl - Zo ótronc 1 L'inversion a lieu pour cette valeur du rapport des pressions motrices P,,oc 2/AP,,nc_, lorsque le rapport des longueurs tronçon 2/tronçon 1 est  An outlet temperature of 52 C in the upper part of the enclosure requires a rhronc_2 flow of: mcarter (Tcarter - Tfrofd) 0193kgs thtonc trunk, 0193kg / sfd So if the driving pressure at the terminals of section 2 rises to (before inversion ): A6tro ,, c2 J (PJ o, -Pte ,, 2) gd1 = 77,71> a the pressure drop coefficient ,,,, must be set to: tro ,, c 2 2AP tic2 = 650 Pronc 2 p, _D 2 Thus, the ratio of the pressure drop coefficients., 2 / óro, _ is of the order of 1 (= 1.19); The inversion therefore takes place when the hot water layer reaches a dimension z3 inv such that: Z3 _ inv-Z1 trunk 21 3 if-- = - - 1.19 Zl - Zo ótronc 1 The inversion takes place for this value of the ratio of the driving pressures P ,, oc 2 / AP ,, nc_, when the length ratio section 2 / section 1 is

approximativement égal à 2 ou 3.approximately equal to 2 or 3.

On remarquera aussi que la hauteur de collerette peut être  Note also that the height of the collar can be

légèrement augmentée pour que sa partie supérieure atteigne z3 inv.  slightly increased so that its upper part reaches z3 inv.

Après inversion au niveau des deuxièmes orifices 44, I'eau froide de  After inversion at the second orifices 44, the cold water from

la deuxième collerette 36 est remplacée par de l'eau à température Tte,,, -.  the second flange 36 is replaced by water at temperature Tte ,,, -.

A la poussée motrice initiale APoc, s'ajoute donc une poussée supplémentaire due à la hauteur d'eau dans la deuxième collerette 36. Le nouveau débit rhtroncl et la nouvelle température Tt,,nc, d'équilibre qui en résultent satisfont aux relations = mcarir (Tcaor - nd) ltO,'o = 7ó -T itnbpl=-i tic1 Ir 1;P",,,cl - Tú,",,,, Z 4 ' r c= f.:)gdz = jd -. - Zo ) Il vient: T,.o.cl 5 I C htroncl 0,02kg/s Apttrc, l; 72Pa Le comportement ainsi obtenu est tout à fait satisfaisant. Le débit dans le premier tronçon r,, et la pression motrice A/fTC_ dans ce même tronçon diminuent ensuite au fur et à mesure de la progression de la couche de stratification 50, tandis que la température dans le premier tronçon 38 T,, s'élève jusqu'à ce que le point d'inversion des premiers 1:5 orifices 42 soit atteint. On a alors: htlronc I = mtronc 2 Ttronc, = Trtonc 2 t,,. - _ inv - Zo _ 2,87 z' _,, z_ 1,26 2,87 soit: ócarnr 0,44z0 z0 A titre d'exemple, on trouvera ci-dessous des dimensions qui  To the initial driving thrust APoc, there is therefore added an additional thrust due to the water height in the second flange 36. The new flow rhtroncl and the new temperature Tt ,, nc, of equilibrium which result therefrom satisfy the relationships = mcarir (Tcaor - nd) ltO, 'o = 7ó -T itnbpl = -i tic1 Ir 1; P ",,, cl - Tú," ,,,, Z 4' rc = f.:)gdz = jd -. - Zo) It comes: T, .o.cl 5 I C htroncl 0,02kg / s Apttrc, l; 72Pa The behavior thus obtained is completely satisfactory. The flow rate in the first section r ,, and the driving pressure A / fTC_ in this same section then decrease as the stratification layer 50 progresses, while the temperature in the first section 38 T ,, s raise until the reversal point of the first 1: 5 holes 42 is reached. We then have: htlronc I = mtronc 2 Ttronc, = Trtonc 2 t ,,. - _ inv - Zo _ 2.87 z '_ ,, z_ 1.26 2.87 or: ócarnr 0.44z0 z0 As an example, we find below dimensions that

satisfont aux conditions définies et calculées ci-dessus.  meet the conditions defined and calculated above.

