FR2728960A1 - WALL MIXED GAS BOILER WITH MINI-BALLOON HOT WATER BATTERY - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte aux chaudières murales mixtes à gaz dontThe present invention relates to mixed gas wall boilers of which
la production d'eau chaude sanitaire se fait par l'intermédiaire d'un mini-ballon domestic hot water is produced via a mini-balloon
accumulateur de faible capacité.low capacity accumulator.
On sait que les chaudières murales à gaz sont désignées comme des chaudières mixtes si elles peuvent alimenter un circuit chauffage mais aussi produire de l'eau chaude sanitaire. Pour produire de l'eau chaude sanitaire en quantité suffisante et à une température désirée en fonction de l'usage, on utilise essentiellement deux types de générateurs, soit un échangeur instantané qui fournit l'eau chaude à la demande en quantité illimitée, soit un ballon d'accumulation qui stocke une certaine quantité d'eau chaude It is known that gas wall boilers are designated as mixed boilers if they can supply a heating circuit but also produce hot water. To produce domestic hot water in sufficient quantity and at a desired temperature depending on the use, two types of generators are essentially used, either an instantaneous heat exchanger that supplies hot water on demand in unlimited quantities, or a storage tank that stores a certain amount of hot water
préchauffée par l'appareil.preheated by the device.
Dans une chaudière mixte instantanée, la production d'eau chaude sanitaire instantanée est assurée soit par un échangeur à deux circuits séparés, l'un étant un circuit de chauffage et l'autre un circuit sanitaire, - soit par échangeur à un seul circuit associé à un petit échangeur. Celui-ci est alimenté en eau de chauffage par un circuit comportant un circulateur et, du côté du départ de la chaudière, une vanne trois voies. Cette vanne est commandée de façon hydrostatique par un dispositif In an instantaneous mixed boiler, the production of instantaneous hot water is ensured either by a heat exchanger with two separate circuits, one being a heating circuit and the other a sanitary circuit, or by a single circuit exchanger associated to a small exchanger. This is supplied with heating water by a circuit comprising a circulator and, on the outlet side of the boiler, a three-way valve. This valve is controlled hydrostatically by a device
déprimogène lorsqu'il y a puisage d'eau sanitaire. depressive when there is drawdown of sanitary water.
Ce mode de production est très économique pour le maximum de service possible et il présente l'avantage de pouvoir fournir de l'eau chaude sanitaire en quantité illimitée. Mais il présente aussi quelques inconvénients liés à des phénomènes physiques transitoires qui se répercutent au niveau de la température de l'eau puisée. Ainsi c'est le cas lors d'une variation du débit d'eau au cours d'un puisage ou quand après un bref arrêt du puisage, une augmentation de température est due à l'accumulation This mode of production is very economical for the maximum possible service and it has the advantage of being able to supply hot water in unlimited quantity. But it also has some disadvantages related to transient physical phenomena that affect the temperature of the water drawn. Thus it is the case when a variation of the flow of water during a drawing or when after a brief stop of the drawing, an increase of temperature is due to the accumulation
d'énergie dans l'échangeur.of energy in the exchanger.
En outre on note une instabilité de la température aux débits proches du débit seuil, qui résulte du cycle allumage - extinction du brûleur. Enfin il apparaît que le débit minimal prévu est souvent trop élevé pour les besoins de l'usager en faible débit, par exemple pour le lavage des In addition, there is an instability of the temperature at flow rates close to the threshold flow rate, which results from the ignition - extinguishing cycle of the burner. Finally, it appears that the minimum flow expected is often too high for the needs of the user in low flow, for example for the washing of
mains ou le rasage.hands or shave.
Un autre mode de production d'eau chaude qui élimine ces inconvénients, est le ballon d'accumulation renfermant un échangeur alimenté par l'eau de chauffage de la chaudière. Celle-ci est équipée d'une vanne trois voies commandée par l'aquastat du ballon. Lorsque ce dernier est en demande de chauffage, le circuit de chauffage est dérivé Another way of producing hot water that eliminates these disadvantages is the storage tank containing an exchanger fed by the heating water of the boiler. It is equipped with a three-way valve controlled by the tank aquastat. When the latter is in heating demand, the heating circuit is derived
sur l'échangeur du ballon et la chaudière est mise en route. on the exchanger of the balloon and the boiler is started.
