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WO1992012389A1 - Dispositif de production d'eau chaude sanitaire ou de chauffage - Google Patents

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WO1992012389A1
WO1992012389A1 PCT/FR1991/001062 FR9101062W WO9212389A1 WO 1992012389 A1 WO1992012389 A1 WO 1992012389A1 FR 9101062 W FR9101062 W FR 9101062W WO 9212389 A1 WO9212389 A1 WO 9212389A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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water
tank
heating
segment
pipe
Prior art date
Application number
PCT/FR1991/001062
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English (en)
Inventor
André THEVENON
Original Assignee
Thevenon Andre
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR9016617A external-priority patent/FR2671170B1/fr
Priority claimed from FR9109466A external-priority patent/FR2679631B1/fr
Application filed by Thevenon Andre filed Critical Thevenon Andre
Priority to JP4503072A priority Critical patent/JPH06507006A/ja
Publication of WO1992012389A1 publication Critical patent/WO1992012389A1/fr

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/10—Feed-line arrangements, e.g. providing for heat-accumulator tanks, expansion tanks ; Hydraulic components of a central heating system
    • F24D3/1091—Mixing cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/0078—Recirculation systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/0089—Additional heating means, e.g. electric heated buffer tanks or electric continuous flow heaters, located close to the consumer, e.g. directly before the water taps in bathrooms, in domestic hot water lines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/0095—Devices for preventing damage by freezing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/18—Water-storage heaters
    • F24H1/185—Water-storage heaters using electric energy supply
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/50—Hydropower in dwellings

Definitions

  • the present invention relates to the production of domestic hot water (DHW) or lukewarm domestic water (ETS).
  • DHW domestic hot water
  • ETS lukewarm domestic water
  • An important application of the invention is the production of lukewarm sanitary water, that is to say water whose temperature is certainly lower than the boiling temperature.
  • the invention also finds applications for the production of hot liquids such as for example: demineralized water, thermal fluids, other hot industrial liquids.
  • Hot water is currently produced: either with accumulation, which requires high thermal powers which cause short-term operations to compensate for the losses of the accumulator when the set temperature is reached and an oversizing of this accumulator to compensate for the losses. which leads to overkill and increased wastage;
  • thermosiphon Depending on the type of installation, the heating of domestic hot water can be done by thermosiphon.
  • gas or electric energy is generally used as the energy source, electricity being preponderant.
  • the electrical system consists of putting a water heater with a capacity equal to a few tens of liters near the draw-off point with a relatively high immersion heater power of one to several kW.
  • a drawback of the centralized installation system relative to the decentralized installation system is the greater loss of water and energy.
  • Looping or tracing for the centralized system is expensive in investment and energy: permanent losses are increased.
  • the automatic heating control of liquids is generally obtained by a thermostat which allows the supply of energy in all or nothing.
  • the thermostats are given for a determined number of cuts. They degrade over time, and are the cause of disorders.
  • the safety groups must be operated periodically to improve their probability of proper operation. In practice this is rarely done, and the security group is either fleeing or blocked.
  • the immersion heaters are brought to very high surface temperatures which cause the deposit of scale, therefore an increase in thermal resistance, therefore an increase in the temperature of the heating element and a deterioration of that -this.
  • the tanks are generally made of surface-treated steel to slow corrosion. A bond with other metals can create electrochemical couples causing corrosion. As a result, the guarantees granted by the manufacturers of electric water heaters on the market are generally limited in time: - 5 to 10 years on the tanks,
  • the invention makes it possible to replace the thermostat and the high-power immersion heater, which are organs with a high risk of breakdowns, by static elements, external to the capacity, self-regulating in temperature. Optimization reduces the thermal power of these static elements. Reliability is thus considerably increased. As a result, compared to conventional systems, low operating costs and significant savings in water and energy. The power demand is low, which makes it possible to reduce the cost of electricity subscriptions, the cost of the supply and protection means. It is found that the overall energy efficiency is improved.
  • the installed power required for a sink is a few tens of watts, the average annual power for offices with 10 people is around 20.
  • the power at equilibrium temperature without drawing can be about 14 W.
  • the invention makes it possible to design particular structures for heating water which avoid the risks of explosion, by the fact that all the means of heating are self-regulating and limit by themselves the maximum possible temperature.
  • the only protection needed is that of people in relation to electricity. This is obtained by differential circuit breaker and earthing of the metal braid which envelops the heating elements or the tank.
  • the structure according to the invention makes it possible to provide a heating of the water just sufficient for the desired temperature at the point of withdrawal.
  • the transmission of heat energy is distributed over a large area.
  • the scaling is significantly reduced, and virtually all maintenance is eliminated.
  • Another problem proposed by the present invention is thus to produce an installation for producing sanitary hot water or lukewarm sanitary water, making it possible to very quickly obtain an appropriate temperature of water at the point of withdrawal, and not requiring a significant overall installed power for the means of heating the water in the tank or tanks.
  • the invention aims to use the capacity of the tanks as efficiently as possible, so that, during use, the cold water gradually introduced into the tank does not mix excessively with the hot water still ready to come out of the tank towards the draw-off point.
  • a device produces hot or lukewarm sanitary water discharging through an outlet orifice, from a flow of water available in an inlet pipe.
  • the device comprises a means for controlling the flow of hot water, a sealed tank, provided with a water introduction port and a water extraction port, and intended to contain a quantity of water. to be heated, the water introduction orifice being connected to the inlet pipe.
  • the water extraction port is connected by an outlet pipe to said outlet port.
  • Heating means connected to an external source of energy, heat the water contained in the tank to bring it to an appropriate temperature.
  • the heating means comprise a self-regulating assembly comprising first means of electrical conductors and second means of electrical conductors intended to be permanently connected respectively to a first and a second output terminal of an external source of electrical energy, said means means of electrical conductors being arranged close to each other and separated from each other by a resistive material whose resistivity is an increasing function of its temperature, the self-regulating assembly formed by the means of electrical conductors and said resistive material being suitably electrically insulated and thermally coupled to the interior space of the tank to heat the water contained in said reser ⁇ see.
  • the self-regulating heating means are pressed around and outside the tank in the lower zone.
  • the invention is also adaptable to an installation centralized.
  • the invention makes it possible to eliminate water losses and reduce energy losses by installing suitable volume capacities near the wells on an existing installation.
  • the central accumulator can be produced according to the principle of self-regulating external heating, with for example heating sheets of rectangular or circular shape.
  • An improvement for the central accumulator consists in placing inside an intermediate tank which makes it possible to make the best use of the available power by bringing cold water up along the self-regulating walls in temperature.
  • This intermediate tank must be of the lowest possible thermal resistance, and cause water displacement speeds sufficiently reduced so as not to disturb the phenomena of stratification by temperature (hot water is less dense than cold water. ).
  • the use of particular self-regulating heating means of the invention results in an installation cost which may be slightly increased compared to traditional heating structures.
  • the invention aims to compensate for this increase by optimizing the position of the self-regulating heating means, in order to reduce their quantity, by using compensating capacities, by optimizing the shapes of tanks, by optimizing their orientation, and by providing heat-insulating means and means reducing water loss.
  • the longevity of all the equipment for producing lukewarm sanitary water according to the invention is considerably increased.
  • the self-regulating heating element can be easily repaired.
  • the lukewarm sanitary water system according to the invention results in savings in material, energy and water, it operates reliably and safely.
  • the walls of the reservoirs can advantageously be made of copper, presenting no risk of electrocorrosion because the pipes are generally made of copper or plastic.
  • the invention provides an installation of the decentralized type, with at least one sealed tank, heat-insulating means, heating means, an inlet pipe, a pipe outlet, water flow control means, mixing means.
  • the mixing means are arranged in the high position, in the immediate vicinity of the upper water extraction orifice to which they are connected by a first short segment of outlet pipe, - the point of connection of the inlet pipe is in high position, and in the immediate vicinity of the mixing means to which it is connected by a short bypass pipe,
  • the inlet pipe inlet segment located between the tapping point and the lower water introduction orifice, is thermally insulated from ambient air over at least most of its length .
  • the water inlet and outlet are above the tank, with maintenance of a thermosyphon which advantageously increases the heat exchanges between the heating means and the water in the tank, thus reducing the duration of rise in water temperature.
  • the inlet pipe inlet segment is disposed in the immediate vicinity of the tank, and is thermally isolated from the ambient air by the heat-insulating means of the tank itself, the pipe inlet segment d entry can be taken in the same envelope of heat insulating means. This reduces thermal losses, and decreases the thermal response time and the variations in water temperature at the drawing point.
  • the mixing means comprise:
  • connection T between the branch pipe, between the first outlet pipe segment and between the second outlet pipe segment
  • the constant flow calibration means can be a simple constriction of appropriate diameter made in the bypass pipe wall itself, or can be an interchangeable diaphragm allowing discontinuous adjustment, or can be a valve allowing continuous manual adjustment.
  • the mixing means comprise a mixer, a first inlet of which is connected to the branch pipe, a second inlet of which is connected to the first outlet pipe segment, and the outlet of which is connected to the second outlet segment outlet pipe.
  • FIG. 1 is a front sectional view of a device for producing lukewarm sanitary water or cold water according to the invention, according to an embodiment adapted to a sink;
  • FIG. 2 illustrates an embodiment of the heating means according to the invention
  • FIG. 3 is a perspective view in section, on a larger scale, of a heating cord which can be used according to the invention
  • FIG. 4 illustrates a heating sheet structure according to the invention
  • - Figure 5 illustrates the constitution of a circular heating wall according to the invention
  • FIG.6 is a schematic front view in section of a high capacity heating tank structure according to the invention.
  • FIG. 7 illustrates a known structure of installation for producing domestic hot water
  • FIG. 8 is a schematic view of a device for producing lukewarm sanitary water according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 9 illustrates a device for producing lukewarm sanitary water according to another embodiment of the invention
  • FIG. 10 shows an application of the device of the invention, for supplying a sink with lukewarm sanitary water and cold water with two taps with foot control;
  • FIG. 11 is a schematic view of a device for producing lukewarm sanitary water according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 12 illustrates an application of the device according to the invention for the production of an installation with centralized water heater and cascade compensators; and
  • FIG. 13 illustrates an application of the invention for the production of a space heating installation.
  • the device makes it possible to produce lukewarm sanitary water pouring out through the outlet orifice 1, or drawing point, from a flow of water available in a pipe.
  • a tap 3 allows the control of lukewarm water flow. It is preferably a foot-operated tap.
  • the device comprises a sealed reservoir 4, provided with a water introduction orifice 5 and a water extraction orifice 6.
  • the water extraction orifice 6 is connected to the orifice of outlet 1 by a short outlet pipe, and this connection is free, that is to say that the outlet pipe 7 is devoid of any tap.
  • the interior space of the reservoir 4 is permanently left at atmospheric pressure.
  • the outlet orifice 1 is intended to be placed in a position higher than the maximum level of water in the reservoir 4.
  • an anti-siphon system with high level air intake for example must be installed.
  • the tank 4 is advantageously arranged below the sink, possibly in the column of the sink.
  • the introduction orifice 5 is connected to the inlet pipe 2, the lukewarm water flow control valve 3 being interposed in the inlet pipe 2, upstream of the tank 4.
  • Heating means 8 connected to an external source of energy, heat the water contained in the tank 4 to bring it to an appropriate temperature.
  • the heating means 8 constitute a self-regulating assembly, electrically connected to an external source of electrical energy by conductors 9 and 10.
