La présent invention concerne le domaine des systèmes de production et de stockage de chaleur, en particulier celui des systèmes de chauffage impliquant l'utilisation d'un réservoir, communément appelé ballon ou ballon tampon.

Les systèmes de chauffage jouent un rôle crucial dans la fourniture de chaleur pour les applications domestiques, industrielles et commerciales. Ces systèmes, dits aussi systèmes de production et stockage de chaleur, utilisent diverses sources de chaleur, telles que des chaudières électriques, chaudières à fuel, pompes à chaleur, bouilleurs à bois, etc. pour répondre à des besoins thermiques. Parmi ces systèmes, les technologies qui exploitent des sources d'énergie renouvelable, notamment l'énergie solaire, occupent une place de plus en plus importante en raison des exigences croissantes en matière d'efficacité énergétique et de réduction de l'impact environnemental. Certains systèmes de chauffage combinés, qui intègrent au moins deux sources de chaleur, sont également en usage. Ces différents systèmes présentent des avantages et des limites selon les applications et les besoins spécifiques.

Les systèmes de chauffage traditionnels peuvent comporter un réservoir, couramment appelé ballon ou ballon tampon, qui permet à la fois de produire et de stocker la chaleur générée par une ou plusieurs sources d'énergie. Ces systèmes, censés maximiser l'utilisation de la chaleur disponible au moyen de leur réservoir, présentent cependant aujourd'hui des limites importantes en termes notamment de rendement énergétique et de performance thermique globale.

Dans les systèmes de chauffage à énergie solaire par exemple, la structure générale inclut typiquement des capteurs solaires thermiques qui captent l'énergie solaire et la convertissent en chaleur, un circuit hydraulique pour le transfert de cette chaleur, et un ballon tampon pour le stockage thermique. Le circuit hydraulique met généralement en œuvre un fluide caloporteur glycolé, composé d'eau et de glycol, qui circule à travers des échangeurs thermiques immergés dans le réservoir. Cet arrangement permet de transmettre la chaleur du fluide caloporteur à l'eau contenue dans le ballon tampon, cette eau étant ainsi stockée en vue d'une utilisation ultérieure, par exemple pour alimenter divers systèmes de chauffage, tels que des planchers chauffants ou des radiateurs.

Cependant, les systèmes actuels présentent plusieurs contraintes et problèmes techniques majeurs qui affectent leurs performances, notamment leur rendement énergétique et leur capacité à stocker efficacement l'énergie thermique. L'un des principaux problèmes réside dans les phénomènes de brassage thermique et d'inhomogénéité de la température à l'intérieur du réservoir. Lorsque la chaleur est transférée depuis le fluide caloporteur glycolé à l'eau du ballon tampon, des mélanges incontrôlés de couches thermiques de différentes températures peuvent se produire. Cette stratégie de transfert thermique limite l'efficacité globale du stockage de chaleur.

Cette inefficacité est souvent aggravée par la rigidité inhérente des configurations hydrauliques. Les circuits conventionnels fonctionnent généralement selon des modes de circulation prédéfinis et peu nombreux, sans pouvoir s'adapter dynamiquement à l'état thermique réel du réservoir ou à la puissance variable de la source d'énergie. L'injection de chaleur est généralement réalisée de façon inefficace ou perfectible, ce qui contribue au brassage thermique et à une utilisation sous-optimale de l'énergie.

Un autre inconvénient des systèmes existants, notamment ceux qui utilisent des échangeurs thermiques immergés, est lié à la limitation de la puissance thermique transmise à l'eau contenue dans le réservoir. Les échangeurs thermiques, destinés à transférer la chaleur du fluide caloporteur glycolé à l'eau, sont sujets à des pertes thermiques importantes. Ces pertes peuvent résulter d'une conception inadéquate de l'échangeur (et plus généralement du système de chauffage dans sa globalité), d'une mauvaise circulation du fluide caloporteur, ou encore d'un encrassement progressif des surfaces d'échange thermique. Par conséquent, la quantité de chaleur effectivement utilisable pour alimenter le système de chauffage est limitée, ce qui diminue le rendement énergétique global du système et la puissance thermique fournie.

En outre, l'utilisation d'un fluide caloporteur glycolé dans le circuit hydraulique pose des problèmes techniques spécifiques. Le glycol, bien qu'utile pour prévenir le gel dans les environnements froids, est sujet à une dégradation chimique au fil du temps, particulièrement sous des conditions de chaleur élevée. Cette dégradation peut entraîner une perte des propriétés thermiques du fluide et la formation de dépôts solides ou de boues dans le circuit hydraulique, ce qui complique la maintenance et affecte négativement la durabilité du système. De plus, la gestion des fluides glycolés pose des problèmes environnementaux et opérationnels importants, en raison de leur toxicité et des précautions à prendre pour leur stockage, manipulation et élimination.

Enfin, il est à noter que certains systèmes de chauffage actuels n'offrent pas une capacité de stockage d'énergie suffisante pour répondre à des besoins thermiques fluctuants. En périodes de forte demande, le réservoir peut rapidement atteindre ses limites, ce qui oblige à recourir à des sources d'énergie supplémentaires, ce qui limite les performances globales du système et peut notamment engendrer un surcoût financier et/ou écologique. Ces limitations sont souvent amplifiées par la faible homogénéité thermique dans le ballon, qui complique la gestion optimale de la chaleur disponible.

De surcroît, lorsque des sources d'énergie d'appoint, telles que des bouilleurs ou poêles à bois, sont intégrées, leur couplage hydraulique avec le réservoir de stockage conduit souvent à un fonctionnement de ces sources à combustion en dehors de leur plage de rendement optimal. Il en résulte un transfert d'énergie limité vers le système de chauffage et des performances énergétiques globales qui ne correspondent pas au potentiel nominal de ladite source d'appoint, ce qui est particulièrement problématique.

Ainsi, les systèmes de chauffage actuels, bien qu'efficaces dans certaines conditions, présentent des problèmes techniques significatifs qui affectent leur rendement énergétique, leur puissance thermique et leur durabilité. Il existe donc un besoin pour une solution technique plus performante et mieux adaptée aux besoins actuels en matière de chauffage et de gestion thermique.

L'un des objets de la présente invention est de résoudre au moins l'un des problèmes ou déficiences de l'arrière-plan technologique décrit précédemment.

Un autre objet de la présente invention est de proposer un système de production et stockage thermique, dit aussi système de chauffage, qui offrent de bonnes performances thermiques, notamment en termes de rendement thermique et de puissance thermique.

Un autre objet de la présente invention est de proposer un système de chauffage, comprenant un réservoir pour stocker de la chaleur fournie par au moins une source d'énergie, qui offre d'excellentes performances thermiques tout en limitant les contraintes d'entretien et l'impact environnemental du système.

Un autre objet de la présente invention est de proposer un système de chauffage offrant une gestion plus flexible et efficace des flux thermiques, afin de surmonter la rigidité des circuits conventionnels et d'améliorer la valorisation de l'énergie.

Un autre objet de la présente invention est de proposer un système de chauffage capable d'intégrer de manière optimale une source de chaleur d'appoint à combustion, en assurant son fonctionnement dans sa plage de rendement nominale.

A cet effet, la présente invention selon un premier aspect concerne un système de chauffage comprenant :

• un générateur d'énergie ;
• un circuit hydraulique primaire configuré pour faire circuler un premier fluide caloporteur apte à acheminer de l'énergie fournie par le générateur d'énergie ;
• un circuit hydraulique secondaire configuré pour faire circuler, indépendamment du premier fluide caloporteur, un deuxième fluide caloporteur au moyen d'un système de vannes ;
• un premier échangeur thermique pour assurer des échanges thermiques entre les premier et deuxième fluides caloporteurs ;
• un réservoir agencé en connexion fluidique avec le circuit hydraulique secondaire pour stocker du deuxième fluide caloporteur, ledit réservoir comprenant au moins trois strates, dites strate haute, strate intermédiaire et strate basse, distribuées verticalement, chaque strate étant définie par une bordure haute et une bordure basse qui sont chacune connectées à un conduit respectif du circuit hydraulique secondaire ; et
• un régulateur configuré pour causer, par un contrôle du système de vannes, au moins un cycle de charge thermique stratifiée du réservoir à partir de l'énergie acheminée par le deuxième fluide caloporteur depuis le premier échangeur thermique, ledit cycle comprenant successivement :
  • chauffage de la strate haute ;
  • chauffage de la strate intermédiaire ; et
  • chauffage de la strate basse.

Le système de chauffage selon le premier aspect de l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, notamment parmi les modes de réalisation qui suivent qui sont présentés à titre d'illustration uniquement et peuvent être combinés ou associés sauf stipulation contraire.

Selon un mode particulier de réalisation, le régulateur est configuré de sorte que :

• le chauffage de la strate haute est réalisé par acheminement du deuxième fluide caloporteur depuis le premier échangeur thermique vers la bordure haute de la strate haute et par extraction du deuxième fluide caloporteur depuis la bordure basse de la strate haute jusqu'au premier échangeur thermique ;
• le chauffage de la strate intermédiaire est réalisée par acheminement du deuxième fluide caloporteur depuis le premier échangeur thermique vers la bordure haute de la strate intermédiaire et par extraction du deuxième fluide caloporteur depuis la bordure basse de la strate intermédiaire jusqu'au premier échangeur thermique ; et
• le chauffage de la strate basse est réalisée par acheminement du deuxième fluide caloporteur depuis le premier échangeur thermique vers la bordure haute de la strate basse et par extraction du deuxième fluide caloporteur depuis la bordure basse de la strate basse jusqu'au premier échangeur thermique.

Selon un mode particulier de réalisation, le circuit hydraulique secondaire comprend :

• un premier conduit en connexion fluidique avec la bordure haute de la strate haute ;
• un deuxième conduit en connexion fluidique avec la bordure basse de la strate haute et la bordure haute de la strate intermédiaire ;
• un troisième conduit en connexion fluidique avec la bordure basse de la strate intermédiaire et la bordure haute de la strate basse ; et
• un quatrième conduit en connexion fluidique avec la bordure basse de la strate basse, le régulateur étant apte à acheminer le deuxième fluide caloporteur depuis le premier échangeur thermique jusque dans le réservoir via l'un parmi les premier, deuxième et troisième conduits en configurant le système de vannes selon un état respectif.

Selon un mode particulier de réalisation, le système de vannes comprend des première, deuxième, troisième, quatrième et cinquième vannes de type 3 voies, dans lequel :

• la première vanne assure une connexion fluidique entre sélectivement deux parmi :
  • le premier conduit ;
  • un cinquième conduit reliant ensemble la première vanne avec la troisième vanne et le deuxième conduit ; et
  • un sixième conduit reliant les première et deuxième vannes ;
• la deuxième vanne assure une connexion fluidique entre sélectivement deux parmi :
  • le sixième conduit reliant les première et deuxième vannes ;
  • un septième conduit reliant ensemble les deuxième, troisième et cinquième vannes ;
  • un conduit acheminant le deuxième fluide caloporteur depuis le premier échangeur thermique ;
• la troisième vanne assure une connexion fluidique entre sélectivement deux parmi :
  • le cinquième conduit ;
  • le septième conduit ; et
  • un huitième conduit reliant les troisième et quatrième vannes ;
• la quatrième vanne assure une connexion fluidique entre sélectivement deux parmi :
  • le huitième conduit ;
  • le quatrième conduit ; et
  • un conduit acheminant le deuxième fluide caloporteur vers le premier échangeur thermique ;
• la cinquième vanne assure une connexion fluidique entre sélectivement deux parmi :
  • le troisième conduit ;
  • un neuvième conduit reliant ensemble la cinquième vanne avec les deuxième et cinquième conduits ; et
  • le septième conduit.

Selon un mode particulier de réalisation, le système de chauffage comprend des capteurs configurés pour mesurer la température du deuxième fluide caloporteur contenu dans chaque strate du réservoir,
le régulateur étant configuré pour que chaque cycle de charge thermique stratifiée du réservoir comprenne successivement :

• chauffage de la strate haute tant que la température de la strate haute n'atteint pas au moins une premier température de consigne ;
• sur détection que la température de la strate haute atteint au moins la première température de consigne, déclenchement du chauffage de la strate intermédiaire ; et
• sur détection que la température de la strate intermédiaire atteint au moins une deuxième température de consigne supérieure à la première température de consigne, déclenchement du chauffage de la troisième strate.

Selon un mode particulier de réalisation, le système comprend :

• un premier capteur positionné en correspondance avec la bordure haute de la strate haute pour mesurer la température du deuxième fluide caloporteur dans la strate haute du réservoir ;
• un deuxième capteur positionné en correspondance avec la bordure basse de la strate intermédiaire pour mesurer la température du deuxième fluide caloporteur dans la strate intermédiaire du réservoir ; et
• un troisième capteur positionné en correspondance avec la bordure basse de la strate basse pour mesurer la température du deuxième fluide caloporteur dans la strate basse du réservoir.

Selon un mode particulier de réalisation, le régulateur est configuré pour exécuter au moins deux cycles de charge thermique stratifiée du réservoir.

Selon un mode particulier de réalisation, pour chaque cycle de charge thermique stratifiée du réservoir, des consignes de température respectives sont assignées à chaque strate du réservoir, les consignes de température augmentant pour une même strate entre un dit cycle et le cycle suivant de sorte à permettre un chauffage progressif des strates.

Selon un mode particulier de réalisation, le réservoir comprend une pluralité de strates intermédiaires distribuées verticalement,
le régulateur étant configuré pour, qu'au cours d'un cycle de charge thermique stratifiée, chaque strate intermédiaire soit chauffée successivement depuis la strate intermédiaire la plus haute jusqu'à la strate intermédiaire la plus basse.

Selon un mode particulier de réalisation, le générateur d'énergie comprend au moins l'un parmi :

• un capteur solaire thermique apte à collecter de l'énergie solaire ;
• une pompe à chaleur ;
• une chaudière à fuel ou à gaz ; et
• un bouilleur à bois.

Selon un mode particulier de réalisation, le réservoir comprend un deuxième échangeur thermique immergé dans le deuxième fluide caloporteur contenu dans ledit réservoir, ledit deuxième échangeur thermique s'étendant depuis la strate basse jusqu'à la strate haute du réservoir pour réchauffer un troisième fluide caloporteur circulant dans ledit deuxième échangeur thermique.

Selon un mode particulier de réalisation, le deuxième circuit hydraulique est connecté à une zone de chauffage, le régulateur étant configuré pour causer, par un contrôle du système de vannes en réponse à un besoin thermique dans ladite zone de chauffage, un chauffage direct de ladite zone de chauffage en acheminant le deuxième fluide caloporteur depuis le premier échangeur thermique directement vers la zone de chauffage sans passer par le réservoir.

Selon un mode particulier de réalisation, le régulateur est configuré pour déclencher, au cours d'un cycle de charge thermique stratifiée, le chauffage direct dès que le chauffage de la strate haute est achevé.

Selon un mode particulier de réalisation, le régulateur est configuré pour causer, par un contrôle du système de vannes au cours du chauffage direct, un stockage d'un excédent d'énergie en acheminant une partie excédentaire du deuxième fluide caloporteur depuis le premier échangeur thermique vers la bordure haute de la strate intermédiaire tout en en acheminant une autre partie du deuxième fluide caloporteur depuis le premier échangeur thermique directement vers la zone de chauffage sans passer par le réservoir.

Selon un mode de réalisation, l'invention est mise en œuvre au moyen de composants logiciels et/ou matériels. Dans cette optique, le terme « module » peut correspondre dans ce document aussi bien à un composant logiciel, qu'à un composant matériel ou à un ensemble de composants matériels et logiciels.

Un composant logiciel correspond à un ou plusieurs programmes d'ordinateur, un ou plusieurs sous-programmes d'un programme, ou de manière plus générale à tout élément d'un programme ou d'un logiciel apte à mettre en œuvre une fonction ou un ensemble de fonctions, selon ce qui est décrit ci-dessous pour le module concerné. Un tel composant logiciel peut être exécuté par un processeur de données d'une entité physique (terminal, serveur, passerelle, routeur, etc.) et est susceptible d'accéder aux ressources matérielles de cette entité physique (mémoires, supports d'enregistrement, bus de communication, cartes électroniques d'entrées/sorties, interfaces utilisateur, etc.).

De la même manière, un composant matériel correspond à tout élément d'un ensemble matériel (ou hardware) apte à mettre en œuvre une fonction ou un ensemble de fonctions, selon ce qui est décrit ci-dessous pour le module concerné. Il peut s'agir d'un composant matériels, par exemple d'un composant matériel programmable ou non. Il peut s'agir notamment d'un composant matériel programmable, ou d'un processeur intégré, configuré pour l'exécution d'au moins un logiciel, par exemple un circuit intégré, une carte à puce, une carte à mémoire, une carte électronique pour l'exécution d'un micrologiciel (firmware), etc.

Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un procédé de contrôle du système de chauffage du premier aspect de l'invention. En particulier, le procédé de contrôle prévoit un procédé de contrôle d'un système de chauffage, ledit système de chauffage comprenant :

• un générateur d'énergie ;
• un circuit hydraulique primaire dans lequel circule un premier fluide caloporteur acheminant de l'énergie fournie par le générateur d'énergie ;
• un circuit hydraulique secondaire dans lequel circule, indépendamment du premier fluide caloporteur, un deuxième fluide caloporteur au moyen d'un système de vannes ;
• un premier échangeur thermique assurant des échanges thermiques entre les premier et deuxième fluides caloporteurs ;
• un réservoir agencé en connexion fluidique avec le circuit hydraulique secondaire pour stocker du deuxième fluide caloporteur, ledit réservoir comprenant au moins trois strates, dites strate haute, strate intermédiaire et strate basse, distribuées verticalement, chaque strate étant définie par une bordure haute et une bordure basse qui sont chacune connectées à un conduit respectif du circuit hydraulique secondaire ; et
• un régulateur ;

• chauffage de la strate haute ;
• chauffage de la strate intermédiaire ; et
• chauffage de la strate basse.

