FR3045139B1 - DOMESTIC FLAT WATER HEAT WITH IMMERSED INDIRECT RESISTORS - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un chauffe-eau plat à usage domestique (10), caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux cuves (12, 14) traitées chacune avec un revêtement anti-corrosion ou réalisées en acier inoxydable et destinées chacune à contenir de l'eau à chauffer, chaque cuve intégrant, d'une part, au moins une résistance électrique disposée dans un fourreau étanche (18,20) traité avec un revêtement anti-corrosion ou réalisé en acier inoxydable et destiné à être immergé dans l'eau de la cuve et, d'autre part, au moins une anode sacrificielle de protection additionnelle contre la corrosion (19,21) et qui est destinée à être immergée dans l'eau de la cuve.The invention relates to a flat water heater for domestic use (10), characterized in that it comprises at least two tanks (12, 14) each treated with an anti-corrosion coating or made of stainless steel and each intended to contain water to be heated, each tank incorporating, on the one hand, at least one electrical resistance disposed in a sealed sleeve (18,20) treated with an anti-corrosion coating or made of stainless steel and intended to be immersed in the water of the tank and, on the other hand, at least one sacrificial sacrificial anode of additional protection against corrosion (19,21) and which is intended to be immersed in the water of the tank.
Description
CHAUFFE EAU PLAT DOMESTI QUE A RESI STANCES I NDI RECTES I MMERGEES L’invention concerne un chauffe-eau plat à usage domestique et un procédé de mise en oeuvre.BACKGROUND OF THE INVENTION The invention relates to a flat water heater for domestic use and a method of implementation.
Dans les habitations, notamment les appartements, les chauffe-eaux plats sont installés dans l’espace habitable.In dwellings, especially flats, the water heaters are installed in the living space.
Un tel chauffe-eau intègre généralement deux résistances électriques blindées immergées dans la cuve du chauffe-eau. Ce type de résistance a un taux de charge élevé, ce qui se traduit par une température élevée de la paroi de la résistance qui est en contact direct avec l’eau.Such a water heater generally incorporates two shielded electrical resistances immersed in the tank of the water heater. This type of resistance has a high charge rate, which results in a high temperature of the wall of the resistor which is in direct contact with the water.
De ce fait, lorsque le chauffe-eau est mis en route pour produire de l’eau chaude, par exemple le soir, un phénomène de caléfaction se produit à la surface de la paroi chaude de chaque résistance. Ce phénomène génère un bruit (bouillonnement de surface) qui est susceptible de gêner les occupants de l’habitation équipée d’un tel chauffe-eau, notamment lorsque le bruit intervient le soir, voire la nuit. Ce bruit est d’autant plus important qu’il y a deux résistances dans le chauffe-eau.Therefore, when the water heater is turned on to produce hot water, for example in the evening, a phenomenon of heating occurs on the surface of the hot wall of each resistance. This phenomenon generates a noise (surface boiling) that is likely to interfere with the occupants of the house equipped with such a water heater, especially when the noise occurs in the evening or night. This noise is all the more important as there are two resistors in the water heater.
Par ailleurs, le phénomène connu de l’entartrage de la résistance est aggravé par la température élevée de la surface de la paroi de la résistance.Moreover, the known phenomenon of scaling of the resistance is aggravated by the high temperature of the surface of the wall of the resistor.
