WO2008031947A2 - Combiné chaudière / chauffe-eau sanitaire - Google Patents

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    • Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies

Definitions

  • the present invention relates to the general field of heating devices intended to increase the temperature of one or more fluids, such as water, with a view to their sanitary use and / or their use as a heating vector. 'a local.
  • the present invention more particularly relates to a combined device for heating a room and producing hot water for sanitary purposes, said device comprising: - at least a first tank defined by a first wall and intended to contain water to sanitary use,
  • At least one second tank delimited by a second wall and intended to contain a heat-transfer fluid for heating purposes, such as water.
  • the present invention also relates to a combined method of heating and producing hot water for sanitary purposes.
  • such a heating installation may comprise a boiler connected to a circuit comprising for example radiators and / or a heated floor.
  • said heaters are frequently installed away from the points of use of the hot water they produce, and moreover often in unheated rooms, such as laundries, cellars or boiler rooms, such that the production and then the transport of said hot water to its point of use are sometimes at the origin of significant heat losses.
  • unheated rooms such as laundries, cellars or boiler rooms
  • many prior art heating appliances consume fossil fuels (gas, domestic fuel) and therefore have a relatively unfavorable environmental balance.
  • the objects assigned to the present invention therefore aim at overcoming the aforementioned drawbacks and at proposing a new combined space heating and hot water production device which has a particularly high energy efficiency.
  • Another object assigned to the invention is to propose a new device that is particularly simple, compact and compact design.
  • Another object assigned to the invention is to propose a new device which requires only a minimum of maintenance and simplifies the maintenance installation operations.
  • Another object assigned to the invention is to propose a new device that is particularly respectful of the environment.
  • Another object assigned to the invention is to propose a new device that has a significant autonomy and flexibility of use.
  • Another object assigned to the invention is to propose a new device that optimizes the comfort of the user.
  • Another object assigned to the invention is to provide a new combined method of heating and hot water for sanitary use that is both simple, efficient and economical.
  • said device being characterized in that it comprises at least one heat source connected to a first heat diffusion means located in said first tank, said first heat diffusion means being adapted to communicate heat to the sanitary water to bring the latter to a first temperature Ti, and in that the first tank is disposed at least partially inside the second tank so as to transfer heat from the sanitary water to the coolant and thus heat the latter to bring it to a second temperature T 2 , substantially lower or equal to the first temperature Ti.
  • the objects assigned to the invention are also achieved by means of a combined method of heating a room with a heat transfer fluid and producing hot water for sanitary use, characterized in that it comprises a step (a) of indirect heating of the heat transfer fluid to during which heat is supplied to the water for sanitary use contained in a first tank itself disposed at least partly in a second tank containing said heat transfer fluid, so as firstly to substantially maintain the water contained in the first tank at a first temperature according to a sanitary use and secondly cause a transfer of all or part of said heat from the sanitary water to the heat transfer fluid and thus raise the temperature of the latter to a value sufficient to provide space heating.
  • FIG. 1 illustrates, in a schematic sectional view, an example of an installation implementing a variant of a combined device according to the invention
  • FIG. 2 illustrates, in a schematic diagram, an example of a temperature gradient within the combined device variant represented in FIG. 1,
  • FIG. 3A and 3B illustrate, in schematic sectional views, two alternative arrangements of the first and the second tank within devices according to the invention.
  • FIG. 4 illustrates, in a sectional view, an example of a mixing bottle that can be used as a supplementary heat source in a device according to the invention.
  • the present invention relates to a heating device 1 of at least two fluids F 1 , F 2 , such as water, for their sanitary use respectively and their use as a heating vector of a local.
  • the device 1 is therefore capable of supplying heat to fluids, gaseous and / or liquid, so as to increase the temperature of said fluids.
  • sanitary use means the use of a fluid, and particularly preferably the use of water, for personal hygiene (toilet) or even household tasks, such as dishes.
  • heating vector By “heating vector”, it is indicated that the fluid in question is used as a coolant for transporting heat, through a heating circuit, from the heating device to a dissipation member, such as a radiator or a floor heating, which is able to heat a room.
  • a dissipation member such as a radiator or a floor heating
  • the operation of heating a room consists in providing heat in a place, preferably closed, so as to maintain in this place a temperature substantially higher than that of its environment.
  • the device 1 comprises: - at least a first tank 2 delimited by a first wall 3 and intended to contain water for sanitary use (hereinafter "first fluid") Fi,
  • the device 1 constitutes a “combined" type heating apparatus for heating a room and producing domestic hot water, the first tank 2 of which substantially forms a water heater. and the second tank 6 substantially forms the balloon of a boiler.
  • said device 1 constitutes a domestic heating appliance, intended for example for collective or private dwellings, such as apartments, lodges, etc.
  • the present invention is addressed to any type of premises without restriction of destination or area, including any premises for commercial use, storage, or housing, such as an apartment, a house, an office building etc.
  • the room within the meaning of the invention can be integrated in a fixed building, or in a nomadic structure, including housing, temporary accommodation or transport.
  • the device 1 can be adapted to be installed in a nomadic structure of the motorhome, caravan, mobile home, boat, train, prefabricated module, or construction site, the invention therefore also on a such nomadic structure equipped with a combined device 1 according to the invention to jointly ensure its heating and hot water production.
  • the device 1 comprises at least one heat source 4 which is connected to a first heat diffusion means 5 located in said first tank 2, said first heat diffusion means 5 being designed to communicate from the heat to the sanitary water Fi in order to bring it to a first temperature TV
  • heat diffusion does not prejudge the heat exchange and propagation mode, for example by conduction, convection and / or radiation, and simply indicates that the heat diffusion means 5 is suitable for provide, or dispense, heat to the first fluid Fi.
  • the first tank 2 is arranged at least partly inside the second tank 6 so as to transfer heat Q from the sanitary water F 1 to the coolant F 2 and thus heat said heat transfer fluid F 2 to bring it to a second temperature T 2 , substantially less than or equal to the first temperature TV
  • the calorie intake of the sanitary water Fi to the coolant F 2 will be sufficient to meet the technical requirements of the use of said heat transfer fluid F 2 as a heating vector of a room, the amount of heat and the heat transfer power thus operated advantageously to substantially and sustainably compensate, in normal operating conditions, the heat dissipation corresponding to the consumption of the heating circuit.
  • the power of the heat source 4 transmitted to the water for sanitary use F1 by the heat diffusion means 5 will obviously be sufficient to maintain said water for sanitary use F1 at a temperature T1 respectful of both the comfort of the user only health standards, even when the heating circuit takes heat from the device 1.
  • the device 1 according to the invention is therefore advantageously arranged in such a way that its energy losses by heat loss in its environment are minimized.
  • the heat is produced (or introduced) substantially in his heart, then is, at least in part, transferred from his heart to its periphery.
  • the arrangement of the device 1 according to the invention aims to organize the different functional areas of said device by arranging them in the space between the first heat diffusion means 5 and the outside of the device by Successive "layers" ordered in descending order of normal operating temperature.
  • a “functional zone” designates a region of the space of the device 1 which contains a fluid intended for a particular use and whose temperature, preferably substantially homogeneous, is predetermined according to this use.
  • the space occupied in the first tank 2 by the first fluid F1 can constitute a first functional zone
  • the space occupied by the second fluid F 2 in the second tank 6 constitutes a second functional zone.
  • the heat from said first diffusion means 5 is passed successively through these different functional zones, according to a natural descending thermal gradient.
  • the heat Q supplied by the source 4 is firstly communicated from the first diffusion means 5 to the first "hot” fluid Fi, then from said first fluid F1 to the second fluid F 2 "lukewarm” through the first wall 3. .
  • the flow of calories is advantageously directed from the sanitary water forming a heart “emitter” of heat to the coolant forming a “receiver” of peripheral heat.
  • the second wall 7 preferably forms the interface, at least partially, between the inside of the device 1 and the external environment of the latter.
  • the second fluid F 2 is advantageously buffer between the first tank 2, and more precisely the first fluid F 1 and the outside of the device 1, such that the temperature gradient on either side of the second wall 7 is generally as small as possible, since it corresponds to the difference in temperature T 2 -T E between the second "warm” fluid F 2 and l outside, and not between the first fluid "hot” Fi and the outside.
  • the second tank 6, and more precisely the second wall 7, is furthermore covered, at least in part and preferably entirely, with a thermally insulating material 12.
  • said insulating material 12 forms a barrier, shown in dashed lines in FIG. 1, which confines the heat produced or brought into the breast of the device 1 in said device 1, that is to say limits thermal losses from the inside to the outside of said device.
  • said insulating material 12 may be single-layer or multi-layer, for example formed in a synthetic cellular polymer which encapsulates the device 1 and which may in particular be attached to and / or integrated with the outer walls of said device, and more specifically with the second wall 7.
  • the heat source 4 is placed, preferably in its entirety, inside the first tank 2, and particularly preferably substantially in the center of the latter, so as to be immersed in the first fluid F- t .
  • the production of heat that is to say the generation of calories, is carried out directly "on s / te", inside the device 1, and preferably substantially at the heart of said device, so that that there is no heat loss inherent in the transfer between the heat source 4 and the first heat diffusion means 5.
  • the heat source 4 comprises an electric heating resistor 10, optionally sheathed with a sleeve 11.
  • Said sheath 11 is preferably made of a refractory material allowing on the one hand the protection of said resistor 10 against calcareous deposits and on the other hand the distribution or accumulation of heat.
  • the sheath 11 is preferably placed directly in contact with the first fluid at its outer surface to form a first diffusion means 5 allowing at least conductive heat transfer.
  • the device 1 is preferably provided with at least one hot water outlet connector 20 designed to put the first tank 2 into communication with a sanitary plumbing installation 21 (or "hot water circuit”). , in order to feed the latter.
  • a sanitary plumbing installation 21 or "hot water circuit”
  • connection may be formed by a tubular element which passes through the first wall 3 and at the end of which is fixed an annular flange.
  • the first tank 2 may advantageously form a water heater, that is to say be designed both for the production and storage of domestic hot water.
  • the device 1 is preferably provided with one or more heating connections 30, 30 ', 31, 31' designed to put the second tank 6 in communication with a heating installation 32 (or “heating circuit”). .
  • the heat transfer fluid for heating F 2 is preferably formed by water, optionally containing an additive such as antifreeze.
  • an additive such as antifreeze.
  • the use of water simplifies the supply of the second fluid F 2 and contributes to minimizing the cost of the installation.
  • the heating installation 32 forms a closed circuit, one section of which is formed by the interior of the second tank 6. More precisely, said heating installation 32 can connect a starting heating connection 30, 30 ' whereby the second fluid exits from the second tank 6 to a return heating connection 31, 31 'through which said second fluid returns to the interior of said second tank 6.
  • the hot water outlet fitting 20 and the starting heating connection 30, 30 ' are preferably arranged in the respective upper parts of the first and second tanks, so that they respectively take the first and second fluid in the hottest layers of said fluids.
  • starting and / or return connections of the heating circuit may be provided with non-return valves to guarantee the unidirectional circulation of the coolant.
  • the heating installation 32 may comprise a circulator 33, as well as dissipation members 34, such as radiators, fan heaters, a floor heating, or any other equivalent means.