A noter que les différents modes de réalisation mentionnés ci-avant, ainsi que ceux décrits ci-après, en relation avec le système de chauffage du premier aspect de l'invention ainsi que les avantages associés s'appliquent de façon analogue au procédé de contrôle selon le deuxième aspect de l'invention.

Pour chaque étape du procédé de contrôle du deuxième aspect, le système de chauffage de l'invention peut comprendre un module correspondant configuré pour réaliser ladite étape, et inversement.

Dans un mode particulier de réalisation, les différentes étapes du procédé de contrôle selon le deuxième aspect sont déterminées par des instructions de programmes d'ordinateurs.

En conséquence, l'invention selon un troisième aspect vise aussi un programme d'ordinateur sur un support d'informations (ou support d'enregistrement), ce programme étant susceptible d'être mis en œuvre dans un système de chauffage, ou plus particulièrement par un régulateur ou un ordinateur, ce programme comportant des instructions adaptées à la mise en œuvre des étapes d'un procédé de contrôle selon le deuxième aspect de l'invention.

Ainsi, le procédé de contrôle l'invention peut être implémenté au moyen d'une mémoire non volatile stockant des instructions de programmes d'ordinateur et au moyen d'un processeur exécutant ces instructions.

Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable.

Selon un quatrième aspect, l'invention vise un support d'informations (ou support d'enregistrement) lisible par un ordinateur, et comportant des instructions d'un programme d'ordinateur selon le troisième aspect de l'invention.

Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une mémoire non volatile réinscriptible (par exemple une flash) ou une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple un disque dur.

D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme d'ordinateur selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.

Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question.

La présente invention offre avantageusement des performances thermiques globales améliorées grâce notamment à un contrôle efficace de la chaleur stockée dans le ballon et à une bonne stratification thermique. Cette stratification, qui repose sur la séparation naturelle des couches d'eau de températures différentes en fonction de leur densité, maximise le rendement thermique en évitant les mélanges incontrôlés. Elle améliore également la puissance thermique, permettant au système de répondre rapidement aux besoins fluctuants tout en renforçant l'autonomie du ballon. Par ailleurs, en limitant le recours à un fluide glycolé uniquement dans le circuit primaire du système, il est avantageusement possible de résoudre les problèmes liés à la dégradation du glycol, son impact environnemental et sa maintenance, rendant ainsi le système plus sûr, durable, écologique et économique. Cette conception flexible s'adapte aux exigences modernes tout en optimisant l'efficacité énergétique et la gestion thermique.

L'exécution d'au moins deux itérations successives du cycle de charge stratifiée forcée permet avantageusement d'augmenter encore les performances thermiques du système en augmentant progressivement, strate par strate, la température du fluide caloporteur dans le réservoir.

Par ailleurs, la présente invention selon un cinquième aspect concerne un système de chauffage comprenant :

• un premier générateur d'énergie ;
• un circuit hydraulique primaire configuré pour faire circuler un premier fluide caloporteur ;
• un premier échangeur thermique pour assurer des échanges thermiques entre ledit premier fluide caloporteur et un deuxième fluide caloporteur ;
• un circuit hydraulique secondaire configuré pour faire circuler, indépendamment dudit premier fluide caloporteur, ledit deuxième fluide caloporteur ;
• un réservoir agencé en connexion fluidique avec le circuit hydraulique secondaire pour stocker ledit deuxième fluide caloporteur, ledit réservoir comprenant au moins trois strates, dites strate haute, strate intermédiaire et strate basse, distribuées verticalement, chaque strate étant définie par une bordure haute et une bordure basse qui sont chacune connectées à un conduit respectif dudit circuit hydraulique secondaire ;
• un deuxième générateur d'énergie, ledit deuxième générateur étant une source de chaleur à combustion, agencé en connexion fluidique avec le circuit hydraulique secondaire pour chauffer le deuxième fluide caloporteur ;
• un système de vannes comprenant cinq vannes de type trois voies agencées dans le circuit hydraulique secondaire pour contrôler la circulation du deuxième fluide caloporteur entre le premier échangeur thermique, le deuxième générateur d'énergie et les conduits respectifs desdites strates ; et
• un régulateur configuré pour commander ledit système de vannes de sorte à causer un chauffage ciblé et indépendant de chaque strate du réservoir.

Le système de chauffage selon le cinquième aspect de l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, notamment parmi les modes de réalisation qui suivent qui sont présentés à titre d'illustration uniquement et peuvent être combinés ou associés sauf stipulation contraire.

Selon un mode particulier de réalisation, le circuit hydraulique secondaire comprend : un premier conduit en connexion fluidique avec la bordure haute de la strate haute ; un deuxième conduit en connexion fluidique avec la bordure basse de la strate haute et la bordure haute de la strate intermédiaire ; un troisième conduit en connexion fluidique avec la bordure basse de la strate intermédiaire et la bordure haute de la strate basse ; et un quatrième conduit en connexion fluidique avec la bordure basse de la strate basse.

Selon un mode particulier de réalisation, le système de vannes est configuré pour établir sélectivement et indépendamment une boucle de circulation fluidique entre, d'une part, l'un parmi le premier échangeur thermique et le deuxième générateur d'énergie, et d'autre part, l'une quelconque des strates.

Selon un mode particulier de réalisation, le système de vannes est tel que :

• la première vanne assure une connexion fluidique entre sélectivement deux parmi le premier conduit, un cinquième conduit et un sixième conduit ;
• la deuxième vanne assure une connexion fluidique entre sélectivement deux parmi le sixième conduit, un septième conduit et un conduit acheminant le deuxième fluide caloporteur depuis le premier échangeur thermique ;
• la troisième vanne assure une connexion fluidique entre sélectivement deux parmi le cinquième conduit, le septième conduit et un huitième conduit ;
• la quatrième vanne assure une connexion fluidique entre sélectivement deux parmi le huitième conduit, le quatrième conduit et un conduit acheminant le deuxième fluide caloporteur vers le premier échangeur thermique ; et
• la cinquième vanne assure une connexion fluidique entre sélectivement deux parmi le troisième conduit, un neuvième conduit et le septième conduit.

Selon un mode particulier de réalisation, le régulateur est configuré pour commander le système de vannes pour utiliser sélectivement le deuxième conduit soit comme un conduit d'injection, pour acheminer le deuxième fluide caloporteur chauffé vers la bordure haute de la strate intermédiaire, soit comme un conduit d'extraction, pour prélever le deuxième fluide caloporteur depuis la bordure basse de la strate haute.

Selon un mode particulier de réalisation, le régulateur est configuré pour, dans un premier mode de fonctionnement, utiliser le deuxième conduit comme un conduit d'injection pour acheminer le deuxième fluide caloporteur chauffé par le deuxième générateur d'énergie vers la bordure haute de la strate intermédiaire ; et dans un deuxième mode de fonctionnement, utiliser le deuxième conduit comme un conduit d'extraction pour prélever le deuxième fluide caloporteur depuis la bordure basse de la strate haute en vue de son acheminement vers le deuxième générateur d'énergie.

Selon un mode particulier de réalisation, le régulateur est configuré pour acheminer le deuxième fluide caloporteur depuis le premier échangeur thermique jusque dans le réservoir via l'un parmi les premier, deuxième et troisième conduits en configurant le système de vannes selon un état respectif.

Selon un mode particulier de réalisation, le régulateur est configuré pour causer, par un contrôle dudit système de vannes, au moins un cycle de charge thermique stratifiée du réservoir à partir de l'énergie acheminée par le deuxième fluide caloporteur depuis le premier échangeur thermique, ledit cycle comprenant successivement :

• un chauffage de la strate haute ;
• un chauffage de la strate intermédiaire ; et
• un chauffage de la strate basse.

Selon un mode particulier de réalisation, le système de chauffage est tel que :

• le chauffage de la strate haute est réalisé par acheminement du deuxième fluide caloporteur depuis le premier échangeur thermique vers la bordure haute de la strate haute et par extraction du deuxième fluide caloporteur depuis la bordure basse de la strate haute jusqu'au premier échangeur thermique ;
• le chauffage de la strate intermédiaire est réalisé par acheminement du deuxième fluide caloporteur depuis le premier échangeur thermique vers la bordure haute de la strate intermédiaire et par extraction du deuxième fluide caloporteur depuis la bordure basse de la strate intermédiaire jusqu'au premier échangeur thermique ; et
• le chauffage de la strate basse est réalisé par acheminement du deuxième fluide caloporteur depuis le premier échangeur thermique vers la bordure haute de la strate basse et par extraction du deuxième fluide caloporteur depuis la bordure basse de la strate basse jusqu'au premier échangeur thermique.

Selon un mode particulier de réalisation, le régulateur est configuré pour commander le système de vannes pour, en réponse à un besoin thermique, causer l'acheminement du deuxième fluide caloporteur chauffé par le deuxième générateur d'énergie vers la bordure haute de la strate intermédiaire, et le prélèvement du deuxième fluide caloporteur depuis la bordure basse de la strate basse et son acheminement en entrée du deuxième générateur d'énergie.

Selon un mode particulier de réalisation, le régulateur est configuré pour commander le système de vannes de sorte que le deuxième fluide caloporteur chauffé est acheminé depuis le deuxième générateur d'énergie vers le deuxième conduit, et le deuxième fluide caloporteur prélevé est acheminé depuis le quatrième conduit vers le deuxième générateur d'énergie.

Selon un mode particulier de réalisation, le système comprend un module hydraulique agencé entre le circuit hydraulique secondaire et le deuxième générateur d'énergie, ledit module hydraulique comprenant une pompe configurée pour faire circuler le deuxième fluide caloporteur vers et depuis le deuxième générateur d'énergie.

Selon un mode particulier de réalisation, le système comprend un capteur thermique configuré pour mesurer la température du deuxième fluide caloporteur acheminé en entrée du deuxième générateur d'énergie, le régulateur étant configuré pour contrôler le système de vannes de sorte à maintenir ladite température en entrée en-dessous d'une valeur de consigne.

Selon un mode particulier de réalisation, le régulateur est configuré pour causer un prélèvement partiel du deuxième fluide caloporteur depuis la bordure basse de la strate intermédiaire et un prélèvement partiel depuis la bordure basse de la strate basse, et pour causer un mélange desdits fluides prélevés avant leur acheminement en entrée du deuxième générateur d'énergie.

Selon un mode particulier de réalisation, le régulateur est configuré pour commander le système de vannes pour, en réponse à un besoin de production d'eau chaude sanitaire, causer l'acheminement du deuxième fluide caloporteur chauffé par le deuxième générateur d'énergie vers la bordure haute de la strate haute, et le prélèvement du deuxième fluide caloporteur depuis la bordure basse de la strate haute et son acheminement en entrée du deuxième générateur d'énergie.

Selon un mode particulier de réalisation, le système comprend des capteurs de température configurés pour mesurer la température du deuxième fluide caloporteur contenu dans chaque strate du réservoir.

Selon un mode particulier de réalisation, le système comprend :

• un premier capteur positionné en correspondance avec la bordure haute de la strate haute pour mesurer la température du deuxième fluide caloporteur dans la strate haute du réservoir ;
• un deuxième capteur positionné en correspondance avec la bordure basse de la strate intermédiaire pour mesurer la température du deuxième fluide caloporteur dans la strate intermédiaire du réservoir ; et
• un troisième capteur positionné en correspondance avec la bordure basse de la strate basse pour mesurer la température du deuxième fluide caloporteur dans la strate basse du réservoir.

Selon un mode particulier de réalisation, le régulateur est configuré pour que chaque cycle de charge thermique stratifiée comprenne successivement :

• le chauffage de la strate haute tant que la température de la strate haute n'atteint pas au moins une première température de consigne ;
• sur détection que la température de la strate haute atteint au moins la première température de consigne, le déclenchement du chauffage de la strate intermédiaire ;
• et sur détection que la température de la strate intermédiaire atteint au moins une deuxième température de consigne, le déclenchement du chauffage de la troisième strate.

Selon un mode particulier de réalisation, le régulateur est configuré pour exécuter au moins deux cycles de charge thermique stratifiée du réservoir.

Selon un mode particulier de réalisation, pour chaque cycle de charge thermique stratifiée du réservoir, des consignes de température respectives sont assignées à chaque strate du réservoir, les consignes de température augmentant pour une même strate entre un dit cycle et le cycle suivant de sorte à permettre un chauffage progressif des strates.

Selon un mode particulier de réalisation, le premier générateur d'énergie comprend au moins l'un parmi : un capteur solaire thermique, une pompe à chaleur, et une chaudière à fuel ou à gaz.

Selon un mode particulier de réalisation, le deuxième générateur d'énergie comprend au moins l'un parmi : un poêle à bois, un poêle à granulés et un bouilleur à bois.

Selon un mode particulier de réalisation, le deuxième fluide caloporteur est un fluide nonglycolé, de préférence de l'eau.

Selon un mode particulier de réalisation, le réservoir comprend un deuxième échangeur thermique immergé dans le deuxième fluide caloporteur contenu dans ledit réservoir, ledit deuxième échangeur thermique s'étendant depuis la strate basse jusqu'à la strate haute du réservoir pour réchauffer un troisième fluide caloporteur circulant dans ledit deuxième échangeur thermique.

Selon un mode particulier de réalisation, ledit deuxième échangeur thermique est un échangeur thermique pour eau chaude sanitaire, et ledit troisième fluide caloporteur est de l'eau sanitaire.

Selon un mode particulier de réalisation, le circuit hydraulique secondaire est connecté à au moins une zone de chauffage, le régulateur étant configuré pour causer, par un contrôle du système de vannes en réponse à un besoin thermique dans ladite zone de chauffage, un chauffage direct de ladite zone de chauffage en acheminant le deuxième fluide caloporteur depuis le premier échangeur thermique directement vers la zone de chauffage sans passer par le réservoir.

Selon un mode particulier de réalisation, le régulateur est configuré pour causer, par un contrôle du système de vannes au cours dudit chauffage direct, un stockage d'un excédent d'énergie en acheminant une partie excédentaire du deuxième fluide caloporteur depuis le premier échangeur thermique vers la bordure haute de la strate intermédiaire.

Selon un sixième aspect, l'invention concerne un procédé de contrôle du système de chauffage du cinquième aspect de l'invention. En particulier, le sixième aspect prévoit un procédé de contrôle d'un système de chauffage, ledit procédé étant mis en œuvre par un régulateur selon l'un quelconque des modes de réalisation du système de chauffage selon le cinquième aspect.

Les différents modes de réalisation mentionnés ci-avant, ainsi que ceux décrits ci-après, en relation avec le système de chauffage du cinquième aspect de l'invention ainsi que les avantages associés s'appliquent de façon analogue au procédé de contrôle selon le sixième aspect de l'invention.

Pour chaque étape du procédé de contrôle du sixième aspect, le système de chauffage du cinquième aspect de l'invention peut comprendre un module correspondant configuré pour réaliser ladite étape, et inversement.

Dans un mode particulier de réalisation, les différentes étapes du procédé de contrôle selon le sixième aspect sont déterminées par des instructions de programmes d'ordinateurs.

En conséquence, l'invention selon un septième aspect vise aussi un programme d'ordinateur sur un support d'informations (ou support d'enregistrement), ce programme étant susceptible d'être mis en œuvre dans un système de chauffage, ou plus particulièrement par un régulateur ou un ordinateur, ce programme comportant des instructions adaptées à la mise en œuvre des étapes d'un procédé de contrôle selon le sixième aspect de l'invention.

Ainsi, le procédé de contrôle du sixième aspect de l'invention peut être implémenté au moyen d'une mémoire non volatile stockant des instructions de programmes d'ordinateur et au moyen d'un processeur exécutant ces instructions.

Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable.

Selon un huitième aspect, l'invention vise un support d'informations (ou support d'enregistrement) lisible par un ordinateur, et comportant des instructions d'un programme d'ordinateur selon le septième aspect de l'invention.

Les cinquième, sixième, septième et huitième aspects de l'invention garantissent avantageusement un rendement optimal de la source de chaleur à combustion. En permettant par exemple de prélever de manière ciblée le fluide caloporteur au point le plus froid disponible dans le système, c'est-à-dire en bordure basse de la strate la plus basse, l'invention assure que la source à combustion fonctionne en permanence avec le différentiel de température le plus élevé possible. Il en résulte une maximisation de son rendement thermique et une valorisation complète de son potentiel énergétique, surmontant ainsi une limitation majeure des systèmes conventionnels.

Le système offre en outre une flexibilité et une modularité avantageuses. L'architecture unique du réseau de conduits et du système de vannes permet, par une simple reconfiguration logicielle du régulateur, de gérer une multitude de scénarios thermiques complexes. Que ce soit pour une charge solaire stratifiée, un chauffage direct d'une zone, l'utilisation de l'appoint pour le chauffage ou pour la production d'eau chaude sanitaire, le système peut affecter de manière optimale chaque source d'énergie à la tâche la plus pertinente, sans qu'aucun mode de fonctionnement n'interfère négativement avec les autres.

