FR3113719A1 - Chauffe-eau électrique instantané comprenant une face avant apte à capter et émettre de la chaleur fatale perdue par la cuve de chauffe et installation - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un chauffe-eau électrique instantané (A) destiné à être raccordé électriquement à une source d’alimentation en énergie électrique (S). Le chauffe-eau électrique instantané (A) comprend une cuve de chauffe (100), au moins un corps résistif de cuve (130, 140) apte à générer de la chaleur, un système d’alimentation électrique (350) et une paroi rayonnante (600). L’un desdits composants électroniques du système d’alimentation électrique (350) comprend un système de stockage d’énergie électrique (400). La paroi rayonnante (600) est en situation d’échange thermique, notamment par conduction, avec une surface externe de la cuve de chauffe (100), et capte tout ou partie des calories perdues par la cuve de chauffe (100). La paroi rayonnante (600) émet notamment par rayonnement, vers l’extérieur du chauffe-eau électrique instantané (A) tout ou partie desdites calories. Figure 1

Description

Chauffe-eau électrique instantané comprenant une face avant apte à capter et émettre de la chaleur fatale perdue par la cuve de chauffe et installation
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne un chauffe-eau électrique instantané destiné à être raccordé électriquement à une source d’alimentation en énergie électrique, ledit chauffe-eau électrique instantané comprenant :
une cuve de chauffe délimitant un volume interne apte à contenir de l’eau et comprenant au moins une entrée d’eau permettant à de l’eau d’entrer dans le volume interne et au moins une sortie d’eau permettant à de l’eau contenue dans le volume interne de sortir hors de la cuve de chauffe,
au moins un corps résistif de cuve apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique de sorte à chauffer tout ou partie de l’eau contenue dans le volume interne,
un système d’alimentation électrique apte à être alimenté en électricité par la source d’alimentation en énergie électrique et à délivrer le courant électrique alimentant ledit au moins un corps résistif de cuve, le système d’alimentation électrique comprenant une pluralité de composants électroniques interposés entre la source d’alimentation en énergie électrique et ledit au moins un corps résistif de cuve, l’un desdits composants électroniques du système d’alimentation électrique comprenant un système de stockage d’énergie électrique, notamment une batterie électrique à base de cellules électrochimiques et/ou un condensateur de puissance.
L’invention concerne aussi une installation comprenant un tel chauffe-eau électrique instantané.
Etat de la technique
Un chauffe-eau du type précité est connu de l’état de la technique. Par exemple, le document US2016169557A décrit un tel chauffe-eau électrique instantané dans lequel un ou plusieurs appareils de modification de la température sont placés dans un canal d’eau situé entre une chaudière et le robinet de distribution d’eau. Chaque appareil de modification de la température est alimenté par une capacité de stockage de l’énergie, chacune pilotée par un interrupteur. Un tel chauffe-eau permet de chauffer l’eau de manière relativement rapide à proximité de la sortie du robinet, sans devoir attendre que l’eau chaude générée par la chaudière n’arrive au robinet.
Un chauffe-eau électrique dit « instantané » est un chauffe-eau électrique qui a la capacité de produire de l’eau instantanément, in situ, à proximité immédiate des moyens de délivrance de l’eau chaude pour l’utilisateur.
Généralement, et comme présenté dans le document US2016169557A, les chauffe-eau électriques instantanés font intervenir une cuve de chauffe destinée à contenir l’eau à chauffer. Selon les modes de réalisation, l’eau chaude peut-être stockée dans la cuve de chauffe avant d’être évacuée hors de la cuve de chauffe. Sinon, l’eau chauffée peut être délivrée immédiatement après son chauffage. En dépit de l’avantage que cette solution peut présenter en terme de gestion de l’énergie électrique du fait de pouvoir disposer d’une quantité d’eau chaude quasi instantanément, elle ne donne pas encore une entière satisfaction du fait que dans ces conditions, mais également lorsque l’eau est chauffée par le chauffe-eau, il existe des pertes calorifiques vers l’extérieur de la cuve de chauffe, les calories ainsi perdues formant une chaleur fatale intégralement absorbée dans les matériaux thermiquement isolants qui sont initialement disposés autour de la cuve de chauffe pour éviter les dissipations thermiques vers l’extérieur de la cuve de chauffe.
Enfin, la tendance actuelle prévoit que les installations électriques des habitations reposent sur une diversité de sources d’alimentation électrique, typiquement mêlant des sources de tension continue et des sources de tension alternative, notamment pour inclure une production locale d’électricité. Or, dans cette organisation, les chauffe-eau connus ne peuvent alors être utilisés qu’en association avec une partie seulement des sources de courant disponibles, ce qui est extrêmement contraignant et limitant.
Objet de l’invention
La présente invention a pour but de proposer un chauffe-eau électrique instantané et une installation répondant à tout ou partie des problèmes précités.
Notamment, le but de l’invention est de proposer une solution qui réponde à au moins l’un des objectifs suivants :
  • chauffer instantanément une quantité d’eau en utilisant une puissance électrique la plus faible possible ;
  • avoir un rendement global le plus élevé possible ;
  • être simple de conception et de fabrication ;
  • être économique et fiable ;
  • pouvoir s’adapter à une installation électrique existante ;
  • limiter les pertes thermiques inutiles ;
  • s’adapter à des sources d’alimentation en électricité alternative et/ou continue.