  • the device 1 may comprise several sets of heating connections, and more specifically several starting connections 30, 30 ', in particular formed by standard diameter elements 26 / 34, and a plurality of return connectors 31, 31 '.
  • first set that is to say a first pair of feed and return connections
  • second set or second pair
  • each of the two independent heating circuits will furthermore have its own circulator.
  • a temperature T 2 of the coolant F 2 in the second tank 6 between 25 0 C and 50 0 C, and preferably between 28 0 C and 40 0 C, while for a radiator circuit, a temperature T 2 of said heat transfer fluid F 2 of the order of 40 0 C to 55 0 C is satisfactory.
  • the temperature Ti of the water for sanitary use contained in the first tank 2 is preferably both to ensure user comfort and to meet sanitary standards in the fight against micro-organisms, substantially between 60 0 C and 70 0 C, and preferably is substantially equal to 65 0 C.
  • the device 1 advantageously uses domestic hot water Fi as a hot source for heating the heat transfer fluid F 2 .
  • the device 1 does not waste energy to "overheat" said heat transfer fluid F 2 , either directly for heating or indirectly to heat through the water for sanitary use Fi.
  • the inventors have found that, while it is frequently necessary, or at the very least useful for the user's comfort, to have a large supply of hot water for sanitary use Fi, it is suitable for contrary to minimize the amount of heat transfer fluid F 2 in the boiler (here, the second tank 6) so as to promote and accelerate the heating of the latter, and thus optimize the reactivity of the heating installation 32.
  • the volume of sanitary water Fi contained in the device 1, and more specifically (first tank 2) is preferably greater than or equal to the volume of heat transfer fluid F 2 contained in said device 1, and more specifically the second tank 6.
  • the ratio of the volume of water for sanitary use to the volume of heat transfer fluid within the device may be substantially greater than or equal to 1 (that is to say that the device contains at least as much water to sanitary use as heat transfer fluid), preferably substantially greater than or equal to 2 (that is to say that the device 1 contains twice as much water for sanitary use as heat transfer fluid), and particularly preferably higher or equal to 3, even greater than or equal to 5, or even greater than or equal to 10.
  • the first tank 2 will preferably contain a significant volume, for example between 100 liters and 300 liters, which gives it a certain thermal inertia.
  • the device 1 allows to have all year long a large reserve of domestic hot water without having for this need to "maintain” jointly a large volume of heat transfer fluid when it is no longer necessary to heat the room, which limits the necessary heating power and the energy consumption of said device 1, while improving the stability and responsiveness of its water heater function.
  • the device 1 is arranged in such a way that the first and second fluids F 1 , F 2 are separated without the possibility of mixing with each other and can not escape from said device 1 other than by the openings (connections) provided for this purpose.
  • the first and second walls 3, 7 are preferably perfectly sealed, especially under the expected conditions of temperature and normal operating pressure of the device 1.
  • the first tank 2 is arranged with respect to the second tank 6 so that the first wall 3 is in contact with the heat transfer fluid F 2 over at least 50%, preferably at least 75% , and particularly preferably on at least 90% of its outer surface.
  • the first tank 2 is then mostly covered by the second fluid F 2 in which it is immersed and is preferably completely immersed (with the possible exception of the surfaces necessary for the mechanical fixing of the first and second tanks, of course).
  • the first tank 2 is completely contained in the second tank 6, that is to say that the volume occupied by the first tank 2 is included in the volume occupied by the second tank 6.
  • the volume occupied by the second tank 6 and marked by the second wall 7 may substantially define the overall size of the device 1.
  • the device 1 therefore preferably comprises a first tank 2 substantially “internal” or “central” associated with a second tank 6 substantially “external” or “peripheral”.
  • first and second tanks can adopt various shapes and volumes, without departing from the scope of the invention.
  • the first and / or second vessel 2, 6, and more precisely the first and / or the second wall 3, 7, will have a substantially cylindrical shape of extension axis (XX '), of circular section, and closed at each of its ends by a straight or curved base surface (for example spherical cap type).
  • the first and the second vats may be arranged substantially vertically, and nested one inside the other, in a substantially coaxial manner.
  • first and second tanks are preferably fixed in connection with each other, for example by a weld bead, so as to eliminate any mobility relative to each other.
  • the present invention is not limited to a particular arrangement of the first and the second tank 2, 6, said arrangement being able to constitute an invention in its own right, regardless of the destination (sanitary use or heating) respectively first and second fluid.
  • the first wall 3 may have a lower portion 31 and an upper portion 3S connected by a lateral portion 3L, whereas, as this is diagrammatically shown in FIG. 3A, the second tank 6 can form a cap which substantially covers said upper portion 3S and at least a part of said lateral portion 3L.
  • the first tank 2 can be immersed almost completely in the heat transfer fluid F 2 , with the exception, however, of the areas covered by a support 47, of relatively small dimensions, which is connected stably to the second wall 7.
  • Said support 47 may in particular be formed by a collar or a boss embossed in the interior of the second vessel 6 from its lower portion.
  • the first wall 3 and the second wall 7 are mostly disjoint and define an interstitial space 40 containing the heat transfer fluid F 2 .
  • this wall community would be only partial and limited. More specifically, the proportion of the first wall 3 contiguous directly in contact with the second wall 7, or a fortiori merged with the latter, does not exceed 50%, preferably 30%, and particularly preferably 10% in area.
  • first and second tanks are advantageously substantially separated from each other so as to maximize the exchange surface between the first and the second fluid through the first wall.
  • Direct exposure zones means the zones of the device in which a "short circuit" thermal bridge is formed by which heat can flow directly from the sanitary water Fi to the outside of the device, through the first wall 3 and if necessary through the layer of insulating material 12, without intermediate passage by the heat transfer fluid F 2 .
  • the first tank 2 may have a base diameter that is substantially smaller than that of the second tank 6 and said first and second tanks can be attached to each other - only - by their lower base so that the second fluid F 2 bathes the lateral and upper portions of the first wall 3.
  • the second tank 6 caps the first tank 2 forming a kind of bell in which the second fluid F 2 envelopes the first wall 3.
  • the interstitial space 40 here corresponding to the region of the space between the outside of the first wall 3 and the inside of the second wall 7, will naturally be dimensioned so as to allow the circulation of the second fluid F 2 around of the first tank 2, and more particularly between the return heating connection 31, 31 'and the starting heating connection 30, 30', while ensuring a sufficiently efficient heat transfer from the first tank 2 to the second fluid F 2 .
  • interstitial space 40 and more particularly on the inner surface of the wall 7, means for counteracting the flow of said second fluid F 2 within said interstitial space 40, such as asperities or baffles, or even to make said flow turbulent to improve the heat transfer between the first and the second fluid.
  • means for counteracting the flow of said second fluid F 2 within said interstitial space 40 such as asperities or baffles, or even to make said flow turbulent to improve the heat transfer between the first and the second fluid.
  • the skilled person will be able to appreciate case by case the dimensions of the first and second tanks, as well as the power of the heat source 4, and the number and size of dissipators 34 or the flow rate of the second fluid F 2 in the heating system 32.
  • peripheral arrangement of the heat transfer fluid F 2 , and more particularly of the interstitial space 40 advantageously makes it possible, while maintaining a relatively small volume of second fluid F 2 inside the device 1, to maximize the diameter the first tank 2 relative to the overall size of said device 1, and more particularly with respect to the diameter of the second tank 6, and therefore the exchange surface formed by the first wall 3, which optimizes the efficiency of the whole.
  • the device 1 is preferably provided with an inlet orifice 41 which communicates with the outside of said device 1 and allows the connection thereof to a cold water supply network (not shown).
  • the device 1 further comprises a preheating circuit 42 of the sanitary water, said preheating circuit 42 joining the inlet port 41 to the first tank 2 by means of a pipe 43 immersed in the heat transfer fluid F 2 .
  • said tubing 43 advantageously serves as a heat exchanger between the second fluid F 2 , or directly the first wall 3, and the cold water admitted into the tank 1, so that the cold water from the network is lukewarm before entering the heart of the first tank 2.
  • the point of entry of the water of the network into the first tank 2 is preferably located in the lower part of said first tank, and in the immediate vicinity of the first heat diffusion means 5.
  • the admission of cold water does not lead to a significant variation, and in any case not a sudden variation, in the average temperature of the water for sanitary use Fi contained in the first tank 2 and drawn by the user, so that the comfort and safety of the latter are assured.
  • the tubing 43 may have any shape, including a substantially flattened section and / or parallelepiped. However, it will preferably be formed by a tube of circular section and particularly preferably wound in a serpentine around the first tank 2, in contact with or at a distance from the latter, in the interstitial space 40.
  • the materials constituting the first tank 2 and the second tank 6, as well as the preheating tubing 43 will be selected so as to be physically and chemically compatible with the first and second fluids Fi, F 2 with which they are brought into contact, as well as with the temperature and pressure ranges corresponding to the operation of the device 1.
  • the elements involved in heat transfer such as preheating tubing 43 or first wall 3, in areas where said first wall is interposed between the first and the second fluid Fi, F 2 , will naturally be made of materials having a high thermal conductivity.
  • the first wall 3 may in particular be made of metal, and more particularly of stainless steel, aluminum, copper or a copper-based alloy.
  • the second wall 7 may be formed for example based on stainless steel or enamelled steel.
  • the device 1 may be provided with an access orifice 45 provided with fixing means, such as a circular screw flange, designed so that one can sealingly providing said access port 45 with a removable closure panel 46.
  • fixing means such as a circular screw flange
  • Such a removable panel 46 may furthermore form a base serving as a support for the first heat diffusion means 5, and, more specifically, for the electrical resistance 10.
  • such an arrangement simplifies the maintenance of the device 1 since it makes it possible, on the one hand, to replace, if necessary, the heat source 4 or the diffusion means 5 in the event of failure or degradation of these, and of secondly to access the interior of the first tank 2 or even the second tank 6, for example to carry out a descaling.
  • the device may be provided with filling means connected to the water supply network, as well as purge means connected to the wastewater drainage network, such as ball valves (not shown) placed at low points of the first and second tanks, so as to allow additional filling, or conversely the emptying, of one or the other of said tanks.
  • filling means connected to the water supply network
  • purge means connected to the wastewater drainage network, such as ball valves (not shown) placed at low points of the first and second tanks, so as to allow additional filling, or conversely the emptying, of one or the other of said tanks.
  • the device 1 may be provided with one or more air purge means, preferably located at the high points of said tanks.
  • said device will preferably be associated with one or more pressure-limiting means capable of evacuating fluid from the first and / or the second tank in the event of abnormal rise of the pressure within them. .
  • the device 1 according to the invention will preferably be provided with a first and a second temperature probe 50, 51 respectively immersed in the first fluid Fi and the second fluid F 2 .
  • Said probes can naturally be coupled to a regulating member, for example electronic or electromechanical, which triggers the activation of the heat source 4 when the temperature of one and / or the other fluid Fi, F 2 goes down in a direction. predetermined threshold, and, conversely, which cuts the heat source 4 when one and / or the other temperature exceeds a predetermined upper threshold.
  • a regulating member for example electronic or electromechanical
  • Such a control system allows in particular to maintain a sufficiently high temperature of the domestic hot water to eliminate certain pathogens, while avoiding bringing said water to a boil.
