Installation pour la production d'eau chaude à usage domestique
La présente invention concerne une installation pour la production d'eau chaude à usage domestique comportant un chauffe-eau, par exemple un serpentin logé dans une chaudière, alimenté en eau froide et relié à la ca nalisation d'utilisation.
On connaît déjà des installations de production d'eau chaude à usage domestique comportant un serpentin branché sur une source d'eau froide et qui est chauffé par un apport de chaleur transmis par sa surface extérieure.
L'avantage d'une telle installation est de fournir une eau chaude de façon permanente et ceci quelle que soit la durée du soutirage.
Tant que la puissance calorifique extraite du serpentin est inférieure à sa puissance maximale, la température de l'eau chaude débitée reste constante. Si, par contre, le débit dépasse la limite correspondant à la puissance maximale, la température de l'eau fournie diminue d'autant plus que le débit de soutirage est plus important, la loi de variation étant hyperbolique.
Dans ces conditions, si on veut assurer, dans une installation, un débit suffisant d'eau chauffée par exemple au moyen d'un serpentin logé dans une chaudière d'un chauffage central à eau chaude, on est amené à dimensionner la chaudière de façon excessive par rapport aux besoins du chauffage central, ce qui grève ensuite le prix de revient et le rendement énergétique de l'installation.
Un second moyen connu et employé pour la production d'eau chaude à usage domestique est constitué par le chauffage à accumulation. Dans ce dispositif, une masse d'eau contenue dans un réservoir est progressivement réchauffée par tout moyen approprié.
Un tel dispositif présente l'avantage de fournir, lorsque l'eau du réservoir a atteint la température voulue, une quantité d'eau correspondant au volume de ce réservoir, à température constante et ceci indépendamment du débit, lequel peut donc être très important Cependant le chauffage du réservoir est en général lent. De ce fait lorsque le réservoir a été vidé de son eau chaude à la suite d'un soutirage important, on ne peut plus obtenir ensuite que de l'eau froide pendant un délai appréciable.
Comme d'autre part le réchauffage intéresse toute la masse d'eau, la température de l'eau obtenue pendant cette période croît proportionnellement au temps passé.
Il faut donc attendre le délai complet du réchauffage pour obtenir ensuite de l'eau à la température de consigne.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités, et l'installation pour la production d'eau chaude qui en fait l'objet est caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit branché en parallèle avec celui du chauffe-eau et comportant un réservoir d'accumulation d'eau, un dispositif assurant une circulation en circuit fermé de l'eau entre le chauffe-eau et le réservoir, au moins en dehors des périodes de soutirage, et un dispositif pour commander un apport d'eau du réservoir vers la canalisation d'utilisation réglé en fonction de la température de l'eau délivrée par le chauffe-eau.
L'installation selon l'invention permet l'envoi continu dans le réservoir de l'eau chaude délivrée par le chauffeeau, au moins en dehors des périodes de soutirage, de sorte que le réservoir est ainsi mis progressivement en température. L'eau chaude accumulée dans le réservoir est remise en circulation lorsque le soutirage d'eau chaude fait tomber la température de l'eau délivrée par le chauffe-eau.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'installation, objet de l'invention.
La fig. 1 en est une vue schématique.
La fig. 2 est un diagramme explicatif.
La fig. 3 est une vue en coupe axiale d'une vanne thermostatique de l'installation.
Les fig. 4 à 6 sont des schémas établis d'après la fig. 1 illustrant trois régimes de fonctionnement particuliers pour l'installation.
La fig. 7 est un autre diagramme explicatif.
En se reportant à la fig. 1 on voit en 1 la canalisation d'amenée d'eau froide (colonne montante par exemple) et en 2 la canalisation d'utilisation d'eau chaude (circuit d'eau chaude domestique par exemple). Entre les canalisations 1 et 2 est branchée l'installation qui comprend un corps de chauffage de l'eau à chauffage rapide alimenté en eau de consommation. Dans l'exemple décrit ce corps de chauffe est constitué par un serpentin S. Celui-ci est chauffé par immersion dans l'eau chaude produite par une chaudière 3 de chauffage central qui comporte à cet effet une chambre 4 dans laquelle est logé le serpentin S.
On a schématisé en 5 la conduite de départ d'eau chaude vers les radiateurs 6 et en 7 la conduite de retour de l'eau refroidie vers la chaudière 3. I1 doit être entendu toutefois que le moyen de chauffage prévu pour le serpentin S par apport extérieur des calories pourrait être modifié à volonté.
Un sens de circulation constant F est prévu à travers le serpentin S, qui est desservi à cet effet par une conduite amont 8 et qui alimente une conduite aval 9. La conduite 8 est reliée à la canalisation 1 par un tronçon de conduite il et la conduite aval 9 est reliée à la canalisation 2 par un second tronçon de conduite 12.