Ce but peut être atteint grâce à la mise en œuvre d’un chauffe-eau électrique instantané destiné à être raccordé électriquement à une source d’alimentation en énergie électrique, ledit chauffe-eau électrique instantané comprenant :
  • une cuve de chauffe délimitant un volume interne apte à contenir de l’eau et comprenant au moins une entrée d’eau permettant à de l’eau d’entrer dans le volume interne et au moins une sortie d’eau permettant à de l’eau contenue dans le volume interne de sortir hors de la cuve de chauffe,
  • au moins un corps résistif de cuve apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique de sorte à chauffer tout ou partie de l’eau contenue dans le volume interne,
  • un système d’alimentation électrique apte à être alimenté en électricité par la source d’alimentation en énergie électrique et à délivrer le courant électrique alimentant ledit au moins un corps résistif de cuve, le système d’alimentation électrique comprenant une pluralité de composants électroniques interposés entre la source d’alimentation en énergie électrique et ledit au moins un corps résistif de cuve, l’un desdits composants électroniques du système d’alimentation électrique comprenant un système de stockage d’énergie électrique, notamment une batterie électrique à base de cellules électrochimiques et/ou un condensateur de puissance,
  • une paroi rayonnante en situation d’échange thermique, notamment par conduction, avec une surface externe de la cuve de chauffe, la paroi rayonnante captant tout ou partie des calories perdues par la cuve de chauffe au niveau de ladite surface externe et émettant, notamment par rayonnement, vers l’extérieur du chauffe-eau électrique instantané tout ou partie des calories captées depuis ladite surface externe.
Certains aspects préférés mais non limitatifs sont les suivants.
Selon un mode de réalisation, la paroi rayonnante peut être intégrée à la cuve de chauffe, et configurée pour délimiter tout ou partie du volume interne délimité par la cuve de chauffe.
Selon un mode de réalisation, la paroi rayonnante peut être directement en contact avec l’eau contenue dans le volume interne délimité par la cuve de chauffe.
Selon un mode de réalisation, le chauffe-eau électrique instantané peut comprendre un unique corps résistif de cuve apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique de sorte à chauffer tout ou partie de l’eau contenue dans le volume interne. Dans ce cas, cet unique corps résistif de cuve peut être alimenté en énergie électrique par l’intermédiaire du système d’alimentation électrique.
Selon un mode de réalisation, l’au moins un corps résistif de cuve est configuré pour chauffer la cuve de chauffe, et la cuve de chauffe est configurée pour chauffer l’eau contenue dans le volume interne délimité par la cuve de chauffe.
Selon un mode de réalisation, l’au moins un corps résistif de cuve est en contact direct avec l’eau contenue dans le volume interne délimité par la cuve de chauffe, et configuré pour chauffer directement l’eau avec laquelle il est en contact.
Selon un mode de réalisation, la paroi rayonnante comprend au moins un corps résistif de paroi, distinct de l’au moins un corps résistif de cuve et apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique délivré par le système d’alimentation électrique, de sorte à chauffer tout ou partie de la paroi rayonnante, la paroi rayonnante captant tout ou partie des calories en provenance de l’au moins un corps résistif de paroi et émettant, notamment par rayonnement, vers l’extérieur du chauffe-eau électrique instantané tout ou partie des calories captées depuis l’au moins un corps résistif de paroi.
Selon un mode de réalisation, le chauffe-eau électrique instantané peut comprendre un unique corps résistif de paroi apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique de sorte à chauffer tout ou partie de la paroi rayonnante. Dans ce cas, cet unique corps résistif de paroi peut être alimenté en énergie électrique par l’intermédiaire du système d’alimentation électrique.
Selon un mode de réalisation, la paroi rayonnante comprend au moins un premier corps résistif de paroi, apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique alternatif délivré par le système d’alimentation électrique, et au moins un deuxième corps résistif de paroi, distinct du premier corps résistif de paroi, et apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique continu délivré par le système d’alimentation électrique.
Selon un mode de réalisation, le système de stockage d’énergie électrique est susceptible d’alimenter directement le deuxième corps résistif de paroi en courant électrique continu.
Selon un mode de réalisation, la cuve de chauffe comprend au moins un premier corps résistif de cuve apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique alternatif délivré par le système d’alimentation électrique de sorte à chauffer tout ou partie du volume d’eau contenu dans la cuve de chauffe, et au moins un deuxième corps résistif de cuve distinct du premier corps résistif de cuve et apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique continu délivré par le système d’alimentation électrique de sorte à chauffer tout ou partie du volume d’eau contenu dans la cuve de chauffe.
Selon un mode de réalisation, le premier corps résistif de cuve et le deuxième corps résistif de cuve sont contenus dans un unique corps de chauffe d’un seul tenant.
Selon un mode de réalisation, le système de stockage d’énergie électrique est susceptible d’alimenter directement le deuxième corps résistif de cuve en courant électrique continu.
Selon un mode de réalisation, le système d’alimentation électrique comprend un abaisseur élévateur de tension comprenant une première entrée configurée pour relier l’abaisseur élévateur de tension au système de stockage d’énergie électrique et au moins l’une des sorties suivantes :
- une première sortie reliée au deuxième corps résistif de cuve et apte à alimenter le deuxième corps résistif de cuve en courant électrique continu ;
- une deuxième sortie reliée au deuxième corps résistif de paroi et apte à alimenter le deuxième corps résistif de paroi en courant électrique continu.
Selon un mode de réalisation, le premier corps résistif de cuve est alimenté à un premier niveau de tension et le deuxième corps résistif de cuve est alimenté à un deuxième niveau de tension strictement inférieur audit premier niveau de tension.
Selon ce mode de réalisation, le premier niveau de tension peut correspondre au niveau de tension du réseau électrique local, notamment sensiblement égal à 220V, et le deuxième niveau de tension peut être compris dans une plage allant de 20V à 60V, notamment sensiblement égale à 50V.