Si on limite ainsi les inconvénients liés aux phénomènes transitoires évoqués pour les appareils instantanés, on doit cependant considérer qu'il y a une limitation de la quantité d'eau chaude sanitaire disponible qui est directement liée à la capacité du ballon de stockage, c'est-à-dire à son dimensionnement, ainsi qu'à son pouvoir de remontée en température. Les générateurs d'eau chaude sanitaire à accumulation sont donc connus pour leur confort sanitaire à condition que leur capacité de stockage soit suffisante, par If the disadvantages of the transient phenomena mentioned for instantaneous devices are thus limited, it must however be considered that there is a limitation of the amount of sanitary hot water available which is directly related to the capacity of the storage tank. that is to say, its dimensioning, as well as its power of rise in temperature. The sanitary hot water storage generators are therefore known for their sanitary comfort provided that their storage capacity is sufficient, by
exemple supérieure à 80 litres.example greater than 80 liters.
Dans le cas d'un ballon ayant une faible capacité, par exemple 50 litres à une consigne de 60 C, lors d'un puisage de 4 minutes, l'échangeur du ballon n'aurait pas le temps de réchauffer le volume d'eau froide qui y pénètre en remplacement. On connaît un système intermédiaire qui consiste à associer une chaudière mixte instantanée avec un ballon d'accumulation d'eau chaude associé. Dans ce cas une pompe destinée à l'eau chaude sanitaire, et commandée par l'aquastat du ballon, puise de l'eau dans celui-ci et l'envoie dans la chaudière sur le circuit d'eau chaude sanitaire. La chaudière mixte instantanée se comporte alors comme dans le cas d'un sous-tirage d'eau chaude sanitaire et In the case of a balloon having a small capacity, for example 50 liters at a set point of 60 C, during a 4 minutes draw, the exchanger of the balloon would not have time to warm up the volume of water cold that enters in replacement. An intermediate system is known which involves associating an instantaneous mixed boiler with an associated hot water storage tank. In this case a pump for domestic hot water, and controlled by the aquastat of the balloon, draws water into it and sends it into the boiler on the domestic hot water circuit. The instantaneous mixed boiler then behaves as in the case of a drawdown of domestic hot water and
l'eau réchauffée est renvoyée vers le ballon. the heated water is returned to the balloon.
Mais pour que cette quantité d'eau chaude devienne illimitée au sens du besoin de l'utilisateur, il faudrait que le dimensionnement du ballon et le temps de régénération en eau chaude, permettent des puisages successifs ou simultanés sans variation de la température de l'eau chaude sanitaire. La Demanderesse s'est donc attachée à trouver une solution qui allie les avantages à la fois de la production instantanée et de la production par accumulation, en limitant les inconvénients de chacun, notamment en ce qui concerne les variations de température d'eau puisée, liées But for this amount of hot water to become unlimited in the sense of the need of the user, it would be necessary that the design of the balloon and the regeneration time in hot water, allow successive or simultaneous drawings without variation of the temperature of the hot water. The Applicant has therefore endeavored to find a solution that combines the advantages of both instantaneous production and production by accumulation, limiting the disadvantages of each, especially with regard to variations in the temperature of the water drawn, linked
aux phases transitoires.transient phases.