  • the shape of the reservoir 4 can be arbitrary, but a cylinder with circular section seems to be more suitable.
  • the wall of the reservoir 4 can be made of any material capable of conducting the heat produced by the heating means 8. Due to the absence of pressure at. inside the tank 4, the wall of the tank 4 does not have to be particularly mechanically resistant.
  • a heat insulator 40 limits heat loss.
  • An envelope 41 for example made of metal, provides mechanical protection.
  • a high density polyurethane wall can fulfill both functions.
  • FIG. 2 shows an example of an embodiment of the self-regulating assembly 8 constituted by a heating cord 80 wound in a helix around the peripheral lateral wall 117 of the reservoir 4.
  • a cord 80 shown on a larger scale and in section in Figure 3, consists of a first electrical conductor 81 and a second electrical conductor 82, arranged close to one another and separated from each other by a resistive material 83 such than a self-regulating semiconductor polymer whose electrical resistivity is an increasing function of its temperature.
  • the conductors 81 and 82 are two metallic wires arranged parallel to each other and embedded in the resistive material 83.
  • the resistive material 83 is surrounded by an electrically insulating layer 87 itself surrounded by a braid 88 in tinned copper providing mechanical and electrical protection and thermal conduction.
  • Such self-regulating heating cord structures are for example distributed by the company Raychem S.A. international in Brussels, under the brand HWAT.
  • the cord 80 is preferably arranged around the lower zone of the reservoir 4, the water introduction orifice 5 itself being in the lower zone of the enclosure 4, the water extraction orifice 6 being in the upper zone of the enclosure.
  • the respective ends of the conductors 81 and 82 are intended to be connected to the terminals of the external source of electrical energy by the conductors 9 and 10.
  • a reflective coating can be bonded around the area covered with the cord. 80, in order to improve the thermal efficiency.
  • the self-regulating assembly 8 comprises a heating sheet 84 comprising a first p. ne conductor 85 and a second conductive comb 86 arranged in one inside the other as shown in the figure.
  • the conductive combs are embedded in the resistive material 83 in the form of a plate, the assembly constituting a heating sheet which can be wound around the cylindrical lateral face of the reservoir 4.
  • the first conductive comb 85 is connected to the conductor 9 for its connection to a first electrical power source terminal, while the second conductive comb 86 is connected to the second conductor 10 for its connection to the second electrical energy source terminal.
  • FIG. 5 there is shown a self-regulating hot plate of circular shape intended to fit under the lower circular face of the enclosure 4.
  • Two electric wires whose ends constitute the conductors 9 and 10 are arranged parallel to each other in a spiral and embedded in a circular plate of resistive material 83, as shown in the figure.
  • an electric protective layer such as the metal braid 88, grounded, covers the resistive material 83, to avoid any risk of electrocution.
  • the reservoir 4 is a cylinder with a substantially vertical axis.
  • the device according to the invention is sufficient in itself, from a cold water inlet pipe 2, to produce lukewarm water for intermittent use .
  • the device is furthermore provided with a cold water control valve 13, interposed in a cold water supply pipe 14 disposed between the inlet pipe 2 and the outlet pipe 7.
  • the pipe of outlet 7 acts as a mixing zone for the hot water leaving the tank 4 and the cold water arriving via the pipe 14.
  • the tap 3 is advantageously a tap controlled by the foot or by detection of the presence of the hands. This arrangement is particularly advantageous in professional premises, and it makes it possible to reduce the consumption of water and energy.
  • the tap 13 is manually operated near the spout, or can advantageously be operated by foot.
  • the reservoir 4 has a cylindrical shape with a substantially vertical axis, the water introduction orifice 5 being at the bottom of the reservoir, the water extraction orifice 6 being in the upper part of the tank.
  • the heating means 8 are distributed on the lower part of the side wall of the tank 4, and on the bottom of the tank.
  • the reservoir. 4 is further provided with an inner intermediate tank 11, of cylindrical shape, blind, open upwards, coaxial with the wall outer and slightly smaller in diameter than the outer wall.
  • the intermediate tank is arranged near the lower portion of the side wall of the tank 4 and near the bottom of the tank, in the zone provided with heating means 8.
  • the intermediate tank 11 has spacing legs 99 lower, and is placed on the bottom of the tank 4.
  • a space 12 is left between the intermediate wall 11 and the outer wall of the tank 4, for the passage of water from the water introduction orifice 5
  • the cold water entering the tank 4 moves in the passage 12, and remains close to the heating means 8, which accelerates its heating and, by reducing the temperature, increases the calorific power developed by the heating means. 8 when the water is drawn off.
  • the thermal conduction of the intermediate tank 11 allows the temperature of the entire body of water to rise. This system uses the principle of hot water stratification with low speed water operations.
  • the volume of the tank is such that it allows a series of close successive washes, knowing that as and when drawn the thermal power of the heating elements increases. Satisfactory results have been obtained, in a professional room of 8 to 10 people, with a cylindrical tank 4 with a diameter equal to approximately 8 centimeters, a height equal to approximately 50 centimeters, and a self-regulating heating assembly providing a maximum power of 66 Watts about cold and about 14 Watts hot. These values can be optimized.
  • FIG. 7 represents a type of traditional central water heater for producing hot water or lukewarm sanitary water.
  • the traditional water heater comprises a sealed tank 4, provided with a lower water inlet orifice 5 and an upper water extraction orifice 6.
  • the tank 4 is enclosed in heat-insulating means 104, allowing to thermally isolate the tank 4 from the ambient air.
  • Heating means 8 such as an electrical immersion heater, connected to an external source of electrical energy, make it possible to heat the water contained in the tank 4 and bring it to an appropriate temperature.
  • the electrical immersion heaters are associated with control means for alternately establishing or interrupting the supply of electrical energy to the heating means, as a function of a thermostat placed in the tank 4 to measure the temperature of the water. This regulates the temperature in the tank by all or nothing action.
  • Flow control means actuable by the user, and not shown in the figure, make it possible to control the flow of water in the outlet pipe 7.
  • Mixing or mixing means 108 are arranged downstream in the pipe outlet 7, between a first segment 109 and a second segment 110 of outlet pipe.
  • the mixing or mixing means 108 are connected, by a bypass line 111, to a tapping point 112 of the inlet pipe 2.
  • the mixing or mixing means 108 realizes, in the outlet pipe 7, a mixture of appropriate proportion of cooler water from the inlet pipe and warmer water from the tank 4.
  • the mixing means or mixing valves 108 generally allow the passage of water between the first segment 109 of the outlet pipe and the bypass pipe 111. This results in a circulation of water, by thermosyphon, in the direction represented by the arrows 113.
  • the hot water circulating in the first segment of the outlet pipe 109, in the bypass pipe 111 and in the inlet segment 114 of the inlet pipe located between the point of tapping 112 and the lower orifice for introducing water 5, tends to cool because these pipe parts are generally little or not insulated.
  • the device structure according to the present invention differs from this installation traditional by the particular arrangement of the functional elements and the pipes.
  • the elements similar to those in FIG. 7 have been designated by the same reference numerals.
  • the sealed reservoir 4, the lower introduction orifice 5, the upper extraction orifice 6 are found again.
  • mixing means 108 are arranged in the high position and in the immediate vicinity of the upper water extraction orifice 6.
  • the mixing means 108 are connected to the upper water extraction orifice 6 by a first segment 109 of the outlet pipe which is as short as possible.
  • the tapping point 112 of the inlet pipe is in the high position, and in the immediate vicinity of the mixing means 108.
  • the bypass pipe 111, connecting the tapping point 112 and the mixing means 108, has the length d as short as possible.
  • the inlet pipe 2 thus arrives in the high position at the stitching point 112, and the outlet pipe 7 begins in the high position at the outlet of the mixing means 108.
  • a first advantage of this structure is that the inlet pipe connections 2 and outlet pipe 7 are in the high position, a position more accessible to the installer.
  • the inlet pipe 2 and the outlet pipe 7 can advantageously be placed in alignment with one another.
  • the device can be easily inserted into a pre-existing pipe, simply by cut and connection.
  • the inlet segment 114 of the inlet pipe located between the stitching point 112 and the lower water introduction orifice 5, is thermally insulated from the ambient air over at least most of its length. , preferably over its entire length.
  • the outlet pipe 7 can advantageously be insulated.
  • said segment inlet 114 of the inlet pipe is placed in the immediate vicinity of the tank 4, and is thermally isolated from the ambient air by the heat-insulating means 104 of the tank.
  • a particularly compact, space-saving assembly is thus produced, which can be contained in an insulating enclosure which can be easily positioned near a drawing point such as a sink or a shower.
  • the mixing means 108 comprise a connection T 115 and a diaphragm 116.
  • the connection T 115 is positioned between the branch pipe 111, the first segment 109 of the outlet pipe and the second segment 110 of outlet pipe, as shown in the figure.
  • the diaphragm 116 is interposed in the bypass pipe 111, between the stitching point 112 and the connection T 115.
  • the diaphragm 116 is chosen with an appropriate opening, which determines the proportion between the flow of water passing directly through the bypass pipe 111 and the water flow rate passing through the inlet segment 114 of the inlet pipe, the tank 4 and the first segment 109 of the outlet pipe.
  • the diaphragm 116 can be interchangeable, to allow a discontinuous adjustment of the flow rate, during the manufacture of the device for producing lukewarm sanitary water.
  • the temperature T3 of the water leaving is determined by the temperatures T1 and T2 and by the proportion of the relative flow rates determined by the diaphragm 116.
  • the diaphragm 116 is replaced by a simple constriction produced on the wall itself of bypass pipe 111.
  • the constant proportion of water flow is then determined by construction, according to the shape of the constriction.
  • the diaphragm 116 is replaced by a tap, kept partially open, thus allowing continuous manual adjustment of the constant proportion of water flow.
  • the water contained in the tank 4 can be at a relatively high temperature, for example between 55 and 90 ° C. This temperature prevents bacteria from forming in the tank, which could result from the stagnation of water in the tank for an extended period and at a temperature below 50 ° C.
  • the relatively high tank temperature of 55 to 90 ° C the temperature of the water in the outlet pipe is constantly lower, and is automatically at a temperature permissible for normal use.
  • the reservoir 4 is limited by a peripheral wall 117 of elongated cylindrical shape, oriented along an axis I-I generally vertical.
  • the peripheral wall 117 is connected to a bottom wall 118 and to a top wall 119.
  • the lower water inlet orifice 5 is formed in the bottom wall 118, while the upper extraction orifice d water 6 is formed in the top wall 119.
  • the reservoir 4 can have a relatively large height, compared to its diameter, so that, for the same volume, the diameter is relatively small. Such a reservoir, because of its reliability, can thus be • housed in a building wall, near a drawing point such as a sink.
  • the elongated height arrangement promotes the thermosyphon process, by which a permanent circulation of hot water occurs between the tank 4, the bypass line 111 and the inlet segment 114 of the inlet line. This thermosyphon process promotes heat exchange and the gradual homogenization of the water contained in the tank 4, during periods of non-drawing.
  • the inlet segment 114 of the water inlet pipe further comprises, in its lower part, a bypass 120 towards a lower drain orifice 121 closed by means shutter such as a removable plug 122.
  • the heat-insulating enclosure 104 which encloses the reservoir 4 and the inlet segment 114, comprises feet 123 not welded to the reservoir, so that the device can rest on the ground without thermal bridge, leaving access to drain port 121.