L'installation comprend d'autre part, un réservoir aussi désigné par un ballon B contenant une réserve d'eau et branché en parallèle avec le serpentin S. A cette fin les deux orifices 13, 14 du ballon B sont reliés par deux conduites 15, 16 respectivement à un té de jonction 17 avec la conduite 8 et le tronçon 11 et à un second té de jonction 18 avec la conduite 9 et le tronçon 12. On voit ainsi que les circuits du serpentin S et du ballon B sont montés en parallèle entre les canalisations 1 et 2.
De préférence le ballon B, qui est calorifugé, est constitué par un réservoir vertical, par exemple cylindrique à faces arrondies, les orifices 13 et 14 étant respectivement prévus sur la face inférieure et sur la face supérieure.
D'autre part, le raccord 17 peut être avantageusement prévu de manière à favoriser la circulation de l'eau depuis la conduite 15 vers la conduite 8 et non vers le tronçon 11. De son côté, le té 18 est prévu pour faciliter la circulation conjointe des conduites 9 et 16 vers le tronçon 12.
Il est prévu un dispositif permettant d'assurer, au moins en dehors des périodes de soutirage de l'eau chaude sanitaire, une circulation en circuit fermé de l'eau provenant du serpentin S vers le ballon B via la conduite 9 et la conduite 16 en évitant le raccord 18.
A cette fin il est prévu une canalisation de recyclage 21 branchée entre un raccord de jonction 22 sur la conduite 9 et un raccord de jonction 23 sur la conduite 16.
La canalisation 21 comporte d'autre part une pompe de circulation 24 permettant le passage de l'eau du branchement 22 vers le branchement 23 dans le sens G. A la pompe 24 est associé un clapet anti-retour 25 n'autorisant la circulation que dans le sens G considéré. La pompe 24, lorsqu'elle est actionnée, fournit un débit q constant.
L'installation comprend encore une vanne thermostatique 31 dont l'obturateur 32 est agencé sur la conduite 16 alors que la tête thermosensible 33 qui assure la commande de l'obturateur 32 est montée sur la con duite 9 de manière à répondre aux variations de la température de l'eau parcourant cette conduite.
La disposition des éléments 32 et 33 sur les conduites 16 et 9 relativement aux branchements 22 et 23 de la canalisation de recyclage 21 est effectuée comme on le voit fig. 1: la canalisation 21 est branchée sur la conduite 9 en aval de la tête thermosensible 33 alors que cette canalisation 21 aboutit sur la conduite 16 entre l'orifice 14 du ballon B et l'obturateur 32. De préférence le branchement 23 est situé aussi près que possible de l'obturateur 32.
Les conduites 8 et 9 associées au serpentin S présentent une section sensiblement plus faible que les conduites 15 et 16 associées au ballon B.
Dans la description ci-après, on désignera par Qj le débit instantané à travers le serpentin S dans le sens F, par Qo le débit instantané sortant du ballon B dans le sens H, et par Q le débit instantané dans le tronçon 12 et s'écoulant suivant J.
La vanne 31 à commande thermostatique a pour rôle de régler les débits Q2 sur la canalisation 16 en fonction de la température T1 de l'eau de la canalisation 9 baignant la tête 33. La loi de réponse peut être avantageusement du genre montré fig. 2 où l'on a porté en ordonnées Q et en abscisses la température T1.
En descendant la gamme des températures, on voit que Q = O jusqu'à une température T1 = Tj (point M) puis croît régulièrement quand la température descend à une valeur égale à Tl; (point N) où le débit Q- devient maximum et égal à Qn. La loi de réglage est ensuite telle que Q reste constant et égal à sa valeur maximum Qn si la température T1 devient inférieure à Tk. On peut par exemple prévoir:
Tj = 700 C et Tk = 400 C
A la fig. 3, on a représenté un mode de réalisation préféré d'une vanne thermostatique permettant de réaliser simplement la loi de réponse montrée à la fig. 2.
Dans cette réalisation la vanne 31 comprend un corps tubulaire 35 qui, dans sa partie supérieure porte deux embouts 9a, 9b destinés à être branchés sur la conduite 9 et qui sont situés de part et d'autre d'une chambre 36 contenant la tête thermosensible 33. Cette dernière comprend une enveloppe dilatable 37 contenant une matière 38 telle par exemple qu'une cire dilatable à fort coefficient de dilatation. Une cire paraffinique peut notamment convenir. L'enveloppe 37 porte d'un côté un téton 38 engagé dans un trou borgne 39 d'un couvercle réglable par vissage 41. Du côté opposé au téton 38 l'enveloppe 37 est limitée par une membrane déformable 42 maintenue par une bague 43.
