La présente invention est relative à un générateur d'eau chaude.
L'invention se rapporte plus particulièrement à un générateur d'eau chaude sanitaire.
FR 2 609 162 décrit un tel générateur comprenant :
Lorsqu'un utilisateur puise de l'eau chaude chauffée par le générateur du type précité, la chambre froide de ladite première enceinte se remplit d'eau froide. A l'extinction du brûleur, lors de l'arrêt du générateur après puisage, l'eau présente dans l'échangeur de chaleur et déjà chauffée lors du puisage, est surchauffée par les pertes thermiques des divers éléments constitutifs du générateur.
Afin d'abaisser la température moyenne de l'eau présente dans l'échangeur, lors des phases d'arrêt, ainsi que de diminuer la surchauffe de l'eau, l'eau froide emmagasinée dans la chambre froide pendant le puisage est expulsée dans le circuit d'eau froide tandis que l'eau chaude présente dans l'échangeur est transférée dans la chambre chaude de la première enceinte. L'eau chaude présente dans l'échangeur est ainsi remplacée par de l'eau froide.
Toutefois, ladite première enceinte est rapportée sur les circuits eau froide et eau chaude, ce qui impose, lors de défaillances, de la remplacer dans sa totalité, y compris des pièces qu'il n'aurait pas fallu changer.
FR 84 012 (addition au brevet FR 1 317 247) décrit un générateur d'eau chaude comprenant :
Dans FR 84 012, comme la chambre froide et la chambre aval sont une seule et même chambre reliée à la conduite d'entrée d'eau froide en aval des moyens de restriction de cette demière, le générateur d'eau chaude permet bien d'asservir l'admission de combustible fluide au brûleur au passage de l'eau dans l'échangeur, mais ne permet pas de diminuer la surchauffe de l'eau ni d'abaisser la température moyenne de l'échangeur.
La présente invention a pour but de résoudre les inconvénients mentionnés ci-dessus et de proposer un générateur d'eau chaude permettant de diminuer la surchauffe de l'eau et d'abaisser la température moyenne de l'échangeur, et dont l'admission de fluide combustible au brûleur soit proportionnelle à la quantité d'eau chaude à fournir lors d'un puisage, tout en facilitant la maintenance.
A cet effet, selon l'invention, un générateur d'eau chaude du type précité et connu par FR 84 012, est caractérisé en ce que lesdits premier élément déplaçable et deudéme élément déplaçable sont venus de matière ensemble pour former un seul élément double, les deux enceintes étant placées côte-à-côte dans un carter fermé constitué de deux demi-coques montées en vis-à-vis et séparées par un plan de joint au niveau duquel est disposé ledit élément double, formant une membrane déformable à l'intérieur de chacune desdites enceintes, ladite chambre froide de ladite première enceinte étant soumise à la pression régnant dans la conduite d'entrée d'eau froide en amont desdits moyens de restriction, de sorte que la chambre froide et la chambre amont sont simultanément remplies tandis que la chambre chaude et la chambre aval sont simultanément vidées et inversement.
Le générateur d'eau chaude selon la présente invention permet donc non seulement de diminuer la surchauffe de l'eau et d'abaisser la température moyenne de l'échangeur, mais également d'asservir l'admission de combustible fluide au brûleur au passage de l'eau dans l'échangeur tout en facilitant la maintenance grâce à la présence de l'élément double.
Le générateur suivant l'invention peut éventuellement comporter en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard des dessins annexés, sur lesquels :
Le générateur d'eau chaude 1 représenté aux figures 1 et 2 comprend, de manière connue en soi, une conduite d'entrée d'eau froide 2 reliée à un circuit d'eau froide 3, une conduite de sortie d'eau chaude 4 reliée à un circuit d'eau chaude 5, un échangeur de chaleur 6 interposé entre ledit circuit d'eau froide 3 et le circuit d'eau chaude 5 et un brûleur 7 à combustible fluide qui transfère de la chaleur vers l'échangeur de chaleur 6.
Le combustible fluide utilisé ici est par exemple du gaz naturel qui, lorsqu'un utilisateur puise de l'eau chaude, brûle en formant une rampe de flammes 8 dont la chaleur est utilisée pour chauffer l'eau circulant dans l'échangeur de chaleur 6 placé au-dessus du brûleur 7.