Les dispositions selon l’invention permettent notamment de s’interfacer avec une installation électrique existante sans modification substantielle de l’installation électrique existante. En d’autres termes, le chauffe-eau électrique instantané comprenant le système de stockage tel que décrit peut être adjoint à une installation électrique existante ou être dimensionné de la façon la plus petite possible. Pour ce faire, le système de stockage d’énergie électrique peut être choisi pour s’adapter aux des paramètres de l’installation existante.
Selon un mode de réalisation, la source d’alimentation en énergie électrique comprend un réseau électrique alternatif, et le système d’alimentation électrique comprend un onduleur élévateur de tension comprenant une entrée configurée pour relier l’onduleur élévateur de tension au système de stockage d’énergie électrique et au moins l’une des sorties suivantes :
  • une première sortie reliée au premier corps résistif de cuve et apte à alimenter le premier corps résistif de cuve en courant électrique alternatif ;
  • une deuxième sortie reliée au premier corps résistif de paroi et apte à alimenter le premier corps résistif de paroi en courant électrique alternatif ;
  • une troisième sortie apte à être reliée au réseau électrique alternatif.
Selon un mode de réalisation, la source d’alimentation en énergie électrique comprend un réseau électrique alternatif, et l’un des composants électroniques du système d’alimentation électrique comprend un redresseur-abaisseur de tension interposé entre le réseau électrique alternatif et au moins l’un des éléments appartenant au groupe constitué du deuxième corps résistif de cuve et du deuxième corps résistif de paroi.
Selon le mode de réalisation décrit précédemment, le deuxième corps résistif de cuve et le deuxième corps résistif de paroi peuvent être alimentés chacun soit par le système de stockage de l’énergie électrique d’une part, soit par le réseau électrique alternatif par l’intermédiaire du redresseur-abaisseur de tension d’autre part.
Les dispositions précédemment décrite permettent que le réseau électrique alternatif alimente en énergie électrique le deuxième corps résistif de cuve et/ou le deuxième corps résistif de paroi, par l’intermédiaire du redresseur abaisseur de tension.
Selon un mode de réalisation, le fonctionnement du premier corps résistif de cuve et du deuxième corps résistif de cuve simultanément permet d’atteindre des puissances de chauffes supérieures à celles garanties pas le chauffage via un seul élément résistif de cuve.
De la même manière, lorsque l’eau est chauffée en utilisant d’une part le premier corps résistif de cuve alimenté par le réseau électrique alternatif (ou par le système de stockage d’énergie électrique) et d’autre part le deuxième corps résistif de cuve alimenté par le système de stockage d’énergie électrique (ou par le réseau électrique alternatif ), il est possible d’atteindre une température donnée avec une faible puissance maximale appelée depuis la source d’alimentation en énergie électrique.
Selon un mode de réalisation, le fonctionnement du premier corps résistif de paroi et du deuxième corps résistif de paroi simultanément permet d’atteindre des puissances de chauffes supérieures à celles garanties pas le chauffage via un seul élément résistif de paroi.
De manière avantageuse, les dispositions selon l’invention permettent de recharger le système de stockage d’énergie électrique par le réseau électrique alternatif par l’intermédiaire du redresseur-abaisseur de tension ou par une source d’électricité renouvelable lorsque l’électricité est disponible. En particulier, les dispositions selon l’invention peuvent permettre la recharge du système lorsque l’énergie électrique disponible est la moins chère.
Selon un mode de réalisation, le chauffe-eau électrique instantané comprend un système de convoyage d’eau comportant :
  • une voie d’entrée d’eau apte à contenir de l’eau et connectée à la cuve de chauffe par l’entrée d’eau ;
  • une première voie de sortie d’eau connectée à la cuve de chauffe par une première sortie d’eau et apte être connectée à au moins l’un des éléments appartenant au groupe comportant un réseau d’eau extérieur et un réservoir d’eau ;
  • une deuxième voie de sortie d’eau connectée à la cuve de chauffe par une deuxième sortie d’eau apte à être connectée à un réseau extérieur d’évacuation d’eau.
Selon un mode de réalisation, tout ou partie de l’eau chauffée dans la cuve de chauffe est stockée dans le réservoir d’eau et réinjectée dans la cuve par l’entrée d’eau.
Selon un mode de réalisation, le chauffe-eau électrique instantané comprend des éléments d’échange thermique permettant d’assurer un échange thermique entre d’une part au moins l’un des composants électroniques du système d’alimentation électrique et d’autre part de l’eau contenue dans le volume interne délimité par la cuve de chauffe et/ou contenue dans ladite au moins une voie d’entrée d’eau du système de convoyage d’eau.
Selon un mode de réalisation, le système de convoyage d’eau peut comprendre une voie de recirculation d’eau configurée pour mettre en connexion fluidique la voie d’entrée d’eau et la première voie de sortie d’eau. La voie de recirculation d’eau peut notamment comprendre une vanne de recirculation configurée pour permettre ou non le passage de l’eau entre la première voie de sortie d’eau et la voie d’entrée d’eau.
Ce but peut également être atteint grâce à la mise en œuvre d’une installation comprenant un chauffe-eau électrique instantané du type décrit précédemment, et une source d’alimentation en énergie électrique alimentant en électricité le chauffe-eau électrique instantané.
Certains aspects préférés mais non limitatifs sont les suivants.
Selon un mode de réalisation, la source d’alimentation en énergie électrique comprend un réseau électrique alternatif.
Selon un mode de réalisation, la source d’alimentation en énergie électrique comprend une source d’énergie électrique continue comprenant au moins un élément appartenant au groupe comportant : une pile à combustible, une batterie à base de cellules électrochimiques, au moins un panneau photovoltaïque, un condensateur de grande capacité.
