WO2024022845A1 - Kit d'adaptation pour une installation de chauffage central et procédé de pilotage d'une installation équipée d'un tel kit - Google Patents

Kit d'adaptation pour une installation de chauffage central et procédé de pilotage d'une installation équipée d'un tel kit Download PDF

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WO2024022845A1
WO2024022845A1 PCT/EP2023/069625 EP2023069625W WO2024022845A1 WO 2024022845 A1 WO2024022845 A1 WO 2024022845A1 EP 2023069625 W EP2023069625 W EP 2023069625W WO 2024022845 A1 WO2024022845 A1 WO 2024022845A1
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heat transfer
installation
transfer liquid
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Laurent BAUVIR
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BAUVIR, François
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Definitions

  • the present invention aims to improve heating and domestic hot water production installations, using several heat generators.
  • a “controllable boiler” is a boiler that can be activated and deactivated based on a command, generally a simple thermostatic control, and this without inertia in the control.
  • solar panel refers exclusively to a panel in which a heat transfer fluid heated by the action of the sun can circulate, and not to photovoltaic panels.
  • the objective of the present invention is to allow the coupling of a boiler to a controllable boiler, without transformation of either a controllable boiler or a boiler so that these can be used as available in the trade.
  • Another objective of the invention is to improve the coupling of a boiler to a controllable boiler, by proposing simple installation means which make it possible to improve the overall efficiency of a central heating installation using two types of generators.
  • the resulting overall heating system makes it possible to efficiently move the calories produced by the boiler to the both in space, that is to say in rooms of the building distant from the boiler thanks to heating assistance operation as known per se, and in time, that is to say by deferring consumption of a portion of the calories produced.
  • Another objective of the invention is to propose a diagram for coupling a boiler to a heating installation comprising a controllable boiler whose operation, independently of the power choices of the different heat generators present, adapts automatically at best the significant operating inertia in producing heat specific to the boiler, while taking advantage of the presence of a controllable boiler.
  • Another objective of the invention is to propose a coupling scheme which, when a solar panel is also used, automatically adapts as best as possible to the random nature of the heat production by a solar panel.
  • the invention proposes an adaptation kit for a central heating installation using heat transfer liquid, said installation comprising a boiler controllable connected to a set of radiators, said installation comprising a first circulation loop of the heat transfer liquid, said first loop comprising said controllable boiler and said set of radiators, said installation being coupled to a boiler by means of a second circulation loop of the heat transfer liquid, characterized in that the kit includes:
  • a three-way passive thermostatic valve comprising an inlet for hot heat transfer liquid, an inlet for cold heat transfer liquid and a heat transfer liquid outlet, and a device ensuring progressive mixing of cold and hot heat transfer liquids by the action of a passive thermostatic member calibrated at a chosen transition temperature T,
  • a passive thermostatic valve that is to say not depending on electronic control nor on the availability of energy supplied from the outside to function.
  • a valve comprises a device comprising a material sensitive to heat, contained for example in a thermostatic capsule, capable of spontaneously developing, under the effect of a rise in temperature, a force sufficient to move an internal organ (a valve or a bushel or a drawer) authorizing (or closing) communication of two of the three channels with the third channel.
  • the invention allows a coupling of a boiler which takes advantage of the inertia provided by the heating installation itself and, exceeded a temperature level of the heat transfer liquid which (the temperature level) depends only on the constructive characteristics of the passive thermostatic valve (the constructive characteristics determine said chosen transition temperature T), there is automatic and progressive coupling of the second circulation loop of the heat transfer liquid to the first loop, gradually recycling a part increasingly important flow of heat transfer liquid returning from the radiators, the two loops may end up constituting only one (or almost), seen from the circulation of the heat transfer liquid, when we reach a temperature such that the thermostatic valve blocks (or almost) any inlet of heat transfer liquid through its inlet for hot heat transfer liquid.
  • connection means any means which allows the flow of heat transfer liquid to pass through, whether by screwing, fitting by relative axial approximation, or even welding.
  • a kit can take the form of a set of elements to be assembled on site, or in a local workshop, or even be pre-assembled on a support or in a box, all of these variations being different options for implementing this invention.
  • a thermostatic capacity independent of that of the central heating installation i.e. that is to say to use a kit according to one of the preceding characteristics, for installation further comprising a calorie accumulator, characterized in that the kit comprises an outlet connection to the accumulator and an accumulator return connection, said boiler return pipe being formed of a first section connected to said return connection boiler on the one hand and on the other hand said outlet connection towards the accumulator, and being formed of a second section connected to said accumulator return connection on the one hand and on the other hand said outlet connection towards the facility.
  • the kit according to the invention is suitable for an installation in which the calorie accumulator comprises a heat transfer fluid, the installation further comprising a solar panel arranged so as to to be able to heat said heat transfer fluid, characterized in that the kit comprises a third section comprising a bypass valve whose inlet is connected to the side of said section joining said boiler return connection, one of the outlets of which is connected to said outlet connection towards the accumulator and the other of whose outputs is connected to a third section also connected to said second section.
  • Fig. 1 is an example of the implementation of an adaptation kit 1 in a simple implementation, without using a calorie accumulator;
  • Fig. 2 is an example of the installation of a first variant of a 1 A adaptation kit, suitable for coupling with a calorie accumulator;
  • Fig. 3 is an example of the installation of a second variant of a 1 S adaptation kit, suitable for coupling with a solar panel.
  • a central heating installation 22 with heat transfer liquid; said installation comprises a controllable boiler 221 connected to a set of radiators 222; said installation 22 comprises a first loop L1 for circulating the heat transfer liquid, said first loop comprising said controllable boiler 221 and said set of radiators 222; said installation 22 is coupled to a boiler 21 by means of a second loop L2 for circulating the heat transfer liquid; we also see a passive thermostatic valve 11, with three ways, comprising an inlet for hot heat transfer liquid 111, an inlet for cold heat transfer liquid 112 and a heat transfer liquid outlet 113, and comprising a device (not shown) ensuring progressive mixing of the cold and hot heat transfer liquids by the action of a passive thermostatic member calibrated at a chosen transition temperature T.
  • a first junction J1 is connected in bypass to said boiler return pipe 13 on the one hand and on the other hand to said inlet for hot heat transfer liquid 111; a second junction J2 is connected in branch to said radiator return pipe 14 on the one hand and on the other hand also in branch to said boiler return pipe 13, between the place where the first junction J1 is connected in branch to said boiler return pipe 13 and said outlet connection to the installation 22o.
  • the heat transfer liquid is generally water.
  • the kit according to the invention may comprise an anti-thermosiphon valve 215 arranged at an installation chosen between a position on said boiler return pipe 13 just downstream of the boiler return connection 21 i and a position on said departure pipe boiler 15 just upstream of the outlet connection to boiler 21 o.
  • This anti-thermosiphon valve is functionally on the second loop L2; it prevents the boiler 21 from dissipating calories under certain operating conditions; note, however, that the anti-thermosiphon valve 215 could in a completely equivalent manner be installed elsewhere along the second loop L2.
  • the kit according to the invention may preferably include, on said second junction J2, a non-return valve 225 authorizing the circulation of heat transfer liquid only towards the boiler return pipe 13.
  • Said boiler starting pipe 15 comprises a circulator boiler 214; this may or may not be part of the kit.
  • said boiler circulator 214 is of the proportionally controllable speed type, the interest of which is both to achieve as quickly as possible an operating state of the boiler 21 favorable to its efficiency and to the good state of all the elements, whether the boiler or the flue.
  • the capacity to absorb the calories produced by the boiler only comes from the central heating installation itself.
  • the heating system comprises a calorie accumulator arranged so as to receive the calories produced by the boiler, either as a priority, or at least when the central heating does not dissipate sufficient calories.
  • the installation of a calorie accumulator in particular as proposed by the present invention, makes it possible to effectively absorb short peaks of calorific power such as what generally occurs when reloading a log in the boiler.
  • the heating installation does not have this absorption capacity, or insufficiently, which would lead to a sudden rise in temperature of the heat transfer liquid, with the risk of vapor production or discharge by one or another of the safety devices installed with the boiler.
  • Fig. 2 illustrates such an implementation.
  • the kit according to the invention is specifically adapted to an installation further comprising a heat accumulator 23.