zo = 0,225m z. = 0,558m z2 = 0,891m z3 = 1,225m Hauteur de la deuxième collerette 36 = 0,333 m Diamètre de la cheminée 24 = 40 mm  zo = 0.225m z. = 0.558m z2 = 0.891m z3 = 1.225m Height of the second flange 36 = 0.333 m Diameter of the chimney 24 = 40 mm

Claims (8)

REVENDICATIONS 1. Cheminée (24) de dispositif de production d'eau chaude sanitaire comprenant un carter (20) d'élément chauffant (18) surmonté d'un conduit (26) s'étendant entre une extrémité haute et une extrémité basse, ce conduit (26) étant percé à proximité de l'extrémité basse, d'un premier orifice (42) pour permettre des échanges d'eau entre l'intérieur et l'extérieur o10 de la cheminée, caractérisé par le fait que le conduit (26) est percé, entre le premier orifice (42) et l'extrémité haute, d'un deuxième orifice (44) pour permettre des échanges d'eau entre l'intérieur et l'extérieur de la cheminée (24). 2. Cheminée selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le conduit (26) est muni de diaphragmes (28, 30, 32) pour limiter l'écoulement  1. Chimney (24) for producing domestic hot water comprising a casing (20) of heating element (18) surmounted by a duct (26) extending between a high end and a low end, this duct (26) being pierced near the lower end, with a first orifice (42) to allow exchanges of water between the inside and outside o10 of the chimney, characterized in that the duct (26 ) is pierced, between the first orifice (42) and the upper end, with a second orifice (44) to allow exchanges of water between the interior and the exterior of the chimney (24). 2. Chimney according to claim 1, characterized in that the duct (26) is provided with diaphragms (28, 30, 32) to limit the flow de l'eau dans le conduit (26) et générer des pertes de charges dans celui-  water in the conduit (26) and generate pressure losses in the latter ci. 3. Cheminée selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le conduit (26) comporte un premier diaphragme (42) au niveau de son extrémité basse, c'est-à-dire, au niveau de la communication entre le carter (20) et le conduit (26), un deuxième diaphragme (30), en aval du premier orifice (42) et en amont du deuxième orifice (44), en référence à un écoulement de l'eau dans la cheminée (24) de bas en haut, et un troisième  this. 3. Chimney according to claim 2, characterized in that the duct (26) has a first diaphragm (42) at its lower end, that is to say, at the level of the communication between the casing (20 ) and the conduit (26), a second diaphragm (30), downstream of the first orifice (42) and upstream of the second orifice (44), with reference to a flow of water in the chimney (24) from below at the top, and a third diaphragme (32) en aval du deuxième orifice (44).  diaphragm (32) downstream of the second orifice (44). 4. Cheminée selon la revendications 3 est caractérisée par le fait  4. Chimney according to claim 3 is characterized in that qu'elle est munie d'au moins un cylindre (4, 6) surmontant le premier (42)  that it is provided with at least one cylinder (4, 6) surmounting the first (42) ou le deuxième (44) diaphragme.or the second (44) diaphragm. Cheminée selon l'une des revendications précédentes,  Fireplace according to one of the preceding claims, caractérisée par le fait que la cheminée (24) comprend un premier tronçon (38) entre les premier (42) et deuxième (44) orifices et un deuxième tronçon  characterized in that the chimney (24) comprises a first section (38) between the first (42) and second (44) orifices and a second section (40) entre le deuxième orifice (44) et l'extrémité haute de la cheminée (24).  (40) between the second orifice (44) and the upper end of the chimney (24). 6. Cheminée selon la revendication 5, caractérisée en ce que le rapport de la longueur du deuxième tronçon (40) sur celle du premier tronçon (38) est compris entre 1 et 4 et préférentiellement  6. Chimney according to claim 5, characterized in that the ratio of the length of the second section (40) to that of the first section (38) is between 1 and 4 and preferably approximativement égal à 2.approximately equal to 2. 