FR2942299A1 - HOT WATER DISPENSING SYSTEM HAVING GAS PRESSURE ACCUMULATION BALLOON - Google Patents
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Abstract
Ce système de distribution d'eau chaude comporte un ballon d'accumulation (1) partiellement rempli d'eau chaude (4) sous pression d'un gaz (5) comprimé, ce ballon d'accumulation comprenant au moins : - une entrée (6) d'eau chaude ; - une sortie (7) d'eau chaude alimentant un réseau de distribution (8) ; et - des moyens (13, 11) pour faire varier la pression dudit gaz (5) dans ledit ballon d'accumulation (1).This hot water distribution system comprises an accumulation tank (1) partially filled with hot water (4) under pressure of a compressed gas (5), this storage tank comprising at least: - an inlet ( 6) hot water; an outlet (7) for hot water supplying a distribution network (8); and means (13, 11) for varying the pressure of said gas (5) in said storage tank (1).
Description
Arrière-plan de l'invention L'invention se situe dans le domaine des réseaux de distribution d'eau chaude sanitaire. BACKGROUND OF THE INVENTION The invention is in the field of hot water distribution networks.
La figure 1A représente un premier système de distribution d'eau chaude sous pression connu de l'art antérieur, dans lequel de l'eau stockée dans un château d'eau 100 alimente un ballon d'accumulation d'eau 110 constamment rempli. Ce ballon d'accumulation 110 comporte des moyens de chauffage 130, l'alimentation en eau froide se faisant classiquement par le bas du ballon d'accumulation, l'eau chaude étant puisée dans la partie supérieure, selon le principe de la stratification thermique. Le ballon d'accumulation 110 est à la pression du réseau d'alimentation d'eau froide, typiquement d'au moins 400 kPa. Fig. 1A shows a first known pressurized hot water delivery system of the prior art, wherein water stored in a water tower 100 feeds a constantly filled water storage tank 110. This storage tank 110 comprises heating means 130, the cold water supply being conventionally made from the bottom of the storage tank, the hot water being drawn from the upper part, according to the principle of thermal stratification. The storage tank 110 is at the pressure of the cold water supply network, typically at least 400 kPa.
Un circulateur 150 assure la distribution d'eau chaude dans le réseau 8, ce réseau pouvant être à usages divers et notamment comporter des douches, baignoires, éviers, aussi bien en installations industrielles qu'en habitations individuelles ou collectives, immeubles, hôtels ... A circulator 150 distributes hot water in the network 8, this network can be used for various purposes and include showers, baths, sinks, both in industrial facilities in single or collective housing, buildings, hotels .. .
Dans un tel système, le mélange d'eau chaude et d'eau froide dans le ballon d'accumulation 110 entraîne une perte thermique importante, la stratification thermique à l'intérieur du ballon d'accumulation d'eau chaude 110 s'atténuant fortement, parfois même jusqu'à disparaître, lorsque des quantités d'eau chaude importantes sont retirées du ballon d'accumulation. La figure 1B représente un deuxième système de distribution d'eau chaude sous pression connu de l'art antérieur, dans lequel le ballon d'eau chaude 110, sous pression atmosphérique, est partiellement rempli d'air 115. Dans un tel système, une pompe de distribution 120 est placée en aval du ballon d'eau chaude 110. Dans un tel système, la pompe de distribution 120, quand elle doit générer un écart de pression important entre son aspiration et son refoulement, typiquement de l'ordre de 500 kPa à 1000 kPa consomme une énergie très significative, de l'ordre de 2 à 3 kJ/kg d'eau circulée. In such a system, the mixture of hot and cold water in the storage tank 110 causes a significant heat loss, the thermal stratification inside the hot water storage tank 110 being strongly attenuated. , sometimes even disappearing, when large amounts of hot water are removed from the storage tank. FIG. 1B represents a second known hot water pressure distribution system of the prior art, in which the hot water tank 110, under atmospheric pressure, is partially filled with air 115. In such a system, a dispensing pump 120 is placed downstream of the hot water tank 110. In such a system, the dispensing pump 120, when it must generate a large pressure difference between suction and discharge, typically of the order of 500 kPa at 1000 kPa consumes a very significant energy, of the order of 2 to 3 kJ / kg of circulated water.