La membrane 42 qui permet l'expansion de la matière 38 ou sa contraction, est reliée à un piston 44 logé dans une chemise tubulaire 45 qui traverse une cloison 46 du corps 35 par l'intermédiaire d'un presse-étoupe 47. La liaison entre le piston 44 et la membrane 42 est assurée par l'intermédiaire d'un bloc élastique amortisseur 48.
Le piston 44 aboutit à l'obturateur proprement dit 51 logé dans une seconde chambre 52 du corps 35 qui comporte un siège annulaire 53. En amont de ce siège la chambre 52 est munie d'un embout 16a permettant son raccordement à la conduite 16. En aval du siège 53 la chambre 52 comporte un second embout 1 6b assurant la continuité de la liaison avec la conduite 16. De préférence le clapet 51 présente un volume tronconique mâle comme représenté et le siège 53 un volume tron conique femelle. L'extrémité cylindrique 54 du clapet 51 est guidée dans un manchon 55 porté par un chapeau 56 vissé dans le corps 35. Le siège 53 est sollicité en butée par un ressort 57, un second ressort 58 de raideur appréciable, prenant appui sur une rondelle 59 du clapet 51, tend à comprimer la matière expansible 38.
Le profil de révolution du clapet 51 est établi pour assurer la loi de variation désirée pour le débit Q dans la conduite 16 en fonction de la température T, de l'eau dans la conduite 9. Ce profil peut être établi expéri mentalement. Il dépend en particulier de la loi de variation du volume de la matière 38 en fonction de la température.
La vanne 31 commande en outre un relais 26 qui assure l'arrêt de la pompe 24 dès qu'il est excité.
Le fonctionnement de l'installation ainsi agencée comporte trois régimes suivant que le soutirage d'eau chaude est nul, faible ou fort:
Fonctionnement à soutirage nul (fig. 4).
La chaudière 3 étant en marche, sous l'action de la pompe de circulation 24, une circulation d'eau chaude avec un débit q s'établit suivant F dans la conduite 9, suivant G dans la canalisation de recyclage 21 et suivant L dans la conduite 16. Cette circulation refoule l'eau du ballon B dans la conduite 15 et le débit q est envoyé par cette dernière dans la conduite 8 en passant par le té 17, de sorte que la quantité d'eau froide quittant le ballon B, égale à la quantité d'eau réchauffée entrant dans celui-ci, est envoyée vers le serpentin S qui la réchauffe à son tour à une température Tîa voisine de celle de l'eau de chauffage issue de la chaudière et égale par exemple à 800 C (fig. 7).
La tête thermosensible 33 étant baignée par de l'eau à température élevée, la cellule 37 est expansée et le clapet 51 fenne l'obturateur 53. L'eau mise en circulation par la pompe 24 ne peut donc que suivre le circuit bouclé constitué par les conduites 8, 9, 21, 16 et 15. Le ballon B se charge ainsi progressivement d'eau chaude dans sa partie supérieure qui chasse à mesure l'eau froide vers le serpentin S.
Bien entendu le débit q est réglé de telle façon que la température Tia soit supérieure à la température Ti pour laquelle la vanne thermostatique 31 commence à s'ouvrir.
Fonctionnement à soutirage d'eau faible (fig. 5).
Si l'un des robinets branchés sur la canalisation d'utilisation 2 est ouvert et provoque la circulation d'un débit Q = qt dans le tronçon 12 et la canalisation 2, il s'établit dans les conduites 8 et 9 un débit Qj donné par la relation: Q1 = q + qt
On remarque en particulier que le débit Q1 passe à travers le serpentin S et dans la conduite 9 qui comporte la tête thermosensible 33.
Tant que le débit Q reste limité à une valeur telle que la puissance calorifique extraite du serpentin S soit inférieure à la puissance maximale de chauffage de celui-ci, la température reste égale à Tzars la courbe représentative des températures T de l'eau dans le tronçon 12 en fonction du débit Q étant constituée par le segment Tta Ttb de la fig. 7.
Si le débit Q dépasse la valeur limite précédente, la température de l'eau délivrée par le serpentin S va diminuer et la variation de température de l'eau suivra une loi hyperbolique (courbe K de la fig. 7, segment
T,b Tj), la courbe K représentant la variation de la température T1 dans la conduite 9 en fonction du débit Q1.
Quand la température T1 atteint la valeur de seuil Tj la tête 33 provoque l'ouverture progressive de l'obturateur 32 et on passe alors au troisième mode de fonctionnement.