Description sommaire des dessins
D’autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés de celle-ci, donnée à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
La est une vue schématique d’un exemple de mise en œuvre d’un chauffe-eau instantané selon l’invention.
La est une vue schématique d’un autre exemple de mise en œuvre d’un chauffe-eau instantané selon l’invention.
La est une vue schématique d’un autre exemple de mise en œuvre d’un chauffe-eau instantané selon l’invention.
La est une vue schématique d’une variante d’exécution du chauffe-eau instantané de la comprenant un corps résistif de paroi.
La est une vue schématique d’une autre variante d’exécution du chauffe-eau instantané de la comprenant des corps résistifs de paroi.
La est une vue schématique d’une variante d’exécution du chauffe-eau instantané de la comprenant un abaisseur-élévateur de tension.
La est une vue schématique d’une variante d’exécution du chauffe-eau instantané de la comprenant un onduleur-élévateur de tension.
La est une vue schématique d’une variante d’exécution du chauffe-eau instantané de la comprenant un redresseur-abaisseur de tension.
La est une vue schématique d’une variante d’exécution du chauffe-eau instantané de la comprenant un système de convoyage d’eau.
La est une vue schématique d’une variante d’exécution du chauffe-eau instantané de la comprenant des éléments d’échange thermique.
La est une vue schématique d’une variante d’exécution du chauffe-eau instantané de la comprenant une voie de recirculation d’eau.
Description détaillée
Sur les figures 1 à 11 et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l’échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux.
En référence aux figures 1 à 11, l’invention concerne d’abord un chauffe-eau électrique instantané noté « A » destiné à être raccordé électriquement à une source d’alimentation en énergie électrique notée « S ».
L’invention concerne également une installation comprenant un tel chauffe-eau électrique instantané A et une source d’alimentation en énergie électrique S alimentant en énergie électrique le chauffe-eau électrique instantané A.
Selon un mode de réalisation, la source d’alimentation en énergie électrique S comprend un réseau électrique alternatif B.
Alternativement ou conjointement, la source d’alimentation en énergie électrique S peut comprendre une source d’énergie électrique continue comprenant au moins un élément appartenant au groupe comprenant : une pile à combustible, une batterie à base de cellules électrochimiques, au moins un panneau photovoltaïque, un condensateur de grande capacité.
Le chauffe-eau électrique instantané A comprend une cuve de chauffe 100 délimitant un volume interne apte à contenir de l’eau et comprenant au moins une entrée d’eau 110 permettant à de l’eau d’entrer dans le volume interne et au moins une sortie d’eau 120a, 120b permettant à de l’eau contenue dans le volume interne de sortir hors de la cuve de chauffe 100.
Le chauffe-eau électrique instantané A comprend également au moins un corps résistif de cuve 130, 140 apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique de sorte à chauffer tout ou partie de l’eau contenue dans le volume interne.
Comme illustré sur la , le chauffe-eau électrique instantané A peut comprendre un unique corps résistif de cuve 130, 140 apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique de sorte à chauffer tout ou partie de l’eau contenue dans le volume interne.
Selon un mode de réalisation représenté sur la , l’au moins un corps résistif de cuve 130, 140 est configuré pour chauffer la cuve de chauffe 100, et la cuve de chauffe 100 est configurée pour chauffer l’eau contenue dans le volume interne délimité par la cuve de chauffe 100.
Selon un autre mode de réalisation, représenté sur les figures 1 et 3 à 11, l’au moins un corps résistif de cuve 130, 140 est en contact direct avec l’eau contenue dans le volume interne délimité par la cuve de chauffe 100, et configuré pour chauffer directement l’eau avec laquelle il est en contact.
Le chauffe-eau électrique instantané A comprend de plus un système d’alimentation électrique 350 apte à être alimenté en électricité par la source d’alimentation en énergie électrique S et à délivrer le courant électrique alimentant l’au moins un corps résistif de cuve 130, 140.
Le système d’alimentation électrique 350 comprend une pluralité de composants électroniques interposés entre la source d’alimentation en énergie électrique S et l’au moins un corps résistif de cuve 130, 140.
L’un des composants électroniques du système d’alimentation électrique 350 comprend un système de stockage d’énergie électrique 400, notamment une batterie électrique à base de cellules électrochimiques et/ou un condensateur de puissance.
Dans la variante illustrée sur la pour laquelle le chauffe-eau électrique instantané A comprend un unique corps résistif de cuve 130, 140, ledit corps résistif de cuve 130, 140 peut être alimenté en énergie électrique par l’intermédiaire du système d’alimentation électrique 350 comprenant le système de stockage d’énergie électrique 400, et éventuellement d’autres composants électroniques qui seront décrits dans les modes de réalisation suivants.
Dans la suite de la description, les figures présentent des modes de réalisation pour lesquels la cuve de chauffe 100 comprend un premier corps résistif de cuve 130, et un deuxième corps résistif de cuve 140. Il est cependant bien compris que ces modes de réalisations peuvent comprendre un unique corps résistif de cuve 130, 140.
Sur les variantes représentées sur les figures 2 à 11, la cuve de chauffe 100 comprend au moins un premier corps résistif de cuve 130 apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique alternatif, et au moins un deuxième corps résistif de cuve 140 distinct du premier corps résistif de cuve 130 et apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique continu 351.
L’énergie électrique peut-être délivrée au premier corps résistif de cuve 130 et au deuxième corps résistif de cuve 140 par le système d’alimentation électrique 350 de sorte à chauffer tout ou partie du volume d’eau contenu dans la cuve de chauffe 100.