Enfin, cette haute fonctionnalité est atteinte avec une complexité matérielle et un coût réduits. Nul besoin de circuits hydrauliques additionnels ou de mécanismes complexes pour gérer les différentes sources et les différents besoins. La même structure de conduits et de vannes est utilisée de manière intelligente quelle que soit l'opération souhaitée. Cette optimisation structurelle, illustrée notamment par l'utilisation bidirectionnelle de certains conduits, réduit non seulement les coûts d'installation, mais aussi les besoins en maintenance et les risques de panne, rendant le système global plus robuste et fiable.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description des exemples de réalisation particuliers et non limitatifs de la présente invention ci-après, en référence aux figures 1 à 15 annexées, sur lesquelles :

• [Fig. 1] La figure 1 représente schématiquement une vue d'ensemble du système de chauffage selon au moins un mode de réalisation de l'invention ;
• [Fig. 2] La figure 2 représente schématiquement une vue de détail du système de chauffage selon au moins un mode de réalisation de l'invention ;
• [Fig. 3] La figure 3 représente schématiquement le réservoir du système de chauffage selon au moins un mode de réalisation de l'invention ;
• [Fig. 4] La figure 4 représente schématiquement le contrôle du système de chauffage par le régulateur, selon au moins un mode de réalisation de l'invention ;
• [Fig. 5] La figure 5 représente schématiquement le régulateur du système de chauffage selon au moins un mode de réalisation de l'invention ;
• [Fig. 6] La figure 6 représente schématiquement, sous forme d'un diagramme, la réalisation d'au moins un cycle de charge stratifiée du réservoir du système de chauffage, selon au moins un mode de réalisation de l'invention ;
• [Fig. 7] La figure 7 représente schématiquement, sous forme d'un diagramme, les étapes d'un procédé de contrôle selon au moins un mode de réalisation de l'invention ;
• [Fig. 8] La figure 8 représente schématiquement le chauffage de la strate haute du réservoir du système de chauffage selon au moins un mode de réalisation de l'invention ;
• [Fig. 9] La figure 9 représente schématiquement le chauffage de la strate intermédiaire du réservoir du système de chauffage selon au moins un mode de réalisation de l'invention ;
• [Fig. 10] La figure 10 représente schématiquement le chauffage de la strate basse du réservoir du système de chauffage selon au moins un mode de réalisation de l'invention ;
• [Fig. 11] La figure 11 représente schématiquement le chauffage en mode direct, sans stockage d'énergie, d'une zone de chauffage par le système de chauffage selon au moins un mode de réalisation de l'invention ;
• [Fig. 12] La figure 12 représente schématiquement le chauffage en mode direct, avec stockage d'énergie, d'une zone de chauffage par le système de chauffage selon au moins un mode de réalisation de l'invention ;
• [Fig. 13] La figure 13 représentent schématiquement l'extraction d'énergie stockée dans le réservoir du système de chauffage pour répondre à un besoin thermique dans une zone de chauffage, selon au moins un mode de réalisation de l'invention ;
• [Fig. 14] La figure 14 représente schématiquement le chauffage des strate intermédiaire et basse du réservoir par une source de chaleur à combustion, selon au moins un mode de réalisation de l'invention ; et
• [Fig. 15] La figure 15 représente schématiquement le chauffage de la strate haute du réservoir par une source de chaleur à combustion, selon au moins un mode de réalisation de l'invention.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif.

Des exemples de mises en œuvre de l'invention vont à présent être décrits dans ce qui va suivre en référence conjointement aux figures 1-13. Sauf indications contraires, les éléments communs ou analogues à plusieurs figures portent les mêmes signes de référence et présentent des caractéristiques identiques ou analogues, de sorte que ces éléments communs ne sont généralement pas à nouveau décrits par souci de simplicité.

Les termes « premier(s) » (ou première(s)), « deuxième(s) », etc.) sont utilisés dans la présente divulgation par convention arbitraire pour permettre d'identifier et de distinguer différents éléments (tels que des étapes, des caractéristiques structurelles, etc.) mis en œuvre dans les modes de réalisation décrits ci-après.

Dans la présente divulgation, les termes « supérieur(e)/inférieure(e) », « droite(e)/gauche », « haut/bas », « avant/arrière » et similaires sont utilisés de manière générale pour désigner une référence spatiale, en termes par exemple de position et/ou d'orientation, concernant les éléments apparaissant sur les figures annexées. Ces désignations spatiales sont utilisées par convention en référence à une position et orientation du système de chauffage de l'invention dans une utilisation normale.

L'invention, selon différents modes de réalisation, met ainsi en œuvre un circuit hydraulique (dit par la suite « circuit hydraulique secondaire ») agencé en connexion fluidique avec un réservoir (dit aussi ballon ou ballon tampon) pour permettre d'y distribuer et stocker un fluide caloporteur (dit par la suite « second fluide caloporteur ») transportant de l'énergie issue d'une source d'énergie. Des vannes du circuit hydraulique sont en particulier contrôlées pour réaliser une charge stratifiée forcée du réservoir de façon à y stocker de l'énergie selon une stratification thermique contrôlée. Pour ce faire, le fluide caloporteur est ainsi acheminé dans le réservoir par le circuit hydraulique de façon à chauffer successivement de haut en bas au moins trois strates (ou régions, ou zones) distinctes du fluide caloporteur contenu dans le réservoir, à savoir une strate haute, puis une strate intermédiaire, puis une strate basse.

Comme décrit par la suite, l'invention offre avantageusement des performances thermiques globales améliorées grâce notamment à un contrôle efficace de la chaleur stockée dans le ballon et à une stratification thermique efficace.

D'autres aspects et avantages de la présente invention ressortiront des exemples de réalisation décrits ci-dessous en référence aux dessins mentionnés ci-avant.

Dans la présente divulgation, des exemples de mise en œuvre de l'invention sont décrits dans le cas particulier d'un système de chauffage à énergie solaire, d'autres types de systèmes de chauffage, en particulier d'autres générateurs d'énergie, étant toutefois possibles pour mettre en œuvre l'invention.

Sauf indications contraires, les éléments communs ou analogues à plusieurs figures portent les mêmes signes de référence et présentent des caractéristiques identiques ou analogues, de sorte que ces éléments communs ne sont généralement pas à nouveau décrits par souci de simplicité.

La figure 1 représente schématiquement un système SY1 de production et de stockage d'énergie, appelé aussi système de chauffage ou système de régulation thermique ou système de gestion thermique. Les figures 4-5 représentent schématiquement certains détails du système de chauffage SY1. Les éléments du système de chauffage SY1 sont décrits ci-après en référence aux figures 1 à 5 selon des exemples particuliers de réalisation.

A noter que certains éléments du système de chauffage SY1 sont décrits à titre purement illustratif pour faciliter la compréhension de l'invention, d'autres modes de réalisation de l'invention étant possibles sans de tels éléments. En outre certains éléments du système de chauffage SY1 ont été volontairement omis par souci de clarté et concision dans la mesure où ils ne sont pas nécessaires pour une bonne compréhension de la présente divulgation.

Comme illustré en figures 1-5, le système de chauffage SY1 comprend un générateur d'énergie GN1, un circuit hydraulique primaire CR1, un échangeur thermique 18, un circuit hydraulique secondaire CR2, un réservoir 4 et un régulateur (ou contrôleur) 10. Dans les exemples envisagés ici, certains des éléments du système de chauffage SY1 sont disposés dans une enveloppe ou un conteneur prenant ici la forme d'une armoire 2 ou équivalent. Cette armoire comprend notamment le régulateur 10, une partie du circuit hydraulique primaire CR1 et une partie du circuit hydraulique secondaire CR2, tandis que le générateur d'énergie GN1 et le réservoir 4 sont disposés à l'extérieur de cette armoire. Diverses variantes d'agacement sont toutefois possibles.

Selon un mode particulier de réalisation, le système de chauffage SY1 peut en outre comprendre un deuxième générateur d'énergie 50. Des modes de réalisation particuliers mettant en œuvre ce deuxième générateur d'énergie 50, ainsi que son interaction avec le réservoir 4, seront décrits plus en détail ultérieurement en référence aux figures 14 et 15.

Le générateur d'énergie GN1 constitue une source d'énergie apte à collecter ou produire de l'énergie thermique notée E1. On considère à titre d'exemple que l'énergie E1 est de l'énergie solaire généré au moyen du générateur d'énergie GN1 qui comprend à cet effet un capteur solaire thermique. Cette énergie E1 se présente sous la forme de chaleur qui peut être stockée dans le réservoir 4 et utilisé par la suite à des fins diverses, en particulier pour du chauffage comme décrit pas la suite. A noter toutefois que le générateur GN1 peut alternativement être (ou comprendre) un autre type de source de chaleur, telle qu'une pompe à chaleur ou une chaudière à gaz par exemple.

Plus particulièrement, le capteur solaire thermique est un dispositif configuré pour collecter un rayonnement solaire et le convertir en chaleur (énergie thermique E1). Pour ce faire, ce capteur comprend une surface absorbante, pouvant par exemple être protégée par un vitrage et isolée thermiquement à l'arrière. Ce capteur thermique capte l'énergie lumineuse et la transforme en chaleur qui est ensuite transférée à un premier fluide caloporteur FL1 circulant à l'intérieur du capteur. Diverses configurations de capteur solaire thermique (plans, tubulaires sous vide ou à concentration, etc.) sont possibles selon le cas.

Le circuit hydraulique primaire CR1, connecté au générateur d'énergie GN1, est configuré pour faire circuler, et acheminer, le premier fluide caloporteur FL1 (figures 1 et 2). Ce fluide FL1 est apte à acheminer de l'énergie thermique E1 fournie par le générateur d'énergie GN1.

Le fluide caloporteur FL1 est par exemple un fluide glycolé (fluide à base de glycol), par exemple un mélange comprenant de l'eau et du glycol. A titre d'exemple, le fluide FL1 peut comprendre par exemple du monopropylène glycol (MPG). Ce fluide FL1 est utilisé pour transporter la chaleur depuis le générateur d'énergie GN1 vers le réservoir 4. Le recourt au glycol est avantageux en ce qu'il empêche le gel du fluide en cas de basses températures. Toutefois, le glycol présente certaines contraintes, notamment en ce qu'il peut se dégrader au fil du temps, perdant ses ainsi propriétés thermiques et pouvant générant des dépôts dans le circuit hydraulique CR1.

Le circuit hydraulique primaire CR1 est ainsi configuré pour acheminer du fluide caloporteur FL1 de façon à transférer de l'énergie thermique E1 à certains éléments du système de chauffage SY1, comme décrit ci-après. Pour ce faire, le circuit hydraulique primaire CR1 comprend des conduits CD1 formant un réseau ainsi que tout élément nécessaire à l'acheminement bidirectionnel du fluide caloporteur FL1 entre le générateur d'énergie GN1 et un module d'échange thermique 6 positionné dans l'armoire 2 (figures 1 et 2).

Plus précisément, le circuit hydraulique primaire CR1 forme par exemple un circuit fermé permettant d'acheminer du fluide caloporteur FL1 depuis le générateur d'énergie GN1 pour transporter de l'énergie E1 jusqu'à un échangeur thermique 18 disposé dans le module 6, et pour rapatrier le fluide caloporteur FL1 depuis l'échangeur thermique 18 jusqu'au générateur d'énergie GN1 afin de permettre au fluide FL1 de se recharger en énergie E1 après son passage dans l'échangeur thermique 18. A cet effet, le circuit hydraulique primaire CR1 comprend une pompe primaire PP1 (disposé ici dans le module 6) qui entraîne le mouvement du fluide caloporteur FL1 dans le circuit hydraulique primaire CR1. Cette pompe primaire PP1 est par exemple configurée pour fonctionner sous le contrôle du régulateur 10.

L'échangeur thermique 18 est configuré pour assurer des échanges thermiques entre le premier fluide caloporteur FL1 circulant dans le circuit hydraulique primaire CR1 et un deuxième fluide caloporteur FL2 circulant dans le circuit hydraulique secondaire CR2, ces échanges thermiques se faisant sans que les fluides caloporteurs FL1 et FL2 ne se mélangent. Cet échangeur thermique 18 se trouve donc à l'interface entre les circuits hydrauliques CR1 et CR2 (figures 1-2). L'énergie E1 transporté par le fluide caloporteur FL1 peut ainsi être transféré via l'échangeur thermique 18 dans le fluide caloporteur FL2. A cette fin, diverses configurations d'échangeurs thermiques sont possibles.

A titre d'exemple, l'échangeur thermique 18 est ici un échangeur à plaques qui est configuré pour échanger de la chaleur entre les fluides FL1 et FL2 circulant respectivement dans les circuits hydrauliques CR1 et CR2, tout en garantissant une séparation complète des deux fluides FL1 et FL2. Cet échangeur à plaques comprend ainsi des plaques métalliques minces, par exemple en acier inoxydable ou en aluminium, empilées en parallèle et maintenues ensemble. Ces plaques forment des canaux dans lesquels circulent les fluides caloporteurs FL1 et FL2, par exemple en flux croisés ou en flux opposés. Le recours à un échangeur à plaques est avantageux en ce qu'il est compact et offre une bonne efficacité thermique.

Le circuit hydraulique secondaire CR2 est configuré pour faire circuler, indépendamment du premier fluide caloporteur FL1, le deuxième fluide caloporteur FL2 au moyen d'un système de vannes VN dont est équipé le circuit hydraulique secondaire CR2 (figures 1-3). Le circuit hydraulique CR2 est connecté à l'échangeur thermique 18 pour permettre le transfert d'énergie E1, via ledit échangeur, depuis le premier fluide FL1 vers le deuxième fluide FL2.

Selon un exemple, le deuxième fluide caloporteur FL2 est un fluide non glycolé, c'est-à-dire qui ne contient pas de glycol, par exemple de l'eau ou un fluide à base d'eau. On peut ainsi avantageusement s'affranchir des contraintes et problèmes associés au glycol, notamment sa dégradation chimique au fil du temps qui réduit ses propriétés thermiques, ainsi que la formation de dépôts ou de boues susceptibles d'encrasser les circuits hydrauliques. De plus, l'absence de glycol élimine les contraintes environnementales et de maintenance liées à ce fluide, telles que sa toxicité, ses exigences de manipulation et les précautions liées à son élimination.

Le circuit hydraulique secondaire CR2 est ainsi configuré pour acheminer du fluide caloporteur FL2 de façon à transférer de l'énergie E1 à certains éléments du système de chauffage SY1, en particulier au réservoir 4 comme décrit ci-après. Pour ce faire, le circuit hydraulique secondaire CR2 comprend des conduits CD2 formant un réseau, ainsi que tout autre élément nécessaire à l'acheminement bidirectionnel du fluide caloporteur FL1 entre l'échangeur thermique 18 (positionné ici dans le module 6) et le réservoir 4 (figures 1-3).

Le circuit hydraulique secondaire CR2 forme par exemple un circuit fermé permettant d'acheminer du fluide caloporteur FL2 chargé en énergie E1 depuis l'échangeur thermique 18 jusqu'au réservoir 4 et de rapatrier du fluide caloporteur FL2 depuis le réservoir 4 jusqu'à l'échangeur thermique 18 afin de charger à nouveau le fluide en énergie E1. A cet effet, le circuit hydraulique secondaire CR2 peut comprendre une pompe secondaire PP2 (disposée ici dans le module 6) qui entraîne le mouvement du fluide caloporteur FL2 dans le circuit hydraulique primaire CR2. Cette pompe secondaire PP2 est par exemple configurée pour fonctionner sous le contrôle du régulateur 10.

Le réservoir 4, dit aussi ballon ou ballon tampon, est agencé en connexion fluidique avec le circuit hydraulique secondaire CR2 pour permettre un stockage du deuxième fluide caloporteur FL2 dans ledit réservoir. Pour ce faire, le réservoir comprend une paroi 4a formant une chambre interne 4b qui contient du deuxième fluide caloporteur FL2. Dans les exemples considérés, on suppose que le réservoir est totalement (ou quasi totalement) rempli de fluide caloporteur FL2. On considère ici que des conduits CD2 du circuit hydraulique secondaire CR2 sont connectés au réservoir 4 de sorte à assure une connexion fluidique, ce qui signifie que ces conduits débouchent dans la chambre interne 4b de sorte que le fluide caloporteur FL2 puisse circuler depuis les conduits CD2 dans la chambre 4b et/ou inversement, selon le sens de circulation du fluide FL2 dans les conduits CD2.

Diverses configurations du réservoir 4 sont possibles selon le cas. Le fluide caloporteur FL2 contenu dans le réservoir 4 sert de vecteur de stockage de l'énergie thermique E1. Comme décrit ci-après, la conception du réservoir vise à minimiser les pertes thermiques et à maintenir une stratification naturelle, permettant de conserver des couches d'eau à différentes températures selon leur densité. Le circuit hydraulique secondaire CR2 est apte à extraire du fluide caloporteur FL2 depuis le réservoir 4 et ainsi acheminer de l'énergie thermique pour divers besoins, tels que le chauffage d'au moins une zones de chauffage ZC par exemple.

On suppose à titre d'exemple que le circuit hydraulique secondaire CR2 du système de chauffage SY1 est connecté à au moins l'une quelconque parmi les zones de chauffage ZC suivantes :

• un ballon (ou réservoir) secondaire ZC1 permettant un stockage de fluide caloporteur FL2 ;
• un système ZC2 d'au moins un radiateur ; et
• un système ZC3 de plancher chauffant.