Compte tenu de ce qui précède il serait donc particulièrement utile de concevoir un chauffe-eau plat à usage domestique qui limite les bruits liés au chauffage de l’eau et réduise le phénomène d’entartrage. L’invention a ainsi pour objet un chauffe-eau plat à usage domestique, caractérisé en ce qu’il comprend au moins deux cuves traitées chacune avec un revêtement anti-corrosion ou réalisées en acier inoxydable et destinées chacune à contenir de l’eau à chauffer, chaque cuve intégrant, d’une part, au moins une résistance électrique disposée dans un fourreau étanche traité avec un revêtement anti-corrosion ou réalisé en acier inoxydable et destiné à être immergé dans l’eau de la cuve et, d’autre part, au moins une anode sacrificielle de protection additionnelle contre la corrosion et qui est destinée à être immergée dans l’eau contenue dans la cuve. L’eau contenue dans la cuve est ainsi chauffée indirectement par rayonnement de la résistance électrique sur le fourreau qui l’enveloppe via l’air entourant la résistance. L’agencement de la résistance dans un fourreau a pour conséquence de limiter la valeur de la température sur la surface externe du fourreau en contact avec l’eau de la cuve. Le bruit dû au phénomène de caléfaction entre la résistance électrique et l’eau de la cuve est ainsi réduit.In view of the foregoing it would therefore be particularly useful to design a flat water heater for domestic use which limits the noise associated with heating water and reduces the phenomenon of scaling. The invention thus relates to a flat water heater for domestic use, characterized in that it comprises at least two tanks each treated with an anti-corrosion coating or made of stainless steel and each intended to contain water to heating, each tank incorporating, on the one hand, at least one electrical resistance disposed in a sealed sleeve treated with an anti-corrosion coating or made of stainless steel and intended to be immersed in the water of the tank and, other on the one hand, at least one sacrificial sacrificial anode of additional protection against corrosion and which is intended to be immersed in the water contained in the tank. The water contained in the tank is thus heated indirectly by radiation of the electrical resistance on the sheath which envelopes it via the air surrounding the resistor. The arrangement of the resistance in a sheath has the effect of limiting the value of the temperature on the outer surface of the sleeve in contact with the water of the tank. The noise due to the phenomenon of calefaction between the electrical resistance and the water of the tank is thus reduced.
En outre, le fait d’avoir le même métal pour la cuve et le(s) fourreau(x) contenant la(les) résistance(s) permet d’éviter les phénomènes de pile électrique qui accélèrent la corrosion. Ainsi, l’anode sacrificielle de protection contre la corrosion de l’acier est moins vite consommée qu’en présence de matériaux différents.In addition, having the same metal for the tank and the sleeve (s) containing the resistor (s) makes it possible to avoid electric cell phenomena that accelerate corrosion. Thus, the sacrificial anode protection against corrosion of steel is consumed less quickly than in the presence of different materials.
Selon d’autres caractéristiques possibles de l’invention : -le fourreau contenant la résistance électrique est disposé de manière inclinée par rapport aux parois de la cuve ; cette disposition favorise l’agencement du chauffe-eau dans de multiples positions, notamment en position horizontale ou verticale ; - chaque résistance électrique est en céramique ; -chaque résistance électrique est de type blindée, plus particulièrement, de type cartouche blindée ; -les fourreaux et les cuves sont en acier émaillé ; un fourreau en acier émaillé possède une puissance surfacique réduite (ex : 4W/cm2) par rapport à celle d’une résistance blindée en contact direct avec l’eau (ex: 8 à 10 W/cm2) ; l’entartrage est de ce fait réduit ; -ladite au moins une anode de chaque cuve est montée sur le fourreau ou sur ladite cuve. L’invention a également pour objet un procédé de mise en œuvre d’un chauffe-eau plat tel que brièvement exposé ci-dessus. Selon ce procédé la même consigne de température de chauffage de l’eau est appliquée à chacune des cuves. Un tel procédé limite les déperditions thermiques et est plus économique qu’un procédé qui appliquerait des consignes de température différentes d’une cuve à l’autre. De plus, cela permet d’éviter l’inconfort qui serait lié à l’utilisation de volumes d’eau chauffés à des températures différentes. Ceci est notamment le cas avec une douche lorsque le premier volume chauffé à une première température est consommé et que l’utilisateur reçoit alors l’eau chauffée à la deuxième température. D’autres caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : -la figure 1 est une vue