En particulier, le premier corps résistif de cuve 130 peut être alimenté à un premier niveau de tension et le deuxième corps résistif de cuve 140 peut être alimenté à un deuxième niveau de tension strictement inférieur audit premier niveau de tension.
Par exemple, le premier niveau de tension peut correspondre au niveau de tension du réseau électrique local, notamment sensiblement égal à 220V, et le deuxième niveau de tension peut être compris dans une plage allant de 20V à 60V, notamment sensiblement égale à 50V.
Selon un mode de réalisation non représenté, le premier corps résistif de cuve 130 et le deuxième corps résistif de cuve 140 sont contenus dans un unique corps de chauffe d’un seul tenant.
Selon un mode de réalisation illustré notamment par les figures 2 à 5 et 9 à 11, le système de stockage d’énergie électrique 400 est susceptible d’alimenter directement le deuxième corps résistif de cuve 140 en courant électrique continu.
Les dispositions précédemment décrites permettent notamment de s’interfacer avec une installation électrique existante sans modification substantielle de l’installation électrique existante. En d’autres termes, le chauffe-eau électrique instantané A comprenant le système de stockage 400 tel que décrit peut être adjoint à une installation électrique existante ou être dimensionné de la façon la plus petite possible. Pour ce faire, le système de stockage d’énergie électrique 400 peut être choisi pour s’adapter aux paramètres de l’installation existante.
En particulier, les dispositions précédemment décrites peuvent permettre de réutiliser le câblage d’origine d’un chauffe-eau existant, par exemple de 3kW, tout en permettant d’offrir une puissance de chauffe allant jusqu’à 10 kW sans pour autant, en outre, devoir modifier les paramètres de la source d’alimentation en énergie électrique S.
De manière avantageuse, le fonctionnement du premier corps résistif de cuve 130 et du deuxième corps résistif de cuve 140 simultanément peut permettre d’atteindre des puissances de chauffes supérieures à celles garanties pas le chauffage via un seul élément résistif de cuve.
De la même manière, lorsque l’eau est chauffée en utilisant d’une part le premier corps résistif de cuve 130 alimenté par le réseau électrique alternatif B ou par le système de stockage d’énergie électrique 400, et d’autre part le deuxième corps résistif de cuve 140 alimenté par le système de stockage d’énergie électrique 400 ou par le réseau électrique alternatif B, il est possible d’atteindre une température donnée avec une faible puissance maximale appelée depuis la source d’alimentation en énergie électrique S.
Le chauffe-eau électrique instantané A comprend également une paroi rayonnante 600 en situation d’échange thermique, notamment par conduction, avec une surface externe de la cuve de chauffe 100.
La paroi rayonnante 600 est configurée pour capter tout ou partie des calories perdues par la cuve de chauffe 100 au niveau de la surface externe et émet, notamment par rayonnement, vers l’extérieur du chauffe-eau électrique instantané A tout ou partie des calories captées depuis la surface externe.
De manière générale, la paroi rayonnante 600 peut comprendre des facteurs de forme où sa longueur et/ou sa largeur sont très importantes par rapport à son épaisseur.
Selon un mode de réalisation, la paroi rayonnante 600 peut comprendre un matériau configuré pour garantir une isolation électrique et de bonnes propriétés d’émissivité, par exemple du verre trempé d’une épaisseur de 4 mm à 10 mm d’épaisseur, ou un matériau céramique de 4 mm à 10 mm d’épaisseur. Alternativement, la paroi rayonnante 600 peut comprendre un matériau conducteur thermique configuré pour garantir une isolation électrique. Par exemple, la paroi rayonnante 600 peut comprendre une carcasse en acier ou en aluminium enfermant un bain d’huile, l’huile étant elle-même en contact avec la cuve de chauffe 100.
Selon un autre mode de réalisation, la paroi rayonnante 600 peut comprendre un matériau métallique, ladite paroi rayonnante 600 pouvant être structurée de sorte à maximiser le taux de convection avec l’air, par exemple avec une structure d’ailettes verticales.
Selon un mode de réalisation non représenté, la paroi rayonnante 600 peut être intégrée à la cuve de chauffe 100, et configurée pour délimiter tout ou partie du volume interne délimité par la cuve de chauffe 100. Par exemple, la paroi rayonnante 600 peut être directement en contact avec l’eau contenue dans le volume interne délimité par la cuve de chauffe 100.
Selon un mode de réalisation représenté sur les figures 4 à 11, la paroi rayonnante 600 comprend au moins un corps résistif de paroi 610, 620, distinct de l’au moins un corps résistif de cuve 130, 140 et apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique délivré par le système d’alimentation électrique 350, de sorte à chauffer tout ou partie de la paroi rayonnante 600. La paroi rayonnante 600 capte alors tout ou partie des calories en provenance de l’au moins un corps résistif de paroi 610, 620 et émet, notamment par rayonnement, vers l’extérieur du chauffe-eau électrique instantané A tout ou partie des calories captées depuis l’au moins un corps résistif de paroi 610, 620.
Selon une variante illustrée sur la , le chauffe-eau électrique instantané A comprend un unique corps résistif de paroi 610, 620. Ledit corps résistif de paroi 610, 620 peut être alimenté en énergie électrique par l’intermédiaire du système d’alimentation électrique 350 comprenant le système de stockage d’énergie électrique 400, et éventuellement d’autres composants électroniques décrits ci-après.
Dans la suite de la description, les figures présentent des modes de réalisation pour lesquels la cuve de chauffe 100 comprend un premier corps résistif de paroi 610, et un deuxième corps résistif de paroi 620. Il est cependant bien compris que ces modes de réalisations peuvent comprendre un unique corps résistif de paroi 610, 620.