  • the heating means 8 can be of different well-known types.
  • heating means constituted by traditional immersion heaters, or electrical resistances which are connected to an external source of supply of electrical energy Such heating means constituted by immersion heaters must necessarily be associated with thermal regulation means, ensuring the establishment and interruption of supply of the immersion heaters as a function of the temperature of the water inside the tank. It is not uncommon for these thermal regulation means to experience faults, which quite often lead to an exaggerated increase in temperature and pressure inside the tank 4, which can in some cases cause an accidental explosion capable of causing the death of men.
  • the self-regulating heating assembly 8 comprises a cord self-regulating heater 80, suitably electrically insulated and plated around and outside the wall 117 of the tank 4, and coated with a reflective outer wall 50 in order to improve the thermal efficiency.
  • the heating cord is preferably arranged around the lower zone of the tank 4.
  • FIG. 9 shows an embodiment in which the means of tank comprise several cylindrical enclosures of generally vertical axis arranged side by side in a battery.
  • the means of tank comprise several cylindrical enclosures of generally vertical axis arranged side by side in a battery.
  • Enclosures 127, 128 and 129 are connected in a TICKELMAN loop, as shown in the figure, so that the water circulation paths are the same length regardless of the enclosure they cross, without there being preferential circuit.
  • the mixing means 108 have a structure different from that provided in the embodiment of FIG. 13.
  • the mixing means comprise a mixer 130, mechanical or thermostatic , a first inlet 131 of which is connected to the branch line 111, a second inlet 132 of which is connected to the first segment 109 of outlet pipe, and the outlet 133 of which is connected to the second segment 110 of outlet pipe.
  • the mixer 130 allows variable adjustment of the proportion of outlet flow coming respectively from the reservoir means and the bypass pipe 111, in order to approach the temperature set point as closely as possible.
  • FIG. 10 represents a possible use of the device of FIG. 8.
  • the device for the production of lukewarm sanitary water is then placed near a drawing point constituted by a spout 134 for supplying a sink 135 schematically represented.
  • the spout 134 is connected directly to the outlet pipe.
  • the outlet pipe is particularly short.
  • the device can be housed below the sink 135, vertically, along or in the sink column, or in the wall against which the sink 135 is placed.
  • the water inlet pipe 2 is provided with a hot water flow control valve 136, advantageously operable at the foot, as shown in the figure.
  • the water inlet pipe 2 comprises a water branch cold 137, connected at a connection point 138 upstream of the hot water flow control valve 136.
  • the cold water branch 137 is provided with a cold water flow control valve 139.
  • the branch d cold water 137 is connected downstream at an intermediate junction point 140 in the second segment 110 of the outlet pipe. The actuation of the cold water flow control valve 139 makes it possible to directly supply the spout 134 with cold water coming from the inlet pipe 2.
  • the actuation of the lukewarm water flow control valve 136 makes it possible to supply the spout 134 with lukewarm water coming from the device, that is to say water constituted by a mixture of water lukewarm from tank 4 and cold water from water supply line 2.
  • the device includes the same elements as in the embodiment of Figure 8, and these same elements are identified by the same reference numerals.
  • the heating means 8 comprise on the one hand a self-regulating assembly 80 comprising the self-regulating heating cord 51 wound in a helix around the lower part of the peripheral wall 117 of the tank, and on the other share a heating element 52 of high power such as a heating collar applied around the remaining part of the peripheral wall 117 of the tank.
  • the heating element 52 can for example have a power of several kilowatts.
  • It is associated with a thermostat 53 provided with a temperature probe 54.
  • the temperature probe 54 is housed inside the tank 4, for measuring the temperature of the water contained in the tank.
  • the thermostat 53 receives the information provided by the temperature probe 54, and controls all or nothing the electrical supply of the heating collar 52.
  • the self-regulating heating cord 51 is continuously supplied with electrical energy.
  • the figure schematically represents the appropriate electrical connections.
  • the temperature probe 54 can for example be placed in the lower bypass line 120, passing through the plug 122 and possibly passing through a full-flow valve inserted in said bypass line 120, and not shown in the figure. In the presence of a full-flow valve, the valve allows the probe 54 to be removed without draining all of the water contained in the tank 4.
  • the probe 54 crosses the first segment 109 of the outlet pipe, which makes it more easily accessible from the top of the device, and which can allow temperature regulation.
  • the thermostat 53 is adjusted to control the supply of the heating collar 52 up to an intermediate temperature T4 of water.
  • the high temperature T5 for regulating the self-regulating heating cord 51 is higher than the intermediate temperature T4 obtained by the heating collar 52 and the thermostat 53.
  • the intermediate temperature T4 for stabilization by the thermostat 53 may be approximately 60 °. C, or less as needed.
  • This structure makes it possible not to stress the thermostat 53 and the heating collar 52 for short periods of time for maintaining the temperature. This appreciably prolongs the lifespan of equipment operating discontinuously.
  • This principle can be applied to devices for producing decentralized lukewarm water, but also to devices for producing centralized hot water, or to devices for producing hot water for space heating.
  • Such a mixed structure of heating means 8, comprising a heating element 52 of high power associated with a thermostat 53 and a self-regulating heating cord 51, can be advantageously used in a structure according to the present invention provided with an integrated thermosyphon.
  • this mixed structure of heating means 8 can also be used independently of such an integrated thermosyphon.
  • this structure is useful each time a heating element such as the heating collar 52 is controlled by a thermostat 53.
  • a Heating element such as the heating collar 52 is controlled by a thermostat 53.
  • FIG. 12 shows an example of an application of devices according to the invention, for producing an installation for producing domestic hot water or lukewarm domestic water, comprising in cascade at least one centralized high-capacity device. for producing domestic hot water, and at least one decentralized compensating device of lower capacity for producing hot or lukewarm water in the vicinity of the draw-off points.
  • the installation comprises a centralized device 55, of high capacity, preferably placed below and as close as possible to the zone of high frequency use of hot water.
  • the centralized device 55 has a structure similar to that of the embodiment of FIG. 8, preferably with a thermostatic mixer 56 at the outlet.
  • the tank 4 is provided with heating means which advantageously comprise a high-power heating element 52 of the immersion heater type and a self-regulating assembly 80 with a heating cord.
  • a tap 116 makes it possible to adjust the proportion of flow of cooler water and hotter water producing by mixing the flow of hot water in the outlet pipe 7.
  • the centralized device 55 is also associated with a vessel of expansion 57 and to a safety valve 58, both arranged for example in the inlet pipe 2.
  • a stop valve for general water inlet 59 is inserted in the general inlet of water.
  • the centralized device 55 is adjusted to regulate the temperature of the water in its tank to a relatively high value, for example around 70 ° C.
  • the mixer 56 is adjusted to supply, in the outlet pipe 7, lukewarm water at a temperature known as of general use, for example around 40 ° C., which is the usual temperature at draw-off points such as sinks, showers or baths .
  • the outlet pipe 7 is connected to at least one first decentralized compensating device 60 close to a drawing point 61.
  • the decentralized compensating device 60 can advantageously be of the same type as the device of FIG. 8.
  • the inlet pipe 102 is connected by the valve 3 to the outlet pipe 7 of the centralized device 55.
  • the drawing point 61 is also connected by a tap 13 to a pipe of cold water 62 coming directly from the general water inlet shut-off valve 59.
  • the decentralized compensating device 60 is of lower capacity, and thus receives by its inlet pipe water at general use temperature coming from of the outlet pipe 7 of the centralized device 55.
  • the decentralized compensating device 60 can be adjusted so that the water contained in its reservoir is at a temperature of approximately 65 ° C., and so that the lukewarm water at the outlet is at a temperature of about 40 ° C.
  • the decentralized device 60 performs the function of compensator, in order to reduce the temperature of the water leaving the drawing point to a value close to the appropriate operating temperature, for example of the order of approximately 40 ° C., compensating for the possible thermal losses in the outlet pipe 7 during the transfer between the centralized device 57 and the decentralized compensating device 60.
  • the centralized device 55 allows a greater accumulation by hot water at higher temperature, for example from the 'around 70 ⁇ C.
  • the decentralized compensating device 60 avoids the wasting of hot water, and makes it possible to reduce the volume and the power of the centralized device 55.
  • the lowering of power of the centralized device 55 allows either continuous operation because the fixed premium surcharge for the operation during off-peak hours is no longer justified, that is, operation during off-peak hours with automatic restart below a water temperature threshold.
  • Such a cascade installation has the advantage of significantly saving the heat energy necessary for its operation.
  • the water sent into the outlet pipe 7 is at general use temperature, of the order of 40 ° C., which induces lower heat losses than in the case of A traditional installation in which the water present in the outlet pipe of a central storage tank is necessarily at a higher temperature.
  • the compensating device decentralized 60 must only compensate for the loss of temperature undergone by the water in the outlet pipe 7.
  • a decentralized compensating device 60 provided with a heating collar such as the collar 52 of the embodiment of FIG. 11, for raising the water temperature to a temperature higher than that present in outlet pipe 7, for example at 50 ° C.
  • FIG. 12 also shows a drawing point 63, close to the centralized device 55, which can be devoid of a compensating device, and a drawing point 64 such as a WC hand basin, supplied only in cold water and provided with an independent water heater according to the invention, producing lukewarm water at approximately 30 or 35 ° C.
  • the drawing points 65 and 66 illustrate a bathroom assembly, with two compensating devices in series allowing the immediate drawing of hot water.
  • FIG. 13 represents an application of a device according to the invention with a high-power heating element associated with a self-regulating assembly, for the production of hot water for space heating.
  • a thermostatically controlled main boiler 140 produces hot water sent into a primary circuit 141 comprising a mixing bottle 142 and a first circulator 143.
  • the mixing bottle is also connected by an outlet orifice 148 to a secondary heating circuit 144 conventional, to a second circulator 145, for heating radiators 146 or heated floors.
  • a self-regulating assembly 147 such as a self-regulating heating cord.
  • This arrangement of the self-regulating assembly in particular provides heating at a reduced temperature or for frost-free maintenance, at the voluntary or accidental shutdown of the main boiler.
  • Another advantageous application consists in placing a compensating device similar to that shown in FIG. 8, at the outlet of a boiler without accumulation.
  • the compensating device appreciably increases the capacity for producing water at an appropriate temperature, and allows, for example, simultaneous drawing without significant variation in temperature of the drawn water.

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Abstract

Le dispositif selon l'invention est caractérisé par la structure particulière des moyens chauffants (8), comprenant un cordon chauffant autorégulant enroulé en hélice et appliqué à l'extérieur de la partie inférieure de paroi (117) du réservoir (4). Le cordon chauffant autorégulant est formé de deux conducteurs électriques noyés à proximité l'un de l'autre dans une matière résistive dont la résistivité est une fonction croissante de la température. Le réservoir chauffant (4) permet de disposer d'eau tiède à l'orifice de sortie (1), et chauffe l'eau provenant de la canalisation d'entrée (2) qui s'est refroidie après son passage dans un générateur central d'eau chaude.

Description

DISPOSITIF DE PRODUCTION D'EAU CHAUDE SANITAIRE OU DE CHAUFFAGE
La présente invention concerne la production d'eau chaude sanitaire (ECS) ou d'eau tiède sanitaire (ETS).
Une application importante de l'invention est la production d'eau tiède sanitaire, c'est-à-dire d'eau dont la température est de manière certaine inférieure à la température d'ébullition.