L'invention vise un système de distribution d'eau chaude qui ne présente pas les inconvénients des systèmes présentés ci-dessus. The invention relates to a hot water distribution system that does not have the disadvantages of the systems presented above.
Objet et résumé de l'invention Object and summary of the invention
Plus précisément, l'invention concerne un système de distribution d'eau chaude comportant : - un ballon d'accumulation partiellement rempli d'eau chaude sous pression d'un gaz comprimé, ce ballon d'accumulation comportant au moins une entrée d'eau chaude et une sortie d'eau chaude permettant d'alimenter un réseau de distribution ; et - des moyens pour faire varier la pression du gaz comprimé dans le ballon d'accumulation. Le système de distribution d'eau chaude selon l'invention est très intéressant du point de vue énergétique, et ce pour les raisons suivantes. Tout d'abord, il est remarquable de constater que le ballon d'accumulation ne contient que de l'eau chaude, ce qui diminue fortement les pertes thermiques dues au mélange entre l'eau chaude et l'eau froide lors du soutirage. Grâce à l'invention, des quantités importantes d'eau chaude peuvent être soutirées du ballon d'accumulation, ce qui présente un avantage important par rapport aux systèmes à stratification thermique. Par ailleurs, de façon très avantageuse, le ballon peut être partiellement rempli tout en étant à une pression supérieure à la pression atmosphérique, ce qui évite d'utiliser une pompe de distribution consommatrice en énergie, celle-ci pouvant être remplacée par un simple circulateur. Dans un mode particulier de réalisation, le système de distribution d'eau chaude selon l'invention comporte un réservoir de gaz comprimé connecté au ballon d'accumulation par au moins une canalisation équipée d'une vanne apte à réguler le transfert de gaz dans ladite canalisation. Le système de distribution selon l'invention comporte préférentiellement un compresseur permettant d'augmenter la pression de gaz comprimé dans le réservoir. Dans un mode particulier de réalisation, le système de distribution d'eau chaude selon l'invention comporte des moyens pour transférer du gaz du réservoir d'air comprimé vers le ballon d'accumulation 2 d'eau chaude lorsque la pression du gaz dans le ballon d'accumulation diminue en raison de la baisse du volume d'eau chaude dans le ballon d'accumulation pour l'alimentation du réseau de distribution. Dans un mode particulier de réalisation, le système de distribution d'eau chaude selon l'invention comporte des moyens pour transférer du gaz du ballon d'accumulation d'eau chaude vers le réservoir d'air comprimé lorsque la pression du gaz dans le ballon d'accumulation augmente en raison du remplissage du ballon d'accumulation en eau chaude. More specifically, the invention relates to a hot water distribution system comprising: - a storage tank partially filled with hot water under pressure of a compressed gas, this storage tank comprising at least one water inlet hot and a hot water outlet for supplying a distribution network; and means for varying the pressure of the compressed gas in the storage tank. The hot water distribution system according to the invention is very interesting from the energy point of view, for the following reasons. First of all, it is remarkable to note that the storage tank contains only hot water, which greatly reduces the heat losses due to the mixing between hot and cold water during racking. Thanks to the invention, large amounts of hot water can be withdrawn from the storage tank, which has a significant advantage over thermally stratified systems. Furthermore, very advantageously, the balloon can be partially filled while being at a pressure greater than atmospheric pressure, which avoids using a fuel-consuming dispensing pump, which can be replaced by a simple circulator . In a particular embodiment, the hot water dispensing system according to the invention comprises a compressed gas reservoir connected to the storage tank by at least one pipe equipped with a valve adapted to regulate the transfer of gas in said pipe. The dispensing system according to the invention preferably comprises a compressor for increasing the pressure of compressed gas in the tank. In a particular embodiment, the hot water distribution system according to the invention comprises means for transferring gas from the compressed air tank to the hot water storage tank 2 when the pressure of the gas in the accumulation tank decreases due to the decrease of the volume of hot water in the storage tank for the supply of the distribution network. In a particular embodiment, the hot water distribution system according to the invention comprises means for transferring gas from the hot water storage tank to the compressed air tank when the gas pressure in the balloon accumulation increases due to the filling of the storage tank with hot water.