D'autres exemples de zones chauffantes ZC sont toutefois possibles selon le cas. Le système de chauffage SY1 peut en particulier comprendre, au sein du circuit hydraulique secondaire CR2 (dans l'armoire 2 dans les exemples des figures), des modules hydrauliques 12 (figures 1-2) configurés pour distribuer le fluide caloporteur FL2 vers des zones de chauffage ZC respectives. En particulier, le système SY1 peut comprendre des modules hydrauliques 12a, 12b et 12c configurés pour acheminer le fluide caloporteur FL1, et donc l'énergie E1 qu'il transporte, vers les zones de chauffage ZC1, ZC2 et ZC3, respectivement. A cet effet, chaque module hydraulique 12 est par exemple équipé d'une pompe pour causer l'acheminement du fluide caloporteur FL2 vers la zone de chauffage ZC correspondante.

Le deuxième circuit hydraulique CR2 peut ainsi être connecté à au moins une zone de chauffage ZC, le régulateur 10 étant configuré pour contrôler les vannes VN de sorte à acheminer de l'énergie E1 depuis le réservoir 4 vers ladite au moins une zone de chauffage ZC.

L'ensemble comprenant le système de chauffage SY2 et les zones de chauffage ZC est noté SY2 (figure 1).

Comme représenté en figures 1-3, le réservoir 4 comprend au moins trois zones ou régions appelées « strates », à savoir une strate haute (ou strate supérieure) ST1, une strate intermédiaire ST2, et une strate basse (ou strate inférieure) ST3. Ces strates ST1, ST2 et ST3 sont distribuées (ou agencées) verticalement, c'est-à-dire les unes au-dessus des autres, de sorte que la strate haute ST1 est positionnée au-dessus de la strate intermédiaire ST2, qui est elle-même positionnée au-dessus de la strate basse ST3. Ainsi, la strate intermédiaire ST2 est intercalée entre les strates ST1 et ST3.

Chaque strate ST1-ST3 est définie par une bordure (ou limite) haute et une bordure (ou limite) basse qui sont chacune connectées à un conduit respectif CD2 du circuit hydraulique secondaire CR2. Comme illustré, on considère dans cet exemple que le circuit hydraulique secondaire CR2 comprend les conduits suivants :

• un premier conduit CD2a agencé en connexion fluidique avec la bordure haute ST1a de la strate haute ST1 ;
• un deuxième conduit CD2b agencé en connexion fluidique avec la bordure basse ST1b de la strate haute ST1 et la bordure haute ST2a de la strate intermédiaire ST2 ;
• un troisième conduit CD2c agencé en connexion fluidique avec la bordure basse ST2b de la strate intermédiaire ST2 et la bordure haute ST3a de la strate basse ST3 ; et
• un quatrième conduit CD2d en connexion fluidique avec la bordure basse ST3b de la strate basse ST3.

La connexion fluidique d'un conduit CD2 avec une bordure haute ou basse d'une strate du réservoir signifie que le conduit CD2 forme une entrée et/ou sortie en fluide caloporteur FL2 au niveau de ladite bordure de la strate concernée. Cette connexion CD2 peut ainsi alimenter le réservoir 4 à la position correspondant à cette bordure et/ou extraire du fluide caloporteur FL2 depuis le réservoir 4 à la position correspondant à cette bordure.

Comme représenté en figure 2, des raccordements (ou raccords, ou connecteurs) 14a, 14b, 14c et 14d assurent la connexion fluidique entre le réservoir 4 et les conduits CD2a, CD2b, CD2c et CD2d, respectivement. Ces connecteurs CD2a-CD2d forment des entrées et/ou sorties du réservoir 4 comme décrit plus en détail par la suite. Ainsi, chaque bordure de strate est accessible indépendamment via au moins un conduit respectif du circuit hydraulique secondaire CR2.

A noter que, dans l'exemple ci-dessus, un conduit commun CD2b fait à la fois office de conduit connecté en bas de la strate haute ST1 et de conduit connecté en haut de la strate intermédiaire ST2, ce qui permet avantageusement de limiter la complexité du circuit hydraulique secondaire CR2 et de son fonctionnement. Selon une variante, des conduits distincts du circuit hydraulique secondaire CR2 peuvent toutefois être utilisés pour assurer la connexion fluidique avec respectivement la bordure basse ST1b de la strate haute ST1 et la bordure haute ST2a de la strate intermédiaire ST2. Il en va de même par analogie pour le conduit commun CD2c qui peut le cas échéant être séparé en deux conduits distincts connectés respectivement à la bordure basse ST2b de la strate intermédiaire ST2 et à la bordure haute ST3a de la strate basse ST3.

Par ailleurs, le système de vannes VN, dont est équipé le circuit hydraulique secondaire CR2, est contrôlé par le régulateur 10 (figures 1-5). Par souci de clarté dans les figures, le régulateur 10 n'est pas représenté dans les figures 8 et suivantes. En contrôlant l'état des vannes VN, le régulateur 10 contrôle la circulation du fluide caloporteur FL2 dans le circuit hydraulique secondaire CR2. Chaque vanne VN permet d'aiguiller (ou diriger) le flux du fluide caloporteur FL2 selon une direction qui est fonction de l'état de la vanne.

Selon un mode particulier de réalisation, le régulateur 10 est en particulier configuré pour causer, par un contrôle du système de vannes VN, au moins un cycle CY de charge stratifiée (dit aussi cycle de charge stratifiée forcé) du réservoir 4 à partir de l'énergie E1 acheminée par le deuxième fluide caloporteur FL2 depuis l'échangeur thermique 18. Le cycle CY de charge stratifiée comprend successivement :

• le chauffage de la strate haute ST1 ;
• le chauffage de la strate intermédiaire ST2 ; et
• le chauffage de la strate basse ST3.

Le chauffage respectif de chacune des strates ST1, ST2 et ST3 est assuré en configurant les vannes VN, au moyen du régulateur 10, de sorte à acheminer le fluide caloporteur FL2 depuis l'échangeur thermique 18 jusqu'à la bordure haute de la strate concernée par le chauffage, ce qui permet d'apporter l'énergie E1 jusque dans la strate appropriée du réservoir 4. Les vannes VN sont en outre configurées, toujours au moyen du régulateur 10, de sorte à extraire le deuxième fluide caloporteur FL2, plus froid que le flux entrant, depuis la bordure basse de la strate concernée jusqu'à l'échangeur thermique 18 pour permettre de recharger le flux de retour en énergie thermique E1 provenant du générateur GN1.

Comme représenté notamment en figure 4, on considère à titre d'exemple que le régulateur (ou contrôleur) 10 est un dispositif électronique chargé de contrôler le fonctionnement du circuit hydraulique secondaire CR2. A cet effet, le régulateur 10 comprend au moins un processeur 30, une mémoire vive 32 et une mémoire non volatile 34, par exemple une mémoire non volatile réinscriptible et/ou une mémoire morte (ROM).

La mémoire 34 constitue un support d'enregistrement (ou support d'informations) conforme à un mode de réalisation particulier, lisible par le régulateur 10, et sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur PG1 conforme à un mode de réalisation particulier. Ce programme d'ordinateur PG1 comporte des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé de contrôle du système de chauffage SY1, selon un mode de réalisation particulier. Les étapes de ce procédé sont décrites ultérieurement en référence aux figures dans des modes particuliers de réalisation de l'invention.

Le processeur 30 est configuré pour exécuter les instructions du programme d'ordinateur PG1 afin de réaliser des étapes du procédé de contrôle. A cet effet, le processeur 30 peut inclure de la mémoire intégrée, une interface d'entrée/sortie, et différents circuits connus de l'homme du métier. En particulier, le processeur 30 peut utiliser la mémoire volatile 32 pour réaliser les différentes opérations et fonctions nécessaires au fonctionnement du régulateur 10, y compris pour exécuter le programme d'ordinateur PG1 lors de la mise en œuvre du procédé de contrôle de l'invention.

Comme illustré en figures 3-4 notamment, le réservoir 4 peut comprendre des capteurs de température 20 configurés pour mesurer les températures respectives T1, T2 et T3 du fluide caloporteur FL2 contenu dans les strates ST1, ST2 et ST3 du réservoir 4. Les capteurs 20 peuvent en particulier comprendre :

• un premier capteur 20-1 configuré pour mesurer la température T1 du deuxième fluide caloporteur FL2 dans la strate haute ST1 du réservoir 4 ;
• un deuxième capteur 20-2 configuré pour mesurer la température T2 du deuxième fluide caloporteur FL2 dans la strate intermédiaire ST2 du réservoir 4 ; et
• un troisième capteur 20-3 configuré pour mesurer la température T3 du deuxième fluide caloporteur FL2 dans la strate basse ST3 du réservoir 4.

Ces capteurs 20-1, 20-2 et 20-3 génèrent des données de température DT1 représentatives des températures T1, T2 et T3 respectivement, ces données DT1 étant collectées par le régulateur 10 pour suivre l'évolution des températures dans les différentes strates ST1-ST3 du réservoir 4 au cours du temps. Le régulateur 10 peut en outre comparer les températures T1, T2 et T3 mesurées dans les strates ST1, ST2 et ST3 avec des consignes de températures prédéfinies notées de façon générale TG1, TG2 et TG3, respectivement. Ces consignes de températures TG1-TG3 sont par exemple préenregistrées, et accessibles, depuis la mémoire 34 (figure 4).

En fonction des températures T1, T2 et T3 mesurées dans les strates ST1, ST2 et ST3, le régulateur 10 peut ainsi piloter l'état respectif des vannes VN pour diriger le fluide caloporteur FL2, et donc l'énergie E1 que transporte ce fluide, depuis l'échangeur thermique 18 vers la strate appropriée du réservoir 4. Ce contrôle peut en particulier être fonction de comparaisons que fait le régulateur 10 entre les températures T1-T3 mesurées d'une part et leurs consignes de températures respectives TG1-TG3 d'autre part. Ce contrôle des vannes VN est par exemple assuré par l'envoi, par le régulateur 10, de commandes CMD aux vannes VN pour contrôler leur état et ainsi aguiller le flux du second fluide caloporteur FL2 de façon adéquate au travers du circuit hydraulique secondaire CR2 (figure 5). La nature de ces commandes peut varier selon le type de régulateur utilisé et le cas d'usage. Ce contrôle des vannes VN permet avantageusement d'assurer une répartition efficace de la chaleur dans le réservoir 4, de maximiser le rendement énergétique du système et de prévenir les pertes inutiles tout en adaptant le fonctionnement du système aux besoins thermiques, par exemple au niveau des zones de chauffage ZC.

Diverses configurations des capteurs thermiques 20, notamment en termes de position vis-à-vis des strates ST1-ST3, peuvent être envisagées selon le cas. Selon un exemple, les capteurs thermiques 20 sont agencés dans des inserts (ou doigts de gant), ces derniers étant immergés dans le fluide FL2 contenu dans le réservoir 4. Cet arrangement particulier permet avantageusement d'obtenir une lecture précise et rapide de la température du fluide caloporteur FL2 dans les différentes strates du réservoir 4. Il a notamment été observé que si les capteurs thermiques 20 sont positionnés, non pas de façon immergée dans le réservoir, mais en contact externe du réservoir 4, c'est-à-dire à l'extérieur de la chambre 4b (par exemple sur la paroi externe de la chambre), alors un décalage thermique se produit entre les températures mesurées et les températures réelles dans les strates du réservoir 4, ce qui dégrade fortement la qualités des mesures et limite par conséquent les performances du système.

Selon un exemple, le premier capteur 20-1 est positionné en correspondance avec la bordure haute ST1a de la strate haute ST1 pour mesurer la température T1 du deuxième fluide caloporteur FL2 dans la strate haute ST1 du réservoir. Le premier capteur 20-1 est par exemple agencé de sorte à être aligné en hauteur avec la bordure haute ST1a de la strate haute ST1. Ce positionnement particulier du premier capteur 20-1 permet avantageusement un meilleur contrôle de la stratification thermique dans le réservoir 4. En effet, des écarts de températures importants peuvent survenir entre la bordure basse ST1b et la bordure haute ST1a de la strate haute ST1. En positionnant le premier capteur 20-1 au niveau de la bordure haute ST1a, on peut obtenir une lecture précise de la température T1 à prendre en compte dans la première strate ST1.

Selon un exemple, le deuxième capteur 20-2 est positionné en correspondance avec la bordure basse ST2b de la strate intermédiaire ST2 pour mesurer la température T2 du deuxième fluide caloporteur FL2 dans la strate intermédiaire ST2 du réservoir 4. Le deuxième capteur 20-2 est par exemple agencé de sorte à être aligné en hauteur avec la bordure basse ST2b de la strate intermédiaire ST2.

Selon un exemple, le troisième capteur 20-3 est positionné en correspondance avec la bordure basse ST3b de la strate basse ST3 pour mesurer la température T3 du deuxième fluide caloporteur FL2 dans la strate basse ST3 du réservoir 4. Le troisième capteur 20-3 est par exemple agencé de sorte à être aligné en hauteur avec la bordure basse ST3b de la strate basse ST3.

En positionnant les capteurs 20-2 et 20-3 aux niveaux (à hauteur) respectivement des bordures basses des strates ST2 et ST3, on peut avantageusement obtenir une stratification thermique optimale et complète jusqu'en bas du réservoir 4. Il a par exemple été observé que si le capteur 20-2 est positionné au-dessus de la bordure basse ST2b, alors la charge thermique que l'on réalise dans la strate intermédiaire ST2 n'est pas complète, ce qui limite les performances du système.

Selon un exemple, les capteurs thermiques 20-2 et 20-3 des strates ST2 et ST3 sont agencés respectivement dans les raccordements 14c et 14d (figures 2 et 3). Ces raccordements 14c et 14d présentent par exemple un forme en « T ». Cet arrangement particulier permet avantageusement de mesurer précisément la température du fluide FL2 dans le réservoir 4 lorsque ce fluide est statique (zones de chauffage ZC à l'arrêt) et de mesurer la température du fluide FL2 revenant des zones de chauffage ZC lorsqu'au moins une zone de chauffage ZC est en fonctionnement. Il a par exemple été observé que si les capteurs thermiques 20-2 et 20-3 sont positionnés hors des raccordements, alors la charge thermique stratifiée risque de ne pas être optimale en raison de problèmes d'homogénéité thermique du fluide caloporteur FL2 au sein des strates intermédiaire ST2 et basse ST3. D'autres arrangements des capteurs thermiques 20-2 et 20-3 sont toutefois possibles.

A noter par ailleurs que diverses configurations du réseau hydraulique secondaire CR2, et en particulier de ses conduits et de son système de vannes VN, sont possibles selon le cas d'usage. On considère par la suite l'exemple décrit ci-après en référence aux figures 1-4. On considère en particulier que le système de vannes VN comprend cinq vannes notés VN1, VN2, VN3, VN4 et VN5, chacune de ces vannes étant des vannes 3 voies. Le recours à ce type de vannes permet avantageusement de contrôler précisément le flux du deuxième fluide caloporteur FL2 tout en limitant la complexité du circuit hydraulique secondaire CR2.

Des variantes en termes de configuration des vannes, par exemple avec d'autres types de vannes (par exemple de type 2 voies), sont toutefois possibles.

Comme illustré dans ce cas particulier (figure 2), les vannes VN1-VN5 sont configurées de la façon suivante :

• la première vanne VN1 assure une connexion fluidique entre sélectivement deux parmi :
  • le premier conduit CD2a,
  • un cinquième conduit CD2e reliant ensemble la première vanne VN1 avec la troisième vannes VN3 et le deuxième conduit CD2d, et
  • un sixième conduit CD2f reliant les première et deuxième vannes VN1, VN2 ;
• la deuxième vanne VN2 assure une connexion fluidique entre sélectivement deux parmi :
  • le sixième conduit CD2f reliant les première et deuxième vannes VN1, VN2 ;
  • un septième conduit CD2g reliant ensemble les deuxième, troisième et cinquième vannes VN2, VN3 et VN5 ;
  • un dixième conduit CD2j acheminant le deuxième fluide caloporteur FL2 depuis l'échangeur thermique 18 ;
• la troisième vanne VN3 assure une connexion fluidique entre sélectivement deux parmi :
  • le cinquième conduit CD2e ;
  • le septième conduit CD2g ; et
  • un huitième conduit CD2h reliant les troisième et quatrième vannes VN3, VN4 ;
• la quatrième vanne VN4 assure une connexion fluidique entre sélectivement deux parmi :
  • le huitième conduit CD2h ;
  • le quatrième conduit CD2d ; et
  • un onzième conduit CD2k acheminant le deuxième fluide caloporteur FL2 vers le échangeur thermique 18 ;
• la cinquième vanne VN5 assure une connexion fluidique entre sélectivement deux parmi :
  • le troisième conduit CD2c ;
  • un neuvième conduit CD2i reliant ensemble la cinquième vanne VN5 avec les deuxième et cinquième conduits CD2b, CD2e ; et
  • le septième conduit CD2g.

Cette architecture particulière du circuit hydraulique secondaire CR2 et du système de vannes VN permet au régulateur 10, par une simple commande des cinq vannes VN trois voies, de diriger le flux du deuxième fluide caloporteur FL2 de manière extrêmement précise et ciblé, notamment au niveau des strates du réservoir 4. Il peut ainsi, par exemple, chauffer une seule strate à la fois en créant une boucle fermée entre l'échangeur thermique 18 et cette strate, ou encore prélever du fluide d'une strate pour l'acheminer vers une zone de chauffage ou vers le deuxième générateur d'énergie 50, tout en retournant le fluide refroidi si besoin dans une autre strate.

Comme illustré en figure 2, un nœud N1 du circuit hydraulique secondaire CR2 relie ensemble le deuxième conduit CD2b, le cinquième conduit CD2e et le neuvième conduit CD2i. De même, un autre nœud N2 du circuit hydraulique secondaire CR2 relie ensemble le septième conduit CD2g avec le troisième conduit CD2c.