L'invention trouve également des applications pour la produc¬ tion de liquides chauds tels que par exemple : eau déminéralisée, fluides thermiques, autres liquides industriels chauds. L'eau chaude est actuellement produite : soit avec accumulation ce qui nécessite des puissances thermiques élevées qui entraînent des fonctionnements de courte durée pour compenser les déperditions de l'accumulateur lorsque la température de consigne est atteinte et un surdimensionnement de cet accumulateur pour compenser les déperditions ce qui entraîne une surpuissance et une augmentation des déperditions ;
- soit sans accumulation, ce qui nécessite des puissances thermiques encore plus élevées qui sont en général insuffisantes pour plusieurs puisages simultanés. Dans la plupart des cas, la régulation de génération d'eau chaude sanitaire fonctionne selon le principe du Tout Ou Rien.
Selon le type d'installation, le chauffage de l'eau chaude sanitaire, peut s'effectuer par thermosiphon.
Dans le cas courant, l'ouverture d'un robinet (ou puisage) d'eau chaude sanitaire n'entraîne pas l'obtention immédiate d'eau chaude si la durée entre deux puisages a été suffisante pour un refroidisse¬ ment. L'eau est dans un premier temps froide, puis elle s'échauffe progressivement, avec un effet de retard pur et de constante de temps dû aux longueurs et diamètres de tuyaux entre la centralisation d'eau chaude sanitaire et le point de puisage. L'eau trop froide non utilisée au point de puisage est égale en masse à de l'eau froide qui entre dans le ballon ou le préparateur et représente une perte d'énergie et d'eau. Des améliorations connues ont été apportées à ce système en :
- créant un bouclage d'eau chaude sanitaire entre les réservoirs de production centralisée d'eau chaude et la zone proche des points de puisage avec circulation d'eau chaude sanitaire par pompe, traçant les tuyauteries d'eau chaude sanitaire par des cordons chauffants électriques.
Dans une installation décentralisée, on utilise généralement comme source d'énergie le gaz ou l'énergie électrique, l'électricité étant prépondérante. Le système électrique consiste à mettre près du point de puisage un chauffe-eau de capacité égale à quelques dizaines de litres avec une puissance de thermoplongeur relativement élevée de un à plusieurs kW.
Un inconvénient du système à installation centralisée relative¬ ment au système à installation décentralisée est la perte plus importante d'eau et d'énergie.
Le bouclage ou le traçage pour le système centralisé coûtent cher en investissement et en énergie : les déperditions permanentes sont augmentées.
La commande automatique de chauffage de liquides est obtenue généralement par un thermostat qui permet l'apport d'énergie en tout ou rien. Les thermostats sont donnés pour un nombre déterminé de coupures. Ils se dégradent dans le temps, et sont la cause de désordres.
En cas de malfonction des thermostats et des groupes de sécurité et/ou soupapes thermiques qui leurs sont généralement associés, le circuit d'eau chaude sanitaire pouvant être isolé par robinets, il y a risque d'explosion et de vaporisation de l'eau, ou brûlure lors du puisage.
Les groupes de sécurité doivent être manoeuvres périodiquement afin d'améliorer leur probabilité de bon fonctionnement. Dans la pratique cela est rarement fait, et le groupe de sécurité est soit fuyard soit bloqué.
Dans le cas d'énergie électrique, les thermoplongeurs sont portés à des températures de surface très élevées qui provoquent le dépôt de tartre, donc une élévation de la résistance thermique, donc une élévation de la température de l'élément chauffant et une détérioration de celui-ci.
Les réservoirs sont en général en acier traité en surface afin de ralentir la corrosion. Une liaison avec d'autre métaux peut créer des couples électrochimiques provoquant la corrosion. II en résulte que les garanties accordées par les constructeurs de chauffe-eau électriques du marché sont généralement limitées dans le temps : - 5 à 10 ans sur les réservoirs,
- 5 ans pour les thermoplongeurs avec stéatite,
- 2 ans pour les thermoplongeurs blindés.
L'invention permet de remplacer le thermostat et le thermoplon- geur de puissance élevée, qui sont des organes à haut risque de pannes, par des éléments statiques, extérieurs à la capacité, autorégulants en température. Une optimisation permet de réduire la puissance thermique de ces éléments statiques. La fiabilité est ainsi considérablement augmentée. II en résulte, par rapport aux systèmes classiques, un faible coût d'exploitation et des économies sensibles d'eau et d'énergie. La puissance appelée est faible, ce qui permet de réduire le coût des abonnements d'électricité, le coût des moyens d'alimentation et de protection. On constate que le rendement énergétique global est amélioré.
La puissance installée nécessaire pour un lavabo est de quelques dizaines de watts, la puissance moyenne annuelle pour des bureaux avec 10 personnes est d'environ 20 . La puissance à la température d'équilibre sans puisage peut être d'environ 14 W. L'invention permet de concevoir des structures particulières de chauffage de l'eau qui évitent les risques d'explosion, par le fait que tous les moyens de chauffage sont autorégulants et limitent par eux-même la température maximale possible. La seule protection nécessaire est celle des personnes relativement à l'électricité. Ceci est obtenu par disjoncteur différentiel et mise à la terre de la tresse métallique qui enveloppe les éléments chauffants ou du réservoir.
La structure selon l'invention permet de prévoir un échauffe- ment de l'eau juste suffisant pour la température désirée au point de puisage. La transmission d'énergie calorifique est répartie sur une grande surface. Ainsi, on réduit sensiblement l'entartrage, et l'on supprime pratiquement tout entretien.
Un autre problème proposé par la présente invention est ainsi de réaliser une installation de production d'eau chaude sanitaire ou d'eau tiède sanitaire, permettant l'obtention très rapide d'une tempéra- ture appropriée d'eau au point de puisage, et ne nécessitant pas une puissance globale installée importante pour les moyens de chauffe de l'eau dans le ou les réservoirs. En particulier, l'invention vise à utiliser de manière la plus efficace possible toute la capacité des réservoirs, de façon que, en cours d'utilisation, l'eau froide progressivement introduite dans le réservoir ne se mélange pas de manière excessive avec l'eau chaude encore prête à sortir du réservoir vers le point de puisage.
Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, un dispositif selon l'invention produit de l'eau chaude ou tiède sanitaire se déversant par un orifice de sortie, à partir d'un flux d'eau disponible dans une canalisation d'arrivée. Le dispositif comprend un moyen de commande de débit d'eau chaude, un réservoir étanche, muni d'un orifice d'introduction d'eau et d'un orifice d'extraction d'eau, et destiné à contenir une quantité d'eau à chauffer, l'orifice d'introduction d'eau étant raccordé à la canalisation d'arrivée. L'orifice d'extraction d'eau est raccordé par une canalisation de sortie audit orifice de sortie. Des moyens chauffants, connectés à une source extérieure d'énergie, chauf¬ fent l'eau contenue dans le réservoir pour l'amener à une température appropriée. Les moyens chauffants comprennent un ensemble autorégulant comportant des premiers moyens de conducteurs électriques et des seconds moyens de conducteurs électriques destinés à être connectés en perma- nence respectivement à une première et une seconde borne de sortie d'une source extérieure d'énergie électrique, lesdits moyens de conducteurs électriques étant disposés à proximité l'un de l'autre et séparés l'un de l'autre par une matière résistive dont la résistivité est une fonction croissante de sa température, l'ensemble autorégulant formé par les moyens de conducteurs électriques et ladite matière résistive étant convenablement isolé électriquement et couplé thermiquement à l'espace intérieur du réservoir pour chauffer l'eau contenue dans ledit réser¬ voir.
Selon une réalisation avantageuse, les moyens chauffants autorégulants sont plaqués autour et à l'extérieur du réservoir en zone inférieure.
Avec un réservoir de capacité relativement réduite placé au voisinage de chaque point de puisage, on réalise une installation décentralisée, adaptée pour un puisage intermittent d'eau chaude, laissant le temps aux moyens chauffants d'échauffer l'eau froide dès son introduction dans le réservoir.
L'invention est également adaptable sur une installation centralisée. Dans ce cas, l'invention permet de supprimer les pertes d'eau et de réduire les pertes d'énergie en installant des capacités de volume adapté près des puisages sur une installation existante.
L'accumulateur central peut être réalisé selon le principe du chauffage externe autorégulant, avec par exemple des nappes chauffantes de forme rectangulaire ou circulaire.
Une amélioration pour l'accumulateur central consiste à placer à l'intérieur de celui-ci une cuve intermédiaire qui permet d'utiliser au mieux la puissance disponible en faisant remonter l'eau froide le long des parois autorégulées en température.
Cette cuve intermédiaire doit être de résistance thermique la plus faible possible, et provoquer des vitesses de déplacement d'eau suffisamment réduites pour ne pas perturber les phénomènes de stratifi¬ cation par la température (l'eau chaude est moins dense que l'eau froide).
L'utilisation des moyens chauffants particuliers autorégulants de l'invention entraîne un coût d'installation pouvant se trouver légèrement augmenté par rapport aux structures chauffantes traditionnel¬ les. L'invention vise à compenser cette augmentation en optimisant la position des moyens chauffants autorégulants, pour diminuer leur quantité, en utilisant des capacités en compensateur, en optimisant les formes de réservoirs, en optimisant leur orientation, et en prévoyant des moyens de calorifuges et des moyens réduisant les pertes d'eau.
La longévité de l'ensemble du matériel de production d'eau tiède sanitaire selon l'invention est considérablement augmentée. L'élément chauffant autorégulant peut être facilement réparé.
Le système d'eau tiède sanitaire selon l'invention entraine des économies de matière, d'énergie et d'eau, il fonctionne avec fiabilité et en toute sécurité. Les parois des réservoirs peuvent avantageusement être en cuivre, ne présentant aucun risque d'électrocorrosion du fait que les tuyaux sont en général en cuivre ou en matière plastique.
Pour obtenir très rapidement la température appropriée d'eau au point de puisage, l'invention prévoit une installation de type décentra- lise, avec au moins un réservoir étanche, des moyens calorifuges, des moyens chauffants, une canalisation d'arrivée, une canalisation de sortie, des moyens de commande de débit d'eau, des moyens mélangeurs. Selon l'invention :
- les moyens mélangeurs sont disposés en position haute, à proximité immédiate de l'orifice supérieur d'extraction d'eau auquel ils sont reliés par un premier segment court de canalisation de sortie, - le point de piquage de canalisation d'entrée est en position haute, et à proximité immédiate des moyens mélangeurs auxquels il est relié par une canalisation de dérivation courte,
- le segment d'entrée de canalisation d'arrivée, situé entre le point de piquage et l'orifice inférieur d'introduction d'eau, est isolé thermi- quement de l'air ambiant sur au moins la plus grande partie de sa longueur.
Grâce à une telle structure, l'entrée et la sortie d'eau sont au-dessus du réservoir, avec entretien d'un thermosiphon qui augmente avantageusement les échanges thermiques entre les moyens chauffants et l'eau du réservoir, réduisant ainsi la durée de montée en température de l'eau.
De préférence, le segment d'entrée de canalisation d'arrivée est disposé à proximité immédiate du réservoir, et est isolé thermique- ment de l'air ambiant par les moyens calorifuges du réservoir lui-même, le segment d'entrée de canalisation d'entrée pouvant être pris dans la même enveloppe de moyens calorifuges. On réduit ainsi les pertes thermiques, et on diminue le temps de réponse thermique et les variations de température d'eau au puisage.
