La présente invention a pour objet un ballon de production d'eau chaude et un procédé de mise en chauffe dudit ballon.
Le secteur technique de l'invention est celui des appareils pour la production d'eau chaude des ballons à accumulation et autres appareils similaires.
Les ballons à accumulation sont parfaitement connus. Un tel ballon est décrit dans le brevet FR.A. 577518 lequel comporte un cuve remplie d'eau dans laquelle sont immergés deux serpentins coaxiaux, l'un relié à une chaudière servant au réchauffage de la masse d'eau contenue de la cuve, l'autre empruntant la chaleur de l'eau réchauffée par ledit premier serpentin ayant pour fonction de chauffer l'eau mise en circulation dans l'autre serpentin, lequel est relié au réseau sanitaire.
Les accumulateurs d'eau chaude actuellement sur le marché et quelque soit leur contenance ont une durée de vie relativement courte de l'ordre de dix ans quel que soit le matériau à partir duquel ils sont construits: en cuivre ou en acier inoxydable ou des revêtements intérieurs dont ils sont équipés: émail ou tout autre revêtement anti-corrosion.
En effet, de tels accumulateurs sont conçus pour chauffer une masse d'eau contenue dans un réservoir dans lequel s'établit, lors du soutirage de l'eau chaude, un apport d'eau froide par circulation dans la cuve, ce qui modifie le pH de l'eau et corrélativement entraîne des dégradations par corrosion et/ou entartrage prématurés dont le corollaire est une durée de vie relativement courte: une dizaine d'années.
Un autre inconvénient des accumulateurs d'eau chaude connus est que la tubulure de soutirage de l'eau chaude, qui a pour fonction de capter l'eau dans la partie supérieure du réservoir est disposée à l'intérieur de celui-ci et est au contact de la masse d'eau située à la partie inférieure dudit réservoir, laquelle est tempérée par l'arrivée de l'eau froide admise dans l'accumulateur. Ainsi l'eau chaude soutirée de l'accumulateur l'est à une température moins élevée que celle captée à la partie haute du fait des déperditions calorifiques inhérentes à la traversée dudit tube dans la masse d'eau tempérée.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients
L'objectif de la présente invention est un ballon de production d'eau chaude réalisé à partir de matériaux communs et donc d'un prix de revient très raisonnable mais qui du fait de sa conception peut avoir une durée d'utilisation de l'ordre de trois fois supérieure à celle des accumulateurs d'eau chaude actuellement commercialisés.
Cet objectif est atteint par le procédé de mise en chauffe d'un ballon de production d'eau chaude selon l'invention comprenant une cuve métallique disposée à l'intérieur d'une enveloppe calorifugée et comportant un échangeur de chaleur situé à l'intérieur de la cuve et immergé dans l'eau contenu par celle-ci, laquelle est élevée en température par des moyens de chauffe par des moyens thermostatiques, lequel échangeur comporte une tubulure d'entrée d'eau froide qui pénètre à la partie inférieure de la cuve et une tubulure de sortie de l'eau chaude qui s'étend parallèlement à la paroi de la cuve pour atteindre la partie inférieure de celle-ci laquelle comporte à sa partie inférieure une tubulure sur laquelle est disposée un robinet ou une vanne de remplissage susceptible d'être condamné et à sa partie supérieure une tubulure sur laquelle est disposé un robinet ou une vanne d'expansion susceptible d'être condamné caractérisé en ce que:
Le ballon de production d'eau chaude pour l'application dudit procédé se caractérise par le fait que ladite tubulure de sortie traverse la cuve à sa partie supérieure et s'étend parallèlement à la paroi de la cuve à travers la couche de calorifuge de l'enveloppe calorifugée pour atteindre la partie inférieure de celle-ci et par le fait que la sonde desdits moyens thermostatiques est disposée dans un doigt de gant accolé à la partie de la tubulure d'entrée de l'eau froide située à l'intérieur de la cuve.
La tubulure de sortie de l'eau chaude qui traverse la couche de calorifuge est disposée dans une gaine isolante.