Chaque vanne VN est ainsi contrôlée par le régulateur 10 pour assurer une communication fluidique deux parmi les 3 voies possibles, de façon à diriger le fluide caloporteur FL2 dans les zones appropriées.

Comme représenté dans les figures 1-3, le réservoir 4 peut comprendre un deuxième échangeur thermique 16 immergé dans le deuxième fluide caloporteur FL2 contenu dans ledit réservoir 4. Des modes de réalisation sans un tel échangeur thermique 16 sont toutefois aussi possibles. Cet échangeur thermique 16 s'étend dans la chambre interne 4b depuis la strate basse ST3 jusqu'à la strate haute ST1 du réservoir 4 pour réchauffer un troisième fluide caloporteur FL3 circulant dans l'échangeur thermique 16 indépendamment du deuxième fluide caloporteur FL2 (sans mélange des fluides FL2 et FL3). Ce fluide caloporteur FL3 est par exemple de l'eau ou un fluide à base d'eau. On peut ainsi avantageusement chauffer le troisième fluide caloporteur FL3 circulant de bas en haut dans l'échangeur thermique 16 par échanges thermiques avec le deuxième fluide FL2 contenu dans le réservoir 4. Cet échangeur thermique additionnel 16 peut en particulier permettre de produire de l'eau chaude sanitaire, dite aussi ECS, au moyen de l'énergie thermique stockée dans le réservoir 4.

Diverses configurations de l'échangeur thermique 16 sont possibles. A titre d'exemple, l'échangeur thermique 16 présente dans les exemples considérés une configuration de conduit en forme de serpentin, ce qui permet avantageusement de maximiser les échanges thermiques entre les fluides caloporteurs FL2 et FL3. En variante, l'échangeur thermique 16 se présente sous la forme d'un accumulateur ECS immergé, dit aussi « tank-in-tank » (principe du bain-marie).

Comme déjà indiqué, le régulateur 10 peut être configuré pour réaliser un ou plusieurs cycles CY de charge stratifiée du réservoir 4, comme décrit ci-après dans des exemples particuliers.

Comme représenté en figure 5 selon un mode particulier de réalisation, le processeur 30 du régulateur 10, piloté par le programme d'ordinateur PG1, met en œuvre des modules de régulation notés MD1, MD2 et MD3. Ces modules MD1-MD3 permettent d'exécuter au moins un cycle CY de charge stratifiée du réservoir 4 à partir de l'énergie E1 acheminée par le deuxième fluide caloporteur FL2 depuis l'échangeur thermique 18 au travers du circuit hydraulique primaire CR1. Ce cycle CY comprend successivement un premier chauffage, un deuxième chauffage et un troisième chauffage.

Plus précisément, le premier module de régulation MD1 est configuré pour causer un chauffage de la strate haute ST1 (premier chauffage).

Le deuxième module de régulation MD2 est configuré pour causer un chauffage de la strate intermédiaire ST2 (deuxième chauffage).

Le troisième module de régulation MD3 est configuré pour causer un chauffage de la strate basse ST3 (troisième chauffage).

La configuration et le fonctionnement des modules MD1-MD3 du régulateur 10 apparaîtront plus précisément dans les exemples de réalisation décrits ci-après en référence aux figures 6-13. A noter que les modules MD1-MD3 tels que représentés en figure 6 ne représentent qu'un exemple de mise en œuvre non limitatif de l'invention.

De manière générale, pour chaque étape du procédé de contrôle de l'invention, le régulateur 10 peut comprendre un module correspondant configuré pour réaliser ladite étape. Par ailleurs, au moins deux parmi les modules MD1-MD3 peuvent correspondre à un seul et unique module configuré pour réaliser les étapes correspondantes.

Comme illustré en figure 6, le régulateur 10 peut par exemple être configuré pour réaliser, par un contrôle des vannes VN, un premier cycle CY1 de charge stratifiée forcée du réservoir 4 au cours duquel le régulateur 10 cause successivement le chauffage de la strate haute ST1, le chauffage de la strate intermédiaire ST2 et le chauffage de la strate basse ST3. Lorsqu'une strate est chauffée, les autres strates du réservoir ne sont pas chauffées.

Le chauffage de la strate haute ST1 est réalisé par acheminement du deuxième fluide caloporteur FL2 depuis l'échangeur thermique 18 vers la bordure haute ST1a de la strate haute ST1 et par extraction du deuxième fluide caloporteur FL2 depuis la bordure basse ST1b de la strate haute ST1 jusqu'à l'échangeur thermique 18.

Le chauffage de la strate intermédiaire ST2 est réalisée par acheminement du deuxième fluide caloporteur FL2 depuis l'échangeur thermique 18 vers la bordure haute ST2a de la strate intermédiaire ST2 et par extraction du deuxième fluide caloporteur FL2 depuis la bordure basse ST2b de la strate intermédiaire ST2 jusqu'à l'échangeur thermique 18.

Le chauffage de la strate basse ST3 est réalisé par acheminement du deuxième fluide caloporteur FL2 depuis l'échangeur thermique 18 vers la bordure haute ST3a de la strate basse ST3 et par extraction du deuxième fluide caloporteur FL2 depuis la bordure basse ST3b de la strate basse ST3 jusqu'à l'échangeur thermique 18.

A noter que le cycle de charge stratifiée forcée peut être réalisé une pluralité de fois en augmentant, à chaque itération du cycle, les températures de consigne TG1-TG3 à atteindre dans respectivement les strates ST1-ST3 afin de monter progressivement la température dans le réservoir 4 tout en conservant une bonne stratification thermique.

Ainsi, une fois le premier cycle CY1 achevé, le régulateur 10 peut éventuellement réaliser une deuxième itération (ou passe) de ce cycle, cette deuxième itération notée CY2 étant réalisée de façon analogue à au premier cycle CY2 mais en continuant à augmenter les températures respectives T1, T2 et T3 des strates ST1, ST2 et ST3. L'exécution de deux passes (voire plus) du cycle CY de charge stratifiée permet avantageusement d'augmenter encore les performances thermiques du système en augmentant progressivement, strate par strate, la température du fluide caloporteur FL2 dans le réservoir 4. La charge progressive par stratification permet de valoriser des productions solaires courtes et faibles (par exemple, alternances de périodes successives ensoleillée et nuageuses) et, à l'inverse, d'assurer une charge thermique complète des strates en cas de production longue et puissante (par exemple dans le cas d'une longue période ensoleillée). Cela permet d'élevée rapidement la température de l'eau par couche successive malgré l'emploi du gros volume du réservoir de stockage. On peut ainsi avantageusement produire et stocker efficacement la chaleur produite par un générateur, y compris en utilisant un gros volume de fluide caloporteur FL2 dans le réservoir 4, ce qui pose problème dans les systèmes conventionnels (dilution excessive de l'énergie stockée ne permettant pas une utilisation rapide de celle-ci). Le recours à un volume important de fluide caloporteur FL2 (par exemple un réservoir 4 de 1000 L ou plus de fluide FL2) permet avantageusement de stocker des quantités conséquentes d'énergie, offrant ainsi une meilleure autonomie et réactivité thermique du système. L'énergie stockée est ainsi rapidement utilisable, par exemple pour chauffer les zones de chauffage ZC. Il est toutefois possible de ne réaliser qu'une seule itération du cycle de charge stratifiée tel que décrit dans la présente divulgation.

Le fonctionnement du système de chauffage SY1 tel que précédemment défini en référence aux figures 1-6 est à présent décrit conjointement aux figures 7-13 selon des modes particuliers de réalisation. A cet effet, le régulateur 10 exécute les instructions du programme d'ordinateur PG1 pour mettre en œuvre les étapes du procédé de contrôle selon des exemples particuliers.

Comme illustré en figure 8, on suppose à titre d'exemple que l'on se situe en début de journée et que le capteur solaire thermique du générateur d'énergie GN1 commence à collecter de l'énergie lumineuse provenant du soleil, cette énergie étant convertie en énergie thermique E1 par le capteur. On suppose à ce stade qu'il n'y a pas de besoin en énergie dans les zones de chauffage ZC et que le système de chauffage SY1 doit stocker cette énergie thermique E1 dans le réservoir 4.

A cet effet, le régulateur 10 réalise, par un contrôle des vannes VN, un premier cycle CY1 de charge thermique stratifiée du réservoir 4 (et plus particulièrement du fluide caloporteur FL2 contenu dans ce réservoir) à partir de l'énergie thermique E1 acheminée par le deuxième fluide caloporteur FL2 depuis l'échangeur thermique 18. Ce cycle CY1 comprend dans cet exemple les étapes S2 à S10 décrites ci-après.

Plus particulièrement, au cours d'une étape S2 de chauffage (figures 7), le régulateur 10 configure les vannes VN dans un premier état, par envoi de commandes de contrôle CMD1, causant un chauffage de la strate haute ST1 du réservoir 4 (c'est-à-dire du fluide caloporteur FL2 contenu dans la strate haute ST1).

Pour ce faire, la pompe primaire PP1 et la pompe secondaire PP2 sont par exemple activées, par le régulateur 10 ou tout autre moyen approprié, entraînant ainsi les circulations indépendantes des fluides caloporteurs FL1 et FL2 au travers respectivement des circuits hydrauliques CR1 et CR2. L'énergie thermique E1 issue du générateur d'énergie GN1 est ainsi acheminée par le premier fluide caloporteur FL1 jusqu'à l'échangeur thermique 18 au travers du réseau du circuit hydraulique primaire CR1. Cette énergie thermique est ensuite transférée du premier fluide caloporteur FL1 au deuxième fluide caloporteur FL2 par l'intermédiaire de l'échangeur thermique 18. Le fluide caloporteur FL1, déchargé en énergie thermique, est ensuite acheminé depuis l'échangeur thermique 18 jusqu'au générateur d'énergie GN1 au travers du circuit hydraulique primaire CR1 afin d'être chargé à nouveau en énergie thermique E1. Le fluide caloporteur FL1 réalise ainsi un mouvement continu en boucle fermé entre le générateur GN1 et l'échangeur thermique 18 afin de transporter l'énergie thermique E1 issue du générateur GN1 jusqu'à l'échangeur thermique 18. En parallèle, sous l'effet de la pompe secondaire PP2, le fluide caloporteur FL2 transporte l'énergie thermique E1 au travers du circuit hydraulique secondaire CR2.

Dans ce premier état, les vannes VN sont configurées pour acheminer le fluide caloporteur FL2 depuis l'échangeur thermique 18 jusqu'à la bordure haute ST1a de la strate haute ST1 du réservoir 4 (figure 8). Pour ce faire, la deuxième vanne VN2 est configurée pour recevoir le fluide caloporteur FL2 transportant l'énergie thermique E1 en provenance de l'échangeur thermique 18 et pour le faire circuler vers la première vanne VN1. La première vanne VN1 est configurée pour diriger le deuxième fluide caloporteur FL2 provenant de la deuxième vanne VN2 vers la bordure haute ST1a de la strate haute ST1 au travers du premier conduit CD2a. Le fluide caloporteur FL2 porteur d'énergie thermique est ainsi injecté en haut de la strate haute ST1 du réservoir de façon à réaliser ce premier chauffage S2.

En parallèle, les vannes VN4 et VN5 sont configurées pour interdire la sortie du fluide caloporteur FL2 hors du réservoir via respectivement le quatrième conduit CD2d et le troisième conduit CD2c. La troisième vanne VN3 est configurée pour que le fluide caloporteur FL2 sorte depuis la bordure basse ST1b de la strate haute ST1 au travers du deuxième conduit CD2b et soit dirigé vers la quatrième vanne VN4 (via le nœud N1 et le conduit CD2e, cf. figure 2). Sous l'effet de la stratification thermique dans le réservoir 4, le fluide caloporteur FL2 récupéré en sortie de la bordure basse ST1b de la strate haute ST1 forme un flux froid dans le sens où il se trouve à une température inférieure à celui du flux, comparativement chaud, de fluide caloporteur FL2 entrant dans le réservoir 4 au niveau de la bordure haute ST1a de la strate haute ST1.

La vanne VN4 est en outre configurée pour diriger le flux froid de fluide caloporteur FL2 vers l'échangeur thermique 18 afin de charger à nouveau ce fluide en énergie thermique. Le fluide caloporteur FL2 réalise ainsi un mouvement continu en boucle fermé entre l'échangeur thermique 18 et le réservoir 4 afin de causer le chauffage (S2) de la strate haute ST1.

Tout en réalisant ce premier chauffage S2, le régulateur 10 surveille la température T1 de la strate haute ST1 à partir des données de capteur produites par le capteur de température 20-1. Le régulateur 10 commande le chauffage de la strate haute ST1 tant que la température T1 de la strate haute ST1 n'atteint pas au moins une premier température de consigne TG1-1. Pour ce faire, le régulateur 10 compare (S2) la température T1 de la strate haute ST1 avec la température de consigne TG1-1 pendant que le chauffage S2 de la strate ST1 est en cours. Sur détection (S4) que la température T1 atteint au moins la température de consigne TG1-1, le procédé se poursuit avec l'étape S6.

Au cours de l'étape S6 de chauffage (figures 7 et 9), le régulateur 10 configure les vannes VN dans un deuxième état, par envoi de commandes de contrôle CMD2, causant un chauffage de la strate intermédiaire ST2 du réservoir 4 (c'est-à-dire du fluide caloporteur FL2 contenu dans la strate intermédiaire ST2).

Dans ce deuxième état, les vannes VN sont configurées pour acheminer le fluide caloporteur FL2 depuis l'échangeur thermique 18 jusqu'à la bordure haute ST2a de la strate intermédiaire ST2 du réservoir 4 (figure 9). Pour ce faire, la deuxième vanne VN2 est configurée pour recevoir le fluide caloporteur FL2 transportant l'énergie thermique E1 en provenance de l'échangeur thermique 18 et pour le faire circuler vers la première vanne VN1. La première vanne VN1 est configurée pour diriger le deuxième fluide caloporteur FL2 provenant de la deuxième vanne VN2 vers la bordure haute ST2a de la strate intermédiaire ST2 au travers du deuxième conduit CD2b. Comme illustré dans l'exemple de la figure 2, la deuxième vanne VN2 achemine le fluide caloporteur FL2 vers le deuxième conduit CD2b au travers du conduit CD2e et du nœud N1. Le fluide caloporteur FL2 porteur d'énergie thermique est ainsi injecté en haut de la strate intermédiaire ST2 du réservoir de façon à réaliser ce deuxième chauffage S6.

En parallèle, les vannes VN1 et VN4 sont configurées pour interdire la sortie du fluide caloporteur FL2 hors du réservoir via respectivement le premier conduit CD2a et le quatrième conduit CD2d. La cinquième vanne VN5 est configurée pour que le fluide caloporteur FL2 sorte depuis la bordure basse ST2b de la strate intermédiaire ST2 au travers du troisième conduit CD2c et soit dirigé vers la troisième vanne VN3 (via le nœud N2 et le conduit CD2g, cf. figure 2). Sous l'effet de la stratification thermique dans le réservoir 4, le fluide caloporteur FL2 récupéré en sortie de la bordure basse ST2b de la strate intermédiaire ST2 forme un flux froid dans le sens où il se trouve à une température inférieure à celui du flux, comparativement chaud, de fluide caloporteur FL2 entrant dans le réservoir au niveau de la bordure haute ST2a de la strate intermédiaire ST2.

La vanne VN3 est configurée pour diriger le flux froid de fluide caloporteur FL2 vers la quatrième vanne VN4 (via le conduit CD2h, cf. figure 2). La vanne VN4 est en outre configurée pour diriger le flux froid de fluide caloporteur FL2 vers l'échangeur thermique 18 afin de charger à nouveau en énergie thermique le fluide caloporteur FL2. Le fluide caloporteur FL2 réalise ainsi un mouvement continu en boucle fermé entre l'échangeur thermique 18 et le réservoir 4 afin de causer le chauffage (S6) de la strate intermédiaire ST2.

Tout en réalisant ce deuxième chauffage S4, le régulateur 10 surveille la température T2 de la strate intermédiaire ST2 à partir des données de capteur issues du capteur de température 20-2. Le régulateur 10 commande le chauffage de la strate intermédiaire ST2 tant que la température T2 de la strate intermédiaire ST2 n'atteint pas au moins une deuxième température de consigne TG2-1 (avec TG2-1>TG1-1). Pour ce faire, le régulateur 10 compare (S8) la température T2 de la strate intermédiaire ST2 avec la température de consigne TG2-1 pendant que le chauffage S6 de la strate ST2 est en cours. Sur détection (S8) que la température T2 atteint au moins la température de consigne TG2-1, le procédé se poursuit avec l'étape S10.

Au cours de l'étape S10 de chauffage (figures 7 et 10), le régulateur 10 configure les vannes VN dans un troisième état, par envoi de commandes de contrôle CMD3, causant un chauffage de la strate basse ST3 du réservoir 4 (c'est-à-dire du fluide caloporteur FL2 contenu dans la strate basse ST3).

Dans ce troisième état, les vannes VN sont configurées pour acheminer le fluide caloporteur FL2 depuis l'échangeur thermique 18 jusqu'à la bordure haute ST3a de la strate basse ST3 du réservoir 4 (figure 8). Pour ce faire, la deuxième vanne VN2 est configurée pour recevoir le fluide caloporteur FL2 transportant l'énergie thermique E1 en provenance de l'échangeur thermique 18 et pour le faire circuler vers la cinquième vanne VN5. La cinquième vanne VN5 est configurée pour diriger le deuxième fluide caloporteur FL2 provenant de la deuxième vanne VN2 vers la bordure haute ST3a de la strate basse ST3 au travers du troisième conduit CD2c. Le fluide caloporteur FL2 porteur d'énergie thermique est ainsi injecté en haut de la strate basse ST3 du réservoir de façon à réaliser ce troisième chauffage S10.

