FR2477685A1 - Domestic hot water system with auxiliary solar heating - uses immersed coiled tube, central heating water jacket on tank and thermostatically controlled element - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un chauffe eau, notamment domestique, et plus particulièrement un chauffe eau équipé de plusieurs modes de chauffage de l'eau chaude sanitaire qu'il doit débiter en faisant appel a divers types d'énergie.The present invention relates to a water heater, in particular a domestic water heater, and more particularly a water heater equipped with several modes of heating domestic hot water which it must supply using various types of energy.
On connait des chauffe eau à énergie uniquement électrique ainsi que des chauffe eau dont l'énergie calorifique provient d'une chaudière de chauffage.We know only electrically powered water heaters as well as water heaters whose heat energy comes from a heating boiler.
Les chauffe eau du premier type ne sont pas toujours économiques du point de vue de leur exploitation; les chauffe eau du second type ne sont bien entendu ni adaptés, ni économiques pendant la période de l'année où la chaudière ne fonctionne pas à des fins de chauffage.Water heaters of the first type are not always economical from the point of view of their operation; water heaters of the second type are of course neither suitable nor economical during the period of the year when the boiler does not operate for heating purposes.
Depuis que l'on cherche à exploiter l'énergie solaire, on a été amenez à concevoir des chauffe eau utilisant l'énergie solaire et, de façon complémentaire, l'énergie électrique. On utilise alors des chauffe eau dont la plus grande par- tie, genéralement les deux tiers inférieurs, est équipée pour être chauffee par l'énergie solaire alors que l'on place dans l'autre partie, généralement le tiers superieur, une résistance électrique destinée à apporter, si besoin est, un complément de chauffage.Since we sought to exploit solar energy, we have been led to design water heaters using solar energy and, in a complementary way, electric energy. Water heaters are then used, the largest part of which, generally the bottom two thirds, is equipped to be heated by solar energy, while an electrical resistance is placed in the other part, generally the upper third. intended to provide, if necessary, additional heating.
Dans ce cas, il apparaît immediatement que pendant la saison de moindre ensoleillement, correspondant à la saison froide, le chauffe eau utilise quasi exclusivement l'énergie électrique et on rencontre le même problème que pour les chauffe eau purement électriques. De plus, lorsque l'ensoleillement est insuffisant et que l'on utilise l'énergie électrique, seule l'eau qui se trouve dans le tiers supérieur du chauffe eau est à la température désirée, le reste n'étant pas chauffé; la quantité d'eau chaude disponible est donc trop faible pour apporter le confort nécessaire à l'usager et il faut surdimensionner le chauffe eau avec les inconvénients de place, déperdition de calories, etc
L'invention a pour but, en combinant l'énergie solaire, l'énergie électrique et l'énergie calorifique dispense par une chaudière de chauffage, de permettre une utilisation économique et optimum en autorisant quotidiennement la déli- vrance d'une quantite d'eau chaude suffisante, à savoir environ 150 à 200 litres, grâce a un chauffe eau qui presente une contenance voisine de ce débit quotidien, c'est-à-dire ne justifiant aucun surdimensionnement.In this case, it immediately appears that during the season of least sunshine, corresponding to the cold season, the water heater uses almost exclusively electrical energy and we encounter the same problem as for purely electric water heaters. In addition, when there is insufficient sunlight and electrical energy is used, only the water in the upper third of the water heater is at the desired temperature, the rest not being heated; the quantity of hot water available is therefore too low to provide the comfort necessary for the user and the water heater must be oversized with the inconvenience of space, loss of calories, etc.
The object of the invention is, by combining solar energy, electrical energy and heat energy dispensed by a heating boiler, to allow economical and optimum use by authorizing daily delivery of a quantity of sufficient hot water, namely approximately 150 to 200 liters, thanks to a water heater which has a capacity close to this daily flow, that is to say not justifying any oversizing.
A cet effet, l'invention a pour objet un chauffe eau, notamment domestique, carac terisé par le fait qu'il utilise, suivant les circonstances, l'énergie solaire, l'énergie électrique ou l'énergie calorifique dispensée par une chaudière de chauf fage.To this end, the subject of the invention is a water heater, in particular a domestic water heater, characterized by the fact that it uses, depending on the circumstances, solar energy, electric energy or heat energy supplied by a boiler of heater.