  • the accumulator 23 preferably uses a heat transfer fluid independent of the heat transfer fluid circulating in the heating system, achieving an inertial effect of calorie storage.
  • Such a kit then includes a departure connection to the accumulator 23o and an accumulator return connection 23i; said boiler return pipe 13 is in this case formed of a first section 131 connected to said boiler return connection 21 i on the one hand and on the other hand to said outlet connection to the accumulator 23o, and formed of a second section 132 connected to said accumulator return connection 23i on the one hand and on the other hand to said outlet connection to the installation 22o.
  • the kit according to the invention comprises a three-way solenoid valve 12 having an inlet 121 and two heat transfer liquid outlets 122 and 123 as well as an electric actuator M allowing the passage of the heat transfer liquid from the inlet to one of the two outlets;
  • said second junction is in this case formed by a first part J21 starting from the branch connection provided on said radiator return pipe 14 on the one hand and on the other hand connected to said inlet 121 of the solenoid valve 12, and is formed by a second part J22 connected to one 122 of the two outlets on the one hand and on the other hand and on the other hand is connected in branch to said boiler return pipe 13, between said outlet connection to the installation 22o and said first junction J1.
  • the check valve 225 of the second junction J2 is arranged on said first part J21 of the second junction.
  • the kit according to the invention also comprises a third junction J3, connected in branch to said first section 131 on the one hand and on the other hand to the other 123 of said two outlets; in this case, a control unit ensures the control of said solenoid valve 12 as a function of at least (i) a temperature representative of the presence of fire in the boiler, (ii) the radiator return temperature, and (iii) the temperature in the calorie accumulator.
  • the kit can take the form of two sub-assemblies in order to be able to install each sub-assembly in different locations in the boiler room to be equipped; note that, to avoid small parasitic internal leaks which would be due to heating of the passive thermostatic valve 11 by conduction in the pipes, and not under the effect of the circulation of the heat transfer liquid, all this according to the technical characteristics of the passive thermostatic valve 11 chosen, it is preferable to arrange said valve passive thermostat at a sufficient distance from the calorie accumulator 23.
  • the flow of heat transfer liquid routed to the boiler passes by the inlet for hot heat transfer liquid 111 which is only connected, via the first junction J1, to said boiler return pipe 13 or 131, that is to say to the boiler 21 directly or respectively via the calorie accumulator 23
  • said inlet for hot heat transfer liquid 111 is also connected to the controllable boiler 221 via the continuation of the boiler return pipe 13 downstream of the branch connection of said first junction J1 on said boiler return pipe (see references 13 or 132 according to figures).
  • the flow of heat transfer liquid coming from the radiator return of the installation 22 and arriving in the radiator return pipe 14 is only connected to the controllable boiler 221 via the second junction J2 connected in bypass to the downstream end of the boiler return pipe (see at the left end of marks 13 or 132 according to the figures).
  • the circulation of the heat transfer liquid takes place in two independent loops: a. a first loop L1 on which there are, in series, the controllable boiler, the set of radiators then direct return to the boiler via the second junction J2; note that, in the case of the second embodiment with the presence of a solenoid valve, it should be positioned so as to return the flow of heat transfer liquid directly to the controllable boiler, thus ensuring a circuit identical to that which it is in the absence of said solenoid valve; b.
  • a second loop comprising the boiler and the heat accumulator, isolated from the first loop (as regards the circulation of heat transfer fluid) by the fact that the thermostatic valve 11 does not allow any recycling coming from the radiator return as long as the outlet temperature of the the accumulator is lower than a chosen temperature, for example typically worth 60°C (said chosen temperature varies depending on the choice of the model of thermostatic valve 11), the circulation in this loop being forced by the boiler circulator 214.
  • a chosen temperature for example typically worth 60°C (said chosen temperature varies depending on the choice of the model of thermostatic valve 11), the circulation in this loop being forced by the boiler circulator 214.
  • a very interesting characteristic of the invention is that these two loops, even in their operation independently of each other, are always hydraulically connected by the boiler return pipe 13 (or its variants) going from the boiler return connection 21 i to the outlet connection towards the installation 22o, and therefore are connected to the expansion tank 223 ensuring the pressure regulation of the heat transfer liquid throughout the heating system.
  • the thermostatic valve 11 gradually recycles part, or even progressively all, of the heat transfer liquid flow returning from the radiators; the part of the radiator return flow which no longer returns directly to the controllable boiler leads to the same part of flow leaving the calorie accumulator 23 no longer going towards the boiler 21 but towards said controllable boiler 221, and this by simple conservation of the volume of heat transfer liquid contained in the loops.
  • transition temperature it should be noted that it is advisable to choose a value higher than 60°C if you wish to increase the quantity of energy stored in the accumulator, and conversely choose a lower value at 60°C if we wish to maximize real-time assistance to the controllable boiler for heating the building.
  • the two circulators can be found in series with each other, it is important that at least one of them is of a type of non-volumetric pump, not imposing a flow rate but imposing an increase in pressure.
  • said second loop L2 can include an anti-thermosiphon valve 215, with advantageously adjustable pressure, to be able to be calibrated at a level such that circulation in loop L2 only occurs under the effect of the circulator boiler 214. This avoids any risk of the boiler operating as a radiator at the end of the fire or in the absence of a fire under the action of the installation circulator 224.
  • the boiler is of the type comprising automatic regulation of the power of the fire by a fresh air inlet valve controlled by the temperature of the heat transfer liquid circulating in the boiler.
  • the invention can be applied very favorably to a heating system also using a heating device under the action of the sun. There following describes heating assistance using a solar panel.
  • Fig. 3 illustrates an installation for an installation in which the heat accumulator comprises a heat transfer fluid, and further comprising a solar panel 24 arranged so as to be able to heat said heat transfer fluid.
  • the kit according to the invention comprises a bypass valve 242 whose inlet is connected to the side of said section joining said boiler return connection 21 i, one of the outlets of which is connected to said outlet connection towards the accumulator 23o and the other of which is connected to a third section 133 also connected to said second section 132.
  • the accumulator 23 generally uses a heat transfer fluid which is most often water , with antifreeze added or not, said heat transfer fluid circulating towards the panel 24 to load with calories before returning to the calorie accumulator 23, it being remembered that this is a circuit independent of the heat transfer fluid circulating in the heating system. In this particular implementation of the invention, it is then the same fluid as that producing the inertial effect of storing calories explained previously.
  • an accumulator 23 whose coils of the accumulator exchanger 230 are at least partly in the high position in the accumulator 23, and whose sampling of heat transfer fluid is done by a pipe 240 for circulating heat transfer fluid between accumulator 23 and solar panel 24 connected in the low position, as drawn in Fig. 3.
  • the natural stratification of the heat transfer fluid makes it possible to keep a portion of the tank at a low temperature and therefore to retain a certain potential to heat it by the effect of the sun.
  • the use of heating the lower part is particularly useful if another coil (that of domestic hot water, not shown so as not to overload the drawing) makes it possible to advantageously draw calories from the lower part.
  • bypass valve 242 is of the electrically controlled type.
  • the invention extends to a method of controlling an installation comprising a controllable boiler 221 connected to a set of radiators 222, said installation 22 comprising a first loop L1 for circulation of the heat transfer liquid, said first loop comprising said controllable boiler 221 and said set of radiators 222, said installation 22 being coupled to a boiler 21 by means of a second loop L2 for circulation of the heat transfer liquid, said installation comprising in addition a calorie accumulator 23, the method operating in such a way that: a.
  • the three-way solenoid valve 12 is controlled so as to ensure the circulation of the heat transfer liquid towards said second part J22, so that the heat transfer liquid returns from the radiators is sent to the controllable boiler; b. the flow rate of the circulator 214 is controlled proportionally as a function of a temperature measurement of the heat transfer liquid leaving the boiler.
  • the circulator flow control process is based, among other parameters, on a measurement of the temperature of the combustion fumes and ensures proportional control.
  • control should ensure a good transfer of calories to the heating installation 22, where appropriate via the accumulator 23, and to this end the process is such that the flow rate of the circulator is controlled by proportionally also according to a measurement of the temperature of the heat transfer liquid leaving the boiler and a temperature in the calorie accumulator.
  • the method of controlling a kit for an installation further comprising a solar panel is such that said valve bypass 242 is controlled according to meteorological information.
  • the ideal use of the calorie accumulator 23 will be to produce domestic hot water, as the only means of heating or in support of another means of heating domestic hot water, for example example the controlled boiler 221.