Ce mode de réalisation permet avantageusement de diminuer l'énergie consommée par le compresseur mentionné ci-dessus. This embodiment advantageously makes it possible to reduce the energy consumed by the compressor mentioned above.
Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - les figures 1A et 1B, déjà décrites, représentent deux systèmes de distribution d'eau chaude de l'art antérieur ; - la figure 2 représente un système de distribution d'eau chaude conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; et la figure 3 représente un système de distribution d'eau chaude conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other features and advantages of the present invention will emerge from the description given below, with reference to the accompanying drawings which illustrate an embodiment having no limiting character. In the figures: FIGS. 1A and 1B, already described, represent two hot water distribution systems of the prior art; - Figure 2 shows a hot water distribution system according to a first embodiment of the invention; and Figure 3 shows a hot water distribution system according to a second embodiment of the invention.
Description détaillée d'un mode de réalisation La figure 2 représente un système de distribution d'eau chaude conforme à un premier mode de réalisation de l'invention. DETAILED DESCRIPTION OF ONE EMBODIMENT FIG. 2 represents a hot water distribution system according to a first embodiment of the invention.
Ce système comporte un ballon d'accumulation 1 partiellement rempli d'eau chaude 4, sous pression d'un volume de gaz 5, par exemple de l'air. Contrairement au ballon d'accumulation 110 de l'art antérieur, le ballon d'accumulation 1 ne contient pas d'eau froide. This system comprises an accumulation tank 1 partially filled with hot water 4, under pressure of a volume of gas 5, for example air. Unlike the storage tank 110 of the prior art, the storage tank 1 does not contain cold water.
Dans l'exemple décrit ici, l'eau chaude 4 occupe initialement 70% du ballon d'accumulation 1, la pression du gaz 5 étant de 500 kPa. In the example described here, the hot water 4 initially occupies 70% of the storage tank 1, the pressure of the gas 5 being 500 kPa.
Lorsque l'on soutire de l'eau chaude du ballon d'accumulation 1 pour alimenter le réseau d'eau chaude 8, la pression dans le ballon d'accumulation 1 diminue en fonction du volume d'eau chaude soutiré. Le système de distribution d'eau chaude selon l'invention comporte des moyens pour ajuster la pression dans le ballon d'accumulation d'eau chaude 1. A cet effet, dans le mode de réalisation décrit ici, le ballon d'accumulation 1 est relié, par une canalisation 14, à un réservoir de gaz 2, (en l'occurrence un réservoir d'air), la pression du gaz dans le réservoir 2 étant supérieure à la pression du gaz dans le ballon d'accumulation 1. Dans l'exemple de réalisation décrit ici, la pression dans le réservoir de gaz 2 est d'environ 700 kPa. Dans le mode de réalisation décrit ici, le système de distribution d'eau chaude selon l'invention décrit ici comporte, sur la canalisation 14, une électrovanne 13, permettant de transférer du gaz sous pression du réservoir de gaz 2 vers le ballon d'accumulation d'eau chaude 1. Dans l'exemple de réalisation décrit ici, le système de distribution d'eau chaude selon l'invention comporte un régulateur de pression 12 placé lui aussi sur la canalisation 14, connecté à un contrôleur 20. Lorsque la pression dans le ballon d'accumulation d'eau chaude 1 mesurée par le régulateur de pression 12 diminue, ou lorsqu'elle devient inférieure à une valeur seuil déterminée, le contrôleur 20 : - agit sur l'électrovanne 13 pour transférer du gaz sous pression du réservoir 2 vers le ballon d'accumulation 1, de manière à y rétablir la pression initiale d'environ 500 kPa ; et - commande un compresseur 3 pour rétablir la pression initiale d'environ 700 kPa dans le réservoir de gaz 2. Dans le mode de réalisation décrit ici, l'eau chaude est produite par des moyens non représentés (capteurs solaires, pompe à chaleur, chaudière), ces moyens de production d'eau chaude étant reliés au ballon d'accumulation 1 par une canalisation 6, de façon à rétablir un niveau de remplissage cible en liquide, par exemple 70%. La pression augmente dans le ballon d'accumulation 1 lorsqu'on le remplit d'eau chaude. Dans