De façon connue, le calorifuge qui entoure la cuve à l'intérieur de l'enveloppe extérieure se compose de polyuréthanne expansé, et le ballon selon l'invention se caractérise par le fait que la cuve est enveloppée par une couche de laine minérale mise au contact de la paroi de la cuve.
Ledit ballon comporte en outre entre la couche de laine minérale et le polyuréthanne expansé, une couche de feutre compact pour parfaire l'isolation thermique de la cuve et protéger le polyuréthanne expansé compte tenu de la forte température de l'eau contenue dans la cuve et qui est de l'ordre de 85°C.
Pour fixer le ballon à une paroi murale celui-ci comporte d'une part un premier support d'un profil en forme de U comportant des trous pour le passage de moyens de fixation à ladite paroi et d'autre part d'un second support d'un profil en forme de U et correspondant audit premier support pour être reliés ensemble par des moyens de fixation, lequel second support est fixé à la cuve par au moins deux ceintures métalliques qui entourent étroitement la couche isolante de feutre compact qui enveloppe la virole de ladite cuve.
Le résultat de l'invention est un ballon de production d'eau chaude d'une conception nouvelle permettant un meilleur rendement thermique et d'une durée d'utilisation accrue par rapport aux appareils similaires actuellement connus.
Les avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante d'un mode d'exécution d'un ballon d'eau chaude et de son procédé de mise en chauffe, donnés à titre d' exemples en référence au dessin annexé sur lequel:
On se reporte d'abord à la figure 1 du dessin qui illustre un mode de réalisation d'un ballon de production d'eau chaude selon l'invention.
Celui-ci se compose d'une cuve 1 réalisée en tôle noire et comportant une virole cylindrique la et deux fonds bombés par exemple elliptiques 1c/1d. Les deux fonds 1c/1d sont assemblés par soudure à la virole 1.
Ladite cuve 1 est disposée à l'intérieur d'une enveloppe calorifugée 2, laquelle se compose d'une partie cylindrique 2a aux extrémités de laquelle s'emboîtent deux couvercles 2b/2c. Cette enveloppe est réalisée en tôle d'acier mince et est recouverte d'un revêtement protecteur par exemple une peinture ou encore un émail.
La cuve 1 et l'enveloppe 2 sont coaxiales et les fonds bombés 1b/1c de la cuve se situent sensiblement au niveau des emboîtements des couvercles 2b/2c.
Pour éviter la détérioration partielle du polyuréthane expansé, dont il sera question plus loin dans la présente description, du fait de la relative haute température de l'eau contenue dans la cuve 1 de l'ordre de 85°C, celle-ci est enveloppée par une couche de laine minérale 3, par exemple de la laine de verre ou de roche ou de quartz, laquelle couche de laine minérale est elle-même recouverte par une couche de feutre compact isolant 4.
Ensuite et de façon connue, le vide existant entre le feutre 4 et l'enveloppe 2 est comblé par du polyuréthane expansé 5. Ce complexe isolant assure une excellente isolation thermique du ballon, ce qui garantit, à ce niveau, une économie d'énergie non négligeable.
A l'intérieur de la cuve 1 est disposé un échangeur thermique 6. Tel que cela est illustré sur le dessin, à la figure 1 et dans un mode d'exécution non limitatif, ledit échangeur est réalisé en cuivre rouge et adopte la forme d'un serpentin tubulaire hélicoïdal qui s'étend sur la hauteur de la cuve 1 entre les deux fonds bombés 1b/1c.
On notera que la cuve pourrait tout aussi bien recevoir un échangeur adoptant toute autre forme: annulaire, à faisceau de tubes ou autres, etc....
Dans le cas d'un échangeur tubulaire, on choisit une section de tube de telle sorte que la vitesse de l'eau ne dépasse pas 1 à 1,20 m/seconde.