Le gaz naturel est délivré au brûleur 7 selon le sens des flèches F par l'intermédiaire d'une alimentation 10 constituée d'un corps 11 interposé entre le brûleur 7 et deux demi-coques supérieure 12 et inférieure 13 montées en vis-à-vis.
Ces deux demi-coques constituent un carter fermé. Dans la demi-coque inférieure 13 sont ménagées les conduites d'entrée d'eau froide 2 à partir de laquelle s'étend le circuit d'eau froide 3 d'une part, et la conduite de sortie d'eau chaude 4 qui est reliée au circuit d'eau chaude 5 d'autre part.
Dans chacune des deux demi-coques 12 et 13 sont ménagées en vis-à-vis les moitiés d'une première enceinte 15 et d'une deuxième enceinte 16. Ces deux enceintes sont ainsi placées côte à côte.
Chacune des enceintes est de forme de révolution, la première enceinte 15 ayant par exemple une section transversale en forme d'ellipse tandis que la deuxième enceinte 16 ayant une section transversale sensiblement rectangulaire.
Au niveau d'un plan de joint 17 séparant les deux demi-coques 12 et 13, est disposé un élément double 18 formant une membrane déformable à l'intérieur de chacune des enceintes 15 et 16.
Comme le montre plus particulièrement la figure 3, l'élément double 18 est constitué d'un premier élément 19 et d'un deuxième élément 20 qui prennent chacun respectivement la forme d'une première cuvette 21 et d'une deuxième cuvette 22.
Ces deux cuvettes 21 et 22 sont par exemple montées en opposition et sont tangentes selon leur grand diamètre respectif. Ce montage facilite la vidange des enceintes 15 et 16 lors des opérations de maintenance, mais en variante, les deux cuvettes peuvent être montées en phase plutôt qu'en opposition. Elles sont moulées ensemble en une matière déformable et possèdent chacune un rayon leur permettant de venir s'appliquer, par déformation, contre les parois supérieure 25 et inférieure 26 de la première enceinte 15 et les parois supérieure 27 et inférieure 28 de la deuxième enceinte 16 respectivement.
Au niveau de leur grand diamètre, chacune des cuvettes 21 et 22 possède un bord radial 29, 30 sensiblement annulaire. Ces deux cuvettes sont donc tangentes au niveau de leurs bords radiaux 29, 30 qui sont situés dans un même plan, par exemple ici un plan sensiblement horizontal, et qui constituent un joint d'étanchéite pour les deux demi-coques 12, 13.
Afin d'améliorer encore l'étanchéité de l'ensemble, chacun des bords radiaux 29 et 30 possède un bourrelet 31, 32 sensiblement perpendiculaire au plan défini par lesdits bords radiaux et destiné à s'engager dans deux gorges ménagées respectivement dans la demi-coque 12, autour des enceintes 15 et 16.
Dans la conduite d'entrée d'eau froide 2 sont disposés des moyens de restriction 34 de la section de cette conduite destinés à provoquer, lors du passage d'eau froide pendant le puisage, une chute de pression. Par exemple, ces moyens de restriction 34 prennent la forme d'un Venturi 35 constitué d'un convergent 36, d'un col 37 et d'un divergent 38.
Le premier élément déplaçable 19 et le deuxième élément déplaçable 20 divisent respectivement la première enceinte 15 en des première 40 et deuxième 41 chambres et la deuxième enceinte 16 en des première 42 et deuxième 43 chambres.
La première chambre 40 de la première enceinte 15 est reliée à la première chambre 42 de la deuxième enceinte 16 par un conduit 44 ménagé dans les deux demi-coques 12 et 13 au niveau de la zone séparant lesdites deux enceintes 15 et 16. La deuxième chambre 41 de la première enceinte 15 est reliée, par un conduit 45 ménagé dans la demi-coque 13, à la conduite de sortie d'eau chaude 4.
La première chambre 42 de la deuxième enceinte 16 est en communication avec la conduite d'entrée d'eau froide 2, par un conduit 46 qui débouche dans cette conduite d'entrée 2 en amont du Venturi 35. La deuxième chambre 43 de la deuxième enceinte 16 communique avec cette conduite d'entrée 2 par un conduit 47 qui débouche dans le col 37 de ce Venturi.