schématique générale d’un chauffe-eau plat selon un mode de réalisation de l’invention ; -la figure 2 est une vue schématique agrandie de la partie basse d’une des deux cuves du chauffe-eau de la figure 1 ; -les figures 3a-b sont des vues schématiques respectives d’un chauffe-eau plat selon d’autres modes de réalisation de l’invention.According to other possible features of the invention: the sheath containing the electrical resistance is inclined with respect to the walls of the tank; this arrangement promotes the arrangement of the water heater in multiple positions, including horizontal or vertical position; each electrical resistance is ceramic; each electrical resistance is of the shielded type, more particularly of the shielded cartridge type; -the sheaths and vats are enamelled steel; an enamelled steel sheath has a reduced surface power (ex: 4W / cm2) compared to a shielded resistor in direct contact with water (eg 8 to 10 W / cm2); scaling is thereby reduced; at least one anode of each tank is mounted on the sheath or on said tank. The invention also relates to a method for implementing a flat water heater as briefly described above. According to this method, the same water heating temperature set point is applied to each of the tanks. Such a method limits thermal losses and is more economical than a process that would apply different temperature readings from one tank to another. In addition, it avoids the discomfort that would be related to the use of volumes of water heated to different temperatures. This is particularly the case with a shower when the first volume heated to a first temperature is consumed and the user then receives the heated water at the second temperature. Other features and advantages will become apparent from the following description, given solely by way of nonlimiting example and with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a general schematic view of a heater; flat water according to one embodiment of the invention; FIG. 2 is an enlarged schematic view of the lower part of one of the two tanks of the water heater of FIG. 1; FIGS. 3a-b are respective schematic views of a flat water heater according to other embodiments of the invention.
Comme représenté à la figure 1 et désigné de manière générale par la référence notée 10, un chauffe-eau plat comprend deux cuves 12 et 14 reliées entre elles par un conduit 16. Les cuves sont remplies d’eau et servent de réservoirs pour y stocker l’eau et la chauffer.As shown in Figure 1 and generally designated by the reference denoted 10, a flat water heater comprises two tanks 12 and 14 interconnected by a conduit 16. The tanks are filled with water and serve as reservoirs for storage water and heat it.
Dans l’exemple illustré, l’eau froide (EF) arrive par la droite dans la cuve 12, puis passe dans la cuve 14 jusqu’à ce que l’eau remplisse les deux cuves. L’eau est chauffée dans chacune de ces cuves et quitte la cuve de gauche 14 (EC) pour être ensuite distribuée à un utilisateur ayant besoin d’eau chaude (salle de bain, cuisine...).In the illustrated example, the cold water (EF) arrives on the right in the tank 12, then passes into the tank 14 until the water fills the two tanks. The water is heated in each of these tanks and leaves the tank left 14 (EC) to be then distributed to a user in need of hot water (bathroom, kitchen ...).
Chaque cuve est traitée par un revêtement anti-corrosion et, par exemple, est réalisée en acier émaillé. Chaque cuve comprend à l’intérieur un fourreau incluant une résistance électrique 18 (cuve 12), 20 (cuve 14), une anode sacrificielle de protection additionnelle contre la corrosion 19 (cuve 12), 21 (cuve 14). Chaque résistance électrique est disposée à l’intérieur d’un fourreau réalisé lui aussi en acier émaillé et qui est monté de manière étanche sur le fond de la cuve. Chaque anode est disposée au contact du fourreau de la cuve considérée et, ici, est montée sur le fourreau. Chaque anode est ainsi agencée dans une position centralisée entre le haut et le fond de la cuve. Selon une variante non représentée, chaque anode est montée de manière étanche sur le fond de la cuve.Each tank is treated with an anti-corrosion coating and, for example, is made of enamelled steel. Each tank comprises inside a sheath including an electrical resistor 18 (tank 12), 20 (tank 14), a sacrificial anode of additional protection against corrosion 19 (tank 12), 21 (tank 14). Each electrical resistance is arranged inside a sleeve also made of enamelled steel and which is sealingly mounted on the bottom of the tank. Each anode is disposed in contact with the sheath of the tank in question and, here, is mounted on the sheath. Each anode is thus arranged in a centralized position between the top and the bottom of the tank. According to a variant not shown, each anode is mounted in a sealed manner on the bottom of the tank.