Fonctionnement à soutirage d'eau moyen ou fort (fig. 6)
Le débit de soutirage Q est alors tel que le serpentin
S fournisse au débit Q1 une eau chaude dont la température T1 est inférieure à la valeur de seuil Tj précédemment définie. Dès l'ouverture de l'obturateur 32, le relais 26 excité arrête la pompe 24, de sorte que q s'annule et que le débit Q1 part entièrement vers la canalisation 2.
En fonction de la valeur de T1 et de la loi de réponse de la vanne thermostatique 31, l'ouverture de l'obturateur 32 établit dans la conduite 16 un débit Q s'ajoutant au débit Q1. Le débit Q est constitué par une eau chaude à température T,2 pratiquement constante provenant de la partie supérieure du ballon B.
Dans le té 18, le débit Q1 venant du serpentin S et le débit Q venant du ballon B s'additionnent pour donner le débit de soutirage sanitaire Q d'une eau dont la température T3 est réglée par la loi des mélanges, ce dernier étant assuré par le té 18. On a alors Q= Q + Q.
Un accroissement du débit Q entraîne une augmentation du débit Q1 et par conséquent un abaissement de la température T1 lequel provoque à son tour par action sur la tête 33 une ouverture plus grande de l'obturateur 32, le réglage du débit Q étant assuré entre les valeurs T, et Tk de la température T1 conformément à la loi de régulation traduite par la fig. 2. Comme le débit Q est nettement prépondérant par rapport au débit Q1, l'abaissement de la température de ce dernier ne se répercute pas de manière appréciable sur la température du débit Q qui, pour de très larges variations, reste compris entre des valeurs voisines T3 T10 (fig. 2).
Exemple numérique
Dans le cas d'une chaudière 3 capable de fournir au serpentin S 12 thermies par heure, soit 200 Kcal/minute, et pour une caractéristique K du serpentin S traduisant la fonction T1 = f (Q1) telle que représentée fig. 7, la température T1 pour une température d'eau froide d'alimentation de l00 C, est donnée par la relation:
T1 = 10 + 200
Q1 litres/minute
On supposera d'autre part que la température de l'eau de chauffage de la chaudière 3 est de 800 C, que le ballon B a une capacité de 75 litres et a été rempli du fait du recyclage par de l'eau à 700 C.
Si on suppose de plus que les pertes sont nulles pour simplifier, et que la loi de réponse de la valve 31 est la suivante: Pour T1 700C, 70 C, Q2 =
Pour 70 > T1 > 400 C, Q = (170 - T) litres/minute
Pour T1 < 400 C, Q = 30 litres/minute.
Dans ces conditions, la courbe caractéristique de la température T de l'eau chaude envoyée dans la canali sation 2 en fonction du débit Q (courbe en trait plein de la fig. 7) présente les valeurs numériques indiquées.
Cette courbe comporte trois tronçons:
Tronçon Tia Tib (de O à 2,8 litres/minute). Le serpentin S fournit seul une eau de débit Q1 dont la température est égale à celle (800 C) de la chaudière 3, jusqu'à ce que la puissance maximum disponible soit atteinte (12 Th/h).
Tronçon Tlb Tj (environ 2,8 à 3,2 litres/minute), le débit Qt croissant, la température T1 suit la caractéristique du serpentin et passe donc de 80 à 700 C environ.
Tronçon Tj T,,. Si le débit Q continue à croître, la température T1 dans la conduite 9 devient inférieure à 700 C et la vanne 31 entre en action pour admettre le débit Q provenant du ballon B, la température diminuant très légèrement à partir de 700 C à mesure que le débit augmente.
Le calcul et l'expérience montrent qu'on obtient en cours de fonctionnement les valeurs numériques suivantes:
Contribution serpentin Contribution ballon Eau soutirée
Qi T1 Q T2 Q T
3,21/mon 700 0 700 3,2 1/mn 700
4 limon 600 10 700 14 I/mn 670
S 1/mon 500 20 700 25 1/mon 660
7 1/mon 400 30 700 37 1/mon 64,50
On voit que l'installation cumule les avantages des systèmes de production d'eau chaude instantanée et des systèmes à accumulation. En effet, quelle qu'ait été l'importance d'un soutirage, on dispose d'une manière instantanée et aussi longtemps qu'on le désire d'un débit limité d'eau chaude à la température maximale.
Ensuite, on dispose d'une quantité d'eau chaude importante et sous un débit également important à une température voisine de la température maximale jusqu'à concurrence de l'épuisement de la réserve d'eau chaude du ballon B. Le débit d'eau chaude disponible est d'ailleurs plus grand que dans le cas du système à accumulation seul, puisque du fait de la commande thermostatique, le débit provenant du ballon B est augmenté de l'appoint constitué par le débit du serpentin S.