Selon un premier mode de réalisation, les moyens mélangeurs comprennent :
- un T de raccordement entre la canalisation de dérivation, entre le premier segment de canalisation de sortie et entre le second segment de canalisation de sortie,
- un moyen de calibration constante de débit, interposé dans la canalisation de dérivation, déterminant une proportion constante entre le débit d'eau plus froide traversant directement la canalisation de dérivation et le débit d'eau plus chaude traversant le segment d'entrée de canalisation d'arrivée, le réservoir et le premier segment de canalisation de sortie. Le moyen de calibration constante de débit peut être un simple retreint de diamètre approprié réalisé dans la paroi de canalisation de dérivation elle-même, ou peut être un diaphragme interchangeable autorisant un réglage discontinu, ou peut être un robinet autorisant un réglage manuel continu.
Selon un second mode de réalisation, les moyens mélangeurs comprennent un mitigeur, dont une première entrée est raccordée à la canalisation de dérivation, dont une seconde entrée est raccordée au premier segment de canalisation de sortie, et dont la sortie est raccordée au second segment de canalisation de sortie.
D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisa¬ tion particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles :
- la figure 1 est une vue de face en coupe d'un dispositif de production d'eau tiède sanitaire ou d'eau froide selon l'invention, selon un mode de réalisation adapté à un lavabo ;
- la figure 2 illustre un mode de réalisation des moyens chauffants selon l'invention ; la figure 3 est une vue en perspective en coupe, à plus grande échelle, d'un cordon chauffant pouvant être utilisé selon l'invention ; la figure 4 illustre une structure de nappe chauffante selon l'invention ; - la figure 5 illustre la constitution d'une paroi chauffante circulaire selon l'invention ;
- la figure.6 est une vue schématique de face en coupe d'une structure de réservoir chauffant de forte capacité selon l'invention ;
- la figure 7 illustre une structure connue d'installation de production d'eau chaude sanitaire ;
- la figure 8 est une vue schématique d'un dispositif de production d'eau tiède sanitaire selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 9 illustre un dispositif de production d'eau tiède sanitaire selon un autre mode de réalisation de l'invention ; - la figure 10 montre une application du dispositif de l'invention, pour l'alimentation d'un lavabo en eau tiède sanitaire et en eau froide avec deux robinets à commande au pied ;
- la figure 11 est une vue schématique d'un dispositif de production d'eau tiède sanitaire selon un autre mode de réalisation de l'inven- tion ;
- la figure 12 illustre une application du dispositif selon l'invention pour la réalisation d'une installation avec chauffe-eau centralisé et dispositifs compensateurs en cascade ; et la figure 13 illustre une application de l'invention pour la réalisation d'une installation de chauffage de locaux.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le dispositif permet de produire de l'eau tiède sanitaire se déversant par l'orifice de sortie 1, ou point de puisage, à partir d'un flux d'eau disponible dans une canalisation d'arrivée 2. Un robinet 3 permet la commande de débit d'eau tiède. Il s'agit, de préférence, d'un robinet à commande au pied. Le dispositif comprend un réservoir étanche 4, muni d'un orifice d'introduction d'eau 5 et d'un orifice d'extraction d'eau 6. L'orifice d'extraction d'eau 6 est raccordé à l'orifice de sortie 1 par une courte canalisation de sortie, et ce raccordement est libre, c'est- à-dire que la canalisation de sortie 7 est dépourvue de tout robinet. Ainsi, l'espace intérieur du réservoir 4 est en permanence laissé à la pression atmosphérique. Dans ce mode de réalisation, pour éviter que le réservoir 4 ne se vide d'eau, l'orifice de sortie 1 est destiné à être placé en une position plus élevée que le niveau maximum d'eau dans le réservoir 4. En alternative, , un système antisiphon avec prise d'air à niveau haut par exemple doit être installé.
Dans le cas d'un lavabo, comme le représente la figure, le réservoir 4 est avantageusement disposée au-dessous du lavabo, éventuel¬ lement dans la colonne du lavabo.
L'orifice d'introduction 5 est raccordé à la canalisation d'arrivée 2, le robinet de commande de débit d'eau tiède 3 étant interposé dans la canalisation d'arrivée 2, en amont du réservoir 4.
Des moyens chauffants 8, connectés à une source extérieure d'énergie, chauffent l'eau contenue dans le réservoir 4 pour l'amener à une température appropriée. Les moyens chauffants 8 constituent un ensemble autorégulant, connecté électriquement à une source extérieure d'énergie électrique par des conducteurs 9 et 10.
La forme du réservoir 4 peut être quelconque, mais un cylindre à section circulaire semble mieux convenir. La paroi du réservoir 4 peut être réalisée par tout matériau susceptible de conduire la chaleur produite par les moyens chauffants 8. Du fait de l'absence de pression à . l'intérieur du réservoir 4, la paroi du réservoir 4 n'a pas à être particulièrement résistante mécaniquement. Un calorifuge 40 limite les déperditions thermiques. Une enveloppe 41, par exemple en métal, assure la protection mécanique. Une paroi en polyuréthanne haute densité peut remplir les deux fonctions.
On a représenté, sur la figure 2, un exemple de réalisation de l'ensemble autorégulant 8 constitué par un cordon chauffant 80 enroulé en hélice autour de la paroi latérale périphérique 117 du réservoir 4. Un tel cordon 80, représenté à plus grande échelle et en coupe sur la figure 3, est constitué d'un premier conducteur électrique 81 et d'un second conducteur électrique 82, disposés à proximité l'un de l'autre et séparés l'un de l'autre par une matière 83 résistive telle qu'un polymère semiconducteur autorégulant dont la résistivité électrique est une fonction croissante de sa température. Par exemple, les conducteurs 81 et 82 sont deux fils métalliques disposés parallèlement l'un à l'autre et noyés dans la matière résistive 83. La matière résistive 83 est entourée d'une couche électriquement isolante 87 elle-même entourée d'une tresse 88 en cuivre étamé assurant la protection mécanique et électrique et la conduction thermique. De telles structures de cordon chauffant autorégulant sont par exemple distribuées par la société Raychem S.A. international à Bruxelles, sous la marque HWAT. Le cordon 80 est, de préférence, disposé autour de la zone inférieure du réservoir 4, l'orifice d'introduction d'eau 5 étant lui- même en zone inférieure de l'enceinte 4, l'orifice d'extraction d'eau 6 étant en zone supérieure de l'enceinte. Les extrémités respectives des conducteurs 81 et 82 sont destinées à être connectées aux bornes de la source extérieure d'énergie électrique par les conducteurs 9 et 10. Un revêtement réfléchissant, non représenté sur les figures, peut être collé autour de la zone recouverte du cordon 80, afin d'améliorer le rendement thermique.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 4, l'ensemble autorégulant 8 comprend une nappe chauffante 84 comportant un premier p. ne conducteur 85 et un second peigne conducteur 86 disposés en imbrication l'un dans l'autre comme le représente la figure. Les peignes conducteurs sont noyés dans la matière résistive 83 en forme de plaque, l'ensemble constituant une nappe chauffante pouvant être enrou- lée autour de la face latérale cylindrique du réservoir 4. Le premier peigne conducteur 85 est connecté au conducteur 9 pour son raccordement à une première borne de source d'énergie électrique, tandis que le second peigne conducteur 86 est connecté au second conducteur 10 pour son raccordement à la seconde borne de source d'énergie électrique.
Dans le mode de réalisation de la figure 5, on a représenté une plaque chauffante autorégulante de forme circulaire destinée à s'adapter sous la face circulaire inférieure de l'enceinte 4. Deux fils électri¬ ques dont les extrémités constituent les conducteurs 9 et 10 sont disposés parallèlement l'un à l'autre en spirale et noyés dans une plaque circulaire de matière résistive 83, comme le représente la figure. Dans tous les cas, une couche de protection électrique telle que la tresse métallique 88, mise à la terre, recouvre la matière résistive 83, pour éviter tout risque d'électrocution.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, le réservoir 4 est un cylindre d'axe sensiblement vertical. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le dispositif selon l'invention se suffit à lui-même, à partir d'une canalisation d'arrivée d'eau froide 2, pour produire de l'eau tiède pour une utilisation intermittente. Le dispositif est en outre muni d'un robinet 13 de commande d'eau froide, interposé dans une canalisation 14 d'amenée d'eau froide disposée entre la canalisation d'arrivée 2 et la canalisation de sortie 7. Ainsi, la canalisation de sortie 7 fait office de zone de mélange pour l'eau chaude sortant du réservoir 4 et l'eau froide arrivant par la canalisation 14.
Le robinet 3 est avantageusement un robinet commandé au pied ou par détection de présence des mains. Cette disposition est particulière¬ ment intéressante dans les locaux professionnels, et elle permet de réduire la consommation d'eau et d'énergie. Le robinet 13 est à commande manuelle près du bec verseur, ou peut avantageusement être à commande au pied. Dans le mode de réalisation de la figure 6, le réservoir 4 présente une forme cylindrique d'axe sensiblement vertical, l'orifice d'introduction d'eau 5 étant en partie inférieure du réservoir, l'orifice d'extraction d'eau 6 étant en partie supérieure du réservoir. Les moyens chauffants 8 sont répartis sur la partie inférieure de la paroi latérale du réservoir 4, et sur le fond du réservoir. Le réservoir. 4 est en outre munie d'une cuve intermédiaire intérieure 11, de forme cylindrique, borgne, ouverte vers le haut, coaxiale à la paroi extérieure et de diamètre légèrement inférieur à la paroi extérieure. La cuve intermédiaire est disposée à proximité de la portion inférieure de paroi latérale de réservoir 4 et à proximité du fond du réservoir, dans la zone pourvue de moyens chauffants 8. Par exemple, la cuve intermé- diaire 11 comporte des pieds 99 d'espacement inférieurs, et est posée sur le fond du réservoir 4. Un espace 12 est laissé, entre la paroi intermédiaire 11 et la paroi extérieure du réservoir 4, pour le passage de l'eau provenant de l'orifice d'introduction d'eau 5. Ainsi, l'eau froide pénétrant dans le réservoir 4 se déplace dans le passage 12, et reste à proximité des moyens chauffants 8, ce qui accélère son échauffement et, par la diminution de température, augmente la puissance calorifique développée par les moyens chauffants 8 lors du soutirage de l'eau. La conduction thermique de la cuve intermédiaire 11 permet la montée en température de toute la masse d'eau. Ce système utilise le principe de la stratification de l'eau chaude avec des fonctionnements à faible vitesse de l'eau.
Le volume du réservoir est tel qu'il permet une série de lavages successifs rapprochés, sachant qu'au fur et à mesure des puisages la puissance thermique des éléments chauffants augmente. Des résultats satisfaisants ont été obtenus, dans un local professionnel de 8 à 10 personnes, avec un réservoir 4 cylindrique de diamètre égal à 8 centimètres environ, de hauteur égale à 50 centimètres environ, et un ensemble chauffant autorégulant fournissant une puissance maximale de 66 Watts environ à froid et d'environ 14 Watts à chaud. Ces valeurs sont optimisables.
La description qui suit, faite en relation avec les figures 7 à 12, concerne les moyens pour obtenir rapidement la température d'eau appropriée aux points de puisage.
La figure 7 représente un type de chauffe-eau central tradi- tionnel de production d'eau chaude ou d'eau tiède sanitaire.