Selon un mode de réalisation illustré sur les à 11, la paroi rayonnante 600 comprend au moins un premier corps résistif de paroi 610, apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique alternatif délivré par le système d’alimentation électrique 350, et au moins un deuxième corps résistif de paroi 620, distinct du premier corps résistif de paroi 610, et apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique continu délivré par le système d’alimentation électrique 350.
De manière avantageuse, le système de stockage d’énergie électrique 400 peut être susceptible d’alimenter directement le deuxième corps résistif de paroi 620 en courant électrique continu, comme cela est illustré sur la .
La illustre une variante pour laquelle le système d’alimentation électrique 350 comprend un abaisseur élévateur de tension 351. L’abaisseur-élévateur de tension 351 comprend une première entrée configurée pour relier l’abaisseur élévateur de tension 351 au système de stockage d’énergie électrique 400 et au moins l’une des sorties suivantes :
- une première sortie reliée au deuxième corps résistif de cuve 140 et apte à alimenter le deuxième corps résistif de cuve 140 en courant électrique continu ;
- une deuxième sortie reliée au deuxième corps résistif de paroi 620 et apte à alimenter le deuxième corps résistif de paroi 620 en courant électrique continu.
Selon une autre variante pouvant être mise en œuvre alternativement ou conjointement et représentée sur la , le système d’alimentation électrique 350 comprend un onduleur élévateur de tension 352 comprenant une entrée configurée pour relier l’onduleur élévateur de tension 352 au système de stockage d’énergie électrique 400 et au moins l’une des sorties suivantes :
- une première sortie reliée au premier corps résistif de cuve 130 et apte à alimenter le premier corps résistif de cuve 130 en courant électrique alternatif ;
- une deuxième sortie reliée au premier corps résistif de paroi 610 et apte à alimenter le premier corps résistif de paroi 610 en courant électrique alternatif ;
- une troisième sortie apte à être reliée au réseau électrique alternatif B.
Une troisième variante non limitative pouvant être mise en œuvre alternativement ou conjointement est illustrée sur la . Dans cette variante, l’un des composants électroniques du système d’alimentation électrique 350 comprend un redresseur-abaisseur de tension 353 interposé entre le réseau électrique alternatif B et au moins l’un des éléments appartenant au groupe constitué du deuxième corps résistif de cuve 140 et du deuxième corps résistif de paroi 620. Les dispositions précédemment décrites permettent que le réseau électrique alternatif B alimente en énergie électrique le deuxième corps résistif de cuve 140 et/ou le deuxième corps résistif de paroi 620, par l’intermédiaire du redresseur abaisseur de tension 353. De cette manière, le deuxième corps résistif de cuve 140 et le deuxième corps résistif de paroi 620 peuvent être alimentés chacun soit par le système de stockage de l’énergie électrique 400 d’une part, soit par le réseau électrique alternatif B par l’intermédiaire du redresseur-abaisseur de tension 353 d’autre part.
De manière avantageuse, le fonctionnement du premier corps résistif de paroi 610 et du deuxième corps résistif de paroi 620 simultanément peut permettre d’atteindre des puissances de chauffe supérieures à celles garanties pas le chauffage via un seul élément résistif de paroi.
Par ailleurs, les dispositions précédemment décrites permettent de recharger le système de stockage d’énergie électrique 400 par le réseau électrique alternatif B par l’intermédiaire du redresseur-abaisseur de tension 353 ou par une source d’électricité renouvelable de la source d’alimentation en énergie électrique S au moment où de l’électricité est disponible. En particulier, les dispositions selon l’invention peuvent permettre la recharge du système de stockage d’énergie électrique 400 lorsque l’énergie électrique disponible est la moins chère. En particulier également, il est possible qu’un algorithme de stratégie soit configuré pour minimiser le coût de l’abonnement électrique, la recharge du système de stockage d’énergie électrique 400 est réalisée lorsque l’énergie électrique disponible présente un coût avantageux.
Selon un mode de réalisation illustré sur les figures 9 à 11, le chauffe-eau électrique instantané A comprend un système de convoyage d’eau 500 comportant :
- une voie d’entrée d’eau 510 apte à contenir de l’eau et connectée à la cuve de chauffe 100 par l’entrée d’eau 110 ;
- une première voie de sortie d’eau 520 connectée à la cuve de chauffe 100 par une première sortie d’eau 120a et apte être connectée à au moins l’un des éléments appartenant au groupe comportant un réseau d’eau extérieur et un réservoir d’eau ; et,
- une deuxième voie de sortie d’eau 530 connectée à la cuve de chauffe 100 par une deuxième sortie d’eau 120b apte à être connectée à un réseau extérieur d’évacuation d’eau.
Il peut être avantageux de prévoir un réservoir d’eau de sorte que tout ou partie de l’eau chauffée dans la cuve de chauffe 100 soit stockée dans ce réservoir d’eau puis réinjectée dans la cuve de chauffe 100 par l’entrée d’eau 110. En particulier, il est avantageux de réinjecter l’eau chauffée contenue dans le réservoir d’eau par l’entrée d’eau 110 à un instant donné où la demande en eau chauffée est requise, car la puissance électrique appelée nécessaire pour chauffer l’eau réinjectée depuis le réservoir d’eau sera plus faible que la puissance électrique appelée pour chauffer l’eau injectée depuis l’entrée d’eau 110 si elle n’est pas chauffée. En d’autre termes, le fait de réinjecter de l’eau chauffée contenue dans le réservoir d’eau confère un préchauffage de l’eau et contribue à minimiser la consommation électrique du chauffe-eau électrique instantané A.