De plus, l'installation présente les avantages annexes suivants:
Comme la reconstitution de la réserve d'eau chaude dans le ballon B se fait à partir de l'orifice supérieur 14, de même que le soutirage, il en résulte qu'à tout soutirage nouveau à fort débit, cette eau chaude est utilisée la première. Son volume disponible est donc d'autant plus grand que le soutirage précédent est plus ancien.
Le ballon B peut être constitué par un simple réservoir très rustique calorifugé, de prix de revient très faible, puisqu'il ne doit supporter aucune surpression et qu'il ne comporte aucun dispositif de réchauffage.
La loi de mélange des débits Q3 et Q aux températures Tj, T2 respectivement peut être réalisée de la façon désirée au moyen de la vanne 32 par le réglage en position de la cellule 37 qui permet de déplacer la plage de fonctionnement, c'est-à-dire la position des joints Tj Tk. On peut également agir sur la forme du clapet 51, ce qui permet de modifier la loi de réponse Q = f (Tr)-
Il est évident que Invention n'est pas limitée aux réalisations décrites auxquelles on peut apporter des variantes d'exécution.
Ainsi, on peut prévoir sur la partie de la conduite 9 comprise entre le branchement 22 et le raccord 18, un détecteur de seuil de débit 61 capable d'assurer une servo-commande de la pompe 24 de manière à arrêter celle-ci et à annuler le débit q dès qu'est effectué un soutirage, ce qui permet de consacrer à l'eau soutirée la totalité du débit du serpentin S. On peut également prévoir que le détecteur 61 allume en priorité le brûleur de la chaudière en cas de soutirage.
Le serpentin S peut aussi être remplacé par tout autre type d'échangeur instantané.
D'autre part, suivant une autre variante, le branchement 22 de la canalisation de recyclage 21 pourrait être disposé en amont de la tête thermosensible 33. Toutefois la disposition précédemment décrite est préférée.
Egalement le raccord 18 pourrait être incorporé à la vanne 31.
Enfin, le ballon B pourrait également comporter un serpentin de chauffage intérieur, à commande thermostatique, parcouru par une fraction de l'eau délivrée par la chaudière 3, de façon à réduire le délai de mise en température de ce ballon.
Installation for the production of hot water for domestic use
The present invention relates to an installation for the production of hot water for domestic use comprising a water heater, for example a coil housed in a boiler, supplied with cold water and connected to the use duct.
There are already known installations for producing hot water for domestic use comprising a coil connected to a source of cold water and which is heated by a supply of heat transmitted by its outer surface.
The advantage of such an installation is to provide hot water permanently and this regardless of the duration of the withdrawal.
As long as the calorific power extracted from the coil is lower than its maximum power, the temperature of the hot water delivered remains constant. If, on the other hand, the flow rate exceeds the limit corresponding to the maximum power, the temperature of the supplied water decreases all the more as the draw-off flow rate is greater, the law of variation being hyperbolic.
Under these conditions, if we want to ensure, in an installation, a sufficient flow of heated water, for example by means of a coil housed in a boiler of a hot water central heating, we have to size the boiler so excessive compared to the needs of the central heating, which then puts a strain on the cost price and the energy efficiency of the installation.
A second known means used for the production of hot water for domestic use is constituted by storage heating. In this device, a body of water contained in a reservoir is gradually heated by any suitable means.
Such a device has the advantage of providing, when the water in the tank has reached the desired temperature, a quantity of water corresponding to the volume of this tank, at constant temperature and this independently of the flow rate, which can therefore be very high. heating of the tank is generally slow. As a result, when the tank has been emptied of its hot water following a significant draw-off, it is then only possible to obtain cold water for an appreciable period.
Since, on the other hand, heating concerns the entire body of water, the temperature of the water obtained during this period increases in proportion to the time spent.
It is therefore necessary to wait for the complete reheating delay before obtaining water at the set temperature.
The present invention aims to remedy the aforementioned drawbacks, and the installation for the production of hot water which is the subject thereof is characterized in that it comprises a circuit connected in parallel with that of the water heater and comprising a tank water accumulation device, a device ensuring a closed circuit circulation of water between the water heater and the tank, at least outside the withdrawal periods, and a device for controlling a supply of water from the tank to the use pipe adjusted according to the temperature of the water delivered by the water heater.
The installation according to the invention allows the continuous sending into the tank of hot water delivered by the water heater, at least outside the withdrawal periods, so that the tank is thus gradually brought up to temperature. The hot water accumulated in the tank is recirculated when the hot water withdrawal drops the temperature of the water delivered by the water heater.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the installation, object of the invention.
Fig. 1 is a schematic view thereof.
Fig. 2 is an explanatory diagram.
Fig. 3 is an axial sectional view of a thermostatic valve of the installation.