le mode de réalisation décrit ici, le ballon d'accumulation d'eau chaude 1 comporte un robinet pressostatique 9, pour rejeter de l'air vers l'extérieur afin de limiter l'augmentation de pression à un niveau déterminé, par exemple 800 kPa. Dans le mode de réalisation décrit ici, le ballon d'accumulation 1 et le réservoir 2 sont en outre protégés des surpressions par des soupapes 11 et 15, tarées à la pression maximum de fonctionnement de chacun de ces équipements. La circulation dans le réseau d'eau chaude 8 est facilitée par un circulateur 10 placé, en sortie du ballon d'accumulation 1, sur une canalisation 7. When hot water is withdrawn from the storage tank 1 to supply the hot water network 8, the pressure in the storage tank 1 decreases as a function of the volume of hot water withdrawn. The hot water distribution system according to the invention comprises means for adjusting the pressure in the hot water storage tank 1. For this purpose, in the embodiment described here, the storage tank 1 is connected, by a pipe 14, to a gas tank 2, (in this case an air tank), the pressure of the gas in the tank 2 being greater than the pressure of the gas in the storage tank 1. In the embodiment described here, the pressure in the gas tank 2 is about 700 kPa. In the embodiment described here, the hot water distribution system according to the invention described here comprises, on the pipe 14, a solenoid valve 13, for transferring gas under pressure from the gas tank 2 to the balloon. accumulation of hot water 1. In the embodiment described here, the hot water distribution system according to the invention comprises a pressure regulator 12 also placed on the pipe 14, connected to a controller 20. When the pressure in the hot water storage tank 1 measured by the pressure regulator 12 decreases, or when it becomes less than a determined threshold value, the controller 20: - acts on the solenoid valve 13 to transfer gas under pressure from tank 2 to storage tank 1, so as to restore the initial pressure of about 500 kPa; and - controls a compressor 3 to restore the initial pressure of about 700 kPa in the gas tank 2. In the embodiment described here, the hot water is produced by means not shown (solar collectors, heat pump, boiler), these means for producing hot water being connected to the accumulation tank 1 by a pipe 6, so as to restore a target filling level in liquid, for example 70%. The pressure increases in the storage tank 1 when filled with hot water. In the embodiment described here, the hot water storage tank 1 comprises a pressure tap 9, for discharging air to the outside in order to limit the pressure increase to a determined level, for example 800. kPa. In the embodiment described here, the storage tank 1 and the tank 2 are further protected from overpressures by valves 11 and 15, calibrated at the maximum operating pressure of each of these equipment. The circulation in the hot water network 8 is facilitated by a circulator 10 placed at the outlet of the accumulation tank 1, on a pipe 7.
Le système de distribution d'eau chaude selon l'invention est très intéressant du point de vue énergétique. Tout d'abord, il est remarquable de constater que le ballon d'accumulation 1 ne contient que de l'eau chaude. Mais surtout, de façon très avantageuse, du fait de la pression dans le ballon d'accumulation d'eau chaude 1, il n'est pas besoin de pompe de distribution consommatrice en énergie, un simple circulateur 10 étant suffisant. Il est intéressant de comparer, le système de distribution d'eau chaude selon l'invention avec un système conventionnel de distribution par pompe pour une installation dans un hôtel dans lesquels la consommation d'eau chaude est d'environ 10.000 kg par jour. The hot water distribution system according to the invention is very interesting from the energy point of view. First of all, it is remarkable to note that the accumulation tank 1 contains only hot water. But above all, very advantageously, because of the pressure in the hot water storage tank 1, there is no need for energy-consuming dispensing pump, a simple circulator 10 being sufficient. It is interesting to compare the hot water distribution system according to the invention with a conventional pump delivery system for installation in a hotel in which the hot water consumption is about 10,000 kg per day.