  • the calorie accumulator 23 will also be used to heat the heat transfer liquid reaching the set of radiators 222, possibly as heating assistance.
  • the search for the best efficiency of the heating system as described leads to giving priority to calories of solar origin, then to the calories produced by the boiler in the presence of fire, and finally to the controllable boiler.
  • the solenoid valve 12 is activated to the position sending the heat transfer liquid to the heat accumulator 23, and the same for the bypass valve 242.
  • the solenoid valve 12 In the presence of fire, the solenoid valve 12 is immediately activated to the position sending the heat transfer liquid to the controllable boiler 221, to reserve the calorie accumulator 23 for storing calories produced by the boiler 21. But in the presence of favorable weather conditions, priority is given to the accumulation of solar calories by activating the bypass valve 242 so that the flow of heat transfer liquid coming from the boiler no longer passes through the calorie accumulator 23, even in the presence of fire.
  • the overall control of such a heating system can also act on the controlled boiler 221 to deactivate or activate it, and can also act to activate the installation circulator 224 even when the controllable boiler 221 is deactivated; by acting on the solenoid valve 12 (and where appropriate on the bypass valve 242), it can be guaranteed that the installation 22 is heated only by means of the heat accumulator 23, including if the heat accumulator calories 23 was heated by the boiler 21, at the end of the fire for example.
  • Those skilled in the art can easily adopt the control modes which make it possible to consume as a priority the calories coming from the calorie accumulator 21 to lower the temperature of the heat transfer fluid which it contains and thus tend to put it in greater ability to recover solar calories, or to accumulate calories produced by the boiler.
  • the invention can be implemented in installations comprising different variants of arrangement of the non-specific elements of the invention, such as for example in an installation where the controllable boiler is a low temperature heat pump which, in this case, will preferably be downstream of the radiators and before connection to the installation return connection 22 i, with appropriate adaptations.
  • the controllable boiler is a low temperature heat pump which, in this case, will preferably be downstream of the radiators and before connection to the installation return connection 22 i, with appropriate adaptations.

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Abstract

Kit d'adaptation (1) pour une installation (22) de chauffage central à liquide caloporteur, ladite installation comportant une chaudière pilotable (221) étant raccordée à un ensemble de radiateurs (222), ladite installation (22) comportant une première boucle (L1) de circulation du liquide caloporteur, ladite première boucle comportant ladite chaudière pilotable (221) et ledit ensemble de radiateurs (222), ladite installation (22) étant couplée à un bouilleur (21) au moyen d'une seconde boucle (L2) de circulation du liquide caloporteur, au moyen d'une vanne thermostatique passive (11), à trois voies, comportant une entrée pour liquide caloporteur chaud (111), une entrée pour liquide caloporteur froid (112) et une sortie de liquide caloporteur (113), et un dispositif assurant un mélange progressif des liquides caloporteurs froid et chaud par l'action d'un organe thermostatique passif calibré à une température de transition T choisie.

Description

Description
KIT D'ADAPTATION POUR UNE INSTALLATION DE CHAUFFAGE CENTRAL ET PROCÉDÉ DE PILOTAGE D'UNE INSTALLATION ÉQUIPÉE D'UN TEL KIT
Domaine de l’invention
[0001] La présente invention a pour objet un perfectionnement aux installations de chauffage et de production d'eau chaude sanitaire, utilisant plusieurs générateurs de chaleur.
Etat de la technique
[0002] On connait, par exemple par le document EP 2 770 263 A2 ou le document EP 1 826 503 A2, les installations de chauffage comportant une chaudière pilotable, à énergie fossile (gaz ou fioul) ou formée par une pompe à chaleur, couplée à une chaudière à bois, la chaudière pilotable fonctionnant en complément de la chaudière à bois lorsque cette dernière ne produit pas suffisamment de puissance de chauffage par rapport à la demande de l’installation. Dans le présent mémoire, on appelle « chaudière pilotable » une chaudière pouvant être activée et désactivée en fonction d’une commande, en général une simple commande thermostatique, et ceci sans inertie dans la commande.
[0003] On connait aussi les dispositifs utilisant un panneau solaire à fluide caloporteur (de l’eau pure ou de l’eau additionné d’antigel), le panneau solaire étant couplé à un accumulateur de calories formé par un réservoir pour le fluide caloporteur, chauffé par circulation dudit fluide caloporteur entre l’accumulateur de calories et le panneau solaire lorsque les conditions de température le permettent. De façon classique, un tel dispositif est utilisé pour chauffer l’eau chaude sanitaire et/ou est couplé à une chaudière pilotable pour fonctionner en assistance de chauffage. L’expression « assistance de chauffage » signifie que la chaudière pilotable garantit la production des calories nécessaires au chauffage, en complément des calories produites par le dispositif à panneau solaire, éventuellement insuffisantes, ledit dispositif à panneau solaire ne produit des calories qu’en fonction des conditions météorologiques. En outre, des considérations d’optimisation économique de l’installation et de son fonctionnement conduisent à des dimensionnements de puissance installée éminemment variables, ce qui fait que les parts respectives de calories produites par la chaudière pilotable et par le dispositif à panneau solaire dépendent aussi de ces choix de dimensionnement. Dans le présent mémoire, « panneau solaire » désigne exclusivement un panneau dans lequel peut circuler un fluide caloporteur chauffé par l’action du soleil, et non pas les panneaux photovoltaïques.
[0004] Le document EP 1 826 503 A2 déjà cité montre une forme particulière de couplage entre un panneau solaire à fluide caloporteur et une chaudière pilotable et un accumulateur de calories formé par un réservoir d’eau, le couplage étant contrôlé par une pluralité de vannes à trois voies motorisées, toutes placés sous le contrôle d’un automatisme électronique.
[0005] Par ailleurs, les poêles à bois et les inserts de cheminée rencontrent également un succès important de par l’agrément qu’un feu de bois peut apporter dans une pièce de séjour. Mais ces appareils de chauffage ne sont pas à proprement parler pilotables, même ceux les plus perfectionnés de ces appareils comportant une chambre de combustion fermée et une régulation agissant en général sur l’entrée d’air comburant pour agir sur l’intensité de combustion du bois. Certaines versions de ces appareils de chauffage sont enveloppées d’une enceinte comportant des serpentins permettant de faire circuler de l’eau ; dans le présent mémoire, on appelle « bouilleur » ce type d’appareil. Par rapport aux poêles ou inserts classiques, un bouilleur en améliore encore le rendement car il est possible de l’utiliser comme élément générateur de chaleur, à titre principal ou en assistance de chauffage dans une installation de chauffage central. Dans le présent mémoire, on assimilera aussi à « bouilleur » un échangeur de conduit de fumées formant enceinte disposée par exemple en sortie d’un poêle, comportant des serpentins permettant de faire circuler de l’eau pour récupérer des calories dans les fumées.
[0006] Parmi les multiples propositions pour associer un poêle à bois à une installation comportant d’autres générateurs de chaleur, on peut citer la demande de brevet FR2925950 dans laquelle un poêle à bois est associé et à un panneau solaire et à une chaudière électrique que, dans le contexte du présent mémoire, on considère comme étant une chaudière pilotable. Une telle installation comporte un accumulateur de calories, comme c’est classique lorsqu’il y a un panneau solaire. Cependant, il est fait appel à un dispositif d’accumulation formé par des plaques en fonte à intégrer au poêle, ce qui rend ce système impossible à installer lorsque l’on ne dispose pas de place suffisante au niveau du poêle, et de plus, le bon fonctionnement de l’installation proposée est totalement tributaire du bon fonctionnement de vannes motorisées. En outre, dans cette demande de brevet, la chaudière pilotable chauffe aussi l’accumulateur de calories. Ceci est en contradiction avec le caractère pilotable de cette source, qui ne nécessite pas d’anticiper et donc de stocker de l’énergie. Cet agencement ne peut que minimiser la production et le stockage de la source gratuite fatale que constitue le panneau solaire.
[0007] Par le document EP 0 549 437 A1 , on connait aussi un kit visant à simplifier la fabrication et le montage de circuits destinés à être branchés à une chaudière et à différents récepteurs tels qu’un circuit d’eau chaude sanitaire et un circuit de radiateurs de chauffage central. Le kit propose des modules se prêtant à des fabrications en grande série et à des montages simples.