Figs. 4 to 6 are diagrams drawn up according to FIG. 1 illustrating three particular operating regimes for the installation.
Fig. 7 is another explanatory diagram.
Referring to fig. 1 shows the cold water supply pipe in 1 (riser for example) and in 2 the hot water use pipe (domestic hot water circuit for example). The installation is connected between pipes 1 and 2, which comprises a rapidly heating water heating body supplied with drinking water. In the example described, this heating body consists of a coil S. This is heated by immersion in hot water produced by a central heating boiler 3 which comprises for this purpose a chamber 4 in which the coil is housed. S.
5 is shown schematically in the hot water outlet pipe to the radiators 6 and in 7 the return pipe of the cooled water to the boiler 3. It must be understood however that the heating means provided for the coil S by outside intake of calories could be altered at will.
A constant direction of flow F is provided through the coil S, which is served for this purpose by an upstream pipe 8 and which supplies a downstream pipe 9. The pipe 8 is connected to the pipe 1 by a section of pipe il and the downstream pipe 9 is connected to pipe 2 by a second section of pipe 12.
The installation comprises on the other hand, a tank also designated by a tank B containing a water reserve and connected in parallel with the coil S. For this purpose the two orifices 13, 14 of the tank B are connected by two pipes 15 , 16 respectively to a junction tee 17 with the pipe 8 and the section 11 and to a second junction tee 18 with the pipe 9 and the section 12. It can be seen that the circuits of the coil S and of the balloon B are mounted in parallel between pipes 1 and 2.
Preferably, the balloon B, which is heat-insulated, is constituted by a vertical tank, for example cylindrical with rounded faces, the orifices 13 and 14 being respectively provided on the lower face and on the upper face.
On the other hand, the connector 17 can be advantageously provided so as to promote the circulation of water from the pipe 15 to the pipe 8 and not to the section 11. For its part, the tee 18 is provided to facilitate the circulation. joint of pipes 9 and 16 to section 12.
A device is provided to ensure, at least outside the periods when domestic hot water is drawn off, a closed circuit circulation of the water coming from the coil S to the tank B via the pipe 9 and the pipe 16. avoiding the connection 18.
To this end, a recycling pipe 21 is provided which is connected between a junction fitting 22 on the pipe 9 and a junction fitting 23 on the pipe 16.
The pipe 21 also comprises a circulation pump 24 allowing the passage of water from the branch 22 to the branch 23 in direction G. With the pump 24 is associated a non-return valve 25 allowing circulation only in the direction G considered. The pump 24, when actuated, provides a constant flow rate q.
The installation also comprises a thermostatic valve 31, the shutter 32 of which is arranged on the pipe 16 while the thermosensitive head 33 which controls the shutter 32 is mounted on the pipe 9 so as to respond to variations in the temperature. temperature of the water flowing through this pipe.
The arrangement of the elements 32 and 33 on the pipes 16 and 9 relative to the connections 22 and 23 of the recycling pipe 21 is carried out as seen in FIG. 1: the pipe 21 is connected to the pipe 9 downstream of the heat-sensitive head 33 while this pipe 21 ends in the pipe 16 between the orifice 14 of the tank B and the shutter 32. Preferably, the connection 23 is also located as close as possible to shutter 32.
The pipes 8 and 9 associated with the coil S have a significantly smaller cross section than the pipes 15 and 16 associated with the ball B.
In the description below, we will denote by Qj the instantaneous flow through the coil S in the direction F, by Qo the instantaneous flow leaving the tank B in the direction H, and by Q the instantaneous flow in the section 12 and s 'flowing following J.
The role of the thermostatically controlled valve 31 is to adjust the flow rates Q2 on the pipe 16 as a function of the temperature T1 of the water in the pipe 9 bathing the head 33. The response law can advantageously be of the type shown in FIG. 2 where the temperature T1 has been plotted on the ordinate Q and the abscissa.
By descending the range of temperatures, we see that Q = O up to a temperature T1 = Tj (point M) then increases regularly when the temperature drops to a value equal to Tl; (point N) where the flow Q- becomes maximum and equal to Qn. The regulation law is then such that Q remains constant and equal to its maximum value Qn if the temperature T1 becomes less than Tk. For example, we can provide:
Tj = 700 C and Tk = 400 C
In fig. 3, there is shown a preferred embodiment of a thermostatic valve making it possible to simply achieve the law of response shown in FIG. 2.
In this embodiment, the valve 31 comprises a tubular body 35 which, in its upper part carries two end pieces 9a, 9b intended to be connected to the pipe 9 and which are located on either side of a chamber 36 containing the thermosensitive head. 33. The latter comprises an expandable envelope 37 containing a material 38 such as for example an expandable wax with a high coefficient of expansion. A paraffinic wax may in particular be suitable. The casing 37 carries on one side a stud 38 engaged in a blind hole 39 of an adjustable cover 41 by screwing. On the side opposite the stud 38, the casing 37 is limited by a deformable membrane 42 held by a ring 43.