En parallèle, les vannes VN (en particulier les vannes VN1 et VN5) sont configurées pour interdire la sortie du fluide caloporteur FL2 hors du réservoir via respectivement le premier conduit CD2a et le deuxième conduit CD2b. La quatrième vanne VN4 est configurée pour que le fluide caloporteur FL2 sorte depuis la bordure basse ST3b de la strate basse ST3 au travers du quatrième conduit CD2d et soit dirigé directement vers l'échangeur thermique 18 afin de charger à nouveau en énergie thermique le fluide caloporteur FL2. Sous l'effet de la stratification thermique dans le réservoir 4, le fluide caloporteur FL2 récupéré en sortie de la bordure basse ST3b de la strate basse ST3 forme en effet un flux froid dans le sens où il se trouve à une température inférieure à celui du flux, comparativement chaud, de fluide caloporteur FL2 entrant dans le réservoir au niveau de la bordure haute ST3a de la strate basse ST3. Le fluide caloporteur FL2 réalise ainsi un mouvement continu en boucle fermé entre l'échangeur thermique 18 et le réservoir 4 afin de causer le chauffage (S10) de la strate basse ST3.

Tout en réalisant ce troisième chauffage S10, le régulateur 10 surveille la température T3 de la strate basse ST3 à partir des données de capteur issues du capteur de température 20-3. Le régulateur 10 peut par exemple commander le chauffage de la strate basse ST3 tant que la température T3 de la strate basse ST3 n'atteint pas au moins une troisième température de consigne TG3-1 (avec TG3-1>TG2-1). Pour ce faire, le régulateur 10 compare (S14) par exemple la température T3 de la strate basse ST3 avec la température de consigne TG3-1 pendant que le chauffage S10 de la strate basse ST3 est en cours.

Selon un exemple, une deuxième itération du cycle de charge stratifiée forcée, notée CY2, est réalisée sous le contrôle du régulateur 10 (étapes S14-S24 ; figure 7). Cette deuxième itération peut être réalisée de façon analogue à la première itération CY1 en appliquant toutefois des températures de consigne TG1-2, TG2-2 et TG3-3 plus élevées, pour surveiller les températures T1, T2 et T3 dans les strates ST1, ST2 et ST3, respectivement. Ces températures de consigne TG1-2, TG2-2 et TG3-2 sont ainsi augmentées par rapport respectivement aux températures de consigne TG1-1, TG2-1 et TG3-1 de la première itération CY1.

Selon un exemple, pour chaque cycle CY de charge stratifiée forcée du réservoir 4, des consignes de température respectives TG1, TG2 et TG3 sont assignées à chaque strate ST1, ST2 et ST3 du réservoir 4, ces consignes de température augmentant pour une même strate entre un dit cycle CY et le cycle suivant de sorte à permettre un chauffage progressif des strates dans le réservoir.

Plus particulièrement, comme illustré dans un exemple en figure 7, le régulateur 10 contrôle les vannes VN pour les configurer successivement dans les premier, deuxième et troisième états comme décrit précédemment. Sur détection (S14) que la température T3 atteint au moins la température de consigne TG3-1, le procédé se poursuit avec l'étape S16. Le régulateur 10 commande (S16) ensuite le chauffage de la première strate ST1 tant que sa température T1 n'atteint pas sa température de consigne TG1-2. Sur détection (S18) que la température T1 atteint au moins la température de consigne TG1-2, le régulateur 10 commande (S20) le chauffage de la deuxième strate ST2, et ce tant que sa température T2 n'atteint pas sa température de consigne TG2-2. Sur détection (S22) que la température T2 atteint au moins la température de consigne TG2-2, le régulateur 10 commande (S24) le chauffage de la troisième strate ST3. Selon un exemple, le régulateur 10 commande les vannes VN pour mettre fin au chauffage du réservoir dès que la température T3 atteint la température de consigne TG3-2.

Selon un exemple, les températures de consigne TG1-1, TG2-1 et TG3-1 pour la première passe CY1 du cycle de charge stratifiée sont prédéfinies comme spécifié ci-après, de sorte que celles-ci correspondent aux besoins essentiels d'eau chaude sanitaire et besoins en chauffage en maintenant un rendement élevé des capteurs solaire thermique :

• TG1-1 est comprise entre 50°C et 55°C, par exemple égale à 50°C ;
• TG2-1 est comprise entre 40°C et 45°C, par exemple égale à 45°C ;
• TG3-1 est comprise entre 35°C et 40°C, par exemple égale à 40°C.

Selon un exemple, les températures de consigne TG1-2, TG2-2 et TG3-2 pour la deuxième passe CY2 du cycle de charge stratifiée sont prédéfinies de sorte que :

• TG1-2 est comprise entre 55°C et 60°C, par exemple égale à 60°C ;
• TG2-2 est comprise entre 45°C et 55°C, par exemple égale à 55°C ;
• TG3-2 est comprise entre 55°C et 50°C, par exemple égale à 55°C.

En réglant les températures de consigne TG1, TG2 et TG3 comme indiqué ci-avant, on peut avantageusement maximiser le phénomène de stratification thermique dans le réservoir 4 tout en assurant un rendement thermique maximal au cours des deux passes du cycle de charge stratifiée.

La réalisation de plusieurs passes successives du cycle de charge thermique stratifié permet avantageusement d'augmenter encore les performances thermiques du système en augmentant progressivement, strate par strate, la température du fluide caloporteur dans le réservoir, et de valoriser thermiquement les gros volumes de stockage.

La première passe du cycle permet par exemple de répondre rapidement à des besoins thermiques de base des utilisateurs, par exemple des besoins en chauffage et/ou pour produire de l'eau chaude sanitaire, tout en limitant la production uniquement à hauteur de ces besoins. Cela permet de garantir la réactivité thermique du système, et le cas échéant d'offrir un bon rendement des capteurs solaire thermique lorsque ce type de générateur est utilisé comme source d'énergie GN1.

La deuxième passe du cycle de charge thermique permet par exemple de stocker un excédent d'énergie par couche successive ciblées dans les strates du réservoir 4, de façon à garantir un chargement optimal de chaque stratification avant le chargement de la suivante, sans pour autant entraver la réactivité thermique du système pour répondre aux besoins thermiques de base de l'utilisateur.

Plus généralement, la présente invention permet avantageusement d'offrir des performances thermiques accrues, grâce notamment à un contrôle amélioré de la chaleur stockée dans le réservoir 4, garantissant une bonne stratification thermique. La stratification thermique repose sur le principe selon lequel des couches de fluide FL2, par exemple d'eau, de différentes températures restent naturellement séparées dans le réservoir 4 en raison de leur densité différente. L'eau chaude, moins dense, a tendance à monter dans la partie supérieure du ballon 4, tandis que l'eau plus froide, plus dense, reste dans la partie inférieure. Cette stratification permet de conserver des gradients thermiques bien définis, ce qui maximise l'efficacité du stockage d'énergie thermique.

Le système de chauffage SY1 de l'invention améliore de manière significative le rendement thermique global, car il minimise les pertes énergétiques associées à des mélanges incontrôlés de couches thermiques. En permettant de maintenir des gradients de température plus marqués dans le ballon 4, le système assure avantageusement que la chaleur stockée reste disponible sous une forme plus utilisable et plus homogène, ce qui augmente à la fois l'efficacité et la durabilité du stockage thermique.

La stratification thermique ainsi obtenue contribue également à améliorer avantageusement la puissance thermique du système. En préservant des réserves de chaleur à haute température dans les parties supérieures du ballon 4, le système peut répondre rapidement et efficacement à des besoins thermiques ponctuels ou à des variations importantes de la demande. Cela permet avantageusement de réduire le recours à des sources d'énergie supplémentaires, permettant ainsi une utilisation plus économique et écologique du système.

L'autonomie du ballon 4 est également avantageusement renforcée grâce à une meilleure stratification thermique. En conservant plus efficacement la chaleur dans les différentes couches du ballon 4, le système SY1 peut maintenir des températures utilisables sur des périodes prolongées, même lorsque la source d'énergie primaire est temporairement indisponible. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse pour les applications dans lesquelles la continuité du chauffage est essentielle, comme dans les environnements domestiques ou industriels.

En particulier, ce meilleur contrôle de la stratification thermique permet au système SY1 de s'adapter plus facilement à des besoins thermiques fluctuants. Grâce à une gestion optimisée des températures dans le ballon, le système peut fournir de la chaleur à différents niveaux de température selon les exigences de l'application, tout en évitant les pertes d'énergie inutiles. Cela en fait une solution hautement flexible et adaptée aux défis des usages modernes.

Dans le cas où le générateur utilisé est un capteur solaire thermique, la charge thermique progressive par stratification selon l'invention permet avantageusement de valoriser des productions solaires courtes et faibles (par exemple, alternances de périodes successives ensoleillée et nuageuses) et, à l'inverse, d'assurer une charge thermique complète des strates en cas de production longue et puissante (par exemple dans le cas d'une longue période ensoleillée). Cela permet d'élevée rapidement la température de l'eau par couche successive, et ce malgré l'emploi d'un gros volume de fluide caloporteur FL2 dans le réservoir 4 de stockage. On peut ainsi avantageusement produire et stocker efficacement la chaleur produite par le générateur, y compris en utilisant un gros volume de fluide caloporteur FL2 dans le réservoir 4, ce qui pose problème dans les systèmes conventionnels (dilution excessive de l'énergie stockée ne permettant pas une utilisation rapide de celle-ci). Le recours à un volume important de fluide caloporteur FL2 (par exemple un réservoir 4 de 1000 L ou plus de fluide FL2) permet avantageusement de stocker des quantités conséquentes d'énergie, offrant ainsi une meilleure autonomie et réactivité thermique du système. L'énergie stockée est ainsi rapidement utilisable, par exemple pour chauffer les zones de chauffage ZC.

L'usage d'un volume de stockage important de fluide caloporteur FL2 peut permettre par exemple avantageusement de stocker une quantité conséquente d'énergie, et ainsi stocker tout excédent d'énergie, notamment en période estivale. On limite ainsi la montée en température du capteur solaire thermique, évitant de ce fait la dégradation du fluide caloporteur FL1 lorsque celui-ci contient du glycol.

Un autre avantage de l'invention réside dans la possibilité de s'affranchir de (ou de limiter) l'utilisation de fluides caloporteurs glycolés, en particulier au niveau du réservoir. Cette caractéristique permet de résoudre les problèmes techniques associés au glycol, notamment sa dégradation chimique au fil du temps qui réduit ses propriétés thermiques, ainsi que la formation de dépôts ou de boues susceptibles d'encrasser les circuits hydrauliques. De plus, l'absence de glycol dans le circuit secondaire peut avantageusement permettre d'éliminer les contraintes de sécurité, environnementales et de maintenance liées à ce fluide, en raison notamment de sa toxicité, ses exigences de manipulation et les précautions liées à son élimination. L'invention offre ainsi un système de chauffage plus durable, plus simple à entretenir et plus respectueux de l'environnement.

Dans ce qui précède, il a été décrit dans des exemples particuliers comment le régulateur 10, et plus généralement le système de chauffage SY1, permettent de stocker de l'énergie thermique dans la réservoir 4 tout en assurant une bonne stratification thermique du fluide caloporteur FL2 dans le réservoir. Cette énergie thermique stockée dans le réservoir peut ensuite être utilisée à diverses fins, par exemple pour le chauffage d'une zone de chauffage ZC. Par ailleurs, comme décrit ci-après dans des exemples particuliers, l'énergie produite par le générateur d'énergie GN1 et collectée par le deuxième fluide caloporteur FL2 au niveau de l'échangeur thermique 18 peut être acheminé directement à une zone de chauffage ZC, avec le cas échéant une partie de l'énergie thermique (énergie excédentaire) qui est acheminée dans le réservoir pour y être stockée en vue d'une utilisation ultérieure.

Selon un exemple représenté en figure 11, en réponse à un besoin thermique dans une zone de chauffage ZC, le régulateur 10 est configurée pour causer, par un contrôle du système de vannes VN, un chauffage direct (ou chauffage en mode direct) de ladite zone de chauffage ZC en acheminant le deuxième fluide caloporteur FL2 depuis l'échangeur thermique 18 directement vers la zone de chauffage ZC en question sans passer par le réservoir 4. L'énergie thermique E1 produite par le générateur GN1 et collectée par le fluide caloporteur FL2 au niveau de l'échangeur thermique 18 est ainsi directement transportée vers la zone de chauffage ZC, sans stockage préalable dans le réservoir 4, afin de répondre immédiatement au besoin thermique dans ladite zone de chauffage.

Dans l'exemple de la figure 11, le régulateur 10 configure les vannes VN pour diriger la totalité du deuxième fluide caloporteur FL2 provenant de l'échangeur thermique 18 vers la zone de chauffage ZC concernée afin de satisfaire le besoin thermique identifié (chauffage direct sans stockage d'énergie dans le réservoir). Autrement dit, le fluide caloporteur FL2 chaud, provenant de l'échangeur thermique 18, est acheminé exclusivement vers la zone de chauffage ZC, de sorte à interdire l'accès de ce fluide caloporteur FL2 chaud au réservoir 4. Le réservoir 4 n'est donc pas alimenté en énergie thermique E1 issue du générateur GN1.

Pour ce faire, la première vanne VN2 est configurée pour diriger le fluide caloporteur FL2 provenant de l'échangeur thermique 18 vers la première vanne VN1. La première vanne VN1 est configurée pour diriger le fluide caloporteur FL2 provenant de la deuxième vanne VN2 vers le module hydraulique 12 de la zone de chauffage ZC concernée. Le régulateur 10 active par exemple le module hydraulique 12b (en particulier sa pompe interne) pour causer l'acheminement du fluide caloporteur FL2 chaud vers la zone de chauffage ZC2.

Les vannes VN sont en outre configurées pour que le flux retour de fluide caloporteur FL2 (flux froid), provenant de la zone de chauffage ZC, soit renvoyé vers l'échangeur thermique 18 afin de recharger le fluide caloporteur FL2 en énergie thermique E1.

Ce mode de chauffage direct, directement du générateur d'énergie GN1 vers les zones de chauffage ZC sans passer par le réservoir 4, est avantageux en ce qu'il permet notamment de valoriser de petites puissances thermiques au cours d'un cycle journalier, par exemple dans le cas où le générateur GN1 est un générateur solaire (comprenant par exemple un capteur solaire thermique). Par exemple, lorsque la puissance lumineuse captée par le générateur GN1 est relativement faible en début de matinée, l'énergie thermique peut être dirigée directement vers les zones de chauffage ZC afin d'utiliser rapidement l'énergie solaire et ainsi assurer une bonne réactivité du système pour répondre à un besoin thermique, en particulier si l'énergie thermique stockée dans le réservoir 4 n'est pas suffisante.

Un autre avantage réside éventuellement dans la capacité du système à chauffer les zones de chauffage ZC au-delà des besoins thermiques détectés dans ces zones, de sorte à chauffer plus longtemps à basse température et retarder l'utilisation de l'énergie stockée dans le réservoir 4. Dans certains cas, on peut aussi avantageusement valoriser l'énergie générée par le capteur solaire thermique lorsque ce dernier se trouve à une température plus faible que celle des strates thermiques dans le réservoir 4, par l'utilisation de cette énergie résiduelle en mode de chauffage direct dans les zones de chauffage ZC.

A noter que le régulateur 10 peut être configuré pour déclencher le chauffage direct représenté en figure 11 à divers moments selon le cas et les besoins, par exemple avant même d'initier le cycle CY de charge stratifiée (par exemple avant l'étape ST1 en figure 7) ou alternativement après achèvement du chauffage de la strate haute ST1 (après l'étape S4 et avant l'étape S6 en figure 7).

Ainsi, dans l'exemple illustré en figure 11, on suppose à titre d'exemple que le système de chauffage SY1 est configuré pour produire de l'eau chaude sanitaire (ECS) en faisant circuler de l'eau au travers de l'échangeur thermique immergé 16. Aussi, le régulateur 10 s'assure que le chauffage de la strate haute ST1 est achevé (en détectant que la température T1 a atteint au moins la température de consigne TG1) avant de déclencher le chauffage direct pour chauffer au moins une zone de chauffage ZC. De cette manière, le système donne la priorité au chauffage de la strate haute ST1 sur celui des zones de chauffage ZC, ce qui permet avantageusement de maximiser la réactivité et capacité du système à produire de l'eau chaude sanitaire, y compris tôt dans le cycle journalier dans le cas où le générateur GN1 fonctionne à l'énergie solaire. La charge stratifiée permet avantageusement de valoriser l'emploi d'un seul réservoir (ou ballon) de stockage, pour permettre à la fois le chauffage d'une zone de chauffage ZC et la production d'ECS, permettant ainsi de réduire l'espace d'emprise au sol, ce qui est particulièrement adapté pour les environnements de taille limitée.