[0008] L’objectif de la présente invention est de permettre le couplage d’un bouilleur à une chaudière pilotable, sans transformation ni d’une chaudière pilotable ni d’un bouilleur afin que ceux-ci puissent être utilisés tels que disponibles dans le commerce. Un autre objectif de l’invention est de perfectionner le couplage d’un bouilleur à une chaudière pilotable, en proposant des moyens d’installation simple et qui permettent d’améliorer le rendement global d’une installation de chauffage central utilisant deux types de générateurs de chaleur, l’un pilotable quelle que soit l’énergie primaire qu’il utilise, et l’autre formé par un bouilleur, afin que le système de chauffage global qui en résulte permette de déplacer efficacement les calories produites par le bouilleur à la fois dans l’espace, c’est-à-dire dans des pièces du bâtiment éloignées du bouilleur grâce à un fonctionnement en assistance de chauffage comme connu en soi, et dans le temps, c’est-à-dire en différant la consommation d’une partie des calories produites.
[0009] Un autre objectif de l’invention est de proposer un schéma de couplage d’un bouilleur à une installation de chauffage comportant une chaudière pilotable dont le fonctionnement, indépendamment des choix de puissances des différents générateurs de chaleurs en présence, s’adapte automatiquement au mieux à l’inertie de fonctionnement importante en production de chaleur propre au bouilleur, tout en tirant avantage de la présence d’une chaudière pilotable. Un autre objectif de l’invention est de proposer un schéma de couplage qui, lorsque l’on utilise en plus un panneau solaire, s’adapte automatiquement au mieux au caractère aléatoire de la production de chaleur par un panneau solaire.
Présentation de l’invention
[0010] Pour créer un système de chauffage faisant appel à une source de calories brûlant du bois et une source de calories pilotable, l’invention propose un kit d’adaptation pour une installation de chauffage central à liquide caloporteur, ladite installation comportant une chaudière pilotable raccordée à un ensemble de radiateurs, ladite installation comportant une première boucle de circulation du liquide caloporteur, ladite première boucle comportant ladite chaudière pilotable et ledit ensemble de radiateurs, ladite installation étant couplée à un bouilleur au moyen d’une seconde boucle de circulation du liquide caloporteur, caractérisé en ce que le kit comprend :
• une vanne thermostatique passive, à trois voies, comportant une entrée pour liquide caloporteur chaud, une entrée pour liquide caloporteur froid et une sortie de liquide caloporteur, et un dispositif assurant un mélange progressif des liquides caloporteurs froid et chaud par l’action d’un organe thermostatique passif calibré à une température de transition T choisie,
• un raccord de départ vers l’installation permettant le branchement hydraulique à la chaudière pilotable et un raccord de retour d’installation permettant le branchement hydraulique au retour de l’ensemble de radiateurs, un raccord de départ vers bouilleur et un raccord de retour de bouilleur, ledit raccord de départ vers l’installation étant raccordé à une canalisation de retour bouilleur rejoignant le raccord de retour bouilleur, ledit raccord de retour d’installation étant raccordé à une canalisation de retour radiateur rejoignant ladite entrée pour liquide caloporteur froid,
• ladite sortie de liquide caloporteur étant raccordée à une canalisation de départ bouilleur qui rejoint ledit raccord de départ vers bouilleur,
• une première jonction étant raccordée en dérivation à ladite canalisation de retour bouilleur d’une part et d’une autre part à ladite entrée pour liquide caloporteur chaud,
• une deuxième jonction étant raccordée en dérivation à ladite canalisation de retour radiateur d’une part et d’autre part également en dérivation à ladite canalisation de retour bouilleur.
[0011] Dans une telle implantation, il est fait le choix d’implanter une vanne thermostatique passive, c’est-à-dire ne dépendant ni d’un pilotage électronique ni de la disponibilité d’une énergie apportée de l’extérieur pour fonctionner. Une telle vanne comprend un dispositif comportant une matière sensible à la chaleur, contenue par exemple dans une capsule thermostatique, capable de développer spontanément, sous l’effet d’une élévation de température, un effort suffisant pour déplacer un organe interne (une soupape ou un boisseau ou un tiroir) autorisant (ou fermant) une communication de deux des trois voies avec la troisième voie. Grâce à ce choix particulier, l’invention permet un couplage d’un bouilleur qui tire profit de l’inertie procurée par l’installation de chauffage elle-même et, dépassé un niveau de température du liquide caloporteur qui (le niveau de température) ne dépend que des caractéristiques constructives de la vanne thermostatique passive (les caractéristiques constructives déterminent ladite température de transition T choisie), il y a couplage automatique et progressif de la seconde boucle de circulation du liquide caloporteur à la première boucle, en recyclant progressivement une partie de plus en plus importante du débit de liquide caloporteur de retour des radiateurs, les deux boucles pouvant finir par n’en constituer qu’une seule (ou quasi), vu de la circulation du liquide caloporteur, lorsque l’on atteint une température telle que la vanne thermostatique bloque (ou quasi) toute entrée de liquide caloporteur par son entrée pour liquide caloporteur chaud.
[0012] Dans le contexte du présent mémoire, on entend par « raccord » tout moyen qui permet le passage du débit de liquide caloporteur, que ce soit par vissage, emmanchement par rapprochement axial relatif, ou même soudure. Un tel kit peut prendre la forme d’un ensemble d’éléments à assembler sur place, ou dans un atelier local, ou encore être prémonté sur un support ou dans un coffret, toutes ces variations étant différentes options de mise en œuvre de la présente invention.
[0013] De préférence, pour un fonctionnement évitant plus sûrement les conséquences d’une très forte production de calories par le bouilleur, il est recommandé d’ajouter une capacité thermostatique indépendante de celle de l’installation de chauffage central, c’est-à-dire d’utiliser un kit selon l’une des caractéristiques précédentes, pour installation comportant en outre un accumulateur de calories, caractérisé en ce que le kit comprend un raccord de départ vers l’accumulateur et un raccord de retour d’accumulateur, ladite canalisation de retour bouilleur étant formée d’un premier tronçon raccordé audit raccord retour bouilleur d’une part et d’autre part audit raccord départ vers l’accumulateur, et étant formée d’un second tronçon raccordé audit raccord de retour d’accumulateur d’une part et d’autre part audit raccord de départ vers l’installation.
[0014] Dans une mise en œuvre particulièrement avantageuse de l’invention, le kit selon l’invention est adapté pour installation dans laquelle l’accumulateur de calories comporte un fluide caloporteur, l’installation comportant en outre un panneau solaire disposé de façon à pouvoir réchauffer ledit fluide caloporteur, caractérisé en ce que le kit comporte un troisième tronçon comportant une vanne de bypass dont l’entrée est raccordée du côté dudit tronçon rejoignant ledit raccord de retour bouilleur, dont une des sorties est raccordée audit raccord de départ vers l’accumulateur et dont l’autre des sorties est raccordée à un troisième tronçon raccordé par ailleurs audit deuxième tronçon.
Brève description des figures
[0015] La suite décrit quelques exemples de mise en œuvre de l’invention en s’appuyant sur les planches de dessins dans lesquels :
• Fig. 1 est un exemple d’implantation d’un kit d’adaptation 1 dans une mise en œuvre simple, sans faire appel à un accumulateur de calories ;
• Fig. 2 est un exemple d’implantation d’une première variante d’un kit d’adaptation 1 A, adaptée au couplage avec accumulateur de calories ;
• Fig. 3 est un exemple d’implantation d’une seconde variante d’un kit d’adaptation 1 S, adaptée au couplage avec panneau solaire.
Description détaillée de l’invention
[0016] A la Fig. 1 , on voit une installation de chauffage central 22, à liquide caloporteur ; ladite installation comporte une chaudière pilotable 221 raccordée à un ensemble de radiateurs 222 ; ladite installation 22 comporte une première boucle L1 de circulation du liquide caloporteur, ladite première boucle comportant ladite chaudière pilotable 221 et ledit ensemble de radiateurs 222 ; ladite installation 22 est couplée à un bouilleur 21 au moyen d’une seconde boucle L2 de circulation du liquide caloporteur ; on voit également une vanne thermostatique passive 11 , à trois voies, comportant une entrée pour liquide caloporteur chaud 111 , une entrée pour liquide caloporteur froid 112 et une sortie de liquide caloporteur 113, et comportant un dispositif (non représenté) assurant un mélange progressif des liquides caloporteurs froid et chaud par l’action d’un organe thermostatique passif calibré à une température de transition T choisie.