Selon une variante représentée sur les figures 10 et 11, le chauffe-eau électrique instantané A comprend des éléments d’échange thermique 300 permettant d’assurer un échange thermique entre d’une part au moins l’un des composants électroniques du système d’alimentation électrique 350 et d’autre part de l’eau contenue dans le volume interne délimité par la cuve de chauffe 100 et/ou contenue dans ladite au moins une voie d’entrée d’eau 510 du système de convoyage d’eau 500.
De tels éléments d’échange thermique 300 permettent de transférer des calories captées d’au moins un composant électronique du système d’alimentation électrique 350 vers l’eau destinée à entrer dans le volume interne délimité par la cuve de chauffe 100 et/ou vers l’eau contenue dans le volume interne. Cela permet de manière fiable et économique, et malgré une conception simple, d’optimiser la gestion thermique de ce composant électronique : les calories qu’il produit sont facilement évacuées, et cette évacuation de calories a pour avantage de réaliser un préchauffage de l’eau destinée à entrer dans la cuve de chauffe 100 et/ou de participer au chauffage de l’eau contenue dans la cuve de chauffe 100. Cette synergie entre l’évacuation de calories depuis le composant électronique concerné aux éléments d’échange thermique 300 et le transfert de ces calories vers l’eau à chauffer contribue à ce que le chauffe-eau électrique A ait un très bon rendement global, en évitant les pertes thermiques inutiles.
Par ailleurs et de manière synergique, les calories captées au niveau du système de stockage d’énergie électrique 400 peuvent permettre d’augmenter la durée de vie du système de stockage d’énergie électrique 400 en gardant une température stable du système de stockage d’énergie électrique 400.
Selon une autre variante représentée sur la , le système de convoyage d’eau 500 peut comprendre une voie de recirculation d’eau 515 configurée pour mettre en connexion fluidique la voie d’entrée d’eau 510 et la première voie de sortie d’eau 520. La voie de recirculation d’eau 515 peut notamment comprendre une vanne de recirculation 516 configurée pour permettre ou non le passage de l’eau entre la première voie de sortie d’eau 520 et la voie d’entrée d’eau 510.
De cette manière, les éléments d’échange thermique 300 peuvent être configurés pour garantir une température de fonctionnement supérieure à la température ambiante, notamment pour les systèmes de stockage d’énergie électrique 400 qui le nécessitent pour proposer un fonctionnement optimal, par exemple les batteries LiMP (Lithium Metal Polymer) ou les batteries comprenant des alliages à l’état solide nécessitant de telles températures.
Selon un mode de réalisation, le système d’alimentation électrique 350 peut être configuré pour se synchroniser avec une unité de comptage comprise dans l’installation électrique ou avec un serveur de gestion externe, tous deux configurés pour sélectionner un mode d’alimentation. Ledit mode d’alimentation peut par exemple être configuré pour plafonner une puissance souscrite au niveau d’un abonnement de fourniture d’électricité, ou en fonction de contraintes liées à la gestion du réseau électrique national.

Claims (16)

  1. Chauffe-eau électrique instantané (A) destiné à être raccordé électriquement à une source d’alimentation en énergie électrique (S), ledit chauffe-eau électrique instantané (A) comprenant :
    - une cuve de chauffe (100) délimitant un volume interne apte à contenir de l’eau et comprenant au moins une entrée d’eau (110) permettant à de l’eau d’entrer dans le volume interne et au moins une sortie d’eau (120a, 120b) permettant à de l’eau contenue dans le volume interne de sortir hors de la cuve de chauffe (100),
    - au moins un corps résistif de cuve (130, 140) apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique de sorte à chauffer tout ou partie de l’eau contenue dans le volume interne,
    - un système d’alimentation électrique (350) apte à être alimenté en énergie électrique par la source d’alimentation en énergie électrique (S) et à délivrer le courant électrique alimentant ledit au moins un corps résistif de cuve (130, 140), le système d’alimentation électrique (350) comprenant une pluralité de composants électroniques interposés entre la source d’alimentation en énergie électrique (S) et ledit au moins un corps résistif de cuve (130, 140), l’un desdits composants électroniques du système d’alimentation électrique (350) comprenant un système de stockage d’énergie électrique (400), notamment une batterie électrique à base de cellules électrochimiques et/ou un condensateur de puissance,
    - une paroi rayonnante (600) en situation d’échange thermique, notamment par conduction, avec une surface externe de la cuve de chauffe (100), la paroi rayonnante (600) captant tout ou partie des calories perdues par la cuve de chauffe (100) au niveau de ladite surface externe et émettant, notamment par rayonnement, vers l’extérieur du chauffe-eau électrique instantané (A) tout ou partie des calories captées depuis ladite surface externe.
  2. Chauffe-eau électrique instantané (A) selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un corps résistif de cuve (130, 140) est configuré pour chauffer la cuve de chauffe (100), et dans lequel la cuve de chauffe (100) est configurée pour chauffer l’eau contenue dans le volume interne délimité par la cuve de chauffe (100).
  3. Chauffe-eau électrique instantané (A) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel ledit au moins un corps résistif de cuve (130, 140) est en contact direct avec l’eau contenue dans le volume interne délimité par la cuve de chauffe (100), et configuré pour chauffer directement l’eau avec laquelle il est en contact.
  4. Chauffe-eau électrique instantané (A) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la paroi rayonnante (600) comprend au moins un corps résistif de paroi (610, 620), distinct de l’au moins un corps résistif de cuve (130, 140) et apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique délivré par le système d’alimentation électrique (350), de sorte à chauffer tout ou partie de la paroi rayonnante (600), la paroi rayonnante (600) captant tout ou partie des calories en provenance de l’au moins un corps résistif de paroi (610, 620) et émettant, notamment par rayonnement, vers l’extérieur du chauffe-eau électrique instantané (A) tout ou partie des calories captées depuis l’au moins un corps résistif de paroi (610, 620).