La tubulure d'entrée d'eau froide 6a traverse la paroi du fond bombé inférieur 1c et est coudée deux fois à l'intérieur de la cuve de telle sorte qu'une partie 6b de ladite tubulure s'étende sensiblement au centre de la cuve 1. Les spires 6a de l'échangeur s'étendent parallèlement à la paroi de la virole 1a à une distance relativement proche de celle-ci pour atteindre sa partie supérieure. Dans le fond bombé supérieur 1b, le serpentin se prolonge par une tubulure de sortie de l'eau chaude 6d, laquelle s'étend parallèlement audit fond bombé 1d et traverse celui-ci en 7 pour se prolonger parallèlement à la cuve 1 mais écartée de celle-ci jusqu'à atteindre la partie inférieure de l'enveloppe 2 où elle traverse le couvercle 2c de cette dernière. La partie de la tubulure 6d, qui s'étend de la traversée de paroi 7 au couvercle 2c de l'enveloppe est placée dans une gaine isolante en un matériau plastique, en feutre ou en tout autre matière et est noyée dans le polyuréthane expansé 5 tout en étant éventuellement au contact de la couche de feutre compact isolant 4 qui enveloppe la cuve 1.
Selon un mode de réalisation préférentiel, la tubulure 6d est disposée dans une gaine en matière plastique, elle-même recouverte d'un enroulement de bande répartie sur la longueur de la tubulure et constitué d'un isolant thermique en polyuréthane métallisé sous vide sur une couche de mousse alvéolaire en polyéthylène.
La cuve comporte, à sa partie inférieure, un logement étanche, par exemple cylindrique 8, qui débouche à l'extérieur du fond bombé 1c et dans lequel logement est placée une résistance électrique 9 pour chauffer la masse d'eau contenue dans la cuve et dont il sera question plus loin. Ce logement est parallèle à l'axe longitudinal de la cuve. Celle-ci comporte également un doigt de gant 10 qui est accolé à la partie 6b de la tubulure d'entrée d'eau froide, lequel doigt de gant débouche à l'extérieur du fond bombé 1c et reçoit la sonde 11a d'un thermostat 11 fixé par tous moyens connus dans un logement 12 situé dans la partie centrale inférieure de l'enveloppe 2 entre celle-ci et la cuve 1.
Ledit logement 12 est fermé par une trappe démontable 13, par exemple vissée au couvercle 2c de l'enveloppe 2.
Le doigt de gant 10 est de préférence brasé à l'argent longitudinalement sur la partie de tube 6b et le plus près possible de l'arrivée de l'eau froide.
Cette disposition favorise le refroidissement de la sonde 11a du thermostat 11, lequel déclenche la mise en chauffe de la résistance 9.
La figure 2 illustre partiellement la partie inférieure du ballon selon l'invention. Les parties identiques qui viennent d'être décrites en référence à la figure 1 ont été affectées des mêmes signes de référence.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 2, les moyens de chauffe de la masse d'eau contenue dans la cuve sont constitués par un réchauffeur tubulaire à spires hélicoïdales 14 dont les tubulures "aller" 14a et "retour" 14b sont connectées de façon connue à un générateur d'eau chaude, par exemple une chaudière (non représentée) dont le brûleur est mis en marche par le thermostat 11.
Ledit réchauffeur 14 est disposé par exemple à la place de la résistance électrique 9 et de son logement 8. Un fluide caloporteur par exemple de l'eau, est mis en circulation dans la tubulure du réchauffeur 14 en vue de réchauffer la masse d'eau contenue dans la cuve. Il comporte une tubulure 14c s'étendant à l'extérieur de la partie supérieure de l'enveloppe 2 et à l'extrémité de laquelle est monté un purgeur automatique.
On revient à la figure 1 du dessin.
La cuve 1 comporte, en outre, à sa partie inférieure, une tubulure de remplissage en eau froide 15 qui débouche dans le fond bombé 1c, laquelle tubulure 15 comporte un robinet ou une vanne d'arrêt 16 et, à sa partie supérieure, une autre tubulure d'expansion 17 de l'eau contenue dans la cuve, laquelle tubulure 17 débouche dans le fond bombé 1b et s'étend à l'extérieur de la cuve 1 et traverse le couvercle 2b de l'enveloppe 2. Cette tubulure 17 comporte également un robinet ou une vanne d'arrêt 18.