[0017] On voit aussi un raccord de départ vers l’installation 22o permettant le branchement hydraulique à la chaudière pilotable 221 et un raccord de retour d’installation 21 i permettant le branchement hydraulique au retour de l’ensemble de radiateurs 222 ; on aperçoit un raccord de départ vers bouilleur 21 o et un raccord de retour de bouilleur 21 i ; à noter que ledit raccord de départ vers l’installation 22o est raccordé à une canalisation de retour bouilleur 13 rejoignant le raccord de retour bouilleur 21 i et que ledit raccord de retour d’installation 22 i est raccordé à une canalisation de retour radiateur 14 rejoignant ladite entrée pour liquide caloporteur froid 112 ; ladite sortie de liquide caloporteur 113 est raccordée à une canalisation de départ bouilleur 15 qui rejoint ledit raccord de départ vers bouilleur 21 o.
[0018] Une première jonction J1 est raccordée en dérivation à ladite canalisation de retour bouilleur 13 d’une part et d’une autre part à ladite entrée pour liquide caloporteur chaud 111 ; une deuxième jonction J2 est raccordée en dérivation à ladite canalisation de retour radiateur 14 d’une part et d’autre part également en dérivation à ladite canalisation de retour bouilleur 13, entre l’endroit où la première jonction J1 est raccordée en dérivation à ladite canalisation de retour bouilleur 13 et ledit raccord de départ vers l’installation 22o. On voit aussi un vase d’expansion 223, et un circulateur d’installation 224. Il suffit ici de décrire l’installation de chauffage central de façon très sommaire, seulement dans la mesure utile à la compréhension du fonctionnement du couplage à un bouilleur. Le liquide caloporteur est en général de l’eau.
[0019] L’homme du métier sait également que, lorsque l’on installe un bouilleur, il convient de l’équiper de divers dispositifs de sécurité tel qu’une soupape de sécurité s’ouvrant lorsque la pression du liquide caloporteur de l’installation atteint un certain niveau, ainsi que d’une soupape d’injection d’eau froide et prélèvement d’eau chaude hors du circuit bouilleur pour l’évacuer à l’extérieur afin de limiter l’élévation de température du fluide caloporteur en cas de feu trop intense dans le bouilleur ; tous ces éléments sont des dispositifs de sécurité classiques, en général installés avec le bouilleur et parfaitement compatibles avec la présente invention.
[0020] Le kit selon l’invention peut comprendre un clapet anti-thermosiphon 215 disposé à une implantation choisie entre une position sur ladite canalisation de retour bouilleur 13 juste en aval du raccord de retour bouilleur 21 i et une position sur ladite canalisation de départ bouilleur 15 juste en amont du raccord de départ vers bouilleur 21 o. Ce clapet anti-thermosiphon est fonctionnellement sur la seconde boucle L2 ; il évite que dans certaines conditions de fonctionnement, le bouilleur 21 dissipe des calories ; à noter cependant que le clapet anti-thermosiphon 215 pourrait de façon totalement équivalente être implanté ailleurs le long de la seconde boucle L2.
[0021] Le kit selon l’invention peut de préférence comporter, sur ladite deuxième jonction J2, un clapet anti-retour 225 autorisant la circulation de liquide caloporteur seulement vers la canalisation de retour bouilleur 13.
[0022] Ladite canalisation de départ bouilleur 15 comporte un circulateur de bouilleur 214 ; celui-ci peut ou non faire partie du kit. De préférence, ledit circulateur de bouilleur 214 est de type à vitesse pilotable de façon proportionnelle, dont l’intérêt est tout à la fois de parvenir le plus vite possible à un état de fonctionnement du bouilleur 21 favorable à son rendement et au bon état de la totalité des éléments, que ce soit le bouilleur ou le conduit de fumées. Faisons observer que le bon fonctionnement du système de chauffage que constitue l’installation 22 de chauffage central avec l’assistance d’un bouilleur 21 dépend de la circulation effective du liquide caloporteur dans les première et seconde boucles de liquide caloporteur, ce qui requiert en général (sauf fonctionnement total en thermosiphon) le fonctionnement des circulateurs 214, 224, mais reste indépendant de tout pilotage électronique, par exemple au moyen d’une unité centrale chargée d’un programme, ce qui imposerait aussi une continuité d’énergie électrique disponible pour le fonctionnement de ladite unité centrale. On peut s’affranchir de panne électrique tout en garantissant la circulation effective de liquide caloporteur en alimentant au moins le circulateur de bouilleur 214 via un onduleur ; l’absence de pilotage dudit circulateur de bouilleur 214 par une unité centrale reste un mode fonctionnel suffisant, quoique dégradé.
[0023] Dans ce premier mode de réalisation, la capacité d’absorption des calories produites par le bouilleur ne provient que de l’installation de chauffage central elle- même. En cas de puissance de bouilleur élevée par rapport à la puissance de dissipation des radiateurs, cela peut s’avérer insuffisant pour un fonctionnement très résilient du système de chauffage que constitue l’installation de chauffage central avec l’assistance d’un bouilleur. C’est pourquoi, de préférence, le système de chauffage comprend un accumulateur de calories disposé de façon à recevoir les calories produites par le bouilleur, soit en priorité, soit au moins lorsque le chauffage central de dissipe pas suffisamment de calories. L’implantation d’un accumulateur de calorie, en particulier comme proposé par la présente invention, permet d’absorber efficacement des pics de puissance calorifique courts tels que ce qui se produit en général au moment de rechargement d’une bûche dans le bouilleur. Il se peut en effet que l’installation de chauffage n’ait pas cette capacité d’absorption, ou insuffisamment, ce qui conduirait à une brusque élévation de température du liquide caloporteur, avec risque de production de vapeur ou de décharge par l’un ou l’autre des dispositifs de sécurité installés avec le bouilleur. Cependant, notamment en fonction de prévisions météorologique, il peut être préférable d’envoyer les calories produites par le bouilleur directement dans l’installation de chauffage en by-passant l’accumulateur, comme cela sera explicité dans la suite.
[0024] La Fig. 2 illustre une telle implantation. On retrouve tous les éléments communs au premier mode de réalisation. En outre, le kit selon l’invention, est adapté spécifiquement à une installation comportant en outre un accumulateur de calories 23. Dans ce cas, l’accumulateur 23 utilise de préférence un fluide caloporteur indépendant du fluide caloporteur circulant dans le système de chauffage, réalisant un effet inertiel de stockage de calories. Un tel kit comprend alors un raccord de départ vers l’accumulateur 23o et un raccord de retour d’accumulateur 23i ; ladite canalisation de retour bouilleur 13 est dans ce cas formée d’un premier tronçon 131 raccordé audit raccord retour bouilleur 21 i d’une part et d’autre part audit raccord départ vers l’accumulateur 23o, et formé d’un second tronçon 132 raccordé audit raccord de retour d’accumulateur 23i d’une part et d’autre part audit raccord de départ vers l’installation 22o.
[0025] De préférence, pour une telle installation comportant un accumulateur de calories 23, le kit selon l’invention comprend une électrovanne 12 à trois voies ayant une entrée 121 et deux sorties 122 et 123 de liquide caloporteur ainsi qu’un actionneur électrique M permettant le passage du liquide caloporteur de l’entrée à l’une des deux sorties ; ladite deuxième jonction est dans ce cas formée par une première partie J21 partant du raccordement en dérivation aménagé sur ladite canalisation de retour radiateur 14 d’une part et d’autre part raccordée à ladite entrée 121 de l’électrovanne 12, et est formée par une deuxième partie J22 raccordée à l’une 122 des deux sorties d’une part et d’autre part et d’autre part est raccordée en dérivation à ladite canalisation de retour bouilleur 13, entre ledit raccord de départ vers l’installation 22o et ladite première jonction J1. Dans ce cas, le clapet antiretour 225 de la deuxième jonction J2 est disposé sur ladite première partie J21 de la deuxième jonction.
[0026] Le kit selon l’invention comprend encore une troisième jonction J3, raccordée en dérivation audit premier tronçon 131 d’une part et d’autre part à l’autre 123 desdites deux sorties ; dans ce cas, une unité de pilotage assure la commande de ladite électrovanne 12 en fonction d’au moins (i) une température représentative de la présence de feu dans le bouilleur, (ii) la température de retour radiateurs, et (iii) la température dans l’accumulateur de calories.