  5. Chauffe-eau électrique instantané (A) selon la revendication 4, dans lequel la paroi rayonnante (600) comprend au moins un premier corps résistif de paroi (610), apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique alternatif délivré par le système d’alimentation électrique (350), et au moins un deuxième corps résistif de paroi (620), distinct du premier corps résistif de paroi (610), et apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique continu délivré par le système d’alimentation électrique (350).
  6. Chauffe-eau électrique instantané (A) selon la revendication 5, dans lequel le système de stockage d’énergie électrique (400) est susceptible d’alimenter directement le deuxième corps résistif de paroi (620) en courant électrique continu.
  7. Chauffe-eau électrique instantané (A) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la cuve de chauffe (100) comprend au moins un premier corps résistif de cuve (130) apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique alternatif délivré par le système d’alimentation électrique (350) de sorte à chauffer tout ou partie du volume d’eau contenu dans la cuve de chauffe (100), et au moins un deuxième corps résistif de cuve (140) distinct du premier corps résistif de cuve (130) et apte à générer de la chaleur lorsqu’il est alimenté par un courant électrique continu délivré par le système d’alimentation électrique (350) de sorte à chauffer tout ou partie du volume d’eau contenu dans la cuve de chauffe (100).
  8. Chauffe-eau électrique instantané (A) selon la revendication 7, dans lequel le système de stockage d’énergie électrique (400) est susceptible d’alimenter directement le deuxième corps résistif de cuve (140) en courant électrique continu.
  9. Chauffe-eau électrique instantané (A) selon les revendications 5 et 7, dans lequel le système d’alimentation électrique (350) comprend un abaisseur élévateur de tension (351) comprenant une première entrée configurée pour relier l’abaisseur élévateur de tension (351) au système de stockage d’énergie électrique (400) et au moins l’une des sorties suivantes :
    - une première sortie reliée au deuxième corps résistif de cuve (140) et apte à alimenter le deuxième corps résistif de cuve (140) en courant électrique continu ;
    - une deuxième sortie reliée au deuxième corps résistif de paroi (620) et apte à alimenter le deuxième corps résistif de paroi (620) en courant électrique continu.
  10. Chauffe-eau électrique instantané (A) selon les revendication 5 et 7, ou selon la revendication 9, dans lequel la source d’alimentation en énergie électrique (S) comprenant un réseau électrique alternatif (B), le système d’alimentation électrique (350) comprend un onduleur élévateur de tension (352) comprenant une entrée configurée pour relier l’onduleur élévateur de tension (352) au système de stockage d’énergie électrique (400) et au moins l’une des sorties suivantes :
    - une première sortie reliée au premier corps résistif de cuve (130) et apte à alimenter le premier corps résistif de cuve (130) en courant électrique alternatif ;
    - une deuxième sortie reliée au premier corps résistif de paroi (610) et apte à alimenter le premier corps résistif de paroi (610) en courant électrique alternatif ;
    - une troisième sortie apte à être reliée au réseau électrique alternatif (B).
  11. Chauffe-eau électrique instantané (A) selon les revendication 5 et 7, ou selon l’une quelconque des revendications 9 ou 10, dans lequel la source d’alimentation en énergie électrique (S) comprenant un réseau électrique alternatif (B), l’un des composants électroniques du système d’alimentation électrique (350) comprend un redresseur-abaisseur de tension (353) interposé entre le réseau électrique alternatif (B) et au moins l’un des éléments appartenant au groupe constitué du deuxième corps résistif de cuve (140) et du deuxième corps résistif de paroi (620).
  12. Chauffe-eau électrique instantané (A) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant un système de convoyage d’eau (500) comportant :
    - une voie d’entrée d’eau (510) apte à contenir de l’eau et connectée à la cuve de chauffe (100) par l’entrée d’eau (110) ;
    - une première voie de sortie d’eau (520) connectée à la cuve de chauffe (100) par une première sortie d’eau (120a) et apte être connectée à au moins l’un des éléments appartenant au groupe comportant un réseau d’eau extérieur et un réservoir d’eau ;
    - une deuxième voie de sortie d’eau (530) connectée à la cuve de chauffe (100) par une deuxième sortie d’eau (120b) apte à être connectée à un réseau extérieur d’évacuation d’eau.
  13. Chauffe-eau électrique instantané (A) selon la revendication 12, comprenant des éléments d’échange thermique (300) permettant d’assurer un échange thermique entre d’une part au moins l’un des composants électroniques du système d’alimentation électrique (350) et d’autre part de l’eau contenue dans le volume interne délimité par la cuve de chauffe (100) et/ou contenue dans ladite au moins une voie d’entrée d’eau (510) du système de convoyage d’eau (500).
  14. Installation comprenant un chauffe-eau électrique instantané (A) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, et une source d’alimentation en énergie électrique (S) alimentant en électricité le chauffe-eau électrique instantané (A).
  15. Installation selon la revendication 14, dans laquelle la source d’alimentation en énergie électrique (S) comprend un réseau électrique alternatif (B).
  16. Installation selon l’une quelconque des revendications 14 ou 15, dans laquelle la source d’alimentation en énergie électrique (S) comprend une source d’énergie électrique continue comprenant au moins un élément appartenant au groupe comportant : une pile à combustible, une batterie à base de cellules électrochimiques, au moins un panneau photovoltaïque, un condensateur de grande capacité.
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