The membrane 42 which allows the expansion of the material 38 or its contraction, is connected to a piston 44 housed in a tubular sleeve 45 which passes through a partition 46 of the body 35 by means of a stuffing box 47. The connection between the piston 44 and the membrane 42 is provided by means of an elastic damping block 48.
The piston 44 ends at the shutter itself 51 housed in a second chamber 52 of the body 35 which comprises an annular seat 53. Upstream of this seat, the chamber 52 is provided with an end piece 16a allowing its connection to the pipe 16. Downstream of the seat 53, the chamber 52 comprises a second end piece 16b ensuring the continuity of the connection with the pipe 16. Preferably the valve 51 has a male frustoconical volume as shown and the seat 53 a female truncated conical volume. The cylindrical end 54 of the valve 51 is guided in a sleeve 55 carried by a cap 56 screwed into the body 35. The seat 53 is biased into abutment by a spring 57, a second spring 58 of appreciable stiffness, bearing on a washer 59 of the valve 51, tends to compress the expandable material 38.
The profile of revolution of the valve 51 is established to ensure the desired law of variation for the flow rate Q in the pipe 16 as a function of the temperature T of the water in the pipe 9. This profile can be established experimentally. It depends in particular on the law of variation of the volume of the material 38 as a function of the temperature.
The valve 31 also controls a relay 26 which stops the pump 24 as soon as it is energized.
The operation of the installation thus arranged comprises three modes depending on whether the hot water withdrawal is zero, weak or strong:
Zero draw-off operation (fig. 4).
With the boiler 3 running, under the action of the circulation pump 24, a circulation of hot water with a flow rate q is established along F in the pipe 9, along G in the recycling pipe 21 and along L in line 16. This circulation delivers the water from tank B into line 15 and the flow q is sent by the latter into line 8 passing through tee 17, so that the quantity of cold water leaving tank B , equal to the quantity of heated water entering it, is sent to the coil S which in turn heats it to a temperature Tîa close to that of the heating water coming from the boiler and equal for example to 800 C (fig. 7).
The thermosensitive head 33 being bathed in water at high temperature, the cell 37 is expanded and the valve 51 closes the shutter 53. The water circulated by the pump 24 can therefore only follow the looped circuit formed by pipes 8, 9, 21, 16 and 15. The tank B is thus gradually charged with hot water in its upper part which drives the cold water to the coil S.
Of course, the flow rate q is adjusted such that the temperature Tia is greater than the temperature Ti for which the thermostatic valve 31 begins to open.
Low water draw-off operation (fig. 5).
If one of the taps connected to use pipe 2 is open and causes a flow Q = qt to circulate in section 12 and pipe 2, a given flow rate Qj is established in pipes 8 and 9 by the relation: Q1 = q + qt
Note in particular that the flow Q1 passes through the coil S and into the pipe 9 which includes the heat-sensitive head 33.
As long as the flow rate Q remains limited to a value such that the calorific power extracted from the coil S is less than the maximum heating power of the latter, the temperature remains equal to Tzars the curve representative of the temperatures T of the water in the section 12 as a function of the flow rate Q being formed by the segment Tta Ttb of FIG. 7.
If the flow rate Q exceeds the previous limit value, the temperature of the water delivered by the coil S will decrease and the variation in water temperature will follow a hyperbolic law (curve K in fig. 7, segment
T, b Tj), the curve K representing the variation of the temperature T1 in the pipe 9 as a function of the flow rate Q1.
When the temperature T1 reaches the threshold value Tj the head 33 causes the progressive opening of the shutter 32 and we then go to the third operating mode.
Operation with medium or strong water draw-off (fig. 6)
The draw-off flow rate Q is then such that the coil
S supplies hot water at flow rate Q1, the temperature T1 of which is lower than the threshold value Tj previously defined. As soon as the shutter 32 opens, the energized relay 26 stops the pump 24, so that q is canceled and the flow Q1 goes entirely to the pipe 2.
As a function of the value of T1 and of the law of response of the thermostatic valve 31, the opening of the shutter 32 establishes in the pipe 16 a flow rate Q in addition to the flow rate Q1. The flow rate Q consists of hot water at a practically constant temperature T, 2 coming from the upper part of the tank B.
In tee 18, the flow Q1 coming from the coil S and the flow Q coming from the tank B are added to give the sanitary withdrawal flow rate Q of a water whose temperature T3 is regulated by the law of mixtures, the latter being provided by tee 18. We then have Q = Q + Q.