[0027] De par l’implantation d’une électrovanne 12, on dispose alors d’une plus grande souplesse de gestion du système de chauffage en actionnant cette électrovanne 12 de façon à permettre que le débit de liquide caloporteur de retour des radiateurs puisse puiser des calories dans l’accumulateur avant de rejoindre la chaudière pilotable, et ceci lorsque les conditions de température s’y prêtent, à savoir lorsque la température du liquide caloporteur en retour des radiateurs est inférieure à la température prévalant dans l’accumulateur de calories ; sinon, il est préférable que ce débit soit envoyé directement dans la chaudière pilotable, et ceci au profit d’un meilleur rendement global du système de chauffage.
[0028] Signalons encore que le kit peut prendre la forme de deux sous-ensembles afin de pourvoir installer chaque sous-ensemble à des endroits différents dans la chaufferie à équiper ; à noter que, pour éviter de petites fuites internes parasites qui seraient dues à un échauffement de la vanne thermostatique passive 11 par conduction dans les canalisations, et non pas sous l’effet de la circulation du liquide caloporteur, tout ceci selon les caractéristiques techniques de la vanne thermostatique passive 11 choisie, il est préférable de disposer ladite vanne thermostatique passive à distance suffisante de l’accumulateur de calories 23.
[0029] La suite se rapporte à la description détaillée des circulations de liquide caloporteur. Observons sur les figures les continuités de flux de liquide caloporteur en partant d’un état où la température dans la canalisation de retour bouilleur 13 ou 131 est basse, imposant une température basse à l’entrée chaude 111 de la vanne thermostatique 11. Par température basse, on entend une température suffisamment inférieure à la température de transition T pour que la vanne thermostatique ne permette pas le passage de liquide caloporteur par son entrée pour liquide caloporteur froid 112. Dans cette configuration, le flux de liquide caloporteur acheminé vers le bouilleur passe par l’entrée pour liquide caloporteur chaud 111 qui est uniquement reliée, via la première jonction J1 , à ladite canalisation de retour bouilleur 13 ou 131 , c’est-à-dire au bouilleur 21 directement ou respectivement via l’accumulateur de calories 23. On remarque que ladite entrée pour liquide caloporteur chaud 111 est aussi relié à la chaudière pilotable 221 via la continuation de la canalisation de retour bouilleur 13 en aval du raccordement en dérivation de ladite première jonction J1 sur ladite canalisation de retour bouilleur (voir repères 13 ou 132 selon figures). Par ailleurs, le flux de liquide caloporteur en provenance du retour radiateurs de l’installation 22 et parvenant dans la canalisation de retour radiateur 14 est uniquement relié à la chaudière pilotable 221 via la seconde jonction J2 raccordée en dérivation à l’extrémité aval de la canalisation de retour bouilleur (voir à l’extrémité de gauche des repères 13 ou 132 selon les figures).
[0030] En phase de réchauffe, typiquement juste après démarrage du feu dans le bouilleur, la circulation du liquide caloporteur se fait dans deux boucles indépendantes : a. une première boucle L1 sur laquelle se trouvent, en série, la chaudière pilotable, l’ensemble de radiateurs puis retour en direct vers la chaudière via la seconde jonction J2 ; à noter que, dans le cas du second mode de réalisation avec présence d’une électrovanne, il convient que celle-ci soit positionnée de façon à renvoyer le débit de liquide caloporteur directement vers la chaudière pilotable, assurant ainsi un circuit identique à ce qu’il est en l’absence de ladite électrovanne ; b. une seconde boucle comportant le bouilleur et l’accumulateur de calories, isolée de la première boucle (quant à la circulation de fluide caloporteur) par le fait que la vanne thermostatique 11 ne permet aucun recyclage venant du retour radiateurs tant que la température de sortie de l’accumulateur est inférieure à une température choisie, par exemple valant typiquement 60°C (ladite température choisie varie selon le choix du modèle de vanne thermostatique 11 ), la circulation dans cette boucle étant forcée par le circulateur de bouilleur 214.
[0031] Une caractéristique très intéressante de l’invention est que ces deux boucles, même dans leur fonctionnement indépendamment l’une de l’autre, sont toujours reliées hydrauliquement par la canalisation de retour bouilleur 13 (ou ses variantes) allant du raccord de retour bouilleur 21 i au raccord de sortie vers l’installation 22o, et donc sont reliées au vase d’expansion 223 assurant la régulation de pression du liquide caloporteur dans l’ensemble du système de chauffage.
[0032] Lorsque la température dans l’accumulateur s’approche de la température de transition choisie, par exemple 60°C, la vanne thermostatique 11 recycle progressivement une partie, voire progressivement la totalité, du flux de liquide caloporteur de retour des radiateurs ; la part du flux en retour radiateur qui ne retourne plus directement vers la chaudière pilotable conduit à ce que la même part de flux sortant de l’accumulateur de calories 23 allie non plus vers le bouilleur 21 mais vers ladite chaudière pilotable 221 , et ceci par simple conservation du volume de liquide caloporteur contenu dans les boucles. A propos du choix de la température de transition, il faut noter qu’il convient de choisir plutôt une valeur supérieure à 60°C si l’on souhaite augmenter la quantité d’énergie stocké dans l’accumulateur, et inversement choisir une valeur inférieure à 60°C si l’on souhaite maximiser l’assistance en temps réel à la chaudière pilotable pour le chauffage du bâtiment.
[0033] Si réchauffement du liquide caloporteur continue (c’est selon la différence entre la puissance apportée par le bouilleur et prélevée par le chauffage), on obtient progressivement une seule boucle comportant en série la chaudière pilotable, l’ensemble de radiateurs 222, la vanne thermostatique 11 , le bouilleur 21 (ainsi que, s’il est présent, l’accumulateur 23), et bouclage à nouveau sur la chaudière pilotable. La sortie de l’accumulateur 23 ne peut se faire que vers la chaudière pilotable par forçage du circulateur d’installation 224 et pilotage approprié du circulateur de bouilleur 214 (une règle de bonne pratique est que le pilotage de ce dernier doive faire tendre le débit dans la boucle bouilleur à être supérieur au débit assuré par le circulateur d’installation). De préférence, les deux circulateurs pouvant se retrouver en série l’un de l’autre, il est important que l’un d’eux au moins soit d’un type de pompe non-volumétrique, n’imposant pas un débit mais imposant une augmentation de pression. Remarquons aussi que, de préférence, ladite seconde boucle L2 peut comporter un clapet anti-thermosiphon 215, à pression avantageusement réglable, pour pouvoir être taré à un niveau tel que la circulation dans la boucle L2 ne se produise que sous l’effet du circulateur de bouilleur 214. Ceci permet d’éviter tout risque que le bouilleur fonctionne en radiateur en fin de feu ou en l’absence de feu sous l’action du circulateur d’installation 224.
[0034] De préférence, le bouilleur est de type comportant une régulation automatique de la puissance du feu par un clapet d’entrée d’air frais asservi à la température du liquide caloporteur circulant dans le bouilleur.
[0035] L’invention trouve à s’appliquer très favorablement à un système de chauffage faisant appel en outre à un dispositif de réchauffage sous l’action du soleil. La suite décrit une assistance de chauffage au moyen d’un panneau solaire.
Cependant, conceptuellement parlant, il serait équivalent d’utiliser des panneaux photovoltaïques et de réchauffer l’accumulateur 23 par une résistance électrique. [0036] La Fig. 3 illustre une implantation pour installation dans laquelle l’accumulateur de calories comporte un fluide caloporteur, et comportant en outre un panneau solaire 24 disposé de façon à pouvoir réchauffer ledit fluide caloporteur. On retrouve tous les éléments communs au premier et au deuxième modes de réalisation. En outre et dans ce mode de réalisation, le kit selon l’invention comporte une vanne de bypass 242 dont l’entrée est raccordée du côté dudit tronçon rejoignant ledit raccord de retour bouilleur 21 i, dont une des sorties est raccordée audit raccord de départ vers l’accumulateur 23o et dont l’autre des sorties est raccordée à un troisième tronçon 133 raccordé par ailleurs audit deuxième tronçon 132. Dans ce cas, l’accumulateur 23 utilise en général un fluide caloporteur qui est le plus souvent de l’eau, additivée ou non d’antigel, ledit fluide caloporteur circulant vers le panneau 24 pour se charger en calories avant de revenir dans l’accumulateur de calories 23, étant rappelé qu’il s’agit d’un circuit indépendant du fluide caloporteur circulant dans le système de chauffage. Dans cette mise en œuvre particulière de l’invention, il s’agit alors du même fluide que celui réalisant l’effet inertiel de stockage de calories expliqué auparavant.