Ainsi, l'hiver, lorsque la chaudière de chauffage fonctionne et lorsque l'ener- gie solaire n'est à elle seule plus suffisante pour fournir les calories nécessaires au débit d'eau chaude quotidien demandé, la chaudière fournit l'appoint nécessaire.Thus, in winter, when the heating boiler is running and when the solar energy alone is no longer sufficient to supply the calories necessary for the daily hot water flow required, the boiler provides the necessary back-up.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, cet appoint fourni par la chaudière de chauffage est réalisé grace a une électrovanne commandée par une horloge de programmation.According to another characteristic of the invention, this make-up provided by the heating boiler is carried out thanks to a solenoid valve controlled by a programming clock.
Lorsque la chaudière ne fonctionne pas, si l'énergie solaire n'est pas suffisante pour couvrir la demande en calories, l'appoint est realisé en faisant appel a l'énergie électrique. Pour ce faire, et suivant une autre caractéristique de l'invention, le chauffe eau est équipé à sa base d'un dispositif de chauffage électrique comportant une sonde thermostatique et un circuit résistif de chauffage relié au réseau électrique.When the boiler is not operating, if the solar energy is not sufficient to cover the calorie demand, the topping up is carried out using electrical energy. To do this, and according to another characteristic of the invention, the water heater is equipped at its base with an electric heating device comprising a thermostatic probe and a resistive heating circuit connected to the electrical network.
Pendant la période d'ensoleillement maximum, par exemple en été, la chaudiere est arrêtée et l'énergie solaire suffit a elle seule a couvrir les besoins en calories du chauffe eau; aucun appoint en énergie électrique n'est nécessaire.During the maximum period of sunshine, for example in summer, the boiler is shut down and solar energy alone is sufficient to cover the calorie needs of the water heater; no additional electrical energy is required.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description ci-après en faisant référence a la figure unique annexee, donnée uniquement a titre d'exemple non limitatif.Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the description below with reference to the single appended figure, given only by way of nonlimiting example.
Suivant l'exemple de la figure, le chauffe eau de l'invention repéré dans son ensemble par la réference 1 est alimente en calories a partir de trois sources distinctes : une source solaire comprenant un ou plusieurs panneaux solaires 2 et un circuit 3, une source électrique 4 et une chaudière de chauffage 5 comprenant un circuit de chauffage et un circuit eau chaude repére dans leur ensemble respectivement par les références 6 et 7.According to the example in the figure, the water heater of the invention identified as a whole by the reference 1 is supplied with calories from three distinct sources: a solar source comprising one or more solar panels 2 and a circuit 3, a electrical source 4 and a heating boiler 5 comprising a heating circuit and a hot water circuit marked as a whole respectively by the references 6 and 7.
Le chauffe eau 1 se compose d'un réservoir cylindrique 8 monté verticalement dont les extrémités supérieures et inférieures 9 et 10 sont bombées. Ces deux extrémités bombées 9 et 10 sont traversées respectivement par deux tubulures 11 et 12 pour l'eau circulant dans le circuit solaire 3. The water heater 1 consists of a cylindrical tank 8 mounted vertically, the upper and lower ends 9 and 10 of which are curved. These two rounded ends 9 and 10 are crossed respectively by two pipes 11 and 12 for the water circulating in the solar circuit 3.
Dans ce circuit solaire 3, le fluide caloporteur circule suivant la flèche f, les tubulures 11 et 12 sont reliées par un échangeur ou serpentin 13 disposé à l'intérieur du reservoir 8 du chauffe eau et permettant au circuit solaire 3 de céder ses calories à l'eau sanitaire contenue dans ledit réservoir 8.In this solar circuit 3, the heat transfer fluid circulates along the arrow f, the pipes 11 and 12 are connected by an exchanger or coil 13 arranged inside the tank 8 of the water heater and allowing the solar circuit 3 to transfer its calories to the sanitary water contained in said tank 8.
Le réservoir 8 du chauffe eau 1 communique en outre avec l'extérieur grâce à deux tubulures, 1 'une, 14, permettant son alimentation en eau froide sanitaire suivant la flèche g, l'autre, 15, disposée a la partie supérieure du chauffe eau debitant l'eau chaude sanitaire vers les differents points d'utilisation suivant la flèche h; les quatre tubulures 11, 12, 14 et 15 sont d'axe vertical parallèle à l'axe vertical du réservoir 8 du chauffe eau 1.The reservoir 8 of the water heater 1 further communicates with the outside by means of two pipes, one, 14, allowing it to be supplied with cold domestic water according to arrow g, the other, 15, disposed at the top of the heater. water supplying domestic hot water to the various points of use according to arrow h; the four pipes 11, 12, 14 and 15 are of vertical axis parallel to the vertical axis of the tank 8 of the water heater 1.
