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La Société : BAUCALOR AG.
------- "Procédé et dispositif en vue de chauffer des liquides".
------- C. I. : Demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne P 32 44 908.9 déposée le 4 décembre
1982.
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Procédé et dispositif en vue de chauffer des liquides.
L'invention concerne un dispositif en vue de chauffer de l'eau et d'autres liquides, dispositif dans lequel on prévoit une chaudière comportant une conduite d'alimentation d'eau froide, une conduite de soutirage d'eau chaude, un registre de chauffage installé dans la partie supérieure de cette chaudière, définissant une zone de chauffage et dans lequel, en particulier, circule un fluide ou qui fonctionne électriquement, de même qu'une conduite de circulation pourvue d'une pompe de circulation et partant du pied de la chaudière pour redéboucher ensuite dans la zone de chauffage ; l'invention concerne également un procédé en vue de faire fonctionner un tel dispositif.
Des chaudières sont généralement nécessaires pour chauffer et accumuler n'importe quel type de liquide, en particulier, de l'eau sanitaire et, dès lors, elles remplissent constamment une fonction double. Avec ces chaudières, on peut chauffer lentement, à la température finale désirée, une quantité de liquide qui est prédéterminée par la capacité de ces chaudières, cette quantité de liquide étant tenue
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te au soutira-e prête tandis que la quantité totale p accumulée du liquide chauffé peut être débitée en un temps relativement court par rapport au temps de chauffage. Par suite du temps de chauffage d'une chaudière, qui est long comparativement à des dispositifs de chauffage à passage, comme sources de chaleur, on envisage également celles ayant un faible débit thermique.
Habituellement, les chaudières d'eau chaude comportent une conduite d'alimentation d'eau froide au pied et une conduite de soutirage d'eau chaude en tête ; un registre de chauffage se trouve dans la
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zone inférieure de la chaudière de sorte que, pendant le chauffage, l'eau chauffée monte dans cette dernière, tandis que l'eau plus froide circule vers le registre de chauffage. Cette circulation se termine avec la mise hors circuit du registre de chauffage notamment lorsque la quantité totale d'eau a atteint la température finale désirée.
Lorsque l'eau chaude est alors soutirée (ce qui n'a généralement lieu que lorsque la température finale est atteinte), l'eau froide circule vers le pied de la chaudière ; cette circulation a lieu en évitant essentiellement des turbulences si bien qu'il s'établit, dans l'eau de la chaudière, une stratification de température stable à laquelle la température prédéterminée de l'eau chaude et la température d'alimentation subsistent essentiellement respectivement au-delà d'un étroit intervalle de températures mixtes et en deçà de cet intervalle. A la longue, la couche intermédiaire qui est à une température intermédiaire, s'élève par suite de la conductibilité thermique de l'eau.
Ces chaudières présentent un inconvénient du fait que l'eau ayant atteint la température finale désirée ne peut être soutirée qu'après le chauffage complet de toute la quantité d'eau d'une chaudière si bien que, même lors du soutirage de quantités partielles, la quantité d'eau non soutirée est toujours portée préalablement à la température désirée.
D'après le brevet français 78 18 882, il est connu de prévoir un registre de chauffage dans la zone supérieure d'une chaudière, une conduite d'alimentation d'eau froide au pied de cette dernière, de même qu'une conduite de soutirage d'eau chaude en tête afin qu'un volume minimum d'eau prédéterminé porté à la température finale soit ainsi constamment prêt. Toutefois, le registre de chauf-
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fage permet, dans des laps de temps raisonnables, de chauffer uniquement l'eau se trouvant dans la zone supérieure de la chaudière, car il ne se produit pas une convection naturelle avec l'eau froide se trouvant en dessous, cependant que la stratification de température stable précitée s'établit. En conséquence, le reste du contenu de la chaudière doit être chauffé de manière particulière.
A cet effet, on prévoit une conduite de circulation partant du pied de la chaudière, comportant une pompe de circulation et une cellule solaire, cette conduite débouchant dans la chaudière essentiellement en dessous de la zone de chauffage du registre de chauffage. Par conséquent, le brevet français 78 18 872 concerne la combinaison d'une chaudière pourvue d'un registre de chauffage avec un accumulateur prévu en dessous de la partie formant chaudière proprement dite, cet accumulateur étant chauffé au moyen d'une source de chaleur extérieure ; dans ce cas, le registre de chauffage est mis en et hors circuit par thermostat au moyen d'un capteur de température afin qu'une quantité prédéterminée d'eau chaude ayant la température désirée soit constamment disponible.