Le chauffe-eau traditionnel comprend un réservoir étanche 4, muni d'un orifice inférieur d'introduction d'eau 5 et d'un orifice supérieur d'extraction d'eau 6. Le réservoir 4 est enfermé dans des moyens calorifuges 104, permettant d'isoler thermiquement le réservoir 4 par rapport à l'air ambiant. Des moyens chauffants 8 tels qu'une résistance électrique thermoplongeur, connectés à une source extérieure d'énergie électrique, permettent de chauffer l'eau contenue dans le réservoir 4 et de l'amener à une température appropriée. Généralement, les résistances électriques thermoplongeurs sont associées à des moyens de commande pour alternativement établir ou interrompre l'alimentation des moyens chauffants en énergie électrique, en fonction d'un thermostat disposé dans le réservoir 4 pour mesurer la température de l'eau. On assure ainsi une régulation de la température dans le réservoir par action en tout ou rien.
Une canalisation d'arrivée 2, raccordée à l'orifice inférieur d'introduction d'eau 5, permet d'amener de l'eau dans le réservoir 4. Une canalisation de sortie 7, raccordée à l'orifice supérieur d'extrac¬ tion d'eau 6, permet d'extraire l'eau chaude du réservoir 4 et de l'amener à des moyens de puisage non représentés.
Des moyens de commande de débit, actionnables par l'utilisa¬ teur, et non représentés sur la figure, permettent de commander le débit d'eau dans la canalisation de sortie 7. Des moyens mélangeurs ou mitigeurs 108 sont disposés en aval dans la canalisation de sortie 7, entre un premier segment 109 et un second segment 110 de canalisation de sortie. Les moyens mélangeurs ou mitigeurs 108 sont raccordés, par une canalisation de dérivation 111, à un point de piquage 112 de la canalisation d'arrivée 2. Les moyens mélangeurs ou mitigeurs 108 réali¬ sent, dans la canalisation de sortie 7, un mélange en proportion appropriée d'eau plus froide provenant de la canalisation d'arrivée et d'eau plus chaude provenant du réservoir 4.
Pendant les périodes de non utilisation, les moyens mélangeurs ou mitigeurs 108 autorisent généralement le passage de l'eau entre le premier segment 109 de canalisation de sortie et la canalisation de dérivation 111. Il en résulte une circulation d'eau, par thermosiphon, dans le sens représenté par les flèches 113. L'eau chaude circulant dans le premier segment de canalisation de sortie 109, dans la canalisation de dérivation 111 et dans le segment d'entrée 114 de canalisation d'arrivée situé entre le point de piquage 112 et l'orifice inférieur d'introduction d'eau 5, tend à se refroidir car ces parties de canalisation sont généralement peu ou pas calorifugéeε.
D'autre part, la température appropriée de l'eau en sortie dans la canalisation de sortie n'est pas immédiatement atteinte.
La structure de dispositif selon la présente invention, représentée par exemple sur la figure 8, diffère de cette installation traditionnelle par la disposition particulière des éléments fonctionnels et des canalisations. Sur la figure 8, on a désigné par les mêmes références numériques les éléments similaires à ceux de la figure 7. On retrouve ainsi le réservoir étanche 4, l'orifice inférieur d'introduc- tion 5, l'orifice supérieur d'extraction 6, les moyens calorifuges 104 de réservoir, les moyens chauffants 8, une canalisation d'arrivée 2, une canalisation de sortie 7, des moyens mélangeurs 108, un premier segment 109 de canalisation de sortie, un second segment 110 de canalisation de sortie, une canalisation de dérivation 111, un point de piquage 112, et un segment d'entrée 114 de canalisation d'arrivée.
Selon l'invention, dans le mode de réalisation représenté sur la figure 8, des moyens mélangeurs 108 sont disposés en position haute et à proximité immédiate de l'orifice supérieur d'extraction d'eau 6. Ainsi, les moyens mélangeurs 108 sont reliés à l'orifice supérieur d'extraction d'eau 6 par un premier segment 109 de canalisation de sortie qui est le plus court possible.
En outre, le point de piquage 112 de canalisation d'entrée est en position haute, et à proximité immédiate des moyens mélangeurs 108. La canalisation de dérivation 111, reliant le point de piquage 112 et les moyens mélangeurs 108, présente la longueur d la plus courte possible. La canalisation d'arrivée 2 arrive ainsi en position haute au point de piquage 112, et la canalisation de sortie 7 débute en position haute à la sortie des moyens mélangeurs 108. Un premier avantage de cette structure est que les raccordements de canalisation d'arrivée 2 et de canalisation de sortie 7 se font en position haute, position plus accessible pour l'installateur.
Avec une telle structure, on peut avantageusement disposer en alignement l'une par rapport à l'autre la canalisation d'entrée 2 et la canalisation de sortie 7. Dans ce cas, le dispositif peut être aisément inséré dans une canalisation préexistante, par simple coupure et raccordement.
Le segment d'entrée 114 de canalisation d'arrivée, situé entre le point de piquage 112 et l'orifice inférieur d'introduction d'eau 5, est isolé thermiquement de l'air ambiant sur au moins la plus grande partie de sa longueur, de préférence sur toute sa longueur. La canalisation de sortie 7 peut avantageusement être calorifugée. Selon une disposition préférée, représentée sur la figure 8, ledit segment d'entrée 114 de canalisation d'arrivée est placé à proximité immédiate du réservoir 4, et est isolé thermiquement de l'air ambiant par les moyens calorifuges 104 du réservoir. On réalise ainsi un ensemble particulièrement compact, peu encombrant, qui peut être contenu dans une enceinte isolante pouvant être aisément positionnée à proximité d'un point de puisage tel qu'un lavabo ou une douche.
Le même principe est adopté pour de gros chauffe-eau selon l'invention.
Selon une première réalisation telle que représentée sur la figure 8, les moyens mélangeurs 108 comprennent un T de raccordement 115 et un diaphragme 116. Le T de raccordement 115 est positionné entre la canalisation de dérivation 111, le premier segment 109 de canalisation de sortie et le second segment 110 de canalisation de sortie, comme le représente la figure. Le diaphragme 116 est interposé dans la canalisa- tion de dérivation 111, entre le point de piquage 112 et le T de raccordement 115. Le diaphragme 116 est choisi avec une ouverture appropriée, qui détermine la proportion entre le débit d'eau traversant directement la canalisation de dérivation 111 et le débit d'eau traversant le segment d'entrée 114 de canalisation d'arrivée, le réservoir 4 et le premier segment 109 de canalisation de sortie. Le diaphragme 116 peut être interchangeable, pour autoriser un réglage discontinu de débit, lors de la fabrication du dispositif de production d'eau tiède sanitaire. La température T3 de l'eau dans le second segment
110 de canalisation de sortie 7 est supérieure à la température Tl de l'eau dans la canalisation d'arrivée 2, et inférieure à la température
T2 de l'eau dans le réservoir 4. La température T3 de l'eau en sortie est déterminée par les températures Tl et T2 et par la proportion des débits relatifs déterminée par le diaphragme 116.
Selon une variante simplifiée, le diaphragme 116 est remplacé par un simple retreint réalisé sur la paroi elle-même de canalisation de dérivation 111. La proportion constante de débit d'eau est alors déterminée par construction, selon la forme du retreint.
Selon une variante plus évoluée, le diaphragme 116 est remplacé par un robinet, maintenu partiellement ouvert, permettant ainsi un réglage manuel continu de la proportion constante de débit d'eau.
Il est ainsi possible d'obtenir, dans la canalisation de sortie, une eau tiède sanitaire à température relativement constante, sans nécessiter de moyens de réglage onéreux. Egalement, l'eau contenue dans le réservoir 4 peut être à température relativement élevée, par exemple comprise entre 55 et 90°C. Cette température évite la formation de bactéries dans le réservoir, formation qui pourrait résulter de la stagnation de l'eau dans le réservoir pendant une période prolongée et à une température inférieure à 50°C. Malgré la température de réservoir de 55 à 90°C, relativement élevée, la température de l'eau dans la canalisation de sortie est plus basse en permanence, et se trouve automatiquement à une température admissible pour l'utilisation normale. De préférence, le réservoir 4 est limité par une paroi périphérique 117 de forme cylindrique allongée, orientée selon un axe I- I généralement vertical. La paroi périphérique 117 se raccorde à une paroi de fond 118 et à une paroi de sommet 119. L'orifice inférieur d'introduction d'eau 5 est ménagé dans la paroi de fond 118, tandis que l'orifice supérieur d'extraction d'eau 6 est ménagé dans la paroi de sommet 119. Le réservoir 4 peut avoir une hauteur relativement grande, par rapport à son diamètre, de façon que, pour un même volume, le diamètre soit relativement petit. Un tel réservoir, du fait de sa fiabilité, peut ainsi être• logé dans une paroi de bâtiment, à proximité d'un point de puisage tel qu'un lavabo. La disposition allongée en hauteur favorise le processus de thermosiphon, par lequel une circula¬ tion permanente d'eau chaude se produit entre le réservoir 4, la canalisation de dérivation 111 et le segment d'entrée 114 de canalisa¬ tion d'arrivée. Ce processus de thermosiphon favorise les échanges thermiques et l'homogénéisation progressive de l'eau contenue dans le réservoir 4, pendant les périodes de non puisage.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 8, le segment d'entrée 114 de canalisation d'arrivée d'eau comprend en outre, dans sa partie la plus basse, une dérivation 120 vers un orifice 121 inférieur de vidange obturé par un moyen d'obturation tel qu'un bouchon amovible 122. Selon une possibilité représentée, l'enceinte calorifuge 104, qui enferme le réservoir 4 et le segment d'entrée 114, comprend des pieds 123 non soudés au réservoir, de sorte que le dispositif peut reposer sur le sol sans pont thermique, en laissant l'accès à l'orifice de vidange 121.
Cette structure particulière de chauffe-eau selon l'invention permet d'obtenir plus rapidement la température appropriée d'eau aux points de puisage après une période de non consommation d'eau. Ces avantages de rapidité sont obtenus quel que soit le type de moyens chauffants 8 utilisés. Ainsi, les moyens chauffants 8 peuvent être de différents types bien connus. Par exemple, on peut utiliser des moyens chauffants constitués par des thermoplongeurs traditionnels, ou résis¬ tances électriques que l'on connecte à une source extérieure d'alimenta¬ tion en énergie électrique. De tels moyens chauffants constitués par des thermoplongeurs doivent obligatoirement être associés à des moyens de régulation thermique, assurant l'établissement et l'interruption d'ali- mentation des thermoplongeurs en fonction de la température de l'eau à l'intérieur du réservoir. Il n'est pas rare que ces moyens de régulation thermique connaissent des défauts, conduisant assez souvent à une augmentation exagérée de température et de pression à l'intérieur du réservoir 4, pouvant provoquer dans certains cas une explosion acciden- telle susceptible d'entraîner la mort d'hommes.
Pour ces raisons, on pourra préférer, selon l'invention, un mode de réalisation particulier des moyens chauffants de type ensemble autorégulant 8, illustré sur les figures 2 et 8. Dans ce mode de réalisation, l'ensemble chauffant autorégulant 8 comprend un cordon chauffant autorégulant 80, convenablement isolé électriquement et plaqué autour et à l'extérieur de la paroi 117 du réservoir 4, et revêtu d'une paroi extérieure réfléchissante 50 afin d'améliorer le rendement thermique.