An increase in the flow rate Q leads to an increase in the flow rate Q1 and consequently a lowering of the temperature T1 which in turn causes by action on the head 33 a larger opening of the shutter 32, the flow rate Q being adjusted between the values T, and Tk of the temperature T1 in accordance with the regulation law expressed in fig. 2. As the flow rate Q is clearly preponderant with respect to the flow Q1, the lowering of the temperature of the latter does not have an appreciable effect on the temperature of the flow Q which, for very wide variations, remains between values. neighboring T3 T10 (fig. 2).
Numerical example
In the case of a boiler 3 capable of supplying the coil S with 12 therms per hour, or 200 Kcal / minute, and for a characteristic K of the coil S reflecting the function T1 = f (Q1) as shown in fig. 7, the temperature T1 for a cold water supply temperature of 100 C, is given by the relation:
T1 = 10 + 200
Q1 liters / minute
On the other hand, it will be assumed that the temperature of the heating water in boiler 3 is 800 C, that tank B has a capacity of 75 liters and has been filled due to recycling with water at 700 C .
If we further assume that the losses are zero for simplicity, and that the response law of the valve 31 is as follows: For T1 700C, 70 C, Q2 =
For 70> T1> 400 C, Q = (170 - T) liters / minute
For T1 <400 C, Q = 30 liters / minute.
Under these conditions, the characteristic curve of the temperature T of the hot water sent to pipe 2 as a function of the flow rate Q (solid line curve in fig. 7) presents the numerical values indicated.
This curve has three sections:
Tia Tib section (from O to 2.8 liters / minute). Coil S alone supplies flow water Q1 whose temperature is equal to that (800 C) of boiler 3, until the maximum available power is reached (12 Th / h).
Section Tlb Tj (approximately 2.8 to 3.2 liters / minute), the flow rate Qt increasing, the temperature T1 follows the characteristic of the coil and therefore goes from 80 to 700 C approximately.
Section Tj T ,,. If the flow Q continues to increase, the temperature T1 in the pipe 9 becomes less than 700 C and the valve 31 comes into action to admit the flow Q coming from the tank B, the temperature decreasing very slightly from 700 C as the flow increases.
Calculation and experience show that the following numerical values are obtained during operation:
Serpentine contribution Balloon contribution Water withdrawn
Qi T1 Q T2 Q T
3.21 / mon 700 0 700 3.2 1 / min 700
4 stringer 600 10 700 14 I / mn 670
S 1 / mon 500 20 700 25 1 / mon 660
7 1 / mon 400 30 700 37 1 / mon 64.50
We see that the installation combines the advantages of instant hot water production systems and storage systems. Indeed, whatever the importance of a withdrawal, there is instantaneously and for as long as desired a limited flow of hot water at the maximum temperature.
Then, there is a large quantity of hot water and at an equally high flow rate at a temperature close to the maximum temperature until the hot water reserve of tank B is exhausted. available hot water is also greater than in the case of the storage system alone, since due to the thermostatic control, the flow from tank B is increased by the make-up formed by the flow from coil S.
In addition, the installation has the following additional advantages:
As the hot water reserve in tank B is reconstituted from the upper orifice 14, as is the withdrawal, it follows that at any new withdrawal at high flow rate, this hot water is used first. Its available volume is therefore all the greater the older the previous withdrawal.
The tank B can be constituted by a simple, very rustic, heat-insulated tank, with a very low cost price, since it must not withstand any overpressure and it does not include any heating device.
The law of mixing the flow rates Q3 and Q at the temperatures Tj, T2 respectively can be achieved as desired by means of the valve 32 by adjusting the position of the cell 37 which makes it possible to move the operating range, i.e. ie the position of the joints Tj Tk. It is also possible to act on the shape of the valve 51, which makes it possible to modify the response law Q = f (Tr) -
It is obvious that the invention is not limited to the embodiments described to which variants of execution can be made.
Thus, one can provide on the part of the pipe 9 between the branch 22 and the connector 18, a flow threshold detector 61 capable of providing servo-control of the pump 24 so as to stop the latter and to cancel the flow q as soon as a draw-off is carried out, which allows the entire flow of the coil S to be devoted to the water drawn off. It is also possible to provide that the detector 61 ignites the boiler burner as a priority in the event of draw-off .
The S coil can also be replaced by any other type of instantaneous heat exchanger.
On the other hand, according to another variant, the connection 22 of the recycling pipe 21 could be arranged upstream of the heat-sensitive head 33. However, the arrangement described above is preferred.
Also the connector 18 could be incorporated into the valve 31.
Finally, the tank B could also include an internal heating coil, with thermostatic control, through which a fraction of the water delivered by the boiler 3 passes, so as to reduce the time it takes for this tank to heat up.