En variante, le système de chauffage SY1 est configuré pour ne pas produire d'eau chaude sanitaire (ECS). Dans ce cas, l'échangeur thermique immergé 16 est superflue et la strate haute ST1 n'est donc pas utilisée pour chauffer le fluide caloporteur FL3 au travers de l'échangeur thermique 16 (figure 3). Aussi, le régulateur 10 peut configurer les vannes VN en chauffage direct comme illustré en figure 11 avant même de débuter le cycle CY de charge stratifié (avant l'étape S2, cf. figure 7) afin de répondre à un besoin thermique dans une zone de chauffage ZC. Le système peut ainsi avantageusement donner la priorité au chauffage des zones de chauffage ZC sur celui de la strate haute ST1 du réservoir 4, ce qui permet de maximiser la réactivité et capacité du système à répondre à un besoin thermique dans une zone de chauffage ZC, y compris tôt dans le cycle journalier dans le cas où le générateur GN1 fonctionne à l'énergie solaire.

Dans l'exemple illustré en figure 11, lorsque le chauffage en mode direct est activé, le régulateur 11 configure les vannes VN pour diriger la totalité du deuxième fluide caloporteur FL2 provenant de l'échangeur thermique 18 vers la zone de chauffage ZC afin de satisfaire en priorité le besoin thermique (chauffage direct sans stockage d'énergie dans le réservoir). En variante, il est possible d'acheminer une partie de ce flux vers le réservoir 4 pour y stocker l'énergie thermique excédentaire qui n'est pas nécessaire pour répondre au besoin thermique dans une zone de chauffage ZC (chauffage direct avec stockage d'énergie excédentaire dans le réservoir).

Plus particulièrement, selon un exemple représenté en figure 12, le régulateur 10 est configuré pour causer, par un contrôle du système de vannes VN au cours du chauffage direct, un stockage d'un excédent d'énergie en acheminant une partie excédentaire du deuxième fluide caloporteur FL2 depuis le premier échangeur thermique 18 vers la bordure haute ST2a de la strate intermédiaire ST2 tout en en acheminant une autre partie du deuxième fluide caloporteur FL2 depuis le premier échangeur thermique 18 directement vers la zone de chauffage ZC sans passer par le réservoir 4. Le flux de fluide caloporteur FL2 chaud provenant de l'échangeur thermique 18 est ainsi divisé en deux flux, l'un étant dirigé vers la zone de chauffage ZC concernée et l'autre vers le réservoir 4 au niveau de la bordure haute ST2a de la strate intermédiaire ST2.

Ainsi, si l'énergie thermique E1 produite par le générateur GN1 est supérieure à ce qui est nécessaire pour répondre au besoin thermique dans la zone de chauffage ZC considérée, le régulateur 10 peut diriger une partie du flux de fluide caloporteur FL2 depuis l'échangeur thermique 18 vers le haut de la strate intermédiaire ST2 à des fins de stockage et utilisation ultérieure.

Pour ce faire, la première vanne VN2 est configurée pour diriger le fluide caloporteur FL2 provenant de l'échangeur thermique 18 vers la première vanne VN1. La première vanne VN1 est configurée pour diriger le fluide caloporteur FL2 provenant de la deuxième vanne VN2 vers le conduit CD2e, et donc à la fois vers le module hydraulique 12 de la zone de chauffage ZC concernée et vers le deuxième conduit CD2b débouchant sur la bordure haute ST2a de la strate intermédiaire ST2 du réservoir 4. Le régulateur 10 active par exemple le module hydraulique 12b (en particulier sa pompe interne) pour causer l'acheminement d'une partie du fluide caloporteur FL2 chaud vers la zone de chauffage ZC2.

Par ailleurs, les vannes VN sont configurées pour que le flux retour de fluide caloporteur FL2 (froid), provenant de la zone de chauffage ZC, soit renvoyé vers l'échangeur thermique 18 afin de recharger le fluide caloporteur FL2 en énergie thermique E1.

Les vannes VN sont également configurées pour diriger un flux retour (froid) de fluide caloporteur FL2 depuis le réservoir 4 vers l'échangeur thermique 18 pour rechargement en énergie thermique E1. Dans l'exemple de la figure 12, les vannes VN1 et VN4 sont configurées pour interdire la sortie du fluide caloporteur FL2 depuis le réservoir 4 au travers du premier conduit CD2a et du quatrième conduit CD2d, respectivement. La vanne VN5 est en outre configurée pour extraire du fluide caloporteur FL2 froid depuis la bordure basse ST2b de la strate intermédiaire ST2, au travers du troisième conduit CD2c, vers la cinquième vanne VN5. La cinquième vanne VN5 dirige le flux de fluide caloporteur FL2 froid vers la troisième vanne VN3 qui elle-même dirige ce flux de retour vers la quatrième vanne VN4, qui elle-même dirige ce flux de retour vers l'échangeur thermique 18 pour recharger ledit flux en énergie thermique E1.

Dans ce qui précède, il a été décrit notamment comment le régulateur 10, et plus généralement le système de chauffage SY1, peuvent permettre de stocker de l'énergie thermique dans la réservoir 4 tout en assurant une bonne stratification thermique du fluide caloporteur FL2 dans le réservoir. Cette énergie thermique stockée dans le réservoir peut ensuite être utilisée à diverses fins, par exemple pour le chauffage d'une zone de chauffage ZC. Le régulateur 10 peut ainsi contrôler les vannes VN pour causer l'extraction du fluide caloporteur FL2 depuis le réservoir 4 vers une ou des zones de chauffage ZC selon les besoins thermiques (figures 1-2), en particulier lorsque le générateur GN1 ne fournit pas d'énergie thermique E1.

Selon un exemple représenté en figure 13, on suppose ainsi qu'au moins un cycle CY de charge stratifiée a été réalisé pour stocker de l'énergie thermique E1 dans la réservoir 4 et que le générateur d'énergie GN1 ne produit plus d'énergie thermique, par exemple parce qu'il fait nuit et que le capteur solaire thermique ne capte plus de rayonnement solaire. Dans ce cas, le régulateur 10 peut contrôler les vannes VN pour acheminer si besoin de l'énergie thermique depuis le réservoir 4 jusqu'à au moins une zone de chauffage ZC afin de répondre à un besoin thermique.

Pour ce faire, le régulateur 10 peut commander les vannes VN et les modules hydrauliques 12 pour extraire le fluide caloporteur FL2 depuis la bordure haute ST2a de la strate intermédiaire ST2 et diriger ce flux vers une ou des zones de chauffage ZC appropriées, par exemple sur détection d'un besoin thermique dans ces zones (figure 13). On suppose à titre d'exemple que le fluide caloporteur FL2 qui est extrait du réservoir 4 est acheminé vers les zones de chauffage ZC1-ZC3 pour satisfaire des besoins thermiques dans ces zones. Sous l'effet des modules hydrauliques 12a, 12b et 12c (et en particulier de leurs pompes PP2 respectives), le flux de fluide caloporteur FL2, qui est extrait de la bordure haute ST2a de la strate intermédiaire ST2 au travers du deuxième conduit CD2b, est acheminé vers respectivement les zones de chauffage ZC1, ZC2 et ZC3 au travers du circuit hydraulique secondaire CR2. Les vannes VN sont en outre configurées pour diriger le flux retour de fluide caloporteur FL2 (froid), provenant des zones de chauffage ZC, jusqu'à la bordure inférieure ST2b de la strate intermédiaire ST2 du réservoir 4.

Dans l'exemple illustré en figure 13, on suppose que le système de chauffage SY1 est configuré pour produire de l'eau chaude sanitaire (ECS) en faisant circuler de l'eau au travers de l'échangeur thermique immergé 16. Aussi, l'énergie thermique stockée dans la partie supérieure du réservoir 4, à savoir dans la strate haute ST1, est préservée pour la production d'ECS et n'est donc pas utilisée pour répondre aux besoins thermiques dans les zones de chauffage ZC. Aussi, sur détection de besoins thermiques dans une zone de chauffage ZC, le régulateur 10 configure les vannes VN pour extraire le fluide caloporteur FL2 depuis la bordure haute ST2a de la strate intermédiaire ST2 en vue de répondre aux besoins thermiques de ladite zones de chauffage ZC, ce qui permet en parallèle d'assurer une production efficace d'ECS.

En variante, le système de chauffage SY1 ne produit pas d'eau chaude sanitaire (ECS). Dans ce cas, on peut avantageusement utiliser l'énergie thermique stockée dans la strate haute ST1 du réservoir 4 pour répondre aux besoins thermiques dans une zone de chauffage ZC. Ainsi, sur détection de besoins thermiques dans une zone de chauffage ZC, le régulateur 10 peut configurer les vannes VN pour extraire le fluide caloporteur FL2 depuis la bordure haute ST1a de la strate haute ST1 du réservoir 4 et pour acheminer ce flux chaud au travers du premier conduit CD2a et des modules hydraulique 12 jusqu'à la zone de chauffage ZC concernée.

A noter que l'invention peut s'appliquer, de façon analogue à ce qui précède, au cas où le réservoir 4 comprend au moins 4 strates distinctes ou plus. En particulier, l'invention s'applique par exemple à des variantes selon lesquelles le réservoir 4 comprend une pluralité de strates intermédiaires ST2 distribuées verticalement. Le régulateur 10 peut alors être configuré pour, qu'au cours d'un cycle CY de charge stratifiée forcée, chaque strate intermédiaire ST2 soit chauffée successivement depuis la strate intermédiaire la plus haute jusqu'à la strate intermédiaire la plus basse au sein du réservoir 4.

A noter également que l'invention peut s'appliquer, de façon analogue à ce qui précède, dans le cas où une source d'énergie autre qu'un générateur solaire est utilisé, par exemple en utilisant à la place une pompe à chaleur ou toute autre source de chaleur appropriée selon les besoins et le cas d'usage.

L'invention peut également s'appliquer à un système de chauffage utilisant une pluralité de sources d'énergie, notamment dans le cas d'un système de chauffage combiné utilisant au moins deux sources d'énergie différentes, par exemple un générateur à énergie solaire et un bouilleur à bois.

On décrit à présent, en référence notamment aux figures 1, 2, 14 et 15, un second aspect de l'invention, selon des modes particuliers de réalisation, mettant en œuvre une architecture et un contrôle spécifiques du système de chauffage SY1.

Dans ce qui précède, ont été décrits des exemples de mise en œuvre du cycle CY de charge thermique stratifiée qui permet d'améliorer les performances thermiques du système de chauffage SY1. Ce cycle peut ainsi être mis en œuvre notamment au moyen du réseau hydraulique secondaire CR2 comprenant un réseau de conduits CD2 et une système de 5 vannes VN trois voies, comme décrit en référence notamment aux figures 1 à 3. Bien que l'exécution d'un tel cycle SY soit avantageux, des variantes sont toutefois possibles sans nécessairement exécuter de tels cycles CY de charge thermique stratifiée.

Ainsi, selon ce second aspect de l'invention, le système de chauffage SY1 peut comprendre, comme illustré notamment en figure 1 à titre d'exemple, un deuxième générateur d'énergie 50. Ce deuxième générateur d'énergie 50 est (ou comprend) une source de chaleur à combustion

Par source de chaleur à combustion, dans le contexte de la présente invention, on entend un appareil configuré pour générer de l'énergie thermique par la combustion d'un combustible solide, notamment de la biomasse sous forme de bûches, de granulés, de plaquettes, ou équivalents. Structurellement, un tel appareil comprend typiquement une chambre de combustion pour brûler ledit combustible et un échangeur de chaleur intégré (non représenté), par exemple sous la forme d'une chemise d'eau ou d'un serpentin, configuré pour transférer l'énergie thermique générée par la combustion au deuxième fluide caloporteur FL2 circulant à travers lui.

Les exemples d'une telle source de chaleur à combustion comprennent, sans s'y limiter, les poêles à bois de type hydro, les poêles à granulés de type hydro, ainsi que les chaudières ou bouilleurs à bois ou à biomasse.

Dans le système du second aspect de l'invention, ce deuxième générateur d'énergie 50 est agencé en connexion fluidique avec le circuit hydraulique secondaire CR2 de sorte à pouvoir chauffer le deuxième fluide caloporteur FL2. Cette source de chaleur 50 peut être utilisée soit comme unique source de chaleur du système, soit en complément du premier générateur d'énergie GN1, par exemple comme source d'appoint.

Selon ce second aspect de l'invention, le système de chauffage SY1 comprend ainsi :

• un premier générateur d'énergie GN1 ;
• un circuit hydraulique primaire CR1 configuré pour faire circuler un premier fluide caloporteur FL1 ;
• un premier échangeur thermique 18 pour assurer des échanges thermiques entre ledit premier fluide caloporteur FL1 et un deuxième fluide caloporteur FL2 ;
• un circuit hydraulique secondaire CR2 configuré pour faire circuler, indépendamment dudit premier fluide caloporteur, ledit deuxième fluide caloporteur FL2 ;
• un réservoir 4 agencé en connexion fluidique avec le circuit hydraulique secondaire CR2 pour stocker le deuxième fluide caloporteur FL2, le réservoir 4 comprenant au moins trois strates, dites strate haute ST1, strate intermédiaire ST2 et strate basse ST3, distribuées verticalement, chaque strate étant définie par une bordure haute et une bordure basse qui sont chacune connectées à un conduit respectif CD2 dudit circuit hydraulique secondaire CR2 ;
• un deuxième générateur d'énergie 50, ce deuxième générateur étant une source de chaleur à combustion, agencé en connexion fluidique avec le circuit hydraulique secondaire CR2 pour chauffer le deuxième fluide caloporteur FL2 ;
• un système de vannes VN comprenant cinq vannes de type trois voies, notées VN1 à VN5, agencées dans le circuit hydraulique secondaire pour contrôler la circulation du deuxième fluide caloporteur FL2 entre le premier échangeur thermique 18, le deuxième générateur d'énergie 50 et les conduits respectifs CD2 desdites strates ST1, ST2 et ST3 ; et
• un régulateur 10 configuré pour commander ledit système de vannes VN de sorte à causer un chauffage ciblé et indépendant de chaque strate ST1, ST2 et ST3 du réservoir.

Comme déjà décrit en référence aux figures 1 et 2, le circuit hydraulique secondaire CR2 comprend par exemple :

• un premier conduit CD2a en connexion fluidique avec la bordure haute ST1a de la strate haute ST1 ;
• un deuxième conduit CD2b en connexion fluidique avec la bordure basse ST1b de la strate haute et la bordure haute ST2a de la strate intermédiaire ST2 ;
• un troisième conduit CD2c en connexion fluidique avec la bordure basse ST2b de la strate intermédiaire et la bordure haute ST3a de la strate basse ST3 ; et
• un quatrième conduit CD2d en connexion fluidique avec la bordure basse ST3b de la strate basse ST3.

En outre, pour permettre l'intégration et le contrôle de ce deuxième générateur d'énergie 50, le système de chauffage SY1 peut comprendre un module hydraulique dédié 12d, comme illustré en figures 1 et 2. Ce module hydraulique 12d est agencé pour servir d'interface fluidique entre le circuit hydraulique secondaire CR2 et le deuxième générateur d'énergie 50.

Plus spécifiquement, le module hydraulique 12d est connecté fluidiquement au deuxième générateur d'énergie 50 par une boucle de circulation locale (figure 1). Cette boucle comprend un conduit d'entrée 52, configuré pour acheminer le deuxième fluide caloporteur FL2, plus froid (dit aussi fluide caloporteur refroidi), depuis le module hydraulique 12d vers l'entrée du deuxième générateur d'énergie 50. Elle comprend également un conduit de sortie 54, configuré pour acheminer le deuxième fluide caloporteur FL2, après qu'il a été chauffé par le générateur 50 (dit aussi fluide caloporteur chauffé), depuis la sortie de ce dernier jusqu'au module hydraulique 12d. Pour assurer la circulation du deuxième fluide caloporteur FL2 dans cette boucle, le module hydraulique 12d peut comprendre une pompe de circulation 48. Cette pompe 48 est commandée dans cet exemple par le régulateur 10 pour imprimer le mouvement au fluide caloporteur FL2 lorsque le deuxième générateur d'énergie 50 est en fonctionnement. Le module hydraulique 12d est lui-même connecté fluidiquement au réseau de conduits CD2 du circuit hydraulique secondaire CR2.

L'architecture du circuit hydraulique secondaire CR2, avec son réseau de conduits CD2 et son système de vannes VN tel que décrit précédemment, permet une gestion particulièrement flexible et efficace des flux thermiques en provenance des deux générateurs d'énergie GN1 et 50. En effet, le système de vannes VN, sous le contrôle du régulateur 10, est configuré pour établir sélectivement et indépendamment une boucle de circulation fluidique entre, d'une part, une source de chaleur choisie parmi le premier échangeur thermique 18 et le deuxième générateur d'énergie 50, et d'autre part, une strate choisie parmi les strates ST1, ST2, ST3.

Bien que diverses arrangements soient possibles, l'on considère un exemple particulier non limitatif dans lequel, l'architecture du circuit hydraulique secondaire CR2, et plus particulièrement son système de vannes VN, sont réalisés de manière spécifique pour permettre cette gestion flexible de manière particulièrement efficace.

Le système de vannes VN comprend ainsi cinq vannes de type trois voies VN1, VN2, VN3, VN4 et VN5 (figures 1 et 2). Ces vannes sont interconnectées entre elles et avec les autres composants du circuit secondaire CR2 au moyen d'un réseau de conduits CD2. On considère à titre d'exemple que le régulateur 10, exécutant un programme d'ordinateur (PG1 par exemple), commande le système de vannes VN pour réaliser une ou des opérations de contrôle du système de chauffage SY1, comme décrit ci-après dans des exemples particuliers.