  • the dimensioning of the device 1 and in particular the respective capacities and dimensions of the first and second tanks, the nominal operating temperatures Ti and T 2 , the power of the heat source 4 and the flow rate of the circulator 33, depending on the forecast consumption of domestic hot water, the climate under which the device is installed, the surface area and the quality of the insulation of the room to be heated.
  • the first heat diffusion means 5, and even more so the heat source 4 is preferably the sole means of transmitting heat to the device 1, it is nevertheless conceivable that the device 1 comprises in addition to a booster heat source 60, such as a solar panel 61 or an additional heating resistor, said booster heat source 60 being connected to second heat diffusion means 62 located outside the first heat source 62 tank 2 and arranged to communicate heat to the heat transfer fluid F 2 .
  • a booster heat source 60 such as a solar panel 61 or an additional heating resistor
  • this auxiliary heat source 60 makes it possible, on the one hand, to temporarily increase the overall heating power of the device 1, particularly in the event of extreme cold, and on the other hand to regulate more precisely the temperature T 2 , of relatively independent of the gradient between the first temperature Ti and the temperature of the environment TE.
  • the auxiliary heat source 60 can advantageously be implemented in order to limit the volume of the sanitary water reserve Fi while preserving the regulating effect of said reserve. Indeed, said volume would otherwise tend to increase when it is desired to have a large heating power while ensuring relative stability of the temperature of water for sanitary use.
  • the auxiliary source 60 allows the user to have a water heater whose volume is not excessive while maintaining a useful power of boiler important, able to cover a wide range of climatic situations to which is exposed the room to be heated.
  • the power of the additional heat source remains substantially less than that of the heat source 4 and / or the first heat diffusion means 5, which form the main heat supply members of the device 1 .
  • the second heat diffusion means 62 may for example be formed by a coil or an equivalent exchanger disposed inside the second tank 6 and immersed in the second fluid F 2 , so that the heat transfer fluid contained in the circuit auxiliary 64 which connects said coil to the auxiliary source 60 does not mix with the second fluid F 2 .
  • the booster circuit 64 may communicate heat to the heating circuit 32 in an area outside the tank 2, and more specifically substantially to the heating return connection 31.
  • the booster circuit 64 may connect the solar panel 61 to an exchanger 65 connected to the heating pipe upstream of the heating return connection 31.
  • the auxiliary source 60 may comprise a mixing bottle 80 such as that represented in FIG. 4.
  • Said mixing bottle 80 comprises an inlet orifice 81 for connection to the heating circuit 32, preferably provided with a check valve, and an outlet orifice 82, preferably connected to the return connection 30.
  • Said bottle 80 also preferably comprises a heat source 83, of the electrical resistance type, and / or connection means 84 to an exchanger, as well as a heat sensor 85 designed to thermally regulate the calorie intake of the source 83 and / or from the exchanger to the coolant 2 within the bottle 80.
  • the volume of the mixing bottle 80 is advantageously restricted in order to allow a rapid rise in the temperature of the heat transfer fluid F 2 , in particular at the start of the device 1, without it being otherwise necessary to overcome beforehand the thermal inertia of the volume of water for sanitary use Fi.
  • the device 1 may comprise a power generation unit 70, offset relative to the tanks, as well as electrical connection means 71 connecting said power generation unit to the heating resistor 10.
  • the electricity generating unit 70 produce electrical energy from any source of energy, including fossil.
  • said unit 70 may for example consist of a generator, the drive may possibly be provided by the same combustion engine as that for the propulsion of the nomadic structure, of the boat or camper type, in which the device 1 is installed.
  • the electricity generating unit 70 is designed to produce electricity from a renewable energy source and may include a photovoltaic solar panel or a wind turbine.
  • such an embodiment allows the device 1 to operate, at least partially, independently and in a particularly environmentally friendly manner.
  • the device 1 may comprise an electrical energy storage unit 72, battery type, which is connected to the heating resistor 10 so as to power the latter electrically.
  • a power supply system is created capable of accumulating electrical energy, for example during a sunny day, and then restoring it when it is necessary to provide heating power to the device 1, for example at night.
  • the device 1 forms a water heater / boiler combination whose heat source 4 is formed by an electrical resistance 10, whose second tank is connected to a heating circuit 32 and the first tank to a domestic hot water distribution circuit 21.
  • a first step it is considered that the circulator 33 of the heating circuit is cut off and that the first and second tanks 2 and 6 are both filled with cold equilibrium water whose temperature is substantially equal to the temperature of the environment. of the TE device.
  • the minimum setpoint temperature for the first temperature Ti is set to T-IMIN, for example equal to 65 ° C., and as the maximum setpoint the value Ti ma ⁇ , preferably substantially equal to 70 ° C.
  • the first temperature sensor 50 then measures Ti equal to TE (for example 20 ° C.), which triggers, via the regulator, the production of heat by the resistor 10.
  • TE for example 20 ° C.
  • Said heat is first transmitted to the first fluid F 1, in particular by conduction, from the sleeve 11 to the proximal water layers of the first fluid F 1 placed in contact with it, and then from said proximal water layers to the distal water layers. of the first fluid Fi, located at a distance from said sheath and near the inner face of the first wall 3.
  • the heat then diffuses through the first wall 3 to be transmitted from the first fluid Fi to the second fluid F 2 located in the interstitial space 40. More specifically, the heat Q propagates through the second fluid F 2 , from the layers located near the first wall 3 ("hot") to the layers located on the periphery of the device, against the inner face of the second wall 7 ("cold").
  • the first temperature of the first fluid rises substantially as long as the power supply of the resistor 10 is maintained (and the losses do not balance the production of heat by said resistor, of course).
  • the supply of the resistor 10 is interrupted and the acquired heat substantially retained within the device 1 .
  • the user draws hot water using the domestic hot water circuit 21, it creates a call for cold water that enters the device through the inlet 41 and travels through the tubing 43 until The cold water receives, through the wall of the coil 43, heat from the second fluid F 2 , which has the effect of warming it. If the water supply is large enough, it causes a significant drop in the temperature of the first fluid Fi contained in the first tank 2, which falls below the set value TIMIN, which has the effect of triggering again heating the resistance 10.
  • the sleeve 11 may comprise a large mass of refractory material, capable of accumulating thermal energy and then to restore it and having sufficient inertia to maintain the temperature of the first fluid to an acceptable level without the need to reactivate the resistor for several hours.
  • the circulator 33 is then started, which draws the second fluid F 2 from the second tank 6, which until now has been stored at a second equilibrium temperature T 2 substantially close to the temperature Ti of the domestic hot water. .
  • the second fluid then travels the dissipator circuit 34 through which it communicates heat to the room before returning, substantially cooled, to the second tank 2.
  • said second fluid F 2 flows in contact with the first wall 3 which is substantially at the first temperature T 1 .
  • the second fluid takes heat from the first wall 3, which in return takes heat from the first fluid F 1 which therefore sees its temperature drop.
  • the resistor 10 is energized so as to compensate for the heat loss corresponding to the consumption of the heating circuit 32.
  • a spatial temperature gradient such as that diagrammatically represented by the diagram of FIG. 2, which represents the temperature (ordinate axis) as a function of the distance to the axis d extension (XX ') in the transverse direction (YY') shown in FIG.
  • first and second temperatures Ti and T 2 reflect average values in the fluids concerned, said temperatures being able in particular to depend on the flow conditions of the coolant 2 and the altitude of the measurement point considered.
  • the heating resistor 10 is carried and substantially maintained at a temperature TR which enables it to transfer calories to the first fluid F1 and thus to maintain the temperature Ti thereof substantially between the set values. lower and upper, despite the extraction of calories operated by the second fluid F 2 through the first wall 3 to the heated premises.
  • the invention also relates as such to a combined method of heating a room by means of a heat transfer fluid F 2 and hot water for sanitary use Fi, said method.
  • the device 1 according to the invention advantageously makes it possible to centralize the production of heat, and more particularly of hot water, within a single device which is furthermore arranged so as to minimize thermal losses, by ordering the production and distribution of heat according to operating temperature levels which gradually decrease with the removal of the heat source.
  • the device 1 according to the invention on the one hand optimizes heat transfer between the hot source (domestic water) and the cold source (heat transfer fluid) by maximizing the exchange surface between these sources, and other On the other hand, the efficiency of the heat extraction performed on the hot source increases and reduces its influence on the said hot source by minimizing the volume of heat transfer fluid relative to the volume of sanitary water.
  • the device 1 according to the invention is, in its electric version, particularly safe, low dirt, low pollutant and requires minimal maintenance.
  • such a device is particularly suitable for renovation projects to the extent that it can easily replace a previously installed boiler, and in particular without requiring fuel or fuel storage fuel or gas type.
  • the device 1 according to the invention comprises a small number of parts, which are moreover likely to be manufactured in large series by the implementation of perfectly controlled technologies, so that the cost of manufacturing said device is particularly low.
  • the invention finds its industrial application in the design and manufacture of combined heating and hot water production devices for sanitary purposes.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif combiné de chauffage d'un local et de production d'eau chaude à usage sanitaire, ledit dispositif comportant : au moins une première cuve (2) destinée à contenir de l'eau à usage sanitaire (F1), au moins une seconde cuve (6) destinée à contenir un fluide caloporteur à usage de chauffage (F2), ledit dispositif (1) étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins une source de chaleur (4) reliée à un premier moyen de diffusion de chaleur (5) situé dans ladite première cuve (2) et conçu pour communiquer de la chaleur à l'eau à usage sanitaire (F1) et en ce que la première cuve (2) est disposée au moins en partie à l'intérieur de la seconde cuve (6) de manière à transférer de la chaleur (Q) depuis l'eau à usage sanitaire (F1) vers le fluide caloporteur (F2). Dispositifs combiné de chauffage d'un local et de production d'eau chaude à usage sanitaire.

Description

COMBINE CHAUDIERE / CHAUFFE-EAU SANITAIRE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine général des dispositifs de chauffe destinés à augmenter la température d'un ou plusieurs fluides, tels que de l'eau, en vue de leur usage sanitaire et/ou de leur utilisation en tant que vecteur de chauffage d'un local.
La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif combiné de chauffage d'un local et de production d'eau chaude à usage sanitaire, ledit dispositif comportant : - au moins une première cuve délimitée par une première paroi et destinée à contenir de l'eau à usage sanitaire,
- au moins une seconde cuve délimitée par une seconde paroi et destinée à contenir un fluide caloporteur à usage de chauffage, tel que de l'eau.
La présente invention concerne également un procédé combiné de chauffage et de production d'eau chaude à usage sanitaire.
TECHNIQUE ANTERIEURE
Afin d'assurer le confort domestique, il est connu de produire de l'eau chaude pour différents usages.
D'une part, il est connu de produire de l'eau chaude à usage sanitaire, destinée à l'hygiène corporelle (toilette) ou aux tâches ménagères quotidiennes (vaisselle). A cet effet, on emploie fréquemment des appareils de type chauffe-eau comportant une cuve associée à un élément chauffant, tel qu'une résistance électrique, lesdits chauffe-eau étant destinés à produire et à stocker temporairement ladite eau chaude sanitaire.
D'autre part, il est connu d'utiliser l'eau chaude comme fluide caloporteur_ destiné à circuler dans un circuit de chauffage fermé afin de tempérer les locaux d'habitation lors des périodes de froid.