Lors d'un soutirage d'eau chaude, cette chaudière est alimentée en eau froide via l'accumulateur se trouvant en dessous. Cette combinaison chaudière/accumulateur présente un inconvénient du fait qu'en cas de manque d'apport de chaleur par la cellule solaire, on ne peut faire varier la quantité d'eau disponible portée à la température finale désirée. Une installation analogue de production d'eau chaude présentant les mêmes inconvénients est également connue d'après le brevet français 76 05 690.
En conséquence, l'objet à la base de l'invention est de fournir un dispositif du type indiqué
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dans l'introduction ci-dessus permettant le chauffage de quantités partielles limitées de liquide à une température déterminée, de même qu'un procédé pour la mise en service d'un tel dispositif. Sont préférées, les solutions qui assurent le chauffage du liquide avec la plus faible consommation d'énergie possible et qui, à cet effet, utilisent, en particulier, le plus grand degré d'efficacité possible de l'énergie solaire.
En vue du chauffage, l'invention part du principe de base qui consiste à pomper un liquide froid du pied d'une chaudière dans la zone de chauffage se trouvant dans la partie supérieure de cette chaudière et de terminer le chauffage après le transfert d'une quantité de chaleur déterminée par le registre de chauffage. De la sorte, suivant la quantité pompée de liquide froid, la couche de liquide chauffée dans la zone de chauffage s'agrandit vers le bas dans une mesure correspondant aux besoins escomptés de liquide chauffé. En ce qui concerne un dispositif, cet objet est réalisé par un limiteur de quantité de chaleur réglable du registre de chauffage.
Par l'expression"zone de chauffage", on entend la zone de convection qui se trouve dans la partie supérieure de la chaudière et qui est influencée par le registre de chauffage.
En conséquence, la limite inférieure de la zone de chauffage est essentiellement déterminée par la position de la surface chauffante la plus basse du registre de chauffage ; dès lors, la zone de conduction de chaleur venant en dessous de la zone de convection et formant la transition avec la zone froide n'intervent essentiellement pas dans la zone de chauffage.
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Le nouveau type d'alimentation de liquide froid dans la chaudière, notamment dans une zone de chauffage située dans la partie supérieure de celleci, conduit à un mélange d'un liquide déjà chaud et d'un liquide encore froid. Dès lors, dans un tel système, on réalise fondamentalement le principe d'un dispositif de chauffage à passage pour ce liquide froid qui doit également être chauffé par le registre de chauffage. Il est entendu que l'alimentation en liquide froid dans la zone de chauffage doit être adaptée au débit thermique du registre de chauffage afin d'atteindre la température finale prédéterminée.
Comme limiteurs de quantités de chaleur, on peut utiliser les systèmes les plus divers tels que des interrupteurs à minuterie, des dispositifs de mesure de quantités de chaleur avec un contact de commutation ou des thermomètres à contact à des hauteurs déterminées de la chaudière.
Lors du chauffage de quantités partielles du contenu de la chaudière, le limiteur de quantité de chaleur met aussi bien le registre de chauffage que la pompe de circulation hors circuit tandis que, lors du chauffage de tout le contenu de la chaudière, seul le registre de chauffage est mis hors circuit à un moment donné.
Dès lors, l'invention assure le chauffage de quantités déterminées de liquide dans une chaudière à une température prédéterminée avec un registre de chauffage relativement petit sans que l'on doive consentir des frais importants pour le réglage.
La quantité pompée de liquide froid peut être adaptée de manière particulièrement simple au débit thermique du registre de chauffage du fait qu'un capteur de température installé dans la zone de chauffage assure la mise en et hors circuit de la
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pompe de circulation. De la sorte, même en cas d'un soutirage intermittent du liquide chauffé, une température minimum déterminée est constamment assurée dans la zone de chauffage.
A cet effet, le capteur de température met avantageusement la pompe de circulation hors circuit ou même il ne la met pas en circuit aussi longtemps que la température du liquide se trouvant dans la zone de chauffage est en dessous de la valeur minimum prédéterminée ; ce n'est que lorsque la température finale également déterminée est atteinte que la pompe de circulation est mise en circuit.