Autour de sa partie cylindrique, le réservoir 8 présente une double enveloppe 16 dans laquelle circule l'eau chaude délivrée par le circuit 7 d'eau chaude de la chaudière 5. L'ensemble du réservoir 8 et de sa double enveloppe 16 est recouvert d'un calorifugeage 17 en mousse de polyurétnane; ce calorifugeage enveloppe complètement le chauffe eau y compris ses parties supérieures et inférieures en ne laissant déboucher que les tubulures 11, 12, 14 et 15, les tubulures 18 et 19 respectivement d'entrée et de sortie suivant les flèches j et k de l'eau chaude délivrée par la chaudière 5 et en laissant proéminent, à sa partie inférieure, le boitier 20 de l'ensemble de chauffage électrique.Around its cylindrical part, the tank 8 has a double jacket 16 in which circulates the hot water delivered by the hot water circuit 7 of the boiler 5. The whole of the tank 8 and its double jacket 16 is covered with 'Insulation 17 made of polyurethane foam; this insulation completely envelops the water heater including its upper and lower parts, leaving only the pipes 11, 12, 14 and 15, the pipes 18 and 19 respectively of inlet and outlet according to arrows j and k of the hot water delivered by the boiler 5 and leaving prominent, at its lower part, the housing 20 of the electric heating assembly.
La chaudière 5 est reliée aux circuits de chauffage 6 et d'eau chaude 7 par deux tubulures, l'une de sortie 21 débitant de l'eau chaude suivant la flèche m, l'autre 22 d'entrée admettant l'eau à réchauffer suivant la flèche n. De la tubulure 21 de la chaudière 5 part, d'une part, le circuit 7 d'eau chaude qui alimente la double enveloppe 16 avec interposition d'une électrovanne 23 dont 1 'ouverture ou la fermeture sont commandées par une horloge de programmation 24 et, d'autre part, une canalisation 25 qui traverse une vanne à quatre voies 26 pour alimenter le circuit de chauffage 6. Ce circuit 6 alimente des radiateurs 27 et comporte par ailleurs un accélérateur 28, l'eau circulant dans ce circuit suivant les flèches p et q respectivement pour l'aller et le retour.The boiler 5 is connected to the heating 6 and hot water 7 circuits by two pipes, one outlet 21 delivering hot water along arrow m, the other 22 inlet admitting the water to be heated following arrow n. From the pipe 21 of the boiler 5 leaves, on the one hand, the hot water circuit 7 which feeds the double jacket 16 with the interposition of a solenoid valve 23, the opening or closing of which are controlled by a programming clock 24 and, on the other hand, a pipe 25 which passes through a four-way valve 26 to supply the heating circuit 6. This circuit 6 supplies radiators 27 and also includes an accelerator 28, the water circulating in this circuit according to arrows p and q respectively for outward and return journeys.
Ainsi, la vanne a quatre voies 26 comporte une voie reliée à la canalisation 25, une voie branchée directement sur l'accélérateur 28, et une voie raccordée à la tubulure 22 d'entrée de la chaudière 5; la quatrième voie de la vanne 26 est reliée d'une part au retour suivant la flèche k de l'eau provenant de la double enveloppe 16 entourant le réservoir 8 du chauffe eau 1 et, d'autre part, au retour suivant la flèche q de l'eau provenant des radiateurs 27. Thus, the four-way valve 26 comprises a track connected to the pipe 25, a track connected directly to the accelerator 28, and a track connected to the inlet pipe 22 of the boiler 5; the fourth way of the valve 26 is connected on the one hand to the return along the arrow k of the water coming from the double jacket 16 surrounding the tank 8 of the water heater 1 and, on the other hand, to the return according to the arrow q water from radiators 27.
La source d'énergie électrique 4 est disposée à la partie inférieure et au centre du chauffe eau 1; elle n'est pas recouverte par le calorifugeage 17, elle se compose d'un boitier 20 contenant le dispositif électrique proprement dit, relié au réseau électrique 29, une sonde thermostatique 30 dirigée vers l'intérieur du réservoir 8 du chauffe eau et baignée par 1 'eau contenue dans celui-ci et un échangeur schématisé en 31 constitué par une résistance électrique de chauffe contenue dans un tube d'echange.The source of electrical energy 4 is arranged at the bottom and in the center of the water heater 1; it is not covered by the insulation 17, it consists of a box 20 containing the electrical device proper, connected to the electrical network 29, a thermostatic probe 30 directed towards the interior of the tank 8 of the water heater and bathed in 1 water contained therein and a heat exchanger shown schematically at 31 consisting of an electrical heating resistor contained in a heat exchanger.