Des moyens d'étanchéité 48 sont venus de matière avec le bord radial 32 de la cuvette 22. Ces moyens prennent la forme d'un anneau 49 dont le diamètre intérieur est sensiblement égal au diamètre du conduit 47. Cet anneau, situé dans le plan de joint 17, assure l'étanchéité entre les deux demi-coques 12 et 13 et le conduit 47. En variante, l'anneau 49 est rapporté sur le bord radial 32 au lieu d'être venu de matière avec celui-ci.
La première chambre 40 de la première enceinte 15 est appelée chambre froide, la deuxième chambre 41 de cette enceinte est appelée chambre chaude tandis que la première chambre 42 de la deuxième enceinte 16 est appelée chambre amont et la deuxième chambre 43 est appelée chambre aval.
On comprend donc que la chambre amont 42 et la chambre froide 40 sont soumises à la pression régnant dans la conduite d'entrée d'eau froide 2. De même, la chambre chaude 41 est soumise à la pression régnant dans la conduite de sortie d'eau chaude 4 et la chambre aval 43 est soumise à la pression régnant dans le col 37 du Venturi 35.
Lors d'un puisage d'eau chaude, de l'eau froide pénètre dans la conduite d'entrée 2 selon le sens de la flèche F1. La présence du Venturi 35 provoque une différence de pression entre les conduits 46 et 47 menant respectivement à la chambre amont 42 et à la chambre aval 43 de la deuxième enceinte 16. Cette différence de pression provoque une déformation du deuxième élément déplaçable 20 en direction de la paroi 27 ou paroi supérieure de cette enceinte. De l'eau froide remplit donc la majeure partie du volume de l'enceinte 16.
Après avoir circulé dans le circuit d'eau froide 3, dans l'échangeur de chaleur 6 et dans le circuit d'eau chaude 5, l'eau située au niveau de la conduite de sortie 4 et évacuée selon le sens de la flèche F2 a subi une perte de charge par rapport à l'eau entrant dans le conduit d'entrée 2. La pression dans la chambre chaude 41 est alors plus faible que la pression régnant dans la chambre froide 40 qui est, elle, soumise à la pression de l'eau froide venant de la chambre amont 42. Le premier élément déplaçable 19 est donc soumis à une différence de pression qui le déforme en direction de la paroi 26 ou paroi inférieure de la première enceinte 15.
Le premier élément déplaçable 19 est sollicité par des moyens de rappel 50 à l'encontre de la différence de pression régnant dans la première enceinte 15, ces moyens prenant ici la forme d'un ressort de compression. En position de puisage, le premier élément déplaçable 19 est déformé en direction de la paroi 26 en comprimant ce ressort 50.
Afin d'assurer l'étanchéité entre les deux demi-coques 12 et 13 au niveau de la zone de séparation entre les première 15 et deuxième 16 enceintes, l'élément double 18 possède un lobe évidé 51 venu de matière avec les bords radiaux 29 et 30, au niveau de leur zone de tangence. En variante, le lobe 51 est disposé au voisinage des bords radiaux 29 et 30, en prenant la forme d'un joint.
Le corps 11 de l'alimentation 10 comporte une embase 55 dans laquelle est ménagée une arrivée de gaz 56 et à partir de laquelle s'étend un conduit 57 d'alimentation du brûleur 7 en gaz.
L'embase 55 est fixée sur la première demi-coque 12, au niveau de la deuxième enceinte 16 dans laquelle se déplace le deuxième élément déplaçable 20.
Des moyens d'obturation 58 sont disposés dans le conduit d'amenée 57. Ces moyens 58 consistent en un clapet 59 sollicité pour venir en appui contre un siège de clapet 60 par un ressort de compression 61, ce ressort de compression étant en appui sur un épaulement 62 du conduit 57 d'une part, et sur le clapet 59 d'autre part.
L'embase 55 du corps 11 comporte un alésage axial 65 débouchant en vis-à-vis d'un alésage 66 ménagé dans la première demi-coque 12 et débouchant au milieu de la paroi 27 de la chambre aval 43 de la deuxième enceinte 16.