L'obtention de la température de chauffage désirée pour une quantité partielle prédéterminée de liquide est avantageusement assurée par au moins un capteur de température installé dans la chaudière et assurant la mise hors circuit du registre de chauffage. Si la mise hors circuit du registre de chauffage est désirée au plus tard lorsque tout le contenu de la chaudière a atteint une température maximum, le capteur de température précité est alors installé au point le plus bas de la chaudière. Un ou plusieurs capteurs de température prévus au-dessus du point le plus bas, mais en dessous de la zone de chauffage permettent la mise hors circuit du registre de chauf- fage après que la quantité désirée de liquide ait atteint la température finale.
Cette quantité de liquide peut également être modifiée progressivement en utilisant ce que l'on appelle un capteur à bande, principalement en combinaison avec au moins un autre capteur de température dans la zone de chauffage.
Sans modifier par ailleurs la façon de procéder, la consommation d'énergie du registre de chauffage est réduite lorsque la conduite de circulation est accouplée à une source d'énergie extérieure ; à cet effet, il est recommandé de prévoir un échangeur
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de chaleur installé avec son côté secondaire dans la conduite de circulation.
Comme source d'énergie extérieure, on envisage fondamentalement n'importe quelle source d'éner- gie thermique, par exemple, des chaudières de chauffage, la chaleur perdue et les pompes de chaleur ; les collecteurs solaires sont, en particulier, appropriés car ils sont en mesure, par exemple, de chauffer l'eau à des températures habituelles dans le domaine sanitaire. L'installation de la chaudière à tinté- rieur du collecteur solaire est particulièrement avantageuse du point de vue thermique, car ainsi on supprime essentiellement les problèmes d'isolation de la chaudière. A cet effet, il est recommandé d'utiliser des collecteurs solaires comportant un réflecteur parabolique cylindrique spécial autour de l'axe focal duquel la chaudière est installée concentriquement.
On fait avantageusement pivoter un réflecteur parabolique de ce type sur son axe focal en lui faisant suivre la position du soleil. En particulier, comme collecteurs d'énergie, il est recommandé dlinstaller des éléments à semi-conducteurs concentriquement par rapport au foyer ou à l'axe focal du réflecteur parabolique et d'utiliser, dans ce cas, de préférence, la surface de la chaudière comme support des éléments à semi-conducteurs. Un tel dispositif permet d'accroître sensiblement le rendement de l'énergie solaire et, lorsqu'on utilise des éléments à semi-conducteurs, outre la chaleur sensible, il fournit encore, dans une certaine mesure, du courant.
Les réflecteurs paraboliques peuvent être réalisés aisément sans déperdition importante d'énergie lorsqu'ils sont constitués d'au moins trois, de préférence, de cinq surfaces partielles planes dont la disposition est adaptée le mieux possible à la
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forme parabolique.
Toutefois, on peut également utiliser d'autres adsorbeurs, par exemple, hémisphériques ou sphériques, ou encore des chaudières faisant office d'adsorbeurs à l'intérieur d'un collecteur solaire, ces adsorbeurs poursuivant le soleil, en particulier, avec un ou plusieurs yeux optiques, y compris une correction saisonnière.
Il est entendu que les collecteurs solaires décrits ci-dessus sont également, en principe, appropriés en combinaison avec n'importe quel autre type d'accumulateur de liquide en lieu et place d'une chaudière d'eau chaude.
En particulier, lorsqu'on utilise conjointenent des sources d'énergie extérieures, d'autres capteurs de température assurant la mise en et hors circuit de la pompe de circulation permettent un réglage simple en vue d'assurer la meilleure utilisation possible de l'énergie ; toutefois, conjointement avec une soupape de sécurité installée en tête de la chaudière, ils permettent également d'éviter des surchauffes à l'intérieur de toute l'installation.
Plusieurs accumulateurs d'eau disposés l'un derrière l'autre en amont de la chaudière permettent d'accroître considérablement le volume de liquide pouvant être chauffé et ainsi disponible à court terme sans que l'on doive ainsi prévoir des registres de chauffage supplémentaires ; de même, un volume de liquide minimum se trouvant à la température de soutirage est également disponible pour une consommation intermittente. Par ailleurs, les volumes de liquide associés chaque fois en tête de ces accumulateurs, au pied de l'accumulateur suivant et finalement, à la chaudière, sont chauffés successivement. De la sorte, on peut adapter les quantités d'eau chaude dans de
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très larges limites à chaque consommation escomptée.