De façon classique, une telle installation de chauffage peut comprendre une chaudière reliée à un circuit comprenant par exemple des radiateurs et/ou un plancher chauffant.
Bien que les appareils de production d'eau chaude de l'art antérieur donnent généralement satisfaction, ils présentent cependant certains inconvénients non négligeables.
En premier lieu, la production d'eau chaude à usage sanitaire est souvent séparée de la production d'eau de chauffage. Il en résulte une multiplication des appareils de chauffe et, par conséquent, une augmentation significative des coûts d'installation et d'entretien correspondants.
En outre, lesdits appareils de chauffe sont fréquemment installés à l'écart des points d'utilisation de l'eau chaude qu'ils produisent, et de surcroît souvent dans des pièces non chauffées, tel que des buanderies, des caves ou des chaufferies, de telle sorte que la production puis le transport de ladite eau chaude jusqu'à son point d'utilisation sont parfois à l'origine de déperditions thermiques non négligeables. Enfin, de nombreux appareils de chauffe de l'art antérieur consomment des énergies fossiles (gaz, fuel domestique) et présentent par conséquent un bilan environnemental relativement défavorable.
EXPOSE DE L'INVENTION
Les objets assignés à la présente invention visent par conséquent à remédier aux inconvénients susmentionnés et à proposer un nouveau dispositif combiné de chauffage d'un local et de production d'eau chaude sanitaire qui présente un rendement énergétique particulièrement élevé.
Un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau dispositif qui soit de conception particulièrement simple, compact et peu encombrant.
Un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau dispositif qui ne nécessite qu'un minimum d'entretien et simplifie les opérations d'installation de maintenance.
Un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau dispositif qui soit particulièrement respectueux de l'environnement.
Un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau dispositif qui possède une importante autonomie et une grande souplesse d'utilisation.
Un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau dispositif qui optimise le confort de l'utilisateur.
Un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau dispositif qui présente une bonne réactivité et une importante capacité d'adaptation vis-à- vis des besoins de l'utilisateur. Un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau dispositif dont la fabrication soit particulièrement simple et peu onéreuse.
Enfin, un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau procédé combiné de chauffage et de production d'eau chaude à usage sanitaire qui soit à la fois simple, efficace et économe.
Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'un dispositif combiné de chauffage d'un local et de production d'eau chaude à usage sanitaire, ledit dispositif comportant :
- au moins une première cuve délimitée par une première paroi et destinée à contenir de l'eau à usage sanitaire,
- au moins une seconde cuve délimitée par une seconde paroi et destinée à contenir un fluide caloporteur à usage de chauffage, tel que de l'eau, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins une source de chaleur reliée à un premier moyen de diffusion de chaleur situé dans ladite première cuve, ledit premier moyen de diffusion de chaleur étant conçu pour communiquer de la chaleur à l'eau à usage sanitaire afin de porter cette dernière à une première température T-i, et en ce que la première cuve est disposée au moins en partie à l'intérieur de la seconde cuve de manière à transférer de la chaleur depuis l'eau à usage sanitaire vers le fluide caloporteur et ainsi réchauffer ce dernier pour le porter à une seconde température T2, sensiblement inférieure ou égale à la première température T-i.
Les objets assignés à l'invention sont également atteints à l'aide d'un procédé combiné de chauffage d'un local au moyen d'un fluide caloporteur et de production d'eau chaude à usage sanitaire caractérisé en ce qu'il comporte une étape (a) de réchauffement indirect du fluide caloporteur au cours de laquelle on apporte de la chaleur à l'eau à usage sanitaire contenue dans une première cuve elle-même disposée au moins en partie dans une seconde cuve contenant ledit fluide caloporteur, de manière à d'une part maintenir sensiblement l'eau contenue dans la première cuve à une première température conforme à un usage sanitaire et d'autre part provoquer un transfert de tout ou partie de ladite chaleur depuis l'eau à usage sanitaire vers le fluide caloporteur et ainsi élever la température de ce dernier à une valeur suffisante pour assurer le chauffage du local.
DESCRIPTIF SOMMAIRE DES DESSINS
D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus en détails à la lecture de la description qui suit, ainsi qu'à l'aide des dessins annexés, fournis à titre purement illustratif et non limitatif, parmi lesquels :
- La figure 1 illustre, selon une vue schématique en coupe, un exemple d'installation mettant en œuvre une variante de dispositif combiné conforme à l'invention,
- La figure 2 illustre, selon un diagramme schématique, un exemple de gradient de température au sein de la variante de dispositif combiné représentée sur la figure 1 ,
- Les figures 3A et 3B illustrent, selon des vues schématiques en coupe, deux variantes d'agencement de la première et de la seconde cuve au sein de dispositifs conformes à l'invention.
- La figure 4 illustre, selon une vue en coupe, un exemple de bouteille de mélange pouvant être utilisée en tant que source de chaleur d'appoint au sein d'un dispositif conforme à l'invention. MEILLEURE MANIERE DE REALISER L'INVENTION
La présente invention se rapporte à un dispositif de chauffe 1 d'au moins deux fluides F1, F2, tels que de l'eau, en vue respectivement de leur usage sanitaire et de leur utilisation en tant que vecteur de chauffage d'un local.
Au sens de l'invention, le dispositif 1 est donc apte à fournir de la chaleur à des fluides, gazeux et/ou liquides, de manière à augmenter la température desdits fluides.
Par « usage sanitaire », on désigne l'utilisation d'un fluide, et de façon particulièrement préférentielle l'utilisation d'eau, pour des besoins d'hygiène corporelle (toilette) ou encore des tâches ménagères, telles que la vaisselle.
Par « vecteur de chauffage », on indique que le fluide concerné est utilisé comme fluide caloporteur destiné à transporter de la chaleur, à travers un circuit de chauffage, depuis le dispositif de chauffe jusqu'à un organe de dissipation, tel qu'un radiateur ou un plancher chauffant, lequel est apte à chauffer un local. Au sens de l'invention, l'opération de chauffage d'un local consiste à apporter de la chaleur dans un lieu, de préférence fermé, de manière à maintenir dans ce lieu une température sensiblement supérieure à celle de son environnement.
Plus précisément, le dispositif 1 conforme à l'invention comporte : - au moins une première cuve 2 délimitée par une première paroi 3 et destinée à contenir de l'eau à usage sanitaire (ci-après « premier fluide ») Fi ,
- au moins une seconde cuve 6 délimitée par une seconde paroi 7 et destinée à contenir un fluide caloporteur (ci-après « second fluide ») F2. En d'autres termes, le dispositif 1 conforme à l'invention constitue un appareil de chauffe de type « combiné » de chauffage d'un local et de production d'eau chaude sanitaire, dont la première cuve 2 forme sensiblement un chauffe-eau et la seconde cuve 6 forme sensiblement le ballon d'une chaudière.
De façon particulièrement préférentielle, ledit dispositif 1 constitue un appareil de chauffe domestique, destiné par exemple aux habitations collectives ou particulières, tel que appartements, pavillons, etc.
Bien entendu, la présente invention s'adresse à tout type de local sans restriction de destination ni de superficie, et notamment à tout local à usage commercial, d'entreposage, ou encore d'habitation, tel qu'un appartement, un pavillon, un immeuble de bureaux etc.
Par ailleurs, il est remarquable que le local au sens de l'invention peut être intégré dans un bâtiment fixe, ou encore dans une structure nomade, notamment d'habitation, d'hébergement provisoire ou de transport.
En particulier, le dispositif 1 peut être adapté pour être installé dans une structure nomade du genre camping-car, caravane, mobil-home, bateau, train, module préfabriqué, ou encore cabane de chantier, l'invention portant par conséquent également sur une telle structure nomade équipée d'un dispositif combiné 1 conforme à l'invention pour assurer conjointement son chauffage et sa production d'eau chaude sanitaire.
Selon une caractéristique importante de l'invention, le dispositif 1 comporte au moins une source de chaleur 4 qui est reliée à un premier moyen de diffusion de chaleur 5 situé dans ladite première cuve 2, ledit premier moyen de diffusion de chaleur 5 étant conçu pour communiquer de la chaleur à l'eau à usage sanitaire Fi afin de porter cette dernière à une première température TV
Bien entendu, l'expression « diffusion de chaleur» ne préjuge nullement du mode d'échange et de propagation de chaleur, par exemple par conduction, convection et/ou rayonnement, et indique simplement que le moyen de diffusion de chaleur 5 est apte à fournir, ou dispenser, de la chaleur au premier fluide Fi.
Selon une autre caractéristique importante de l'invention, la première cuve 2 est disposée au moins en partie à l'intérieur de la seconde cuve 6 de manière à transférer de la chaleur Q depuis l'eau à usage sanitaire F1 vers le fluide caloporteur F2 et ainsi réchauffer ledit fluide caloporteur F2 pour le porter à une seconde température T2, sensiblement inférieure ou égale à la première température TV
Bien entendu, l'apport calorique de l'eau à usage sanitaire Fi au fluide caloporteur F2 sera suffisant pour satisfaire aux exigences techniques de l'emploi dudit fluide caloporteur F2 en tant que vecteur de chauffage d'un local, la quantité de chaleur et la puissance du transfert thermique ainsi opéré permettant avantageusement de compenser sensiblement et durablement, en conditions normales de fonctionnement, la dissipation de chaleur correspondant à la consommation du circuit de chauffage. En outre, la puissance de la source de chaleur 4 transmise à l'eau à usage sanitaire F1 par le moyen de diffusion de chaleur 5 sera évidemment suffisante pour maintenir ladite eau à usage sanitaire F1 à une température T1 respectueuse tant du confort de l'utilisateur que des normes sanitaires, et ce même lorsque le circuit de chauffage prélève de la chaleur au sein du dispositif 1. Le dispositif 1 conforme à l'invention est donc avantageusement agencé de telle sorte que ses pertes énergétiques par déperdition thermique dans son environnement sont minimisées.
En effet, la chaleur y est produite (ou introduite) sensiblement dans son cœur, puis est, au moins en partie, transférée de son cœur vers sa périphérie.
En d'autres termes, l'agencement du dispositif 1 conforme à l'invention vise à organiser les différentes zones fonctionnelles dudit dispositif en les disposant dans l'espace compris entre le premier moyen de diffusion de chaleur 5 et l'extérieur du dispositif par « couches » successives ordonnées selon leur ordre décroissant de température normale de fonctionnement.
Au sens de l'invention, une « zone fonctionnelle » désigne une région de l'espace du dispositif 1 qui contient un fluide destiné à un usage particulier et dont la température, de préférence sensiblement homogène, est prédéterminée en fonction de cet usage. Ainsi, l'espace occupé dans la première cuve 2 par le premier fluide Fi peut constituer une première zone fonctionnelle, tandis que l'espace occupé par le second fluide F2 dans la seconde cuve 6 constitue une seconde zone fonctionnelle.
Ainsi, la chaleur issue dudit premier moyen de diffusion 5 est amenée à traverser successivement ces différentes zones fonctionnelles, selon un gradient thermique décroissant naturel.