L'invention a donc pour objet une chaudière murale mixte à gaz comportant un corps de chauffe alimentant un circuit de chauffage équipé de radiateurs et comportant aussi un échangeur sanitaire principal chauffé par ledit corps de chauffe, auquel arrive de l'eau froide et qui distribue l'eau chaude sanitaire par un robinet de puisage, une vanne trois voies orientant l'eau du circuit de chauffage vers un circuit court sanitaire, lors d'un puisage, chaudière selon laquelle un mini-ballon accumulateur de faible capacité est interposé dans le conduit de départ distribuant l'eau chaude provenant de l'échangeur sanitaire principal vers le robinet de puisage, un dispositif d'apport thermique complémentaire destiné à compenser des déperditions thermiques étant prévu pour le réchauffage du mini- ballon. Selon une caractéristique particulière de l'invention le dispositif d'apport thermique complémentaire est constitué d'un petit échangeur de réchauffage du mini-ballon monté dans le circuit court sanitaire, entre la vanne trois voies et une canalisation de The subject of the invention is therefore a gas-fired wall-mounted boiler comprising a heating element supplying a heating circuit equipped with radiators and also comprising a main sanitary exchanger heated by said heating body, to which cold water comes in and which distributes domestic hot water by a tap, a three-way valve directing the water of the heating circuit to a short circuit sanitary, during a drawing, boiler that a mini-balloon accumulator of low capacity is interposed in the starting duct distributing the hot water from the main sanitary exchanger to the tap, a complementary heat supply device for compensating for heat losses being provided for heating the mini-balloon. According to a particular characteristic of the invention, the supplementary thermal supply device consists of a small heat exchanger for heating the mini-balloon mounted in the sanitary short circuit, between the three-way valve and a pipe of
retour d'eau de chauffage.return of heating water.
Selon une autre caractéristique de l'invention le dispositif d'apport thermique complémentaire est constitué According to another characteristic of the invention, the supplementary thermal supply device is constituted
par une petite résistance électrique. by a small electrical resistance.
L'invention s'applique aux deux variantes de chaudières mixtes, les chaudières à deux circuits et les The invention applies to both variants of mixed boilers, dual circuit boilers and
chaudières à un seul circuit.single circuit boilers.
Dans le cas des chaudières à deux circuits, le mini-ballon accumulateur est raccordé par le conduit de départ d'eau sanitaire directement à l'échangeur sanitaire In the case of two-circuit boilers, the mini-storage tank is connected via the sanitary water supply line directly to the sanitary exchanger.
principal localisé dans le corps de chauffe de l'appareil. main located in the heater body of the device.
Dans le cas des chaudières à un seul circuit, le mini-ballon accumulateur est raccordé par le conduit du départ d'eau sanitaire à l'échangeur sanitaire principal placé à l'extérieur du corps de chauffe de l'appareil, le circuit court sanitaire desservant également ledit échangeur In the case of single-circuit boilers, the mini-storage tank is connected via the domestic water supply line to the main sanitary exchanger located outside the heater unit, the sanitary short circuit. also serving said exchanger
sanitaire principal.main health unit.
D'autres caractéristiques et avantages de Other features and benefits of
l'invention ressortiront de la description qui va suivre the invention will emerge from the description which follows
d'exemples de réalisation dans lesquels on fait référence à trois figures qui représentent schématiquement aux figures 1 et 2 une chaudière mixte instantanée à deux circuits avec mini accumulation et à la figure 3 une chaudière mixte examples of embodiments in which reference is made to three figures which show schematically in FIGS. 1 and 2 a two-circuit instantaneous mixed boiler with mini-accumulation and in FIG.
instantanée à un seul circuit avec mini accumulation. instantaneous single circuit with mini accumulation.