Chaque cuve comprend également une gaine pour thermostat 22 (cuve 12), 24 (cuve 14), disposée à côté de chaque fourreau. Sur la figure 1 est représentée la partie électrique/électronique du thermostat 25 (cuve 12), 26 (cuve 14).Each tank also comprises a sheath for thermostat 22 (tank 12), 24 (tank 14), arranged next to each sheath. In Figure 1 is shown the electrical / electronic part of the thermostat 25 (tank 12), 26 (tank 14).
La figure 2 illustre de manière agrandie la partie basse de la cuve 12 (la même disposition et la même description s’appliquent à la cuve 14) qui comporte un fond 12a auquel est fixé par en dessous, par exemple par vissage, une embase 12b.FIG. 2 illustrates in an enlarged manner the lower part of the tank 12 (the same arrangement and the same description apply to the tank 14) which comprises a bottom 12a to which is fixed from below, for example by screwing, a base 12b .
Le fourreau 18a destiné à envelopper la résistance électrique et à faire office d’interface avec l’eau de la cuve est monté de manière fixe et étanche à l’intérieur de la cuve en s’étendant à partir du fond de celle-ci comme un doigt de gant. Le fourreau 18a est par exemple soudé de manière étanche sur la bride 28 qui est fixée sur la cuve.The sheath 18a for enclosing the electrical resistance and to act as an interface with the water of the tank is mounted in a fixed and sealed manner inside the tank, extending from the bottom thereof as a glove finger. The sleeve 18a is for example sealed welded to the flange 28 which is fixed on the tank.
La résistance électrique 18b est insérée à l’intérieur du fourreau 18a par le dessous du fond de la cuve 12 et est entourée d’air qui est lui-même entouré par le fourreau. La résistance 18b est ainsi disposée à l’intérieur de la cuve mais sans être en contact direct avec l’eau puisqu’elle est logée dans un fourreau.The electrical resistance 18b is inserted inside the sleeve 18a from below the bottom of the tank 12 and is surrounded by air which is itself surrounded by the sleeve. The resistor 18b is thus disposed inside the vessel but without being in direct contact with the water since it is housed in a sheath.
La gaine 22 du thermostat sert de logement à une sonde ou capillaire 27 qui est relié à la partie électrique/électronique 25 (contacts électriques).The sheath 22 of the thermostat serves as a housing for a probe or capillary 27 which is connected to the electrical / electronic part 25 (electrical contacts).
La résistance électrique 18b et la partie électrique/électronique 25 du thermostat sont par exemple montées sur la bride 28 disposée sous le fond 12a, à l’intérieur de l’embase 12b. Le fourreau et sa résistance, l’anode qui est montée sur le fourreau et la gaine du thermostat avec sa sonde sont disposés de manière légèrement inclinée (par souci de simplification les anodes, fourreaux et gaines de thermostat ne sont pas représentés inclinés sur la figure 1 mais ils le sont). Cet agencement permet, en position horizontale de la cuve, de chauffer l’eau située en partie basse de la cuve, du côté vers lequel le fourreau, l’anode et la gaine du thermostat sont inclinés.The electrical resistance 18b and the electrical / electronic part 25 of the thermostat are for example mounted on the flange 28 disposed under the bottom 12a, inside the base 12b. The sheath and its resistance, the anode which is mounted on the sheath and the sheath of the thermostat with its probe are arranged in a slightly inclined manner (for the sake of simplification the anodes, sheaths and thermostat sheaths are not represented inclined in the figure 1 but they are). This arrangement allows, in the horizontal position of the tank, to heat the water located in the lower part of the tank, on the side towards which the sleeve, the anode and the thermostat sheath are inclined.