Plus précisément, la chaleur Q fournie par la source 4 est tout d'abord communiquée du premier moyen de diffusion 5 au premier fluide « chaud » Fi, puis dudit premier fluide Fi au second fluide F2 « tiède » à travers la première paroi 3. Ainsi, le flux de calories est avantageusement dirigé depuis l'eau à usage sanitaire formant un cœur « émetteur » de chaleur vers le fluide caloporteur formant un « récepteur» de chaleur périphérique.
La seconde paroi 7 forme de préférence quant à elle l'interface, au moins partielle, entre l'intérieur du dispositif 1 et l'environnement extérieur de ce dernier.
Ainsi, lorsque ledit environnement extérieur se trouve à une température TE inférieure à la seconde température T2, le second fluide F2 fait avantageusement tampon entre la première cuve 2, et plus précisément le premier fluide Fi et l'extérieur du dispositif 1 , de telle sorte que le gradient de température de part et d'autre de la seconde paroi 7 est globalement le plus faible possible, puisqu'il correspond à la différence de température T2-TE entre le second fluide « tiède » F2 et l'extérieur, et non entre le premier fluide « chaud » Fi et l'extérieur.
Plus généralement, il est bien entendu envisageable de chauffer plus de deux fluides et d'ordonner les zones fonctionnelles correspondantes de sorte que les zones fonctionnelles « chaudes » soient préservées des fortes déperditions thermiques par les zones « tièdes » qui les séparent au moins en partie de l'extérieur du dispositif, la différence de température entre la zone fonctionnelle périphérique, la plus exposée aux déperditions, et l'extérieur du dispositif 1 étant par conséquent minimisée.
De préférence, la seconde cuve 6, et plus précisément la seconde paroi 7, est en outre recouverte, au moins en partie et de préférence en totalité, d'un matériau thermiquement isolant 12.
Avantageusement, ledit matériau isolant 12 forme une barrière, illustrée en pointillés sur la figure 1, qui confine la chaleur produite ou apportée au sein du dispositif 1 dans ledit dispositif 1 , c'est-à-dire limite les déperditions thermiques de l'intérieur vers l'extérieur dudit dispositif.
Plus précisément, ledit matériau isolant 12 peut être mono-couche ou multicouches, par exemple formé dans un polymère synthétique alvéolé qui enrobe le dispositif 1 et qui peut notamment être accolé et/ou intégré aux parois extérieures dudit dispositif, et plus précisément à la seconde paroi 7.
Selon une variante de réalisation, la source de chaleur 4 est placée, de préférence dans son intégralité, à l'intérieur de la première cuve 2, et de façon particulièrement préférentielle sensiblement au centre de celle-ci, de sorte à être immergée dans le premier fluide F-t.
Ainsi, la production de chaleur, c'est-à-dire la génération de calories, s'effectue directement « sur s/te », à l'intérieur du dispositif 1, et de préférence sensiblement au cœur dudit dispositif, de telle sorte qu'il n'y a pas de déperdition thermique inhérente au transfert entre la source de chaleur 4 et le premier moyen de diffusion de chaleur 5.
Ceci optimise naturellement le rendement énergétique du dispositif 1 puisque la majeure partie, sinon sensiblement la totalité, de la chaleur produite au sein dudit dispositif 1 contribue effectivement à réchauffer le premier et le second fluide, et ce, même si une partie minime de ladite chaleur est susceptible d'être finalement dissipée vers l'extérieur du dispositif, après avoir « traversé » les différentes zones fonctionnelles successives.
De préférence, tel que cela est illustré sur la figure 1 , la source de chaleur 4 comprend une résistance électrique chauffante 10, éventuellement gainée d'un fourreau 11. Ledit fourreau 11 est de préférence réalisé dans un matériau réfractaire permettant d'une part la protection de ladite résistance 10 contre les dépôts calcaires et d'autre part la répartition, voire l'accumulation, de chaleur.
En outre, le fourreau 11 est de préférence placé directement au contact du premier fluide au niveau de sa surface externe pour former un premier moyen de diffusion 5 autorisant au moins un transfert de chaleur par conduction.
Par ailleurs, le dispositif 1 est de préférence pourvu d'au moins un raccord de sortie d'eau chaude 20 conçu pour mettre en communication la première cuve 2 avec une installation de plomberie sanitaire 21 (ou « circuit d'eau chaude sanitaire »), afin d'alimenter cette dernière.
De façon classique, un tel raccord peut être formé par un élément tubulaire qui traverse la première paroi 3 et à l'extrémité duquel est fixée une bride annulaire.
Selon l'invention, la première cuve 2 peut avantageusement former un chauffe-eau, c'est-à-dire être conçue à la fois pour la production et le stockage de l'eau chaude sanitaire.
En outre, le dispositif 1 est de préférence pourvu d'un ou plusieurs raccords de chauffage 30, 30', 31, 31' conçus pour mettre en communication la seconde cuve 6 avec une installation de chauffage 32 (ou « circuit de chauffage »).
De plus, le fluide caloporteur à usage de chauffage F2 est de préférence formé par de l'eau, contenant éventuellement un additif tel qu'un antigel. Avantageusement, l'utilisation d'eau simplifie l'approvisionnement du second fluide F2 et contribue à minimiser le coût de l'installation.
De façon particulièrement préférentielle, l'installation de chauffage 32 forme un circuit fermé dont un tronçon est formé par l'intérieur de la seconde cuve 6. Plus précisément, ladite installation de chauffage 32 peut relier un raccord de chauffage de départ 30, 30' par lequel le second fluide sort de la seconde cuve 6 à un raccord de chauffage de retour 31, 31' par lequel ledit second fluide revient à l'intérieur de ladite seconde cuve 6.
De préférence, le raccord de sortie d'eau chaude 20 et le raccord de chauffage de départ 30, 30' sont de préférence disposés dans les parties supérieures respectives de la première et de la seconde cuve, de telle sorte qu'ils prélèvent respectivement le premier et le second fluide dans les couches les plus chaudes desdits fluides.
En outre, les raccords de départ et/ou de retour du circuit de chauffage pourront être pourvus de vannes anti-retour afin de garantir la circulation unidirectionnelle du fluide caloporteur.
De façon classique, l'installation de chauffage 32 pourra comprendre un circuiateur 33, ainsi que des organes de dissipation 34, tel que des radiateurs, des aérothermes, un plancher chauffant, ou tout autre moyen équivalent.
Selon une variante de réalisation, tel que cela est représenté en pointillés sur la figure 1, le dispositif 1 pourra comporter plusieurs ensembles de raccords de chauffage, et plus précisément plusieurs raccords de départ 30, 30', notamment formé par éléments de diamètre standard 26/34, et plusieurs raccords de retour 31 , 31'. Ainsi, on pourra par exemple affecter au moins un premier ensemble, c'est- à-dire une première paire de raccords de départ et de retour, à l'alimentation d'un plancher chauffant et un second ensemble (ou seconde paire), distinct du premier, à l'alimentation d'un circuit de radiateurs séparé. De préférence, chacun des deux circuits de chauffage indépendants possédera en outre son propre circulateur.
Par ailleurs, il est remarquable que les inventeurs ont constaté qu'il était généralement inutile, sous des latitudes tempérées, de porter le fluide caloporteur F2 à une température très élevée pour obtenir une température ambiante, dans une habitation convenablement isolée, de l'ordre de 2O0C.
Plus précisément, pour une utilisation en plancher chauffant, il suffit de disposer d'une température T2 du fluide caloporteur F2 dans la seconde cuve 6 comprise entre 250C et 5O0C, et de façon préférentielle entre 280C et 4O0C, tandis que pour un circuit de radiateurs, une température T2 dudit fluide caloporteur F2 de l'ordre de 400C à 550C donne satisfaction.
En revanche, la température Ti de l'eau à usage sanitaire contenue dans la première cuve 2 se situe de préférence, tant pour assurer le confort de l'utilisateur que pour répondre à des normes sanitaires en matière de lutte contre les micro-organismes, sensiblement entre 600C et 700C, et de façon préférentielle est sensiblement égale à 650C.
Par conséquent, le dispositif 1 utilise avantageusement l'eau chaude sanitaire Fi comme source chaude destinée à réchauffer le fluide caloporteur F2. Ainsi, le dispositif 1 ne gaspille pas d'énergie pour « surchauffer» ledit fluide caloporteur F2, que ce soit directement pour le chauffage ou encore pour chauffer indirectement par ce biais l'eau à usage sanitaire F-i. En outre, les inventeurs ont constaté que, alors qu'il est fréquemment nécessaire, ou à tout le moins utile pour le confort de l'utilisateur, de disposer d'une importante réserve d'eau chaude à usage sanitaire F-i, il convient au contraire de minimiser la quantité de fluide caloporteur F2 dans la chaudière (ici, la seconde cuve 6) de manière à favoriser et accélérer le réchauffement de ce dernier, et ainsi optimiser la réactivité de l'installation de chauffage 32.
C'est pourquoi le volume d'eau à usage sanitaire Fi que contient le dispositif 1 , et plus précisément (a première cuve 2, est de préférence supérieur ou égal au volume de fluide caloporteur F2 que contient ledit dispositif 1 , et plus précisément la seconde cuve 6.
En particulier, le rapport du volume d'eau à usage sanitaire sur le volume de fluide caloporteur au sein du dispositif peut être sensiblement supérieur ou égal à 1 (c'est-à-dire que le dispositif contient au moins autant d'eau à usage sanitaire que de fluide caloporteur), de préférence sensiblement supérieur ou égal à 2 (c'est-à-dire que le dispositif 1 contient deux fois plus d'eau à usage sanitaire que de fluide caloporteur), et de façon particulièrement préférentielle supérieur ou égal à 3, voire supérieur ou égal à 5, ou même supérieur ou égal à 10.
Bien entendu, afin d'assurer une certaine stabilité de la température du premier fluide Fi au sein de la première cuve 2, notamment lorsque l'utilisateur puise de l'eau chaude, la première cuve 2 contiendra de préférence un volume significatif, par exemple compris entre 100 litres et 300 litres, qui lui confère une certaine inertie thermique.
Enfin, il est remarquable que le dispositif 1 permet de disposer toute l'année d'une importante réserve d'eau chaude sanitaire sans avoir pour cela besoin d'« entretenir » conjointement un volume important de fluide caloporteur lorsqu'il n'est plus nécessaire de chauffer le local, ce qui limite la puissance de chauffe nécessaire ainsi que la consommation énergétique dudit dispositif 1 , tout en améliorant la stabilité et la réactivité de sa fonction de chauffe-eau.
De préférence, le dispositif 1 est agencé de manière à ce que les premier et second fluides F1, F2 soient séparés sans possibilité de se mélanger l'un à l'autre et ne puissent pas s'échapper dudit dispositif 1 autrement que par les orifices (raccords) prévus à cet effet. C'est pourquoi la première et la seconde paroi 3, 7 sont de préférence parfaitement étanches, notamment dans les conditions prévisibles de température et de pression normales de fonctionnement du dispositif 1.
Selon une variante de réalisation préférentielle, la première cuve 2 est agencée par rapport à la seconde cuve 6 de telle sorte que la première paroi 3 se trouve au contact du fluide caloporteur F2 sur au moins 50 %, de préférence sur au moins 75 %, et de façon particulièrement préférentielle sur au moins 90 % de sa surface extérieure.