Dans ce cas, la couche limite entre l'eau chaude et l'eau froide se déplace chaque fois d'une chaudière à la suivante et, en outre, vers les accumulateurs situés derrière, si bien qu'avec un seul registre de chauffage, on peut pratiquement porter, à la température théorique, n'importe quelle quantité préselec- tionnée de liquide, petite ou grande.
En ce qui concerne le procédé, l'objet à la base de l'invention est réalisé du fait que, de la manière décrite ci-dessus plus en détail, au cours du chauffage du liquide dans la zone de chauffage, la pompe de circulation est mise en service et, après le débit d'une quantité de chaleur prédéterminée, au moins le registre de chauffage est mis hors circuit.
Du fait que la pompe de circulation continue à fonctionner après la mise hors circuit du registre de chauffage, tout le contenu de la chaudière peut être porté à une température mixte uniforme. Toutefois, cette poursuite du fonctionnement de la pompe de circulation est surtout intéressante lorsqu'une partie seulement du contenu de la chaudière doit être chauffée par le registre de chauffage, tandis que le reste du contenu de la chaudière ne doit être chauffé que dans la mesure où l'on dispose d'une source d'énergie extérieure, ou lorsque tout le contenu de la chaudière est déjà chauffé et qu'un chauffage ultérieur à des températures plus élevées au moyen d'une source d'énergie extérieure est désiré.
L'invention sera décrite ci-après plus en détail en se référant à un exemple de réalisation illustré dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue partiellement en coupe illustrant schématiquement une chaudière avec les conduites correspondantes ;
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la figure 2 illustre schématiquement une installation de production d'eau chaude ; la figure 3 est une vue en coupe d'un collecteur solaire avec réflecteur parabolique cylindrique ; et la figure 4 est une vue en coupe d'un autre collecteur solaire avec réflecteur parabolique cylindrique.
Une chaudière 1 comporte, à son pied 2, une conduite d'alimentation d'eau froide 3 et, à sa tête 4, une conduite de soutirage d'eau chaude 5. Dans la partie supérieure 6 de la chaudière 1, est installé un registre de chauffage 8 définissant une zone de chauffage 7 et dans lequel, en particulier, circule un fluide, ou qui fonctionne électriquement et qui comporte des raccordements 9 et 10 allant à une source d'énergie non représentée plus en détail. La convection du liquide s'établissant lors du chauffage dans la zone de chauffage agit notamment vers le bas jusqu'à la couche limite 11 illustrée en traits discontinus. Une conduite de circulation 12 partant du pied 2 de la chaudière englobe les conduites 13, 14, 15, 16 et 5, une pompe de circulation 17, ainsi que des accumulateurs 18 et 19.
En variante, la conduite de circulation 12 peut englober les conduites 13, 14, 14'est 5, de même que la pompe de circulation 17. Un capteur de température 20 sous forme d'un thermomètre à contact, installé à l'intérieur de la zone de chauffage 7 assure, de manière non représentée plus en détail, la mise en et hors circuit de la pompe de circulation 17. Conjointement avec un commutateur sélecteur (non représenté plus en détail), d'autres capteurs de température 21,22 et 23 forment un limiteur de quantité de chaleur 24 ; ils mettent le registre de chauffage 8 hors circuit (de manière non
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représentée plus en détail).
Lorsque tout le système est rempli d'eau, le registre de chauffage 8, par exemple, sous forme d'une pièce rapportée de chauffage électrique débitant 2 kW, est mis en circuit et chauffe la zone de chauffage 7 jusqu'à la couche limite 11 (c'est-à-dire à peu près le tiers supérieur du contenu de la chaudière) à 600C. Lorsque cette température est atteinte, le capteur de température 20 met la pompe de circulation 17 en circuit.
De la sorte, à la tête 4 de la chaudière, de l'eau froide est introduite dans la zone de chauffage 7 jusqu'à ce que la température régnant dans le capteur de température 20 soit tombée à 55OC ; ensuite, le capteur de température 20 met la pompe de circulation 17 hors circuit et le processus se répète dès que le capteur de température 20 a à nouveau atteint la température de 60oC. De la sorte, la limite entre l'eau chaude et l'eau froide dans la chaudière 1 se déplace toujours davantage vers le bas. Ce processus peut alors se terminer du fait que, après un temps présélectionné, le registre de chauffage 8 et la pompe de circulation 17 sont mis hors circuit.