Selon une variante non représentée, les anodes, les fourreaux et les gaines de thermostat ne sont pas inclinés.According to a variant not shown, the anodes, the sleeves and the thermostat sheaths are not inclined.
La partie électrique/électronique 25 du thermostat et la résistance électrique 18b sont reliées afin que le chauffage de l’eau dans la cuve par la résistance soit asservi au fonctionnement du thermostat et à la température de consigne de ce dernier. La température de l’eau dans la cuve est ainsi régulée de manière très simple. L’alimentation électrique n’est pas représentée ici par souci de clarté.The electrical / electronic part 25 of the thermostat and the electrical resistance 18b are connected so that the heating of the water in the tank by the resistance is controlled by the operation of the thermostat and the set temperature of the latter. The temperature of the water in the tank is thus regulated very simply. The power supply is not shown here for the sake of clarity.
La résistance électrique 18b chauffe la paroi du fourreau 18a par rayonnement et la température de cette paroi est donc moins élevée que si la résistance était au contact direct de l’eau. Le bruit de bouillonnement dû à la caléfaction de l’eau sur la surface extérieure du fourreau est donc moins élevé. Ceci est avantageux en terme de confort auditif lorsque le chauffe-eau est installé dans une pièce à vivre d’une habitation (cuisine, salle de bain...), notamment près d’une chambre à coucher et non dans un garage ou une cave.The electrical resistance 18b heats the wall of the sleeve 18a by radiation and the temperature of this wall is therefore lower than if the resistance was in direct contact with the water. The bubbling noise due to the buildup of water on the outer surface of the sleeve is therefore lower. This is advantageous in terms of auditory comfort when the water heater is installed in a living room of a house (kitchen, bathroom ...), especially near a bedroom and not in a garage or a home. cellar.
De plus, la température à la surface du fourreau étant moins élevée, le taux de charge est réduit et l’entartrage est ainsi limité (le tartre met davantage de temps à se former et l’épaisseur de tartre est réduite.In addition, the temperature on the surface of the sheath being lower, the charge rate is reduced and scaling is thus limited (the scale takes longer to form and the scale thickness is reduced.
En utilisant le même matériau pour la paroi de la cuve et celle du fourreau on évite les phénomènes de pile électrique, ce qui permet de réduire l’usure de l’anode sacrificielle au cours du temps.Using the same material for the wall of the tank and that of the sleeve avoids the phenomena of electric battery, which reduces the wear of the sacrificial anode over time.
Selon une variante de réalisation, la cuve et le fourreau de chaque cuve sont réalisées en acier inoxydable.According to an alternative embodiment, the tank and the sheath of each tank are made of stainless steel.
En cas de problème rencontré sur l’une et/ou l’autre des résistances électriques (ex : dysfonctionnement ou simple opération de maintenance) il n’est pas nécessaire de vidanger la et/ou les cuves concernées. A titre d’exemple, une anode sacrificielle en magnésium se consomme deux fois moins vite que dans le cas où une résistance blindée est placée directement au contact de l’eau. A titre d’exemple la résistance électrique est en céramique (ex : stéatite).In case of problems encountered on one and / or the other of the electrical resistances (ex: malfunction or simple maintenance operation) it is not necessary to drain the and / or the tanks concerned. By way of example, a sacrificial magnesium anode is consumed half as fast as in the case where a shielded resistor is placed directly in contact with water. For example, the electrical resistance is ceramic (eg soapstone).
Alternativement, la résistance est de type blindée. A titre d’exemple, l’anode sacrificielle 19 est en magnésium.Alternatively, the resistor is of the shielded type. For example, the sacrificial anode 19 is magnesium.
On notera que les résistances peuvent être identiques ou différentes d’une cuve à l’autre.It will be noted that the resistances may be identical or different from one tank to another.