En d'autres termes, la première cuve 2 est alors majoritairement recouverte par le second fluide F2 dans lequel elle baigne et se trouve de préférence totalement immergée (à l'exception éventuelle des surfaces nécessaires à la fixation mécanique des première et seconde cuves, bien entendu).
Selon une variante de réalisation, tel que cela est représenté sur la figure 1 , la première cuve 2 est intégralement contenue dans la seconde cuve 6, c'est-à-dire que le volume occupé par la première cuve 2 est compris dans le volume occupé par la seconde cuve 6.
Ainsi, le volume occupé par la seconde cuve 6 et marqué par la seconde paroi 7 pourra définir sensiblement l'encombrement hors-tout du dispositif 1. Au sens de l'invention, le dispositif 1 comprend donc de préférence une première cuve 2 sensiblement « interne », ou « centrale », associée à une seconde cuve 6 sensiblement « externe » ou « périphérique ».
Bien entendu, la première et la seconde cuve peuvent adopter des formes et des volumes variés, sans sortir du cadre de l'invention.
Toutefois, de façon particulièrement préférentielle, la première et/ou la seconde cuve 2, 6, et plus précisément la première et/ou la seconde paroi 3, 7, présenteront une forme sensiblement cylindrique d'axe d'extension (XX'), de section circulaire, et obturée à chacune de ses extrémités par une surface de base droite ou bombée (par exemple de type calotte sphérique).
De façon particulièrement préférentielle, tel que cela est illustré sur la figure 1 , la première et la seconde cuve pourront être disposées sensiblement verticalement, et imbriquées l'une dans l'autre, de façon sensiblement coaxiale.
En outre, la première et la seconde cuves sont de préférence fixées en liaison encastrement l'une à l'autre, par exemple par un cordon de soudure, de manière à supprimer toute mobilité de l'une par rapport à l'autre.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à un agencement particulier de la première et de la seconde cuve 2, 6, ledit agencement pouvant en outre constituer une invention à part entière, indépendamment de la destination (usage sanitaire ou chauffage) respective du premier et du second fluide.
Ainsi, la première paroi 3 peut présenter une portion inférieure 31 et une portion supérieure 3S reliées par une portion latérale 3L, tandis que, tel que cela est représenté schématiquement sur la figure 3A, la seconde cuve 6 peut former une coiffe qui recouvre sensiblement ladite portion supérieure 3S et au moins une partie de ladite portion latérale 3L.
Selon une autre variante de réalisation représentée sur la figure 3B, la première cuve 2 peut être immergée en quasi-totalité dans le fluide caloporteur F2, à l'exception toutefois des zones couvertes par un support 47, de dimensions relativement réduites, qui la relie de façon stable à la seconde paroi 7. Ledit support 47 peut notamment être formé par un collet ou un bossage embouti dans l'intérieur de la seconde cuve 6 depuis sa portion inférieure.
De préférence, la première paroi 3 et la seconde paroi 7 sont majoritairement disjointes et délimitent un espace interstitiel 40 contenant le fluide caloporteur F2.
Par « majoritairement disjointes », on indique que, dans une configuration du dispositif 1 selon laquelle la seconde cuve 6 serait accolée à la première cuve 2, voire venue de matière avec cette dernière, cette communauté de paroi ne serait que partielle et limitée. Plus précisément, la proportion de la première paroi 3 accolée directement au contact de la seconde paroi 7, ou a fortiori confondue avec cette dernière, n'excède pas 50 %, de préférence 30 %, et de façon particulièrement préférentielle 10 % en superficie.
En d'autres termes, la première et la seconde cuve sont avantageusement sensiblement séparées l'une de l'autre de manière à maximiser la surface d'échange entre le premier et le second fluide à travers la première paroi.
En outre, un tel agencement limite les zones d'exposition directe de la première cuve 2 à la température extérieure TE. Par « zones d'exposition directe », on désigne les zones du dispositif dans lesquelles se forme un pont thermique de « court-circuit » par lequel la chaleur peut passer directement depuis l'eau à usage sanitaire Fi jusqu'à l'extérieur du dispositif, à travers la première paroi 3 et le cas échéant à travers la couche de matériau isolant 12, sans passage intermédiaire par le fluide caloporteur F2.
Ainsi, tel que cela est représenté sur la figure 1 , la première cuve 2 pourra présenter un diamètre de base sensiblement inférieur à celui de la seconde cuve 6 et lesdites première et seconde cuves être rattachées l'une à l'autre - uniquement - par leur base inférieure de telle sorte que le second fluide F2 baigne les portions latérales et supérieures de la première paroi 3.
Dans cette configuration particulière, la seconde cuve 6 coiffe la première cuve 2 en formant une sorte de cloche au sein de laquelle le second fluide F2 enveloppe la première paroi 3.
L'espace interstitiel 40, correspondant ici à la région de l'espace comprise entre l'extérieur de la première paroi 3 et l'intérieur de la seconde paroi 7, sera naturellement dimensionné de manière à permettre la circulation du second fluide F2 autour de la première cuve 2, et plus particulièrement entre le raccord de chauffage de retour 31, 31' et le raccord de chauffage de départ 30, 30', tout en garantissant un transfert thermique suffisamment efficace de la première cuve 2 vers le second fluide F2.
A ce titre, il est envisageable de disposer dans l'espace interstitiel 40, et plus particulièrement à la surface interne de la paroi 7, des moyens de contrarier l'écoulement dudit second fluide F2 au sein dudit espace interstitiel 40, tels que des aspérités ou des chicanes, voire de rendre ledit écoulement turbulent pour améliorer le transfert thermique entre le premier et le second fluide. En outre, l'homme du métier sera à même d'apprécier au cas par cas les dimensions des premières et secondes cuves, de même que la puissance de la source de chaleur 4, ainsi que le nombre et la dimension des dissipateurs 34 ou le débit du second fluide F2 dans l'installation de chauffage 32.
Il est remarquable que la disposition périphérique du fluide caloporteur F2, et plus particulièrement de l'espace interstitiel 40, permet avantageusement, tout en conservant un volume de second fluide F2 relativement réduit à l'intérieur du dispositif 1 , de maximiser le diamètre de la première cuve 2 par rapport à l'encombrement hors-tout dudit dispositif 1 , et plus particulièrement par rapport au diamètre de la seconde cuve 6, et donc la surface d'échange formée par la première paroi 3, ce qui optimise l'efficacité de l'ensemble.
Bien entendu, il est parfaitement envisageable de disposer ainsi plus de deux cuves gigognes qui s'enveloppent les unes les autres, de préférence de manière sensiblement coaxiale ou concentrique, et délimitent plusieurs espaces interstitiels séparés consécutifs qui contiennent autant de fluides à chauffer.
Par ailleurs, afin de compenser le volume d'eau prélevé dans la première cuve 2 par l'utilisateur lorsque celui-ci tire de l'eau chaude sanitaire, le dispositif 1 est de préférence pourvu d'un orifice d'admission 41 qui communique avec l'extérieur dudit dispositif 1 et permet le raccordement de celui-ci à un réseau d'alimentation en eau froide (non représenté).
Selon une variante de réalisation particulièrement avantageuse représentée sur la figure 1, le dispositif 1 comporte en outre un circuit de préchauffage 42 de l'eau à usage sanitaire, ledit circuit de préchauffage 42 joignant l'orifice d'admission 41 à la première cuve 2 au moyen d'une tubulure 43 immergée dans le fluide caloporteur F2. Ainsi, ladite tubulure 43 fait avantageusement office d'échangeur de chaleur entre le second fluide F 2, voire directement la première paroi 3, et l'eau froide admise dans la cuve 1 , de telle sorte que l'eau froide en provenance du réseau est tiédie avant de pénétrer au cœur de la première cuve 2.
En outre, le point d'entrée de l'eau du réseau dans la première cuve 2 est de préférence situé dans la partie inférieure de ladite première cuve, et au voisinage immédiat du premier moyen de diffusion de chaleur 5.
Ainsi, l'admission d'eau froide, dans le cadre d'un fonctionnement normal, n'entraîne pas de variation significative, et en tout cas pas de variation brusque, de la température moyenne de l'eau à usage sanitaire Fi contenue dans la première cuve 2 et puisée par l'utilisateur, de telle sorte que le confort et la sécurité de ce dernier sont assurés.
Bien entendu, la tubulure 43 peut présenter une forme quelconque, et notamment comprendre un tronçon sensiblement aplati et/ou parallélépipédique. Toutefois, elle sera de préférence formée par un tube de section circulaire et de façon particulièrement préférentielle enroulée en serpentin autour de la première cuve 2, au contact ou à distance de cette dernière, dans l'espace interstitiel 40.
Bien entendu, les matériaux constitutifs de la première cuve 2 et de la seconde cuve 6, ainsi que de la tubulure 43 de préchauffage seront choisis de manière à être physiquement et chimiquement compatibles avec les premier et second fluides F-i, F2 avec lesquels ils sont mis au contact, ainsi qu'avec les plages de température et de pression correspondant au fonctionnement du dispositif 1.
De surcroît, les éléments impliqués dans des transferts de chaleur, tels que la tubulure 43 de préchauffage ou la première paroi 3, dans les zones où ladite, première paroi se trouve intercalée entre le premier et le second fluide F-i, F2, seront naturellement réalisés à base de matériaux possédant une conductibilité thermique élevée.
Ainsi, la première paroi 3 pourra notamment être réalisée en métal, et plus particulièrement en acier inoxydable, en aluminium, en cuivre ou dans un alliage à base de cuivre.
La seconde paroi 7 pourra quant à elle être formée par exemple à base d'acier inoxydable ou encore d'acier émaillé.
De façon préférentielle, tel que cela est illustré sur la figure 1 , le dispositif 1 peut être pourvu d'un orifice d'accès 45 pourvu de moyens de fixation, tels qu'une bride circulaire à vis, conçus pour que l'on puisse rapporter de façon étanche sur ledit orifice d'accès 45 un panneau d'obturation amovible 46.
Un tel panneau amovible 46 peut en outre former une embase servant de support au premier moyen de diffusion de chaleur 5, et, plus précisément, à la résistance électrique 10.
Avantageusement, un tel agencement simplifie la maintenance du dispositif 1 puisqu'il permet d'une part de remplacer le cas échéant la source de chaleur 4 ou le moyen de diffusion 5 en cas de défaillance ou de dégradation de ceux-ci, et d'autre part d'accéder à l'intérieur de la première cuve 2 voire également de la seconde cuve 6, par exemple pour réaliser un détartrage.
Bien entendu, le dispositif pourra être pourvu de moyens de remplissage reliés au réseau d'adduction d'eau, ainsi que de moyens de purge reliés au réseau d'évacuation des eaux usées, tels que des vannes à sphères (non représentées) placées aux points bas de la première et de la seconde cuve, de manière à autoriser un complément de remplissage, ou a contrario la vidange, de l'une ou l'autre desdites cuves.
En outre, le dispositif 1 pourra être pourvu d'un ou plusieurs moyens de purge d'air, situés de préférence aux points hauts desdites cuves.
De surcroît, pour des raisons de sécurité, ledit dispositif sera de préférence associé à un ou plusieurs moyens limiteurs de pression aptes à évacuer du fluide de la première et/ou de la seconde cuve en cas d'élévation anormale de la pression en leur sein.