Toutefois, de préférence, cette mise hors circuit a lieu à l'intervention d'un des capteurs de température 21, 22 et 23 (suivant une présélection), notamment
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lorsque la température de 600C est atteinte dans le capteur de température présélectionné ; toutefois, en lieu et place de ce capteur, on peut également utiliser un capteur de température à bande en vue d'assurer la présélection progressive de la quantité d'eau chaude.
De même, si le contenu des accumulateurs 18 et 19 doit être chauffé entièrement ou partiellement à 60 C, de manière correspondante, on doit prévoir des capteurs de température supplémentaires individuellement ou sous forme d'un capteur de température à bande ;
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toutefois, dans ce cas, il est recommandé d'installer la conduite d'alimentation d'eau froide au pied du dernier accumulateur 19.
Au terme du chauffage, via la conduite de soutirage d'eau chaude 5 et la conduite 25, toute l'eau préchauffée peut être acheminée en un temps relativement court à un point de consommation 26.
Dans ce cas, l'eau froide continue à s'écouler automatiquement via la conduite d'alimentation 3. Tout comme dans le cas d'un chauffage par accumulateur, le point de consommation peut également former un système fermé avec la chaudière.
Suivant la figure 2, dans la conduite de circulation 12, on peut incorporer un échangeur de chaleur 27 avec son côté secondaire 28. Le côté primaire 29 de l'échangeur de chaleur 27 fait partie d'un circuit primaire 37 constitué des conduites 30 à 33, d'une pompe de circulation 34, d'une source d'énergie extérieure, en particulier, d'un collecteur solaire 35, ainsi qu'éventuellement d'une soupape à plusieurs voies 36. Toutefois, on peut également envisager une circulation à thermosiphon dans le circuit primaire 37 lorsque, notamment, la source d'énergie 35 est installée plus bas que l'échangeur de chaleur 27.
Ce système maintient constamment le liquide en circulation s'écoulant vers le collecteur solaire à la plus basse température possible et ainsi, il reçoit de l'énergie même en cas de faible rayonnement.
Si le rayonnement solaire vient à faire défaut, un chauffage complet de tout le contenu de la chaudière 1 est assuré de la manière décrite en se référant à la figure 1, c'est-à-dire que le capteur de température 20 met le registre de chauffage 8 et la pompe de circulation 17 hors circuit, par exemple, à 600C ou qu'il met la pompe de circulation 17 en
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circuit à une température comprise entre 55 et 60 C, tandis que le capteur de température 38 met le registre de chauffage 8 hors circuit lorsqu'une température de 600C est atteinte. Toutes les valeurs théoriques du système électronique de commande peuvent être décalées intérieurement vers le haut ou vers le bas par rapport à la valeur moyenne.
Dès que la source de chaleur (source d'énergie) 35 fournit une énergie suffisante, on utilise cette dernière pour maintenir la température de la chaudière en faisant démarrer la pompe 34 du circuit primaire 37 lorsque la température de sortie de la source d'énergie 35 (mesurée avec le capteur de température 39) est supérieure à la température de sortie côté secondaire de l'échangeur de chaleur 27 (mesurée avec le capteur de température 40). La pompe de circulation 17 du circuit de chaudière ou du circuit secondaire 41 ne devrait alors être mise en circuit que si la température détectée au capteur 40 de l'échangeur de chaleur est supérieure à celle du capteur 20 se trouvant dans la zone de chauffage. Le capteur 40 peut également être installé dans la conduite montée en aval de la sortie côté secondaire de l'échangeur de chaleur 27.
Dans la mesure où le liquide chauffé dans la zone de chauffage par le registre de chauffage sans actionner la pompe de circulation 17 suffit comme quantité minimum, on peut également chauffer le reste du contenu de la chaudière exclusivement au moyen de la source d'énergie extérieure 35 si le système électronique de commande (non représenté dans les dessins) met le registre de chauffage hors circuit lorsque la température finale est atteinte au capteur de température 20, la pompe de circulation 34 ne fonctionnant alors que si la température détectée au capteur 39
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est supérieure à celle du capteur 40, tandis que la pompe de circulation 17 n'est mise en circuit que si la température détectée au capteur 40 est supérieure à celle du capteur 20.