Le chauffage de l’eau dans les cuves est par exemple effectué avec la même consigne de température dans les thermostats. Une telle mise en œuvre du chauffe-eau décrit ci-dessus (avec les deux cuves en série) évite l’inconfort sous la douche par rapport à la situation où les consignes de température varient d’une cuve à l’autre. Ceci est notamment le cas lorsque la consigne de température de la cuve 12 est supérieure à celle de la cuve 14 de la figure 1.The heating of the water in the tanks is for example carried out with the same temperature set point in the thermostats. Such an implementation of the water heater described above (with the two tanks in series) avoids the discomfort under the shower compared to the situation where the temperature setpoints vary from one tank to another. This is particularly the case when the temperature set point of the tank 12 is greater than that of the tank 14 of FIG.
Par ailleurs, le chauffe-eau peut comporter plus de deux cuves en série en fonction des applications envisagées.In addition, the water heater may have more than two tanks in series depending on the intended applications.
Les figures 3a et 3b illustrent plusieurs modes d’installation d’un chauffe-eau multi-position 30 dans lequel le fourreau logeant la résistance électrique et celle-ci, ainsi que l’anode de protection additionnelle et la gaine de thermostat sont disposés de manière inclinée à l’intérieur de chaque cuve. Sur la figure 3a le chauffe-eau 30 est représenté en position installée verticale tandis que sur la figure 3b le même chauffe-eau est agencé horizontalement.FIGS. 3a and 3b illustrate several modes of installation of a multi-position water heater 30 in which the sleeve housing the electrical resistance and the latter, as well as the additional protective anode and the thermostat sheath are arranged inclined way inside each tank. In Figure 3a the water heater 30 is shown in vertical installed position while in Figure 3b the same water heater is arranged horizontally.
Le chauffe-eau 30 comprend deux cuves 32, 34 reliées entre elles par un tube 36 et dans chacune desquelles sont disposés un fourreau 32a (cuve 32), 34a (cuve 34), logeant une résistance électrique interne non représentée une anode sacrificielle 32b (cuve 32), 34b (cuve 34), et une gaine de thermostat 32c (cuve 32), 34c (cuve 34).The water heater 30 comprises two tanks 32, 34 interconnected by a tube 36 and in each of which are arranged a sleeve 32a (tank 32), 34a (tank 34), housing an internal electrical resistance, not shown, a sacrificial anode 32b ( tank 32), 34b (tank 34), and a thermostat sheath 32c (tank 32), 34c (tank 34).
Comme représenté sur la figure 3a, les fourreaux, anodes et gaines ont chacun une même inclinaison (angle a) de quelques degrés par rapport à l’axe vertical Z. L’angle d’inclinaison a est par exemple compris entre 5 et 15°, et par exemple est égal à 8°. Selon une variante non représentée, les anodes peuvent avoir une orientation différente de celle des fourreaux sur lesquels elles sont montées, par exemple pour s’adapter à la configuration interne de la cuve.As shown in FIG. 3a, the sleeves, anodes and sheaths each have the same inclination (angle a) of a few degrees with respect to the vertical axis Z. The angle of inclination a is, for example, between 5 and 15 °. , and for example is equal to 8 °. According to a variant not shown, the anodes may have an orientation different from that of the sleeves on which they are mounted, for example to adapt to the internal configuration of the tank.
Sur la figure 3b, le chauffe-eau 30 est installé en position horizontale. Les cuves 32 et 34 sont horizontales et les fourreaux, anodes et gaines de thermostat sont inclinées vers le bas suivant l’angle a par rapport à l’axe horizontal X. Cet agencement permet de chauffer l’eau qui est disposée dans la partie basse de chaque cuve, à proximité de la paroi inférieure 32d, 34d.In Figure 3b, the water heater 30 is installed in a horizontal position. The tanks 32 and 34 are horizontal and the sleeves, anodes and thermostat sheaths are inclined downwards along the angle a with respect to the horizontal axis X. This arrangement makes it possible to heat the water which is arranged in the lower part of each tank, near the bottom wall 32d, 34d.
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