La figure 1 illustre une chaudière mixte instantanée à deux circuits, équipée d'un mini-ballon accumulateur. La chaudière comporte un corps de chauffe 1 chauffé par un brûleur 2 alimenté en gaz par l'intermédiaire d'une électrovalve à gaz non représentée. Le corps de chauffe alimente des radiateurs de chauffage 3 par un circuit de départ chauffage 4 sur lequel est intercalé une vanne trois voies 5. La canalisation 6 fait retour au corps de chauffe en aval des radiateurs, l'eau circulant dans le sens des flèches grâce à une pompe de circulation 14. Le corps de chauffe 1 est également traversé par un échangeur sanitaire principal 7 alimenté par un conduit d'arrivée d'eau froide 8. L'échangeur 7 distribue l'eau chaude sanitaire, par un conduit de départ 9, vers un mini-ballon accumulateur 10 d'une capacité comprise entre 6 litres et 20 litres, selon la puissance de l'appareil. L'eau chaude sanitaire est soutirée du mini-ballon par le robinet de puisage 11, un détecteur 17 de puisage en débit sanitaire FIG. 1 illustrates a two-circuit instantaneous mixed boiler equipped with a mini-storage tank. The boiler comprises a heating body 1 heated by a burner 2 supplied with gas via a gas solenoid valve not shown. The heating element supplies heating radiators 3 via a heating flow circuit 4 on which a three-way valve 5 is inserted. Line 6 returns to the heating body downstream of the radiators, the water circulating in the direction of the arrows. by a circulation pump 14. The heating body 1 is also traversed by a main sanitary exchanger 7 fed by a cold water inlet pipe 8. The exchanger 7 distributes the domestic hot water, through a conduit of starting 9, to a mini-storage tank 10 with a capacity of between 6 liters and 20 liters, depending on the power of the device. Domestic hot water is withdrawn from the mini-balloon by the tap 11, a detector 17 draw in sanitary flow
étant prévu en amont.being planned upstream.
Entre la vanne trois voies 5 du circuit chauffage et la canalisation 6 de retour d'eau de chauffage est branché un circuit court sanitaire 12 portant un petit Between the three-way valve 5 of the heating circuit and the heating water return line 6 is connected a short circuit 12 carrying a small
échangeur 13 de réchauffage localisé à l'intérieur du mini- heat exchanger 13 located inside the mini
ballon 10. On notera aussi qu'un capteur de température 15 est placé sur le conduit 9 de départ d'eau sanitaire, à proximité de l'échangeur 7 et qu'un autre capteur de 10. It will also be noted that a temperature sensor 15 is placed on the sanitary water outlet pipe 9, close to the exchanger 7 and that another sensor of
température 16 est disposé dans le mini-ballon 10. temperature 16 is disposed in the mini-balloon 10.
La chaudière fonctionne de la façon suivante: Quand l'utilisateur ouvre le robinet de puisage 11, et que le débit d'eau chaude sanitaire demandé est supérieur au débit seuil, alors la vanne trois voies 5 est commutée de sa position préalable pour laquelle elle alimentait les radiateurs 3, vers l'autre position pour The boiler operates as follows: When the user opens the tap 11, and the flow of hot water requested is greater than the threshold flow, then the three-way valve 5 is switched from its previous position for which it fed the radiators 3, to the other position for
laquelle l'eau du circuit 4 passe par le circuit court 12. which water of the circuit 4 passes through the short circuit 12.
Le brûleur 2 est allumé et l'eau sanitaire contenue dans le mini-ballon 10 est remplacée en eau chaude par l'échangeur sanitaire principal 7 et le conduit 9. Au cours de cette phase, la chaudière se comporte exactement comme une chaudière mixte instantanée, sans ballon associé. Toute The burner 2 is lit and the domestic water contained in the mini-flask 10 is replaced with hot water by the main sanitary exchanger 7 and the duct 9. During this phase, the boiler behaves exactly as an instant mixed boiler , without associated balloon. all
l'eau chaude issue de l'échangeur 7, passe donc par le mini- the hot water coming from the exchanger 7, thus passes through the mini
ballon 10 dont la capacité en eau permet d'amortir, jusqu'à les annuler, les variations de température à la sortie dudit échangeur sanitaire principal. C'est à partir des données fournies par le capteur 15 qu'est assurée la régulation de la température d'eau chaude sanitaire, le capteur 16 du balloon 10 whose water capacity can dampen, until canceled, the temperature variations at the outlet of said main sanitary exchanger. It is from the data provided by the sensor 15 that the regulation of the domestic hot water temperature is ensured, the sensor 16 of the
mini-ballon étant inhibé.mini-balloon being inhibited.
Quand il y a arrêt de ce puisage, la vanne 5 commute le circuit 4 vers les radiateurs 3, en hiver, ou la chaudière s'arrête en été. Puisque le mini-ballon 10 a été alimenté directement par l'eau chaude de l'échangeur sanitaire principal 7, il n'est pas nécessaire de poursuivre le réchauffage de l'eau du mini-ballon contrairement à un When this drawdown is stopped, the valve 5 switches the circuit 4 to the radiators 3, in winter, or the boiler stops in summer. Since the mini-balloon 10 has been fed directly by the hot water of the main sanitary exchanger 7, it is not necessary to continue heating the water of the mini-balloon contrary to a
système à accumulation.accumulation system.