Le cordon chauffant est, de préférence, disposé autour de la zone inférieure du réservoir 4.
Lorsqu'on désire une capacité plus grande de production d'eau tiède sanitaire, on peut combiner plusieurs enceintes similaires au réservoir 4 du mode de réalisation de la figure 8. Par exemple, la figure 9 représente un mode de réalisation dans lequel les moyens de réservoir comprennent plusieurs enceintes cylindriques d'axe générale¬ ment vertical disposées côte à côte en batterie. On peut par exemple disposer trois enceintes 127, 128 et 129, formant un ensemble parallélé- pipédique relativement plat. Les enceintes 127, 128 et 129 sont raccordées en boucle de TICKELMAN, comme le représente la figure, de façon que les trajets de circulation d'eau soient de même longueur quelle que soit l'enceinte qu'ils traversent, sans qu'il existe de circuit préférentiel. Dans le mode de réalisation représenté sur cette figure 9, les moyens mélangeurs 108 comportent une structure différente de celle prévue dans le mode de réalisation de la figure 13. En effet, dans ce cas, les moyens mélangeurs comprennent un mitigeur 130, mécanique ou thermostatique, dont une première entrée 131 est raccordée à la canalisation de dérivation 111, dont une seconde entrée 132 est raccordée au premier segment 109 de canalisation de sortie, et dont la sortie 133 est raccordée au second segment 110 de canalisation de sortie. Le mitigeur 130 permet un réglage variable de la proportion de débit de sortie provenant respectivement des moyens de réservoir et de la canalisation de dérivation 111, afin d'approcher au plus près la consigne de température.
Dans ce mode de réalisation, tel que représenté sur la figure 9, on incorpore dans les moyens calorifuges 104 l'ensemble des enceintes 127, 128 et 129 formant les moyens de réservoir, le segment d'entrée 114 de canalisation d'arrivée, ainsi que la canalisation de dérivation 111. Seul le mitigeur 130 est éventuellement à l'extérieur des moyens calorifuges 104. Ainsi, la canalisation de dérivation 111 est disposée à proximité immédiate des moyens de réservoir, et est isolée thermiquement de l'air ambiant par les moyens calorifuges 104.
Dans les modes de réalisation des figures 8 et 9, on réalise un recyclage interne court de l'eau chaude du réservoir par le segment d'entrée 114, la canalisation de dérivation 111 et le premier segment 109 de canalisation de sortie. La figure 10 représente une utilisation possible du dispositif de la figure 8. Le dispositif de production d'eau tiède sanitaire est alors disposé à proximité d'un point de puisage constitué par un bec 134 pour alimentation d'un lavabo 135 schématiquement représenté. Le bec 134 est raccordé directement à la canalisation de sortie. Dans ce cas, la canalisation de sortie est particulièrement courte. Le dispositif peut être logé en-dessous du lavabo 135, verticalement, le long ou dans la colonne de lavabo, ou dans la paroi contre laquelle est posé le lavabo 135.
La canalisation d'arrivée d'eau 2 est munie d'un robinet de commande de débit d'eau chaude 136, avantageusement actionnable au pied, comme le représente la figure.
La canalisation d'arrivée d'eau 2 comprend une branche d'eau froide 137, raccordée en un point de raccordement 138 en amont du robinet de commande de débit d'eau chaude 136. La branche d'eau froide 137 est munie d'un robinet de commande de débit d'eau froide 139. La branche d'eau froide 137 est raccordée en aval en un point de jonction intermédiaire 140 dans le second segment 110 de canalisation de sortie. L'actionnement du robinet de commande de débit d'eau froide 139 permet d'alimenter directement le bec 134 en eau froide provenant de la canalisation d'arrivée 2.
L'actionnement du robinet de commande de débit d'eau tiède 136 permet d'alimenter le bec 134 avec de l'eau tiède provenant du dispositif, c'est-à-dire de l'eau constituée d'un mélange d'eau tiède provenant du réservoir 4 et d'eau froide provenant de la canalisation d'arrivée d'eau 2.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 11, le dispositif comprend les mêmes éléments que dans le mode de réalisation de la figure 8, et ces mêmes éléments sont repérés par les mêmes références numériques. La différence réside dans la structure mixte des moyens chauffants 8 : les moyens chauffants 8 comprennent d'une part un ensemble autorégulant 80 comportant le cordon chauffant autorégulant 51 enroulé en hélice autour de la partie inférieure de paroi périphérique 117 du réservoir, et d'autre part un élément chauffant 52 de forte puissance tel qu'un collier chauffant appliqué autour de la partie restante de paroi périphérique 117 de réservoir. L'élément chauffant 52 peut par exemple présenter une puissance de plusieurs kilowatts. Il est associé à un thermostat 53 muni d'une sonde de température 54. La sonde de température 54 est logée à l'intérieur du réservoir 4, pour mesurer la température de l'eau contenue dans le réservoir. Le thermostat 53 reçoit l'information fournie par la sonde de température 54, et commande en tout ou rien l'alimentation électrique du collier chauffant 52. Le cordon chauffant autorégulant 51 est alimenté en permanence en énergie électrique. La figure représente schématiquement les connexions électri¬ ques appropriées. La sonde de température 54 peut par exemple être disposée dans la canalisation de dérivation inférieure 120, traversant le bouchon 122 et traversant éventuellement une vanne à passage intégral insérée dans ladite canalisation de dérivation 120, et non représentée sur la figure. En présence d'une vanne à passage intégral, la vanne permet de retirer la sonde 54 sans vidanger la totalité de l'eau contenue dans le réservoir 4. De préférence, comme représenté, la sonde 54 traverse le premier segment 109 de canalisation de sortie, ce qui la rend plus facilement accessible par le haut du dispositif, et ce qui peut permettre une régulation de température. Dans ce mode de réalisation, le cordon chauffant autorégulant
51, de faible puissance, est adapté pour chauffer l'eau du réservoir 4 jusqu'à une température haute T5, par exemple de 65°C environ. Le thermostat 53 est réglé pour commander l'alimentation du collier chauffant 52 jusqu'à une température intermédiaire T4 d'eau. La température haute T5 de régulation du cordon chauffant autorégulant 51 est plue élevée que la température intermédiaire T4 obtenue par le collier chauffant 52 et le thermostat 53. Par exemple, la température intermédiaire T4 de stabilisation par le thermostat 53 peut être d'environ 60°C, ou moins selon le besoin. En début de fonctionnement, le chauffage de l'eau contenue dans le réservoir 1 est assuré simultanément par le cordon chauffant autorégulant 51 et le collier chauffant 52. Lorsqu'une température de 60CC est atteinte, le collier chauffant 52 n'est plus alimenté, et la régulation de température est assurée par le seul cordon chauffant autorégulant 51. Cette structure permet de ne pas solliciter le thermostat 53 et le collier chauffant 52 sur de courtes durées pour le maintien en température. Ceci prolonge appréciablement la durée de vie des matériels fonctionnant en discontinu. Ce principe peut s'appliquer à des dispositifs de production d'eau tiède décentralisée, mais également à des dispositifs de production d'eau chaude centralisée, ou à des dispositifs de production d'eau chaude de chauffage de locaux.
Une telle structure mixte de moyens chauffants 8, comprenant un élément chauffant 52 de forte puissance associé à un thermostat 53 et un cordon chauffant autorégulant 51, peut être avantageusement utilisée dans une structure selon la présente invention munie d'un thermosiphon intégré. Toutefois cette structure mixte de moyens chauffants 8 peut également être utilisée indépendamment d'un tel thermosiphon intégré. En fait, cette structure est utile chaque fois qu'un élément chauffant tel que le collier chauffant 52 est piloté par un thermostat 53. Ainsi, sur une installation traditionnelle de ballon chauffant muni d'un thermo¬ plongeur ou d'un collier chauffant, le thermoplongeur ou le collier étant piloté par un thermostat, on peut avantageusement adapter un cordon chauffant autorégulant prévu pour maintenir une température plus élevée que celle pour laquelle est réglé le thermostat. On évite ainsi de solliciter thermostat et éléments chauffants de forte puissance sur de courtes durées pour le maintien en température. Cela prolonge considérablement la durée de vie des matériels fonctionnant en disconti¬ nu.
On a représenté sur la figure 12 un exemple d'application de dispositifs selon l'invention, pour réalisation d'une installation de production d'eau chaude sanitaire ou d'eau tiède sanitaire, comportant en cascade au moins un dispositif centralisé de forte capacité pour production d'eau chaude sanitaire, et au moins un dispositif compensa¬ teur décentralisé de plus faible capacité pour production d'eau chaude ou tiède au voisinage des points de puisage.
Dans le mode de réalisation représenté, l'installation comprend un dispositif centralisé 55, de forte capacité, placé de préférence au- dessous et au plus près de la zone d'utilisation à fréquence élevée de l'eau chaude. Le dispositif centralisé 55 présente une structure similaire à celle du mode de réalisation de la figure 8, avec de préférence un mitigeur 56 thermostatique en sortie. Le réservoir 4 est muni de moyens chauffants qui comprennent avantageusement un élément chauffant de forte puissance 52 de type thermoplongeur et un ensemble autorégulant 80 à cordon chauffant. Un robinet 116 permet de régler la proportion de débit d'eau plus froide et d'eau plus chaude réalisant par mélange le débit d'eau chaude dans la canalisation de sortie 7. Le dispositif centralisé 55 est associé en outre à un vase d'expansion 57 et à une soupape de sécurité 58, disposés l'un et l'autre par exemple dans la canalisation d'arrivée 2. Un robinet d'arrêt d'entrée d'eau générale 59 est inséré dans l'entrée générale d'eau.
Le dispositif centralisé 55 est réglé pour réguler la tempéra- ture de l'eau dans son réservoir à une valeur relativement haute, par exemple 70°C environ. Le mitigeur 56 est réglé pour fournir, dans la canalisation de sortie 7, une eau tiède à température dite d'utilisation générale, par exemple 40°C environ, qui est la température habituelle aux points de puisage tels que les lavabos, douches ou bains. La canalisation de sortie 7 est raccordée à au moins un premier dispositif compensateur décentralisé 60 proche d'un point de puisage 61. Le dispositif compensateur décentralisé 60 peut avantageusement être du même type que le dispositif de la figure 8. La canalisation d'arrivée 102 est raccordée par la vanne 3 à la canalisation de sortie 7 du dispositif centralisé 55. Le point de puisage 61 est raccordé également par un robinet 13 à une canalisation d'eau froide 62 provenant directement du robinet d'arrêt d'entrée d'eau générale 59. Le dispositif compensateur décentralisé 60 est de plus faible capacité, et reçoit ainsi par sa canalisation d'arrivée de l'eau à température d'utilisation générale provenant de la canalisation de sortie 7 du dispositif centralisé 55. Le dispositif compensateur décentralisé 60 peut être réglé de manière que l'eau contenue dans son réservoir soit à une température de 65°C environ, et de manière que l'eau tiède en sortie soit à une température de 40°C environ. Le dispositif décentralisé 60 assure la fonction de compensateur, pour ramener la température de l'eau en sortie au point de puisage à une valeur voisine de la température d'utilisation appropriée, par exemple de l'ordre de 40°C environ, compensant les éventuelles pertes thermiques dans la canalisation de sortie 7 pendant le transfert entre le dispositif centralisé 57 et le dispositif compensateur décentralisé 60. Le dispositif centralisé 55 permet une accumulation plus importante par de l'eau chaude à tempéra- ture plus élevée, par exemple de l'ordre de 70βC environ. Le dispositif compensateur décentralisé 60 évite le gaspillage d'eau chaude, et permet de réduire le volume et la puissance du dispositif centralisé 55. L'abaissement de puissance du dispositif centralisé 55 permet soit le fonctionnement en continu car le surcoût de prime fixe pour le fonctionnement en heures creuses ne se justifie plus, soit le fonction¬ nement en heures creuses avec relance automatique en-dessous d'un seuil de température d'eau.