En ce qui concerne les panneaux solaires 2, ils peuvent être couplés, ils sont constitués de façon classique d'un circuit de circulation de fluide caloporteur non représenté, d'un cadre et d'un absorbeur.As regards the solar panels 2, they can be coupled, they consist in a conventional manner of a circuit for circulation of heat transfer fluid, not shown, of a frame and of an absorber.
Le fonctionnement du chauffe eau de l'invention est le suivant
Lorsque la chaudiere 5 ne fonctionne pas, et lorsqu'on est dans une période d'ensoleillement suffisante, les capteurs solaires 2 suffisent à eux seuls pour fournir au chauffe eau l'énergie suffisante pour délivrer quotidiennement 150 à 200 litres d'eau chaude. Dans ce cas, l'énergie utilisée est donc totalement gratuite, l'échange thermique est réalise uniquement grâce au serpentin ou échangeur solaire 13 dispose à l'intérieur du réservoir 8 du chauffe eau.The operation of the water heater of the invention is as follows
When the boiler 5 does not work, and when there is a sufficient period of sunshine, the solar collectors 2 alone are sufficient to provide the water heater with sufficient energy to deliver 150 to 200 liters of hot water daily. In this case, the energy used is therefore completely free, the heat exchange is carried out only thanks to the coil or solar exchanger 13 placed inside the tank 8 of the water heater.
Lorsque la chaudiere 5 ne fonctionne pas et que l'ensoleillement n'est pas suffisant pour que les calories ainsi fournies permettent au chauffe eau de délivrer le debit quotidien nécessaire d'eau chaude, l'appoint en calories est réalisé grâce à la source électrique 4 qui, en fonction des indications fournies par la sonde thermostatique 30, permet d'alimenter ou non en électricité l'é- changeur électrique 31. Dans ce cas, l'échange thermique entre 1 'eau contenue dans le chauffe eau et la source électrique d'énergie 4 s'effectue par l'intermédiaire de l'échangeur 31.When the boiler 5 does not operate and the sunshine is not sufficient for the calories thus supplied to allow the water heater to deliver the daily flow required for hot water, the caloric is made up by the electric source 4 which, according to the indications provided by the thermostatic probe 30, makes it possible to supply or not with electricity the electric exchanger 31. In this case, the heat exchange between the water contained in the water heater and the source electrical energy 4 takes place via the exchanger 31.
Lorsque la chaudière 5 fonctionne, la source d'energie électrique 4 n'est pas du tout sollicitée, l'énergie solaire disponible à partir des panneaux 2 est, en quantité variable, l'appoint nécessaire pour débiter la quantité quotidienne d'eau chaude et réalisé grâce au circuit 7 d'eau chaude.When the boiler 5 is operating, the source of electrical energy 4 is not called upon at all, the solar energy available from the panels 2 is, in variable quantity, the back-up necessary to deliver the daily quantity of hot water. and realized thanks to circuit 7 of hot water.
L'échange thermique s'effectue alors grâce à la double enveloppe 16 entourant le réservoir 8 du chauffe eau 1. The heat exchange then takes place thanks to the double envelope 16 surrounding the tank 8 of the water heater 1.
Le chauffe eau de l'invention est donc, pour ce qui concerne son principe de fonctionnement, avant tout solaire. L'énergie solaire disponible et captée n'etant pas toujours suffisante, les calories manquantes, pour que le chauffe eau puisse délivrer quotidiennement une quantite de l'ordre de 150 à 200 litres d'eau chaude, sont apportées, lorsque la chaudière de chauffage fonctionne, par le circuit eau chaude de celle-ci et de façon programmée, et, lorsque la chaudière ne fonctionne pas, par une source électrique 4 réagissant simplement grâce à une sonde thermostatique 30.The water heater of the invention is therefore, as regards its operating principle, above all solar. As the solar energy available and collected is not always sufficient, the missing calories, so that the water heater can deliver daily an amount of the order of 150 to 200 liters of hot water, are provided when the heating boiler operates, by the hot water circuit thereof and in a programmed manner, and, when the boiler is not operating, by an electric source 4 reacting simply by means of a thermostatic probe 30.