[0037] Le présent mémoire n’aborde pas la production d’eau chaude sanitaire ; il suffit de rappeler qu’elle peut être assurée par la chaudière pilotable avec ou sans assistance par l’accumulateur de calories 23, en signalant au passage que le stockage de calories dans l’accumulateur 23 peut très utilement préchauffer l’eau chaude sanitaire via un serpentin dédié.
[0038] Faisons observer que l’un des intérêts de l’invention est de tirer un meilleur parti de l’accumulateur de calories toujours présent en cas de panneau solaire, lorsque le besoin de chauffage est important, à savoir plutôt en hiver surtout s’il n’y a pas de soleil. Mais il peut très bien y avoir des conditions météorologiques où il y a rayonnement solaire significatif et besoin de chauffage. Dans ce cas, pour optimiser la récupération de calories solaires, il faut éviter de trop chauffer l’accumulateur 23 par les calories produites par le bouilleur. C’est ce que permet la vanne de bypass 242. Il convient de choisir de préférence un accumulateur 23 dont les serpentins de l’échangeur d’accumulateur 230 sont au moins en partie en position haute dans l’accumulateur 23, et dont le prélèvement de fluide caloporteur se fait par une canalisation 240 de circulation de fluide caloporteur entre accumulateur 23 et panneau solaire 24 branchée en position basse, comme dessiné à la Fig. 3. En effet, la stratification naturelle du fluide caloporteur permet de garder une portion du ballon à basse température et donc de garder un certain potentiel de le réchauffer par l’effet du soleil. L’usage de la réchauffe de la partie basse est particulièrement utile si un autre serpentin (celui de l’eau chaude sanitaire, non représenté pour ne pas surcharger le dessin) permet d’aller avantageusement prélever des calories en partie basse. Précisons aussi qu’un arrangement alternatif peut prévoir un brassage forcé du fluide caloporteur de l’accumulateur 23 avec une pompe ou une hélice, afin de ne pas trop stratifier le fluide caloporteur et augmenter l’aptitude de l’accumulateur au stockage de calories. L’homme du métier pourra aisément ajouter tous les dispositifs nécessaires pour tirer parti de ce qui vient d’être précisé.
[0039] La commande de la vanne de bypass peut être simplement manuelle, le gestionnaire de l’installation pouvant tenir compte des conditions météorologiques. Cependant, il est aussi possible d’automatiser plus totalement le fonctionnement du système de chauffage grâce à un mode de réalisation tout particulièrement avantageux du kit selon l’invention dans lequel ladite vanne de bypass 242 est de type commandé électriquement.
[0040] Ce qui suit se rapporte au pilotage d’une installation équipée d’un kit selon l’invention. Dans le cas de l’implantation d’un kit qui comporte une électrovanne 12, l’invention s’étend à un procédé de pilotage d’une installation comportant une chaudière pilotable 221 raccordée à un ensemble de radiateurs 222, ladite installation 22 comportant une première boucle L1 de circulation du liquide caloporteur, ladite première boucle comportant ladite chaudière pilotable 221 et ledit ensemble de radiateurs 222, ladite installation 22 étant couplée à un bouilleur 21 au moyen d’une seconde boucle L2 de circulation du liquide caloporteur, ladite installation comportant en outre un accumulateur de calories 23, le procédé opérant de façon à ce que : a. dès que et tant que l’unité de pilotage détecte la présence de feu, l’électrovanne 12 à trois voies est commandée de façon à assurer la circulation du liquide caloporteur vers ladite deuxième partie J22, de sorte que le liquide caloporteur de retour des radiateurs est envoyé vers la chaudière pilotable ; b. le débit du circulateur 214 est piloté de façon proportionnelle en fonction d’une mesure de température du liquide caloporteur en sortie du bouilleur.
[0041] De préférence, afin de permettre un basculement rapide dans une configuration optimisée en cas d’utilisation du bouilleur 21 , il convient d’assurer sans délai la détection de démarrage d’un feu dans le bouilleur, d’évaluer la puissance apparente du feu pour assurer une prédiction de puissance thermostatique à puiser dans le bouilleur par le liquide caloporteur. De même, il convient de prévenir un trop fort refroidissement du bouilleur par le liquide caloporteur, ce qui risquerait de provoquer une condensation les fumées et d’encrasser le conduit de fumée. A cette fin, le procédé de pilotage du débit du circulateur se base, entre autres paramètres, sur une mesure de température des fumées de combustion et assure un pilotage de façon proportionnelle.
[0042] En outre, il convient que le pilotage assure un bon transfert de calories vers l’installation de chauffage 22, le cas échéant via l’accumulateur 23, et à cette fin le procédé est tel que le débit du circulateur est piloté de façon proportionnelle aussi en fonction d’une mesure de température du liquide caloporteur en sortie du bouilleur et d’une température dans l’accumulateur de calories. [0043] En outre, pour une meilleure optimisation de la captation de calories solaires combinée à l’utilisation de calories produites par le bouilleur, le procédé de pilotage d’un kit pour une installation comportant en outre un panneau solaire est tel que ladite vanne de bypass 242 est pilotée en fonction d’une information météorologique.
[0044] En période estivale, l’usage idéal de l’accumulateur de calories 23 sera de produire l’eau chaude sanitaire, comme seul moyen de chauffage ou en assistance d’un autre moyen de chauffage de l’eau chaude sanitaire, par exemple la chaudière pilotée 221 . En demi-saison, l’accumulateur de calories 23 va servir en outre au chauffage du liquide caloporteur parvenant à l’ensemble de radiateurs 222, éventuellement en assistance de chauffage. La recherche du meilleur rendement du système de chauffage tel que décrit conduit à donner priorité aux calories d’origine solaire, puis aux calories produites par le bouilleur en présence de feu, et enfin à la chaudière pilotable. A cette fin, l’électrovanne 12 est activée sur la position envoyant le liquide caloporteur vers l’accumulateur de calories 23, et de même pour la vanne de bypass 242. En présence de feu, l’électrovanne 12 est immédiatement activée sur la position envoyant le liquide caloporteur vers la chaudière pilotable 221 , pour réserver l’accumulateur de calories 23 au stockage de calories produites par le bouilleur 21 . Mais en présence de conditions météorologiques favorables, priorité est donnée à l’accumulation de calories solaires en activant la vanne de bypass 242 pour que le flux de liquide caloporteur en provenance du bouilleur ne passe plus par l’accumulateur de calories 23, même en présence de feu.
[0045] Le pilotage global d’un tel système de chauffage peut aussi agir sur la chaudière pilotée 221 pour la désactiver ou l’activer, et peut aussi agir pour activer le circulateur d’installation 224 même lorsque la chaudière pilotable 221 est désactivée ; en agissant sur l’électrovanne 12 (et le cas échéant sur la vanne de bypass 242), on peut garantir que l’on chauffe l’installation 22 seulement au moyen de l’accumulateur de calories 23, y compris si l’accumulateur de calories 23 a été chauffé par le bouilleur 21 , en fin de feu par exemple. L’homme du métier peut aisément adopter les modes de pilotage qui permettent de consommer en priorité les calories en provenance de l’accumulateur de calories 21 pour faire descendre la température du fluide caloporteur qu’il contient et ainsi tendre à le mettre en plus grande capacité de récupérer des calories solaires, ou d’accumuler des calories produites par le bouilleur.
[0046] Toutes les règles de pilotage d’un système de chauffage qui viennent d’être explicitées peuvent être mises en œuvre au moyen d’une unité de pilotage, non représentée pour ne pas surcharger inutilement les dessins. Cette unité de pilotage est connectée aux capteurs de températures nécessaires, selon les règles retenues, et peut aussi être connectée à une interface appropriée pour traiter des informations météorologiques. Cette unité de pilotage est aussi connectée aux éléments à piloter, à savoir dans les exemples décrits (non limitatifs des mises en œuvre possibles de l’invention), l’électrovanne 12, la vanne de bypass 242, le circulateur de bouilleur 214, le circulateur d’installation 224, la chaudière pilotable 221 .