7. Cheminée selon l'une des revendications précédentes,  7. Chimney according to one of the preceding claims, caractérisée par le fait qu'elle est munie de moyens pour guider l'eau passant à travers au moins un des premier (42) et deuxième (44) orifices, le  characterized in that it is provided with means for guiding the water passing through at least one of the first (42) and second (44) orifices, the long de la face externe du conduit (26), en direction de l'extrémité haute.  along the outer face of the conduit (26), towards the upper end. 8. Cheminée selon la revendication 7, caractérisée par le fait que les l0 moyens pour guider l'eau passant à travers au moins un des premier (42) et deuxième orifice (44) orifices, le long de la face externe du conduit (26) en direction de l'extrémité haute, comprennent une collerette (34, 36), entourant le conduit (26) en laissant un espace entre ce conduit (26) et la face interne de la collerette (34, 36), s'étendant en direction de l'extrémité haute de la cheminée (24), et jointe hermétiquement à la face externe du  8. Chimney according to claim 7, characterized in that the l0 means for guiding the water passing through at least one of the first (42) and second orifice (44) orifices, along the external face of the conduit (26 ) towards the upper end, comprise a flange (34, 36), surrounding the duct (26) leaving a space between this duct (26) and the internal face of the flange (34, 36), extending towards the upper end of the chimney (24), and hermetically sealed to the external face of the conduit (26), sous le premier (42) ou le deuxième orifice (44).  conduit (26), under the first (42) or the second orifice (44). 9. Cheminée selon la revendication 8, caractérisée par le fait que la collerette (36) jointe hermétiquement à la face externe du conduit (26), sous le deuxième orifice (44), s'étend sur approximativement un quart à la  9. Chimney according to claim 8, characterized in that the collar (36) hermetically joined to the external face of the duct (26), under the second orifice (44), extends over approximately a quarter to the moitié de la longueur totale de la cheminée (24).  half the total length of the chimney (24). 10. Cheminée selon l'une des revendications 8 et 9 caractérisée par  10. Chimney according to one of claims 8 and 9 characterized by le fait que la collerette (34), jointe hermétiquement à la face externe du conduit (26), sous le premier orifice (42), est plus courte que la collerette (36) jointe hermétiquement à la face externe du conduit (26) sous le deuxième orifice (44), et est préférentiellement inférieure à un quart de la  the fact that the collar (34), hermetically joined to the external face of the conduit (26), under the first orifice (42), is shorter than the collar (36) hermetically joined to the external face of the conduit (26) under the second orifice (44), and is preferably less than a quarter of the longueur totale de la cheminée (24).  total length of the chimney (24). 11. Dispositif de production d'eau chaude sanitaire caractérisé par le fait qu'il comporte une cheminée comprenant un carter (20) d'élément chauffant (18) surmonté d'un conduit (26) s'étendant entre une extrémité haute et une extrémité basse, ce conduit (26) étant percé à proximité de l'extrémité basse, d'un premier orifice (42) pour permettre des échanges d'eau entre l'intérieur et l'extérieur de la cheminée, et que le conduit (26) est percé, entre le premier orifice (42) et l'extrémité haute, d'un deuxième orifice (44) pour permettre des échanges d'eau entre l'intérieur et l'extérieur  11. Device for producing sanitary hot water characterized in that it comprises a chimney comprising a casing (20) of heating element (18) surmounted by a conduit (26) extending between an upper end and a lower end, this duct (26) being pierced near the lower end, with a first orifice (42) to allow exchanges of water between the interior and the exterior of the chimney, and that the duct ( 26) is pierced, between the first orifice (42) and the upper end, with a second orifice (44) to allow exchanges of water between the interior and the exterior de la cheminée (24).from the chimney (24).
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