Du fait que toutes les tubulures et autres accessoires tels que le logement 8 ou le doigt de gant 10 sont brasés sur les fonds bombés 1b ou 1c, la cuve est parfaitement étanche et il est ainsi inutile de l' équiper de "plaques de tête" ou trappes de visites dont sont équipés les appareils actuellement sur le Marché.
La partie interne supérieure de la cuve 1 peut éventuellement être enduite d'un revêtement isolant antirouille pour pallier aux méfaits de la vapeur d'eau créée par la chauffe de la masse d'eau contenue dans la cuve 1.
Pour la mise en chauffe du ballon selon l'invention et lors de l'installation de celui-ci, opération qui n'est effectuée en principe qu'une seule fois, on procède de la façon suivante:
Pour condamner les robinets ou vannes 16/18, on démonte leur croisillon ou leur volant et on coule une cire, par exemple de la cire à cacheter autour de l'axe de commande du robinet ou de la vanne pour réaliser la liaison de la tige du presse-étoupe et du corps du robinet ou de la vanne.
On notera que selon l'invention c'est l'eau qui a été introduite dans la cuve lors de la première mise en chauffe qui reste à demeure dans la cuve sans jamais devoir y ajouter ou y extraire la plus petite quantité d'eau.
C'est compte tenu de cette conception qu'il a été possible de réaliser la cuve en tôle noire du fait des risques pratiquement inexistants de corrosion et d'entartrage. A cet effet, il n'est pas utile d'équiper le ballon selon l'invention d'une protection anodique.
Bien entendu, la condition essentielle d'un bon fonctionnement du ballon selon l'invention est que celui-ci soit doté de moyens efficaces pour la régulation de la température de l'eau sans que celle-ci ne dépasse 85°C. Le ballon est ainsi équipé de tous les appareils de sécurité tels que soupape de décharge et d'un mélangeur thermostatique, lequel a notamment pour effet très important:
On se reporte enfin aux figures 3 et 4 du dessin qui illustrent de nouveaux moyens de fixation du ballon selon l'invention à une paroi murale. Ces moyens présentent l'avantage d'éviter les ponts thermiques et d'assurer une bonne isolation thermique de la cuve.
Ils se composent d'un premier support d'un profil en U 19 comportant une partie 19a destinée à être appliquée contre la paroi murale, laquelle partie est percée de trous 19b pour le passage de vis de fixation et de deux ailes 19c perpendiculaires à la partie 19a et comportant sensiblement dans leur partie centrale un trou 19c₁ et d'un second support 20.
Ledit support 20 est complémentaire au premier support 19 et comme celui-ci, il comporte une partie 20a destinée à être appliquée sur la couche de feutre compact 4 et de deux ailes 20b qui comportent, dans leur partie centrale, un trou 20b₁.
Lesdits supports 19/20 peuvent être identiques et dans ce cas, après avoir fixé au mur le support 19, on dispose le ballon en mettant en appui les ailes 20b du support 20 sur la face supérieure des ailes 19c du support 19. On assemble ensuite les deux supports au moyen de boulons passés dans les trous 19c₁/20b₁ réservés dans les ailes 19c/20b.
Pour fixer le support 20 à la cuve recouverte des deux couches isolantes: la laine minérale 3 et le feutre comptact 4; on applique ledit support 20 sur la couche de feutre et on entoure la cuve et la partie 20a du support 20 par des ceintures métalliques circulaires 21, par exemple au nombre de deux. De façon connue lesdites ceintures 21 sont ouvertes et comportent à leur extrémité libre un retour 21a/21b s'étendant sensiblement orthogonalement à la ceinture, lesquels retours sont percés dans leur partie centrale pour y passer un boulon de serrage qui assure la tenue de la ceinture sur la cuve en partie calorifugée.
L'enveloppe comporte des fentes pour le passage des ailes 20b du support 20 et le polyuréthane expansé est injecté dans l'espace annulaire existant entre le revêtement isolant en feutre compact et l'enveloppe 2.