Lorsqu'il n'y a pas de puisage d'eau chaude sanitaire pendant un certain temps, la température moyenne du mini-ballon 10 mesurée par le capteur 16, devient inférieure à un seuil. L'allumage du brûleur 2 à puissance minimum est alors commandé de même que la commutation du circuit 4 au circuit 12 en hiver, ou le démarrage de la pompe en été. Grâce au petit échangeur 13, le mini-ballon est donc réchauffé et lorsque l'eau a de nouveau atteint sa température de consigne, le capteur 16 commande l'arrêt du brûleur et de la pompe en été ou la commutation de la chaudière en mode chauffage en hiver. Le capteur 16 When there is no drawing of domestic hot water for a certain time, the average temperature of the mini-tank 10 measured by the sensor 16, becomes less than a threshold. The ignition of the burner 2 at minimum power is then controlled as well as the switching of the circuit 4 to the circuit 12 in winter, or the pump start in summer. Thanks to the small heat exchanger 13, the mini-balloon is warmed up and when the water has reached its target temperature again, the sensor 16 controls the shutdown of the burner and the pump in summer or the switching of the boiler in mode heating in winter. The sensor 16
fonctionne ainsi comme un aquastat de ballon. works like a balloon aquastat.
Un autre cas est celui d'un puisage d'eau à faible débit ou de très courte durée. Si le débit est inférieur au débit seuil, il y a déstockage d'une partie de l'eau du mini-ballon sans qu'il y ait nécessairement allumage du Another case is that of a water draw with a low flow rate or a very short duration. If the flow rate is lower than the threshold flow rate, some of the water of the mini-balloon is destocked without the
brleur. Par contre si la température de l'eau du mini- burner. On the other hand, if the temperature of the water of the
ballon vient à chuter au dessous de la température seuil, il y a commande du brQleur comme dans le cas d'un puisage à plus grand débit. Mais si le temps de puisage est court, compte tenu de la capacité en eau du mini-ballon, il n'y aura pas lieu de le réchauffer par l'intermédiaire du petit balloon falls below the threshold temperature, there is control of the burner as in the case of a drawdown at higher flow. But if the time of drawing is short, considering the water capacity of the mini-balloon, there will be no need to heat it through the small
échangeur 13.exchanger 13.
Dans la variante représentée à la figure 2, l'échangeur de réchauffage est remplacé par une petite résistance électrique 18 alimentée par le réseau, In the variant shown in Figure 2, the heat exchanger is replaced by a small electrical resistance 18 fed by the network,
indépendamment du circuit court sanitaire. independently of the sanitary short circuit.
Cette résistance est suffisante pour compenser des déperditions thermiques de l'ordre de 20 W à 100 W et le capteur 16 du mini-ballon 10, qui se comporte comme un aquastat commande l'alimentation de cette résistance lorsque la température de l'eau est descendue au-dessous d'un seuil fixé, et la coupe lorsque l'eau est réchauffée au-dessus This resistance is sufficient to compensate for thermal losses of the order of 20 W to 100 W and the sensor 16 of the mini-balloon 10, which behaves like an aquastat controls the supply of this resistance when the water temperature is dropped below a set threshold, and the cup when the water is warmed up above
d'un autre seuil donné.another threshold.