a/ Système de distribution conventionnel Il a été précisé que dans le système de l'art antérieur représenté à la figure 1B, la pompe de distribution 120 consomme environ 2 à 3 kJ/kg d'eau circulée, soit une consommation totale de 20 MJ. a / Conventional dispensing system It has been pointed out that in the system of the prior art shown in FIG. 1B, the dispensing pump 120 consumes approximately 2 to 3 kJ / kg of circulated water, ie a total consumption of 20 MJ .
b/ Système de distribution selon ce premier mode de réalisation de l'invention Le circulateur 10 utilisé dans l'invention consomme 0,02M/kg d'eau circulée (environ cent fois moins d'énergie que la pompe de distribution 120), soit une consommation totale de 20kJ. Par ailleurs, il a été mesuré qu'il fallait environ 25 kg d'air pour distribuer les 10.000 kg d'eau (rapport de 1 à 400). b / Dispensing system according to this first embodiment of the invention The circulator 10 used in the invention consumes 0.02M / kg of circulated water (about a hundred times less energy than the dispensing pump 120), or a total consumption of 20kJ. In addition, it was measured that it took about 25 kg of air to distribute the 10,000 kg of water (ratio of 1 to 400).
Or, un compresseur du type du compresseur 3, consomme de 150 à 180 kJ/kg de gaz à comprimer, sur écart de pression de 500 à 1000 kPa, soit environ 4,5 MJ dans cet exemple. c/ Conclusion However, a compressor of the type of the compressor 3 consumes 150 to 180 kJ / kg of gas to be compressed, over a pressure difference of 500 to 1000 kPa, or about 4.5 MJ in this example. c / Conclusion
Le système de distribution d'eau chaude selon ce premier mode de réalisation de l'invention consomme donc environ cinq fois moins d'énergie que le système conventionnel. The hot water distribution system according to this first embodiment of the invention thus consumes about five times less energy than the conventional system.
La figure 3 représente un système de distribution d'eau chaude conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention. Ce système diffère du système décrit en référence à la figure 2, en ce qu'il comporte en outre une canalisation 18 permettant, le remplissage du réservoir 2 avec l'air comprimé dans le ballon d'accumulation 1 lors du remplissage de ce ballon d'accumulation 1 en eau par la canalisation 6. Ce mode de réalisation permet avantageusement de diminuer l'énergie consommée par le compresseur 3. Figure 3 shows a hot water distribution system according to a second embodiment of the invention. This system differs from the system described with reference to Figure 2, in that it further comprises a pipe 18 for filling the tank 2 with compressed air in the storage tank 1 during the filling of the storage tank. 1 accumulation in water by the pipe 6. This embodiment advantageously allows to reduce the energy consumed by the compressor 3.
Dans le mode de réalisation décrit ici, un régulateur de pression 16 et une électrovanne 17 soit placés sur la canalisation 18. Lorsque la pression dans le ballon d'accumulation 1 devient supérieure à celle dans le réservoir 2, lors du remplissage du ballon d'eau chaude par la canalisation 6, le régulateur de pression 16 transmet cette indication au contrôleur 20 qui ouvre alors l'électrovanne 17, l'excès de pression de gaz dans le ballon d'accumulation 1 permettant le transfert d'une masse de gaz du ballon d'accumulation 1 vers le réservoir 2. Le travail de compression du compresseur 3 est donc diminué. In the embodiment described here, a pressure regulator 16 and a solenoid valve 17 are placed on the pipe 18. When the pressure in the storage tank 1 becomes greater than that in the tank 2, during the filling of the storage tank. hot water via the pipe 6, the pressure regulator 16 transmits this indication to the controller 20 which then opens the solenoid valve 17, the excess gas pressure in the storage tank 1 allowing the transfer of a mass of gas from the storage tank 1 to the tank 2. The compression work of the compressor 3 is therefore reduced.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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