En outre, le dispositif 1 conforme à l'invention sera de préférence pourvu d'une première et d'une seconde sonde de température 50, 51 plongées respectivement dans le premier fluide Fi et le second fluide F2.
Lesdites sondes peuvent naturellement être couplées à un organe de régulation, par exemple électronique ou électromécanique, qui déclenche l'activation de la source de chaleur 4 lorsque la température de l'un et/ou l'autre fluide Fi, F2 descend sous un seuil prédéterminé, et, a contrario, qui coupe la source de chaleur 4 lorsque l'une et/ou l'autre température dépasse un seuil supérieur prédéterminé.
Un tel système de régulation permet notamment de maintenir une température suffisamment élevée de l'eau chaude sanitaire pour éliminer certains germes pathogènes, tout en évitant de porter ladite eau à ébullition.
Bien entendu, l'homme du métier sera à même d'apprécier le dimensionnement du dispositif 1 , et en particulier les contenances et dimensions respectives de la première et de la seconde cuve, les températures nominales de fonctionnement Ti et T2, la puissance de la source de chaleur 4 et le débit du circulateur 33, en fonction de la consommation prévisionnelle d'eau chaude sanitaire, du climat sous lequel est installé le dispositif, de la superficie et de la qualité de l'isolation du local à chauffer.
Par exemple, sous des latitudes tempérées, on pourra employer des puissances de résistance électrique 10 de l'ordre de 1 000 à 5 000 Watts et de préférence de 2 000 à 3 000 Watts pour des volumes de première cuve 2 allant sensiblement de 100 à 300 litres.
A ce titre, et bien que le premier moyen de diffusion de chaleur 5, et a fortiori la source de chaleur 4, constitue de préférence le moyen unique de communiquer de la chaleur au dispositif 1 , il est toutefois envisageable que le dispositif 1 comprenne en outre une source de chaleur d'appoint 60, tel qu'un panneau solaire 61 ou une résistance chauffante additionnelle, ladite source de chaleur d'appoint 60 étant reliée à un second moyen de diffusion de chaleur 62 situé à l'extérieur de la première cuve 2 et agencé pour communiquer de la chaleur au fluide caloporteur F2.
Avantageusement, cette source de chaleur d'appoint 60 permet d'une part d'augmenter ponctuellement la puissance globale de chauffe du dispositif 1 , notamment en cas de grand froid, et d'autre part de réguler plus finement la température T2, de manière relativement indépendante du gradient existant entre la première température Ti et la température de l'environnement TE.
Ainsi, la source de chaleur d'appoint 60 peut avantageusement être mise en œuvre afin de limiter le volume de la réserve d'eau à usage sanitaire Fi tout en préservant l'effet régulateur de ladite réserve. En effet, ledit volume tendrait sinon à augmenter lorsque l'on souhaite disposer d'une importante puissance de chauffage tout en garantissant une relative stabilité de la température de l'eau à usage sanitaire. En d'autres termes, la source d'appoint 60 permet à l'utilisateur de disposer d'un chauffe-eau dont le volume ne soit pas excessif tout en conservant une puissance utile de chaudière importante, capable de couvrir une large gamme de situations climatiques auxquelles est exposé le local à chauffer.
De préférence, la puissance de la source de chaleur d'appoint reste toutefois sensiblement inférieure à celle de la source de chaleur 4 et/ou du premier moyen de diffusion de chaleur 5, qui forment les principaux organes d'apport de chaleur au dispositif 1.
Le second moyen de diffusion de chaleur 62 peut par exemple être formé par un serpentin ou un échangeur équivalent disposé à l'intérieur de la seconde cuve 6 et baignant dans le second fluide F2, de telle sorte que le fluide caloporteur contenu dans le circuit d'appoint 64 qui relie ledit serpentin à la source d'appoint 60 ne se mélange pas au second fluide F2.
Toutefois, tel que cela est illustré sur la figure 1 , ce sera de préférence le même fluide caloporteur F2 qui circulera dans le circuit d'appoint 64 et dans le circuit de chauffage 32, le mélange s'effectuant de préférence dans un tronçon commun aux deux circuits au sein de l'espace interstitiel 40.
En variante, il est naturellement envisageable que le circuit d'appoint 64 communique de la chaleur au circuit de chauffage 32 dans une zone extérieure à la cuve 2, et plus précisément sensiblement au niveau du raccord de retour de chauffage 31. Selon une telle variante, le circuit d'appoint 64 pourra relier le panneau solaire 61 à un échangeur 65 connecté sur la canalisation de chauffage en amont du raccord de retour de chauffage 31.
Il est remarquable que l'utilisation d'un panneau solaire thermique 61 contribue avantageusement au fonctionnement écologique du circuit d'appoint 64. Selon une variante de réalisation qui peut constituer une invention en tant que telle, indépendamment du dispositif 1, la source d'appoint 60 peut comporter une bouteille de mélange 80 telle que celle représentée sur la figure 4.
Ladite bouteille de mélange 80 comporte un orifice d'admission 81 à raccorder au circuit de chauffage 32, de préférence pourvu d'un clapet antiretour, ainsi qu'un orifice de sortie 82, à raccorder de préférence au raccord de retour 30. Ladite bouteille 80 comporte en outre de préférence une source de chaleur 83, de type résistance électrique, et/ou des moyens de connexion 84 à un échangeur, ainsi qu'une sonde thermique 85 conçue pour réguler thermiquement l'apport calorique de la source 83 et/ou de l'échangeur au fluide caloporteur 2 au sein de la bouteille 80.
Il est remarquable que le volume de la bouteille de mélange 80 est avantageusement restreint afin de permettre une élévation rapide de la température du fluide caloporteur F2, notamment au démarrage du dispositif 1 , sans qu'il soit par ailleurs indispensable de vaincre préalablement l'inertie thermique du volume d'eau à usage sanitaire F-i.
Par ailleurs, tel que cela est représenté sur la figure 1 , le dispositif 1 peut comporter une unité de production d'électricité 70, déportée par rapport aux cuves, ainsi que des moyens de connexion électrique 71 reliant ladite unité de production d'électricité à la résistance chauffante 10.
Bien entendu, il est envisageable que l'unité de production d'électricité 70 produise de l'énergie électrique à partir d'une source d'énergie quelconque, y compris fossile. Ainsi, ladite unité 70 peut consister par exemple en un groupe électrogène, dont l'entraînement peut éventuellement être assuré par le même moteur à combustion que celui destiné à la propulsion de la structure nomade, de type bateau ou camping-car, au sein de laquelle est installé le dispositif 1.
Toutefois, de façon particulièrement préférentielle, l'unité de production d'électricité 70 est conçue pour produire de l'électricité à partir d'une source d'énergie renouvelable et peut comporter notamment un panneau solaire photovoltaïque ou une éolienne.
Avantageusement, une telle variante de réalisation permet au dispositif 1 de fonctionner, au moins partiellement, de manière autonome et de façon particulièrement respectueuse de l'environnement.
En particulier, en période chaude, lorsque le second fluide F2 est maintenu dans la seconde cuve 6 et ne circule pas dans le circuit de chauffage 32, c'est-à-dire que l'énergie fournie au dispositif 1 est essentiellement, voire exclusivement consacrée à la production d'eau chaude dans la première cuve 2, un tel système d'alimentation photovoltaïque peut parfaitement suffire au fonctionnement autarcique du dispositif 1.
De surcroît, le dispositif 1 peut comporter une unité de stockage d'énergie électrique 72, du genre batterie, qui est raccordée à la résistance chauffante 10 de manière à pouvoir alimenter électriquement cette dernière.
De façon particulièrement avantageuse, en raccordant l'unité de production d'électricité 70 à la batterie 72, on crée un système d'alimentation capable d'accumuler l'énergie électrique, par exemple pendant une journée ensoleillée, puis de la restituer lorsqu'il est nécessaire de fournir de la puissance de chauffe au dispositif 1 , par exemple la nuit.
Il est remarquable qu'un tel agencement est particulièrement bien adapté à l'utilisation du dispositif 1 au sein d'une structure d'habitation éloignée des réseaux de distribution, ou encore d'une structure d'habitation mobile, tel que camping-car, caravane, bateau de croisière, etc, en particulier sous des latitudes abondamment ensoleillées.
Le fonctionnement d'une variante de réalisation préférentielle du dispositif 1 va maintenant être brièvement décrit.
A cet effet, on considère que le dispositif 1 forme un combiné chauffe- eau/chaudière dont la source de chaleur 4 est formée par une résistance électrique 10, dont la seconde cuve est reliée à un circuit de chauffage 32 et la première cuve à un circuit de distribution d'eau chaude sanitaire 21.
Dans un premier temps, on considère que le circulateur 33 du circuit de chauffage est coupé et que les première et seconde cuves 2 et 6 sont toutes les deux remplies d'eau froide équilibrée dont la température est sensiblement égale à la température de l'environnement du dispositif TE.
On fixe comme température de consigne minimale pour la première température Ti la valeur T-IMIN, par exemple égale à 65°C, et comme consigne maximale la valeur Timaχ, de préférence sensiblement égale à 7O0C.
La première sonde de température 50 mesure alors Ti égale à TE (par exemple 2O0C), ce qui enclenche, via l'organe de régulation, la production de chaleur par la résistance 10.
Ladite chaleur se transmet tout d'abord au premier fluide Fi, notamment par conduction, du fourreau 11 aux couches d'eau proximales du premier fluide Fi placées à son contact, puis desdites couches d'eau proximales jusqu'aux couches d'eau distales du premier fluide Fi, situées à distance dudit fourreau et à proximité de la face intérieure de la première paroi 3. La chaleur diffuse alors à travers la première paroi 3 pour être transmise du premier fluide Fi au second fluide F2 situé dans l'espace interstitiel 40. Plus précisément, la chaleur Q se propage à travers le second fluide F2, depuis les couches situées à proximité de la première paroi 3 (« chaude ») jusqu'aux couches situées en périphérie du dispositif, contre la face intérieure de la seconde paroi 7 (« froide »).
Ladite seconde paroi 7 étant recouverte ou garnie d'un matériau thermiquement isolant 12, la propagation de la chaleur est considérablement réduite entre l'intérieur de la seconde cuve 6 et l'extérieur du dispositif 1. En d'autres termes, on confine sensiblement la chaleur fournie par la résistance 10 au sein du dispositif 1.
La première température du premier fluide s'élève sensiblement tant que l'alimentation électrique de la résistance 10 est maintenue (et que les pertes n'équilibrent pas la production de chaleur par ladite résistance, naturellement).
Lorsque la température du premier fluide dépasse la valeur de consigne inférieure TIMIN, et de préférence lorsqu'elle atteint la valeur de consigne supérieure T-IMAX, l'alimentation de la résistance 10 est interrompue et la chaleur acquise sensiblement conservée au sein du dispositif 1.
Si l'utilisateur prélève de l'eau chaude au moyen du circuit d'eau chaude sanitaire 21 , il crée un appel d'eau froide qui pénètre dans le dispositif par l'orifice d'admission 41 et chemine à travers la tubulure 43 jusqu'à se déverser à l'intérieur de la première cuve 1. Ce faisant, l'eau froide reçoit, à travers la paroi du serpentin 43 de la chaleur provenant du second fluide F2, ce qui a pour effet de la tiédir. Si l'apport d'eau est suffisamment important, il entraîne une baisse significative de la température du premier fluide Fi contenu dans la première cuve 2, qui chute en dessous de la valeur de consigne TIMIN, ce qui a pour effet d'enclencher de nouveau la mise en chauffe de la résistance 10.