Une telle installation en cascade présente l'avantage d'écono¬ miser sensiblement l'énergie calorifique nécessaire à son fonction- nement. En effet, dès la sortie du mitigeur 56, l'eau envoyée dans la canalisation de sortie 7 est à température d'utilisation générale, de l'ordre de 40°C, ce qui induit des pertes calorifiques plus faibles que dans le cas d'une installation traditionnelle dans laquelle l'eau présente en canalisation de sortie d'un ballon central est nécessaire- ment à température plus élevée.
Si l'on désire, au point de puisage 61, une température voisine de la température d'utilisation générale, le dispositif compensateur décentralisé 60 doit seulement compenser la perte de température subie par l'eau dans la canalisation de sortie 7.
Si, par contre, on désire une température plus élevée de l'eau au point de puisage 61, on peut utiliser un dispositif compensateur décentralisé 60 muni d'un collier chauffant tel que le collier 52 du mode de réalisation de la figure 11, pour élever la température de l'eau à une température supérieure à celle présente en canalisation de sortie 7, par exemple à 50°C.
A titre d'exemple, la figure 12 représente en outre un point de puisage 63, proche du dispositif centralisé 55, qui peut être démuni de dispositif compensateur, et un point de puisage 64 tel qu'un lave-main de WC, alimenté seulement en eau froide et muni d'un chauffe-eau autonome selon l'invention, produisant une eau tiède à 30 ou 35°C environ. Egalement, les points de puisage 65 et 66 illustrent un ensemble de salle de bain, avec deux dispositifs compensateurs en série permettant le puisage immédiat d'eau chaude.
La figure 13 représente une application d'un dispositif selon l'invention à élément chauffant de forte puissance associé à un ensemble autorégulant, pour la production d'eau chaude pour chauffage de locaux. Une chaudière principale thermostatée 140 produit de l'eau chaude envoyée dans un circuit primaire 141 comportant une bouteille de mélange 142 et un premier circulateur 143. La bouteille de mélange est en outre raccordée par un orifice de sortie 148 à un circuit secondaire de chauffage 144 classique, à un second circulateur 145, pour chauffer des radiateurs 146 ou planchers chauffants. Selon l'invention, on prévoit sur la bouteille de mélange 142 un ensemble autorégulant 147 tel qu'un cordon chauffant autorégulant. Cette disposition de l'ensemble autorégu¬ lant assure notamment un chauffage à température réduite ou pour le maintien hors gel, à l'arrêt volontaire ou accidentel de la chaudière principale.
Une autre application avantageuse consiste à placer un disposi¬ tif compensateur similaire à celui représenté sur la figure 8, en sortie d'une chaudière sans accumulation. Le dispositif compensateur augmente sensiblement la capacité de production d'eau à température appropriée, et permet par exemple des puisages simultanés sans variation sensible de température de l'eau puisée.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisa- tion qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendica¬ tions ci-après.

Claims

REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour produire de l'eau chaude ou de l'eau tiède à usage sanitaire ou pour chauffage de locaux, l'eau se déversant par un orifice de sortie (1), à partir d'un flux d'eau disponible dans une canalisation d'arrivée (2), le dispositif étant muni d'un moyen de commande de débit d'eau chaude (3), le dispositif comprenant un réservoir étanche (4) muni d'un orifice d'introduction d'eau (5) et d'un orifice d'extraction d'eau (6) et destiné à contenir une quantité d'eau à chauffer, l'orifice d'introduction d'eau (5) étant raccordé à la canalisation d'arrivée (2), l'orifice d'extraction d'eau (6) étant raccordé par une canalisation de sortie (7) audit orifice de sortie (1), des moyens chauffants (8) pouvant être connectés à une source extérieure d'énergie pour chauffer l'eau contenue dans le réservoir (4) et l'amener à une température appropriée, caractérisé en ce que les moyens chauffants (8) comprennent un ensemble autorégulant (80, 84) comportant des premiers moyens de conducteurs électriques (81, 85) et des seconds moyens de conducteurs électriques (82, 86) destinés à être connectés en permanence respectivement à une première et une seconde borne de sortie d'une source extérieure d'énergie électrique, lesdits moyens de conducteurs électriques étant disposés à proximité l'un de l'autre et séparés l'un de l'autre par une matière résistive (83) dont la résistivité est une fonction croissante de sa température, l'ensemble autorégulant (80, 84) formé par les moyens de conducteurs électriques et ladite matière résistive étant convenable- ment isolé électriquement et couplé thermiquement à l'espace intérieur du réservoir (4) pour chauffer l'eau contenue dans ledit réservoir (4).
2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'ensemble autorégulant (80, 84) est disposé à l'extérieur du réservoir (4), plaqué autour et à l'extérieur de la paroi du réservoir (4). 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ensemble autorégulant (80, 84) est réparti sur une grande partie de la surface de paroi du réservoir (4), pour répartir largement la surface chauffante.
4 - Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens chauffants (8) sont disposés autour de la partie inférieure de la paroi du réservoir (4), l'orifice d'introduc¬ tion d'eau (5) étant également situé dans la partie inférieure de paroi du réser oir, l'orifice d'extraction d'eau (6) étant situé en partie supérieure de paroi du réservoir.
5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de conducteurs électriques compren- nent un premier fil électrique (81) et un second fil électrique (82) parallèles l'un à l'autre et noyés dans ladite matière résistive (83), l'ensemble constituant un _ordon chauffant appliqué en hélice autour du réservoir (4).
6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de conducteurs électriques (8) comprennent une nappe chauffante (84) comportant un premier peigne conducteur (85) et un second peigne conducteur (86) disposés en imbrication l'un dans l'autre et noyés dans ladite matière résistive (83), l'ensemble constituant une nappe chauffante enroulée et maintenue plaquée par des moyens élastiques autour du réservoir (4).
7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le réservoir (4) est limité par une paroi périphérique (117) de forme cylindrique allongée, se raccordant à une paroi de fond (118) et à une paroi de sommet (119), le réservoir (4) étant orienté selon un axe (l-l) généralement vertical, l'orifice inférieur d'introduction d'eau (5) étant ménagé dans la paroi de fond (118), l'orifice supérieur d'extraction d'eau (6) étant ménagé dans la paroi de sommet (119).
8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le réservoir (4) comprend une paroi intermédiaire intérieure (11) de forme cylindrique borgne coaxiale de diamètre plus petit, définissant un espace intermédiaire (12) entre ladite paroi intermédiaire (11) et la paroi du réservoir (4), l'eau introduite dans le réservoir (4) par l'orifice d'introduction (5) parcourant à faible vitesse l'espace (12) à proximité des moyens chauffants (8).
9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que :
- les moyens chauffants (8) comprennent en outre un élément chauffant (52) de forte puissance associé à un thermostat (53) pour chauffer l'eau du réservoir jusqu'à une température intermédiaire T4,
- 1'ensemble autorégulant (80, 84) est adapté pour chauffer l'eau du réservoir jusqu'à une température haute T5 plus élevée que la tempéra- ture intermédiaire T4.
10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que :
- l'orifice d'introduction d'eau (5) est en position inférieure et l'orifice d'extraction d'eau (6) est en position supérieure dans le réservoir (4),
- des moyens calorifuges (104) isolent thermiquement le réservoir (4) par rapport à l'air ambiant, la canalisation d'arrivée (2) est raccordée à l'orifice inférieur d'introduction d'eau (5) par un segment d'entrée (114), pour amener de l'eau dans le réservoir (4),
- des moyens de commande de débit, actionnables par l'utilisateur, commandent le débit d'eau dans la canalisation de sortie (7),
- des moyens mélangeurs (108), disposés en aval dans la canalisation de sortie (7) entre un premier segment (109) et un second segment (110) de canalisation de sortie, sont raccordés à un point de piquage (112) de la canalisation d'arrivée (2) par une canalisation de dérivation (111), pour réaliser dans la canalisation de sortie (7) un mélange en proportion appropriée d'eau provenant de la canalisation d'arrivée (2) et d'eau provenant du réservoir (4), les moyens mélangeurs (108) sont disposés en position haute à proximité immédiate de l'orifice supérieur d'extraction d'eau (6), auquel ils sont reliés par un premier segment (109) court de canalisa¬ tion de sortie, - le point de piquage (112) de canalisation d'entrée (2) est en position haute et à proximité immédiate des moyens mélangeurs (108), auxquels il est relié par une canalisation de dérivation (111) courte, - le segment d'entrée (114) de canalisation d'arrivée (2), situé entre le point de piquage (112) et l'orifice inférieur d'introduction d'eau (5), est isolé thermiquement de l'air ambiant sur toute ou la plus grande partie de sa longueur.
11 - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le segment d'entrée (114) de canalisation d'arrivée (2) est disposé à proximité immédiate du réservoir (4), et est isolé thermiquement de l'air ambiant par lesdits moyens calorifuges (104) du réservoir.
12 - Dispositif selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que les moyens mélangeurs (108) comprennent : - un T de raccordement (115) entre la canalisation de dérivation (111), entre le premier segment (109) de canalisation de sortie et entre le second segment (110) de canalisation de sortie,
- des moyens de calibration constante de débit (116) interposés dans la canalisation de dérivation (111), déterminant la proportion entre le débit d'eau plus froide traversant directement la canalisation de dérivation (111) et le débit d'eau plus chaude traversant le segment d'entrée (114) de canalisation d'arrivée, le réservoir (4) et le premier segment (109) de canalisation de sortie. 13 - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de calibration constante de débit (116) comprennent un retreint de paroi de canalisation de dérivation (111), ou un diaphragme interchangeable, ou un robinet.
14 - Dispositif selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que les moyens mélangeurs (108) comprennent un mitigeur (130), dont une première entrée (131) est raccordée à la canalisation de dérivation (111), dont une seconde entrée (132) est raccordée au premier segment (109) de canalisation de sortie, et dont la sortie (133) est raccordée au second segment (110) de canalisation de sortie.
15 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à
14, caractérisé en ce que la canalisation de dérivation (111) est disposée à proximité immédiate du réservoir, et est isolée thermiquement de l'air ambiant par lesdits moyens calorifuges (104) du réservoir. 16 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à
15, caractérisé en ce que le réservoir comprend plusieurs enceintes (127, 128, 129) cylindriques d'axe généralement vertical disposées côte à côte en batterie, raccordées en boucle de TICKELMAN.
17 - Installation de production d'eau chaude sanitaire ou d'eau tiède sanitaire, caractérisée en ce qu'elle comprend :
- au moins un dispositif centralisé (55) de forte capacité selon l'une quelconque des revendications 1 à 16,
- au moins un dispositif compensateur décentralisé (60) de plus faible capacité selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, disposé à proximité d'un point de puisage (61) auquel est raccordée sa canalisa¬ tion de sortie, et recevant par sa canalisation d'arrivée de l'eau à température d'utilisation générale provenant de la canalisation de sortie (7) du dispositif centralisé (55).
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