L'intérêt de cette résistance électrique de faible puissance est d'éviter d'allumer le brQleur et donc de délivrer une puissance de plusieurs kilowatts alors que le besoin est de l'ordre de la centaine de watts. En effet toute la puissance qui n'est pas utilisée par le ballon est perdue à travers les parois de la chaudière et par les gaz de combustion. Le réchauffage par résistance est donc plus économe en énergie. De plus la régulation de la température à l'intérieur du ballon est beaucoup plus fine puisqu'on apporte juste l'énergie nécessaire pour compenser les pertes thermiques. Un autre avantage est que le volume du petit échangeur 13 selon le cas de la figure 1 est remplacé par le même volume d'eau. Ainsi pour un encombrement identique, la capacité de stockage est augmentée du volume du petit échangeur, et le bilan économique de cette variante est favorable puisque la résistance est moins coûteuse qu'un The advantage of this low power electrical resistance is to avoid igniting the burner and thus deliver a power of several kilowatts while the need is of the order of one hundred watts. Indeed all the power that is not used by the balloon is lost through the walls of the boiler and the combustion gases. Resistance heating is therefore more energy efficient. In addition, the regulation of the temperature inside the balloon is much finer since it provides just the energy necessary to compensate for heat losses. Another advantage is that the volume of the small exchanger 13 according to the case of Figure 1 is replaced by the same volume of water. Thus, for identical dimensions, the storage capacity is increased by the volume of the small heat exchanger, and the economic balance of this variant is favorable since the resistance is less expensive than
échangeur avec ses raccords.exchanger with its fittings.
Une autre réalisation est représentée à la figure 3. Elle montre une installation d'une chaudière murale mixte instantanée à un seul circuit avec aussi un mini-ballon d'accumulation. Les mêmes éléments portent les mêmes références qu'à la figure 1. Le corps de chauffe 1 ne renferme pas d'échangeur sanitaire principal. Celui-ci est cette fois disposé extérieurement au corps de chauffe. Il se présente comme un petit échangeur 7 à coupelle ou à plaque Another embodiment is shown in Figure 3. It shows an installation of a single-circuit instantaneous mixed wall boiler with also a mini-storage tank. The same elements have the same references as in Figure 1. The heater 1 does not contain a main heat exchanger. This one is this time disposed externally to the heating body. It is presented as a small exchanger 7 with cup or plate
compacte alimenté par un conduit d'arrivée d'eau froide 8. compact powered by a cold water inlet 8.
Il distribue l'eau chaude sanitaire au mini-ballon 10 par le conduit de départ 9. Dans cette variante on retrouve la vanne trois voies 5 dans le circuit de départ chauffage 4 mais l'autre circuit court 12 de la vanne trois voies dessert l'échangeur sanitaire principal 7 et le petit It distributes the domestic hot water to the mini-tank 10 via the starting pipe 9. In this variant, the three-way valve 5 is found in the heating flow circuit 4, but the other short circuit 12 of the three-way valve serves the main sanitary exchanger 7 and the small
échangeur 13.exchanger 13.
Le fonctionnement est identique à celui The operation is identical to that
précédemment décrit-previously described
Ces chaudières à mini-ballon présentent des avantages économiques indéniables. En effet un mini-ballon est plus compact qu'un ballon normal et peut donc être intégré dans l'encombrement standard d'une chaudière instantanée. En outre il coûte moins cher. De même son petit échangeur 13 est moins volumineux et moins cher aussi que celui placé dans le ballon de 50 litres ou plus. De plus la chaudière à mini accumulation fait l'économie de la pompe de These mini-balloon boilers have undeniable economic advantages. Indeed a mini-balloon is more compact than a normal balloon and can be integrated into the standard size of an instant boiler. In addition it costs less. Similarly its small exchanger 13 is less bulky and cheaper than the one placed in the ball of 50 liters or more. In addition the boiler with mini accumulation saves the pump of
recirculation sanitaire.sanitary recirculation.
Par ailleurs une telle chaudière instantanée à mini-ballon résoud le problème d'inconfort sanitaire lié à l'instantané tout en conservant les avantages économiques et Moreover, such an instant mini-balloon boiler solves the problem of sanitary discomfort related to the instantaneous while preserving the economic and
de compacité puisqu'elle permet de soutirer de l'eau chaude sanitaire en quantité illimitée à une température aussi stable que celle fournie par une chaudière à accumulation,5 sans avoir recours à un ballon de grande capacité. compactness since it allows to draw sanitary water in unlimited quantities at a temperature as stable as that provided by an accumulation boiler, 5 without using a large capacity balloon.
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