Le chauffe eau de l'invention présente un certain nombre d'avantages
Il est avant tout économique, puisqu'il utilise au maximum les calories fournies par le circuit solaire 3, puisque l'appoint réalisé par la source électrique 4 est en général peu important etant donné qu'il intervient dans les périodes où la chaudière 5 ne fonctionne pas, c'est-à-dire où l'ensoleillement est en général non négligeable et puisque l'appoint réalisé par le circuit 7 d'eau chaude de la chaudière 5 s'est effectué grâce à une programmation judicieuse de l'heure de déclenchement et du temps de chauffage.The water heater of the invention has a number of advantages
It is above all economical, since it uses the calories supplied by the solar circuit 3 as much as possible, since the back-up produced by the electric source 4 is generally of little importance since it intervenes in periods when the boiler 5 does not does not work, that is to say where the sunshine is generally not negligible and since the topping up carried out by the hot water circuit 7 of the boiler 5 is carried out thanks to a judicious programming of the time time and heating time.
Grâce à la position basse ou moyenne du serpentin ou échangeur solaire 13 et de l'échangeur électrique 31 de la source 4, il est possible de concevoir un chauffe eau dont la capacité de stockage est voisine du débit quotidien d'eau chaude necessaire, c'est-à-dire en moyenne de l'ordre de 150 à 200 litres.Thanks to the low or medium position of the coil or solar exchanger 13 and of the electric exchanger 31 of the source 4, it is possible to design a water heater whose storage capacity is close to the daily flow rate of hot water required, c '' that is to say on the order of 150 to 200 liters.
Grâce au calorifugeage 17, en polyuréthane, les déperditions calorifiques sont réduites.Thanks to the insulation 17, made of polyurethane, the heat losses are reduced.
Grâce à la combinaison judicieuse de trois sources d'énergie calorifique, le chauffe eau de l'invention, donnant cependant priorite à l'énergie solaire est particulièrement intéressant pour bus régions où l'ensoleillement est important ou moyen.Thanks to the judicious combination of three sources of heat energy, the water heater of the invention, giving priority to solar energy, however, is particularly advantageous for bus regions where the sunshine is high or medium.
Diverses variantes de l'invention peuvent être envisagées
Le chauffe eau de l'invention a été décrit comme comportant pour ce qui concerne son alimentation par le circuit 7 d'eau chaude de la chaudière 5, une horloge de programmation 24 agissant sur une électrovanne 23. Various variants of the invention can be envisaged
The water heater of the invention has been described as comprising as regards its supply by the hot water circuit 7 of the boiler 5, a programming clock 24 acting on a solenoid valve 23.
Le circuit solaire 3 comporte un serpentin ou échangeur 13, la source d'énergie électrique 4 apporte ses calories grâce à l'échangeur 31, l'eau chaude délivrée dans le circuit 7 par la chaudiere 5 apporte ses calories par l'intermédiaire de la double enveloppe 16, ces divers types d'echangeurs peuvent être modifiés ou interchangés; on peut par exemple envisager un chauffe eau comportant un échangeur intérieur du type du serpentin 13 commun pour les trois sources d'énergie utilises; on pourrait également envisager un échangeur commun à deux sources, par exemple, solaire et électrique.The solar circuit 3 comprises a coil or exchanger 13, the electrical energy source 4 brings its calories thanks to the exchanger 31, the hot water delivered in the circuit 7 by the boiler 5 brings its calories through the double casing 16, these various types of exchangers can be modified or interchanged; one can for example consider a water heater comprising an interior exchanger of the coil 13 type common for the three energy sources used; one could also consider an exchanger common to two sources, for example, solar and electric.
Divers équipements accessoires sont prévus sur le circuit solaire 3, le chauffe eau 1 proprement dit, les circuits 6 et 7 de chauffage et d'eau chaude de la chaudière 5, la source d'énergie électrique 4 et ses éléments, ils sont classiques et n'entrent pas dans le cadre de la présente invention. Various accessory equipment is provided on the solar circuit 3, the water heater 1 proper, the heating and hot water circuits 6 and 7 of the boiler 5, the electrical energy source 4 and its elements, they are conventional and are not within the scope of the present invention.
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|---|---|
| IT8120199A0 (en) | 1981-03-06 |
| BE887795A (en) | 1981-07-01 |
| IT1135654B (en) | 1986-08-27 |
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