Dans ces alésages 65 et 66 est montée mobile une tige 67 dont une première extrémité 68 est fixée au clapet 59 et dont une deuxième extrémité 69 est fixée au deuxième élément déplaçable 20 ou en appui sur cet élément. Cette tige est de préférence réalisée en deux parties 67a et 67b montées bout à bout et avec jeu dans les alésages 65 et 66. La tige 67 transmet ainsi le mouvement du deuxième élément déplaçable 20 au clapet 59. Lorsque cet élément déplaçable 20 se déforme en direction de la paroi 27, le clapet 59 est soulevé et permet le passage du gaz dans le conduit d'amenée 57 et donc au brûleur. A l'opposé, lorsque l'élément déplaçable 20 est déformé en direction de la paroi 28 de la deuxième enceinte 16, la tige 67 amène le clapet en butée sur son siège 60, assistée par la poussée du ressort de compression 61. L'alimentation en gaz du brûleur 7 est alors totalement arrêtée. Entre les deux positions totalement ouverte et totalement fermée, le clapet occupe toutes les positions intermédiaires permettant de réguler la quantité de gaz arrivant au brûleur 7.
Le corps 11 de l'alimentation 10 comprend en outre un bouton d'armement 70 et un ensemble d'allumage 71 destinés à arrêter ou à mettre en service le générateur d'eau chaude 1. Ces éléments ne font pas partie ici de l'invention.
Le fonctionnement du générateur 1 va maintenant être expliqué en regard des figures 1 et 2.
La figure 1 représente l'état du brûleur en cours de puisage d'eau chaude.
De l'eau froide pénètre alors dans la conduite d'entrée d'eau froide 2 selon le sens de la flèche F1. La dépression créée par le Venturi 35 (comme expliqué précédemment) provoque le déplacement du deuxième élément déplaçable 20 en direction de la paroi 27 de la deuxième enceinte 16 tandis que la perte de charge provoque le mouvement du premier élément déplaçable 19 en direction de la paroi 26 de la première enceinte 15, à l'encontre du ressort de compression 50. Le débit d'eau demandé par l'utilisateur créant des dépressions plus ou moins fortes dans chacune de ces enceintes, la chambre amont 42 de la deuxième enceinte 16 ainsi que la chambre froide 40 de la première enceinte 15 possèdent respectivement un volume égal à une fraction ou à la totalité du volume de ces enceintes.
Plus la quantité d'eau froide entrante est importante, plus la dépression créée par le Venturi dans la deuxième enceinte 16 est forte et donc plus le deuxième élément déplaçable 20 se déplace en direction de la paroi 27 de la chambre aval 43 de cette enceinte. Ceci provoque un déplacement d'autant plus important de la tige 67 et donc une ouverture du clapet 59 d'autant plus importante. Inversement, une dépression plus faible liée à une quantité d'eau froide entrante plus faible provoque un déplacement du deuxième élément déplaçable 20 moins important et donc une ouverture du clapet 59 plus faible. La quantité de gaz délivré au brûleur 7 est donc asservie à la quantité d'eau froide traversant le circuit d'eau froide 3 par l'intermédiaire des mouvements du deuxième élément déplaçable 20.
Lorsque l'utilisateur arrête de puiser de l'eau, le générateur d'eau chaude 1 est dans l'état représenté à la figure 2. La quantité d'eau froide entrante étant nulle, le Venturi 35 ne crée plus de dépression dans la deuxième enceinte 16.
Le clapet 59 est alors repoussé contre son siège 60 par le ressort de compression 61, obturant ainsi l'arrivée de gaz au brûleur 7. La chambre chaude 41 et la chambre aval 43 occupent respectivement sensiblement tout le volume des deux enceintes 15 et 16, les éléments déplaçables 19 et 20 étant respectivement repoussés contre la paroi supérieure 25 de la première enceinte 15 et la paroi inférieure 28 de la deuxième enceinte 16.
Ce mouvement des deux éléments déplaçables 19 et 20 entraîne l'expulsion de l'eau froide contenue initialement dans ces deux enceintes. Une grande partie de cette eau froide circule alors dans le circuit d'eau froide 3 et chasse l'eau présente dans l'échangeur 6 qui a déjà été chauffée lors du fonctionnement du brûleur 7, juste avant l'arrêt du puisage. Cette quantité d'eau chaude est alors envoyée au travers du circuit d'eau chaude 5, dans la chambre chaude 41 de la première enceinte 15.
La température moyenne de l'échangeur est ainsi abaissée et la surchauffe de l'eau est diminuée tout en disposant d'une demi-coque 13 qui peut être retirée facilement du générateur 1 lors des phases de maintenance, laissant apparaître les deux éléments déplaçables 19 et 20 venus de matière ensemble et qui peuvent donc être ainsi facilement changés.