Bien entendu, il est remarquable que le fourreau 11 peut comporter une importante masse de matériau réfractaire, capable d'accumuler de l'énergie thermique puis de la restituer et disposant d'une inertie suffisante pour maintenir la température du premier fluide à un niveau acceptable sans qu'il soit nécessaire à réactiver la résistance 10 pendant plusieurs heures.
Supposons maintenant qu'il est nécessaire de chauffer les locaux desservis par le dispositif 1 en raison de l'arrivée de la saison froide.
On met alors en route le circulateur 33 qui prélève dans la seconde cuve 6 le second fluide F2, qui se trouvait jusqu'à présent stocké à une seconde température T2 d'équilibre sensiblement voisine de la température Ti de l'eau chaude sanitaire.
Le second fluide parcourt alors le circuit de dissipateurs 34 par lequel il communique de la chaleur au local avant de revenir, sensiblement refroidi, à la seconde cuve 2.
En pénétrant dans l'espace interstitiel 40, ledit second fluide F2 circule au contact de la première paroi 3 qui se trouve sensiblement à la première température T1.
Ce faisant, le second fluide prélève des calories à la première paroi 3, laquelle prélève en retour des calories au premier fluide F1 qui voit donc sa température baisser. Lorsque la température du premier fluide chute en dessous de sa valeur de consigne inférieure T-IMIN, la résistance 10 est mise sous tension de manière à compenser la perte calorique correspondant à la consommation du circuit de chauffage 32.
Ainsi, en régime établi, on peut observer au sein du dispositif 1 un gradient spatial de température tel que celui schématisé par le diagramme de la figure 2, qui représente la température (axe des ordonnées) en fonction de la distance à l'axe d'extension (XX') selon la direction transverse (YY') représentée sur la figure 1.
Par convention, on considère ici que les première et seconde températures Ti et T2 reflètent des valeurs moyennes dans les fluides concernés, lesdites températures pouvant notamment dépendre des conditions d'écoulement du fluide caloporteur 2 et de l'altitude du point de mesure considéré.
Tel que cela est illustré sur ledit diagramme, la résistance chauffante 10 est portée et sensiblement maintenue à une température TR qui lui permet de transférer des calories au premier fluide Fi et ainsi de maintenir la température Ti de celui-ci sensiblement entre les valeurs de consigne inférieure et supérieure, et ce malgré l'extraction de calories opérée par le second fluide F2 à travers la première paroi 3 à destination du local chauffé.
Bien entendu, tant que ledit second fluide F2 s'écoule dans le circuit de chauffage 32 et est rafraîchi dans les organes de dissipation 34, sa température T2 reste sensiblement inférieure à celle Ti de la source chaude que constitue la masse d'eau à usage sanitaire, de telle sorte que la chaleur apportée par la résistance se déplace spontanément de l'eau à usage sanitaire vers le fluide caloporteur. Bien entendu, l'invention concerne également en tant que tel un procédé combiné de chauffage d'un local au moyen d'un fluide caloporteur F2 et de production d'eau chaude à usage sanitaire Fi, ledit procédé. comportant une étape (a) de réchauffement indirect du fluide caloporteur F2 au cours de laquelle on apporte de la chaleur à l'eau à usage sanitaire F1 contenue dans une première cuve 2 elle-même disposée au moins en partie dans une seconde cuve 6 contenant ledit fluide caloporteur F2, de manière à d'une part maintenir sensiblement l'eau contenue dans la première cuve à une première température Ti conforme à un usage sanitaire et d'autre part provoquer un transfert de tout ou partie de ladite chaleur depuis l'eau à usage sanitaire Fi vers le fluide caloporteur F2, plus particulièrement à travers la première paroi 3 de ladite première cuve 2, et ainsi élever la température T2 dudit fluide caloporteur F2 à une valeur suffisante pour assurer le chauffage du local.
Ainsi, le dispositif 1 conforme à l'invention permet avantageusement de centraliser la production de chaleur, et plus particulièrement d'eau chaude, au sein d'un unique appareil qui est de plus agencé de sorte à minimiser les déperditions thermiques, en ordonnant la production et la distribution de chaleur selon des niveaux de température d'utilisation qui décroissent progressivement avec l'éloignement de la source de chaleur.
De surcroît, le dispositif 1 conforme à l'invention d'une part optimise les transferts thermiques entre la source chaude (eau sanitaire) et la source froide (fluide caloporteur) en maximisant la surface d'échange entre ces sources, et d'autre part augmente l'efficacité du prélèvement de chaleur effectué sur la source chaude et réduit son influence sur ladite source chaude en minimisant le volume de fluide caloporteur par rapport au volume d'eau sanitaire. En outre, le dispositif 1 conforme à l'invention est, dans sa version électrique, particulièrement sûr, peu salissant, peu polluant et requiert un entretien minime.
Ainsi, un tel dispositif est particulièrement adapté aux chantiers de rénovation dans la mesure où il peut se substituer facilement à une chaudière installée antérieurement, et notamment sans requérir d'alimentation ni de stockage de combustible de type fuel ou gaz.
Par ailleurs, son fonctionnement propre et silencieux ainsi que son encombrement relativement réduit autorise son installation à proximité immédiate du ou des points d'utilisation d'eau chaude, ce qui contribue à réduire les coûts de réalisation des installations de chauffage et/ou d'eau chaude sanitaire, ainsi qu'à limiter considérablement les déperditions thermiques entre le dispositif de chauffe et le point d'utilisation final.
Enfin, le dispositif 1 conforme à l'invention comporte un nombre restreint de pièces, qui sont de surcroît susceptibles d'être fabriquées en grande série par la mise en œuvre de technologies parfaitement maîtrisées, de telle sorte que le coût de fabrication dudit dispositif est particulièrement bas.
POSSIBILITE D'APPLICATION INDUSTRIELLE
L'invention trouve son application industrielle dans la conception et la fabrication de dispositifs combinés de chauffage et de production d'eau chaude à usage sanitaire.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Dispositif combiné de chauffage d'un local et de production d'eau chaude à usage sanitaire, ledit dispositif comportant :
- au moins une première cuve (2) délimitée par une première paroi (3) et destinée à contenir de l'eau à usage sanitaire (F1),
- au moins une seconde cuve (6) délimitée par une seconde paroi (7) et destinée à contenir un fluide caloporteur à usage de chauffage (F2), tel que de l'eau, ledit dispositif (1) étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins une source de chaleur (4) reliée à un premier moyen de diffusion de chaleur (5) situé dans ladite première cuve (2), ledit premier moyen de diffusion de chaleur (5) étant conçu pour communiquer de la chaleur à l'eau à usage sanitaire (F1) afin de porter cette dernière à une première température (Ti), et en ce que la première cuve (2) est disposée au moins en partie à l'intérieur de la seconde cuve (6) de manière à transférer de la chaleur (Q) depuis l'eau à usage sanitaire (Fi) vers le fluide caloporteur (F2) et ainsi réchauffer ce dernier pour le porter à une seconde température (T2), sensiblement inférieure ou égale à la première température (T1).
2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la première cuve (2) est agencée par rapport à la seconde cuve (6) de telle sorte que la première paroi (3) se trouve au contact du fluide caloporteur (F2) sur au moins 50 %, de préférence sur au moins 75 %, et de façon particulièrement préférentielle sur au moins 90 %, de sa surface extérieure. - Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le volume d'eau à usage sanitaire (F-O qu'il contient est supérieur ou égal au volume de fluide caloporteur (F2) qu'il contient, le rapport du volume d'eau à usage sanitaire sur le volume de fluide caloporteur au sein du dispositif étant sensiblement supérieur ou égal à 1 , de préférence sensiblement supérieur ou égal à 2, et de façon particulièrement préférentielle supérieur ou égal à 3.
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la première paroi (3) présente une portion inférieure (3I) et une portion supérieure (3S) reliées par une portion latérale (3L) et en ce que la seconde cuve (6) forme une coiffe qui recouvre sensiblement ladite portion supérieure (3S) et au moins une partie de ladite portion latérale (3L).
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la première cuve (2) est intégralement contenue dans la seconde cuve (6).
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la première et la seconde paroi (3, 7) sont majoritairement disjointes et délimitent un espace interstitiel (40) contenant le fluide caloporteur (F2).
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la source de chaleur (4) est placée à l'intérieur de la première cuve (2).
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la source de chaleur (4) comprend une résistance électrique chauffante (10). - Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'il comporte une unité de production d'électricité (70) ainsi que des moyens de connexion électrique (71) reliant ladite unité (70) à la résistance chauffante (10).
-Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce l'unité de production d'électricité (70) est conçue pour produire de l'électricité à partir d'une source d'énergie renouvelable, et de préférence comporte un panneau photovoltaïque ou une éolienne.
- Dispositif selon la revendication 9 ou 10 caractérisé en ce qu'il comporte une unité de stockage d'énergie électrique (72), du genre batterie, raccordée à la résistance chauffante (10) de manière à pouvoir alimenter électriquement cette dernière.
-Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de préchauffage (42) de l'eau à usage sanitaire (F1), ledit circuit de préchauffage (42) joignant un orifice d'admission (41), communiquant avec l'extérieur du dispositif (1), à la première cuve (2) au moyen d'une tubulure (43) immergée dans le fluide caloporteur (F2).
-Dispositif selon les revendications 6 et 12 caractérisé en ce que la tubulure (43) du circuit de préchauffage (42) est enroulée en serpentin autour de la première cuve (2), dans l'espace interstitiel (40).
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend une source de chaleur d'appoint (60), telle qu'un panneau solaire (61), qui est reliée à un second moyen de diffusion de chaleur (62) situé à l'extérieur de la première cuve (2) et agencé pour communiquer de la chaleur au fluide caloporteur (F2). - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la seconde cuve (2) est recouverte, au moins en partie, d'un matériau isolant (12).
-Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il constitue un appareil de chauffe domestique.
-Structure nomade d'habitation ou de transport, du genre camping-car, caravane, mobil-home, bateau, module préfabriqué, ou cabane de chantier, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un dispositif combiné 1 conforme à l'une des revendications 1 à 16 pour assurer conjointement son chauffage et sa production d'eau chaude sanitaire.
-Procédé combiné de chauffage d'un local au moyen d'un fluide caloporteur (F2) et de production d'eau chaude à usage sanitaire (F1), ledit procédé comportant une étape (a) de réchauffement indirect du fluide caloporteur (F2) au cours de laquelle on apporte de la chaleur à l'eau à usage sanitaire (F1) contenue dans une première cuve (2) elle- même disposée au moins en partie dans une seconde cuve- (6) contenant ledit fluide caloporteur (F2), de manière à d'une part maintenir sensiblement l'eau contenue dans la première cuve à une première température (T-i) conforme à un usage sanitaire et d'autre part provoquer un transfert de tout ou partie de ladite chaleur depuis l'eau à usage sanitaire (F-i) vers le fluide caloporteur (F2) et ainsi élever la température (T2) dudit fluide caloporteur (F2) à une valeur suffisante pour assurer le chauffage du local.
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