Selon un exemple particulier, le système de vannes VN est configuré pour établir sélectivement et indépendamment une boucle de circulation fluidique entre, d'une part, l'un au moins parmi le premier échangeur thermique 18 et le deuxième générateur d'énergie 50, et d'autre part, l'une quelconque des strates ST1, ST2 et ST3.

Selon une configuration particulière, le système de vannes VN peut être réglé pour établir une boucle de circulation fluidique entre le premier échangeur thermique 18, le deuxième générateur d'énergie 50 et au moins l'une quelconque des strates ST1-ST3.

Plus précisément, comme déjà décrit en référence à la figure 2, on considère à titre d'exemple le système suivant de vannes VN et de conduits CD2 :

• la première vanne VN1 est connectée au premier conduit CD2a (menant à la bordure haute ST1a), à un cinquième conduit CD2e (la reliant à la troisième vanne VN3), et à un sixième conduit CD2f (la reliant à la deuxième vanne VN2) ;
• la deuxième vanne VN2 est connectée au sixième conduit CD2f, à un septième conduit CD2g (la reliant aux vannes VN3 et VN5), et au conduit CD2j, lequel achemine le deuxième fluide caloporteur FL2 depuis ou vers le premier échangeur thermique 18 ;
• la troisième vanne VN3 est connectée au cinquième conduit CD2e, au septième conduit CD2g, et à un huitième conduit CD2h la reliant à la quatrième vanne VN4 ;
• la quatrième vanne VN4 est connectée au huitième conduit CD2h, au quatrième conduit CD2d (venant de la bordure basse ST3b), et au onzième conduit CD2k, lequel achemine le deuxième fluide caloporteur FL2 depuis ou vers le premier échangeur thermique 18 ; et
• la cinquième vanne VN5 est au troisième conduit CD2c, au neuvième conduit CD2i (et donc au nœud N1), et au septième conduit CD2g (et donc au nœud N2).

Le réseau de conduits internes CD2 comprend également des nœuds de jonction qui optimisent les chemins fluidiques, à savoir :

• le premier nœud N1 reliant ensemble le deuxième conduit CD2b (venant des bordures ST1b et ST2a), le cinquième conduit CD2e (reliant les vannes VN1 et VN3), et le neuvième conduit CD2i ;
• le deuxième nœud N2 reliant ensemble le septième conduit CD2g (reliant les vannes VN2, VN3 et VN5), une entrée/sortie de la cinquième vanne VN5, et le conduit d'entrée du module hydraulique 12d qui alimente le deuxième générateur d'énergie 50.

L'intégration du module hydraulique 12d, dédié au deuxième générateur d'énergie 50, se fait donc dans cet exemple de la manière suivante :

• Le flux de fluide caloporteur FL2 chauffé par le générateur 50 est acheminé depuis la sortie du module hydraulique 12d vers le premier nœud N1. Depuis ce nœud N1, le fluide caloporteur chauffé peut ensuite être dirigé dans la (ou les) strate(s) adéquate(s) du réservoir par un contrôle adapté des vannes VN par le régulateur 10.
• Le flux de fluide caloporteur FL2 refroidi, destiné au générateur 50, est prélevé au niveau du deuxième nœud N2, qui collecte le fluide provenant soit du septième conduit CD2g (et donc provenant de la vanne VN2 ou VN3), soit de la cinquième vanne VN5, selon le contrôle appliqué par le régulateur 10 aux vannes VN.

Cette architecture d'interconnexions permet avantageusement au régulateur 10 de configurer des chemins fluidiques de façon extrêmement flexible et ciblée. A titre d'exemple, il a ainsi été décrit ci-avant des exemples de mises en œuvre dans lesquels le régulateur 10 entraîne la réalisation d'au moins un cycle CY de charge thermique stratifiée qui permet d'améliorer les performances thermiques du système de chauffage SY1. Des variantes sont toutefois possibles, permettant un chauffage ciblé d'une ou plusieurs strates ST du réservoir 4, sans nécessairement exécuter de tels cycles CY de charge thermique stratifiée.

Un exemple particulièrement illustratif de cette flexibilité réside dans la possibilité d'utiliser de façon bidirectionnelle le deuxième conduit CD2b, ce qui est rendu possible par la configuration spécifique du système de vannes VN. Selon le mode de fonctionnement activé par le régulateur 10, ce même conduit physique CD2b peut être utilisé sélectivement soit comme un conduit d'injection, pour acheminer le deuxième fluide caloporteur FL2 chauffé vers la bordure haute de la strate intermédiaire ST2a, soit comme un conduit d'extraction, pour prélever le deuxième fluide caloporteur FL2 depuis la bordure basse de la strate haute ST1b.

Cette double fonctionnalité est mise en œuvre dans les différents modes de fonctionnement du système SY1, comme illustré ultérieurement dans des exemples particuliers. Par exemple, dans un premier mode de fonctionnement correspondant à celui décrit ultérieurement en référence à la figure 14, le régulateur 10 est configuré pour utiliser le deuxième conduit CD2b comme un conduit d'injection afin d'acheminer le fluide caloporteur chauffé par le deuxième générateur d'énergie 50 vers la strate intermédiaire ST2. Inversement, dans un deuxième mode de fonctionnement correspondant à celui décrit en référence à la figure 15, ce même deuxième conduit CD2b est utilisé comme un conduit d'extraction pour prélever le fluide caloporteur depuis la strate haute ST1 en vue de son acheminement vers le deuxième générateur d'énergie 50.

En conférant une double fonction à un seul conduit physique (à savoir CD2b dans le cas présent), le système minimise avantageusement la complexité du réseau hydraulique CR2, le nombre de raccordements et le coût global, tout en maximisant la polyvalence fonctionnelle. Cette optimisation structurelle, rendue possible par la configuration spécifique du système de vannes VN, contribue avantageusement à l'efficacité et la robustesse du système de chauffage SY1.

Des modes de réalisation particuliers mettant en œuvre ce deuxième générateur d'énergie 50, ainsi que son interaction avec le réservoir 4, sont à présent décrits en référence aux figures 14 et 15 selon le deuxième aspect de l'invention.

La figure 14 illustre un mode de fonctionnement particulier du système de chauffage SY1, dans lequel le deuxième générateur d'énergie 50 est utilisé pour chauffer le réservoir 4, par exemple lorsque le premier générateur d'énergie GN1 n'est pas disponible ou est insuffisant. Le deuxième générateur 50 peut donc être utilisé comme unique source de chaleur, ou en complément du premier générateur GN1.

Plus généralement, dans ce mode, le régulateur 10 est configuré pour commander le système de vannes VN de sorte à causer l'acheminement du deuxième fluide caloporteur FL2 chauffé par le deuxième générateur d'énergie 50 vers la bordure haute ST2a de la strate intermédiaire ST2. Simultanément, il commande le système de vannes VN pour causer le prélèvement du deuxième fluide caloporteur FL2 depuis la bordure basse ST3b de la strate basse ST3 et son acheminement en entrée du deuxième générateur d'énergie 50.

Cette configuration du système de vannes VN peut être appliquée par le régulateur en réponse à un besoin thermique, par exemple un besoin de chauffage dans la strate intermédiaire ST2. A titre d'exemple, si la température dans cette strate ST2 est inférieure à une température de consigne, alors le régulateur 10 déclenche le chauffage de la strate intermédiaire ST2 selon cette configuration particulière des vannes VN.

Pour réaliser ce circuit fluidique spécifique, le régulateur 10 peut être configuré pour commander le système de vannes (VN) de sorte que :

• le deuxième fluide caloporteur FL2 chauffé est acheminé depuis le deuxième générateur d'énergie 50 vers le deuxième conduit CD2b ; et
• le deuxième fluide caloporteur FL2 prélevé est acheminé depuis le quatrième conduit CD2d vers le deuxième générateur d'énergie 50.

Plus spécifiquement, pour réaliser ce circuit fluidique spécifique en s'appuyant sur l'architecture décrite ci-avant du système de chauffage SY1, le régulateur 10 peut configurer les vannes VN de la manière suivante (figures 2 et 14) : Le deuxième fluide caloporteur FL2, qui est le fluide le plus froid disponible dans le système, est prélevé de la bordure basse ST3b de la strate basse ST3 via le quatrième conduit CD2d. La quatrième vanne VN4 est commandée pour diriger ce fluide vers le module d'échange thermique 6 via le conduit CD2k. Le fluide FL2 traverse ainsi le module d'échange thermique 6 puis est acheminé via le conduit CD2j vers la deuxième vanne VN2. Cette deuxième vanne VN2 est commandée pour diriger ce fluide FL2 vers l'entrée du module hydraulique 12d via le conduit CD2g. La pompe 48 du module 12d envoie alors le fluide FL2, via le conduit d'entrée 52, en entrée du deuxième générateur d'énergie 50 pour y être chauffé.

Le fluide caloporteur FL2, une fois chauffé par le générateur 50, revient vers le module hydraulique 12d via le conduit de sortie 54. Il est ensuite acheminé depuis la sortie du module hydraulique 12d vers le premier nœud N1. Depuis le nœud N1, le fluide chauffé est alors dirigé, via le deuxième conduit CD2b, pour être injecté dans le réservoir 4 au niveau de la bordure haute ST2a de la strate intermédiaire ST2. Pour ce faire, les vannes VN1, VN3 et VN5 bloque le passage du fluide chauffé FL2 de sorte à ce qu'il circule dans le conduit CD2b jusqu'à atteindre le raccordement 14a.

Ce mode de fonctionnement est particulièrement avantageux car il garantit que le deuxième générateur d'énergie 50 est alimenté avec le fluide le plus froid disponible dans l'ensemble du système, maximisant ainsi son différentiel de température de fonctionnement et, par conséquent, son rendement thermique et son efficacité énergétique.

En effet, une autre approche pourrait consister à créer une boucle de circulation sur la strate à chauffer, par exemple en prélevant le fluide en bas de la strate intermédiaire ST2 pour y réinjecter le fluide chauffé en haut de cette même strate. Une telle approche aurait cependant pour conséquence de réchauffer progressivement le fluide prélevé, ce qui diminuerait le différentiel de température au niveau du générateur 50 et en dégraderait le rendement. À l'opposé, l'invention met ici en œuvre une gestion plus avancée en allant chercher le fluide à la température la plus basse disponible dans l'ensemble du réservoir 4, c'est-à-dire en bordure basse ST3b de la strate la plus basse ST3. Cette stratégie garantit que le deuxième générateur d'énergie 50 opère en permanence avec le différentiel de température le plus élevé possible entre son entrée et sa sortie. Il en résulte une maximisation de son rendement thermique, qui assure une combustion plus complète et efficace, et valorise ainsi au mieux l'énergie de la source d'appoint. Le système de chauffage SY1 surmonte ainsi une limitation des systèmes existants selon laquelle le rendement d'une source à combustion est souvent compromis par un retour de fluide trop chaud depuis le réservoir de stockage.

Selon un exemple particulier du mode de réalisation de la figure 14, une partie du fluide caloporteur FL2 chauffé, transmis en sortie du module hydraulique 12d, est dirigé vers au moins l'une des zones de chauffage ZC1-ZC3 au travers de son module hydraulique 12a-12c respectif (figures 1, 2 et 14), par exemple pour répondre à un besoin thermique dans la ou les zone de chauffage ZC concernées. On peut ainsi avantageusement chauffer simultanément les strates ST2 et ST3 d'une part, et au moins une zone de chauffage ZC d'autre part.

Dans une variante de réalisation, le système de chauffage SY1 peut comprendre un capteur thermique 56, par exemple positionné sur le conduit d'entrée 52, pour mesurer la température du fluide caloporteur FL2 acheminé en entrée du générateur 50. Si cette température mesurée excède une valeur de consigne prédéfinie, par exemple 60°C, le régulateur 10 peut être configuré pour ajuster la commande du système de vannes VN. Par exemple, le régulateur 10 peut causer un prélèvement partiel de fluide FL2 depuis la bordure basse ST2b de la strate intermédiaire ST2, en plus du prélèvement depuis la bordure basse ST3b de la strate basse ST3. Le mélange de ces deux flux, qui peut être réalisé au sein du réseau de conduits CD2 avant d'atteindre le nœud N2, permet de réguler la température du fluide retournant au générateur 50 pour en maintenir le rendement optimal. Pour ce faire, la vanne VN5 est configurée pour faire passer le prélèvement partiel de fluide FL2, issu de la bordure basse ST2b et du conduit CD2c, jusqu'au entrée du module hydraulique 12d via le nœud N2.

La figure 15 illustre un autre mode particulier de réalisation du second aspect de l'invention, dans lequel le deuxième générateur d'énergie 50 est utilisé pour répondre à un besoin de haute température, tel qu'un besoin de production d'eau chaude sanitaire (ECS).

Plus généralement, dans ce mode particulier, le régulateur 10 est configuré pour commander le système de vannes VN en réponse à un besoin de production d'eau chaude sanitaire (ECS). Cette commande a pour effet de causer l'acheminement du deuxième fluide caloporteur FL2 chauffé par le deuxième générateur d'énergie 50 vers la bordure haute ST1a de la strate haute ST1. Simultanément, la commande cause le prélèvement du deuxième fluide caloporteur FL2 depuis la bordure basse ST1b de cette même strate haute ST1, et son acheminement en entrée du deuxième générateur d'énergie 50.

Pour réaliser ce circuit fluidique, le régulateur 10 configure le système de vannes VN pour créer une boucle de circulation concentrée sur la strate haute ST3 du réservoir (figures 2 et 15). Le fluide caloporteur FL2 est ainsi prélevé de la bordure basse ST1b via le deuxième conduit CD2b. Le fluide FL2 ainsi prélevé circule ainsi jusqu'à la vanne VN5 via le conduit CD2i. La vanne VN5 dirige ensuite ce fluide FL2, via le nœud N2, en entrée du module hydraulique 12d. Sous l'impulsion de sa pompe 48, le module hydraulique 12d achemine alors le fluide FL2 via le conduit 52 en entrée du deuxième générateur pour y être chauffé.

Une fois chauffé, le fluide FL2 revient au module hydraulique 12d via le conduit de sortie 54 du deuxième générateur 50. Le fluide FL2 est ensuite acheminé depuis la sortie du module hydraulique 12d vers la vanne VN3 via le conduit CD2g. La vanne VN3 dirige alors le fluide FL2 vers la vanne VN4, qui redirige le fluide FL2 vers le module d'échange thermique 6 via le conduit CD2j. Le fluide FL2 circule ainsi au travers du module 6 pour être ensuite acheminé, via le conduit CD2j jusqu'à la vanne VN2, puis la vanne VN1 via le conduit CD2f. La vanne VN3 dirige alors le fluide FL2 jusqu'en bordure haute ST1a de la strate haute ST1 via le conduit CD2a.

Ce mode de fonctionnement confère au système de chauffage SY1 une flexibilité et une réactivité remarquables. Il rompt avec une gestion conventionnelle où les sources d'énergie d'appoint sont typiquement reléguées au chauffage des strates de plus basse température. Ici, l'architecture de l'invention permet avantageusement d'utiliser une source de chaleur à combustion, souvent perçue comme une source d'appoint pour le chauffage, afin de répondre au besoin le plus prioritaire et le plus exigeant du système : la production d'eau chaude sanitaire.

L'avantage de cette approche est double. Premièrement, elle assure une redondance et une sécurité d'approvisionnement en ECS. Si le premier générateur d'énergie GN1 (par exemple solaire) est indisponible ou insuffisant, le système peut mobiliser instantanément le deuxième générateur d'énergie 50 pour garantir la disponibilité d'eau chaude.

Deuxièmement, ce mode particulier est extrêmement efficace. En ne faisant circuler et chauffer que le volume réduit de la strate haute ST1, le système obtient une montée en température très rapide et ciblée, sans gaspiller d'énergie à réchauffer inutilement les strates inférieures du réservoir. Cela permet une réactivité accrue aux besoins de l'utilisateur avec une consommation d'énergie minimale. La polyvalence de l'architecture permet ainsi de valoriser de manière optimale chaque source d'énergie en l'affectant à la tâche la plus pertinente en fonction des besoins et des priorités du moment.

Comme décrit ci-avant dans des exemples particuliers, le système de chauffage SY1 offre ainsi une flexibilité et une modularité avantageuses. La même architecture physique de conduits et de vannes permet de gérer intelligemment des scénarios thermiques complexes, comme la charge stratifiée depuis une source solaire, le chauffage direct d'une zone, ou encore l'utilisation d'une source appoint à combustion pour chauffer une strate spécifique, sans qu'aucun de ces modes n'interfère négativement avec les autres.

Cette haute fonctionnalité est atteinte avec une complexité matérielle réduite. Nul besoin de circuits hydrauliques additionnels dédiés à la source d'appoint par exemple ; la même structure de conduits CD2 et de vannes VN est être avantageusement utilisée de manière intelligente pour toutes les opérations, ce qui réduit les coûts d'installation, la maintenance et les risques de panne.

Comme le comprend l'homme du métier, tous les modes de réalisation et variantes décrits ci-avant dont certains ont été simplifiés à dessein pour faciliter les explications, ne constituent que des exemples non limitatifs de mise en œuvre de la présente divulgation. En particulier, l'homme du métier pourra envisager une quelconque adaptation ou combinaison des modes de réalisation et variantes décrits ci-avant, afin de répondre à un besoin particulier conformément aux revendications présentées ci-après.

La présente invention ne se limite donc pas aux exemples de réalisation décrits ci-avant mais s'étend notamment à un procédé de contrôle qui inclurait des étapes secondaires sans pour cela sortir de la portée de la présente invention. Il en serait de même d'un système de chauffage (ou système de production et stockage thermique), pour la mise en œuvre d'un tel procédé.