L’invention peut être mise en œuvre dans des installations comportant différentes variantes de disposition des éléments non spécifiques de l’invention, tel que par exemple dans une installation où la chaudière pilotable est une pompe à chaleur à basse température qui, dans ce cas, sera de préférence en aval des radiateurs et avant le branchement au raccord de retour d’installation 22 i, moyennant des adaptations appropriées.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Kit d’adaptation (1) pour une installation (22) de chauffage central à liquide caloporteur, ladite installation comportant une chaudière pilotable (221 ) raccordée à un ensemble de radiateurs (222), ladite installation (22) comportant une première boucle (L1 ) de circulation du liquide caloporteur, ladite première boucle comportant ladite chaudière pilotable (221 ) et ledit ensemble de radiateurs (222), ladite installation (22) étant couplée à un bouilleur (21 ) au moyen d’une seconde boucle (L2) de circulation du liquide caloporteur, caractérisé en ce que le kit comprend :
• une vanne thermostatique passive (11), à trois voies, comportant une entrée pour liquide caloporteur chaud (111 ), une entrée pour liquide caloporteur froid (112) et une sortie de liquide caloporteur (113), et un dispositif assurant un mélange progressif des liquides caloporteurs froid et chaud par l’action d’un organe thermostatique passif calibré à une température de transition T choisie,
• un raccord de départ vers l’installation (22o) permettant le branchement hydraulique à la chaudière pilotable (221 ) et un raccord de retour d’installation (22i) permettant le branchement hydraulique au retour de l’ensemble de radiateurs (222),
• un raccord de départ vers bouilleur (21 o) et un raccord de retour de bouilleur (21 i),
• ledit raccord de départ vers l’installation (22o) étant raccordé à une canalisation de retour bouilleur (13) rejoignant le raccord de retour bouilleur (21 i),
• ledit raccord de retour d’installation (22i) étant raccordé à une canalisation de retour radiateur (14) rejoignant ladite entrée pour liquide caloporteur froid (112),
• ladite sortie de liquide caloporteur (113) étant raccordée à une canalisation de départ bouilleur (15) qui rejoint ledit raccord de départ vers bouilleur (21 o),
• une première jonction (J1 ) étant raccordée en dérivation à ladite canalisation de retour bouilleur (13) d’une part et d’une autre part à ladite entrée pour liquide caloporteur chaud (111 ),
• une deuxième jonction (J2) étant raccordée en dérivation à ladite canalisation de retour radiateur (14) d’une part et d’autre part également en dérivation à ladite canalisation de retour bouilleur (13).
[Revendication 2] Kit selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite canalisation de départ bouilleur (15) comporte un circulateur de bouilleur (214).
[Revendication 3] Kit selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit circulateur de bouilleur (214) est de type à vitesse pilotable de façon proportionnelle.
[Revendication 4] Kit selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comporte un clapet anti-thermosiphon (215) disposé à une implantation choisie entre une position sur ladite canalisation de retour bouilleur (13) rejoignant le raccord de retour bouilleur (21 i) et une position sur ladite canalisation de départ bouilleur (15) qui rejoint ledit raccord de départ vers l’installation (22o).
[Revendication 5] Kit selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite deuxième jonction (J2) comporte un clapet anti-retour (225) autorisant la circulation de liquide caloporteur seulement vers la canalisation de retour bouilleur (13).
[Revendication 6] Kit selon l’une des revendications précédentes, pour installation comportant en outre un accumulateur de calories (23), caractérisé en ce que le kit comprend :
• un raccord de départ vers l’accumulateur (23o) et un raccord de retour d’accumulateur (23i),
• ladite canalisation de retour bouilleur est formée d’un premier tronçon (131 ) raccordé audit raccord retour bouilleur (21 i) d’une part et d’autre part audit raccord départ vers l’accumulateur (23o), et est formée d’un second tronçon (132) raccordé audit raccord de retour d’accumulateur (23i) d’une part et d’autre part audit raccord de départ vers l’installation (22o).
[Revendication 7] Kit selon la revendication 6, caractérisé en ce que le kit comprend :
• une électrovanne (12) à trois voies ayant une entrée (121 ) et deux sorties (122, 123) de liquide caloporteur ainsi qu’un actionneur électrique (M) permettant le passage du liquide caloporteur de l’entrée à l’une des deux sorties,
• ladite deuxième jonction étant formée par une première partie (J21 ) partant du raccordement en dérivation aménagé sur ladite canalisation de retour radiateur (14) d’une part et d’autre part raccordée à ladite entrée (121 ) de l’électrovanne (12), et étant formée par une deuxième partie (J22) raccordée à l’une (122) des deux sorties d’une part et d’autre part et d’autre part est raccordée en dérivation à ladite canalisation de retour bouilleur (13), entre ledit raccord de départ vers l’installation (22o) et ladite première jonction (J1 ), une troisième jonction (J3), raccordée d’une part en dérivation audit premier tronçon (131 ) d’une part et d’autre part à l’autre (123) desdites deux sorties, • une unité de pilotage assurant la commande de ladite électrovanne (12) en fonction d’au moins (i) une température représentative de la présence de feu dans le bouilleur, (ii) la température de retour radiateurs, et (iii) la température dans l’accumulateur de calories.
[Revendication 8] Kit selon l’une des revendications 6 ou 7, pour installation dans laquelle l’accumulateur de calories comporte un fluide caloporteur, et comportant en outre un panneau solaire (24) disposé de façon à pouvoir réchauffer ledit fluide caloporteur, caractérisé en ce que le kit comporte une vanne de bypass (242) dont l’entrée est raccordée du côté dudit tronçon rejoignant ledit raccord de retour bouilleur (21 i), dont une des sorties est raccordée audit raccord de départ vers l’accumulateur (23o) et dont l’autre des sorties est raccordée à un troisième tronçon (133) raccordé par ailleurs audit deuxième tronçon (132).
[Revendication 9] Kit selon la revendication 8, dans lequel ladite vanne de bypass (242) est de type commandé électriquement.
[Revendication 10] Procédé de pilotage d’une installation équipée d’un kit selon les revendications 2 et 7, l’installation comportant une chaudière pilotable (221 ) raccordée à un ensemble de radiateurs (222), ladite installation (22) comportant une première boucle (L1 ) de circulation du liquide caloporteur, ladite première boucle comportant ladite chaudière pilotable (221 ) et ledit ensemble de radiateurs (222), ladite installation (22) étant couplée à un bouilleur (21 ) au moyen d’une seconde boucle (L2) de circulation du liquide caloporteur, ladite installation comportant en outre un accumulateur de calories (23), le procédé étant caractérisé en ce que :
• a) dès que et tant que l’unité de pilotage détecte la présence de feu, l’électrovanne (12) à trois voies est commandée de façon à assurer la circulation du liquide caloporteur vers ladite deuxième partie (J22), de sorte que le liquide caloporteur de retour des radiateurs est envoyé vers la chaudière pilotable ;
• b) le débit du circulateur (214) est piloté de façon proportionnelle en fonction d’une mesure de température du liquide caloporteur en sortie du bouilleur.
[Revendication 11] Procédé de pilotage selon la revendication 10, caractérisé en ce que le débit du circulateur est piloté de façon proportionnelle en fonction d’une mesure de température des fumées de combustion.
[Revendication 12] Procédé de pilotage selon la revendication 11 , caractérisé en ce que le débit du circulateur est piloté de façon proportionnelle aussi en fonction d’une température dans l’accumulateur de calories.
[Revendication 13] Procédé de pilotage selon l’une des revendications 10 à 12, d’une installation équipée d’un kit selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite vanne de bypass (242) est pilotée en fonction d’une information météorologique.
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EP0549437A1 (fr) 1991-12-23 1993-06-30 Chaffoteaux Et Maury Perfectionnements aux circuits de chauffage et analogues à eau chaude et à leurs composants
EP1826503A2 (fr) 2006-02-28 2007-08-29 Costruzioni Solari S.R.L. Kit pour distribuer, gérer, mesurer et doser l'énergie dans un système thermique solaire, possiblement associé avec d'autres sources d'énergie
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