Il est entendu qu'en principe, on peut également chauffer de la même manière tout le contenu de la chaudière à l'aide de la source d'énergie extérieure 35 sans que le registre de chauffage 8 soit mis en circuit.
Un thermostat de sécurité installé, de préférence, à 1 1 intérieur de la zone de chauffage 7 met le registre de chauffage 8 hors circuit lorsqu'une température maximum prédéterminée est atteinte, par exemple, 90oC, au cas où le système électronique de commande est défaillant. En guise de sécurité com- plémentaire un fusible supplémentaire prévu au thermostat de sécurité peut mettre le registre de chauffage hors circuit (dans le cas d'un fonctionnement électrique).
Une protection particulièrement efficace de l'installation de production d'eau chaude ou de parties spéciales de celle-ci contre les surchauffes est assurée par une soupape de décharge (soupape de sécurité) 42 qui est installée dans la tête 4 de la chaudière et qui, de préférence, peut être commandée, conjointement avec un capteur de température dans la zone de l'installation de production d'eau chaude qui doit être particulièrement protégée. Cette soupape de décharge s'ouvre lorsque la température maximum prédéterminée au capteur précité est dépassée, si bien que l'eau chaude s'écoule hors de la chaudière et que l'eau froide continue à s'écouler jusqu'à ce qu'on tombe en dessous d'une température prédéterminée au capteur concerné.
En ce qui concerne ce capteur de température, il peut s'agir du capteur dont il a déjà été fait mention, en particulier, du capteur 38
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ou 39. Si un cas de surchauffe de ce type vient à se produire, les pompes de circulation et les autres capteurs de température continuent à fonctionner de la manière, par ailleurs, habituelle, si bien que l'alimentation d'eau froide est automatiquement acheminée pour refroidir le point surchauffé de l'installation de production d'eau chaude. On peut compléter une telle protection qui est surtout importante pour les collecteurs solaires, par exemple, en installant, dans le circuit primaire 37, une soupape de sécurité contre la pression 43 qui s'ouvre lorsqu'une pression prédéterminée, par exemple, de 3 bars, est dépassée dans le circuit.
En outre, une telle soupape de sécurité contre la pression peut également indiquer une dépression, tout en permettant de compléter automatiquement la quantité de liquide dans le circuit primaire 37. Dans le cas de systèmes fermés, en présence d'une surchauffe, au lieu d'une soupape de décharge, on peut également faire fonctionner un groupe de consommation monté en aval de la chaudière.
Dès lors, dans le système décrit ci-dessus, on peut chauffer sélectivement deux volumes différents de liquide uniquement avec le registre de chauffage 8, c'est-à-dire soit uniquement le contenu de la zone de chauffage 7, soit le contenu total de la chaudière, le limiteur de quantité de chaleur prévu aux capteurs de température 20 et 38 étant raccordé au système électronique de commande.
On peut compléter le système décrit ci-dessus lorsque, en présence d'une quantité suffisante dénier- gie disponible, au moyen de la source d'énergie extérieure 35, non seulement tout le contenu de la chaudière peut être chauffé et maintenu à une température maximum prédéterminée mais, en outre, une quantité suffisante d'énergie est présente pour ali-
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menter un autre système de production d'eau chaude tel qu'un système de chauffage de piscine ou analogues. Une telle installation complémentaire peut habituellement être constituée, par exemple, d'une chaudière de chauffage 44, d'un accumulateur d'eau chaude 45, ainsi que d'un groupe de consommation 46.
Le couplage d'une telle installation au système de production d'eau chaude suivant l'invention a lieu à l'intervention d'un échangeur de chaleur 47 qui, côté primaire et côté eau froide, est raccordé, via une conduite 48, à la conduite 30 du circuit primaire 37 et qui, côté eau chaude, est raccordé, via une conduite 49, à la soupape à plusieurs voies 36 de la conduite 32. Dans ce cas, la soupape à plusieurs voies 36 est accouplée à un circuit de priorité (non représenté) qui, lorsqu'une température maximum prédéterminée de la chaudière, par exemple, une température de 650C, est atteinte au capteur de température 38, établit une comparaison avec des capteurs de température 50, 51, 52 prévus dans le circuit secondaire 54 de l'échangeur de chaleur 47.
Le capteur de température 50 est monté à la sortie côté secondaire de l'échangeur de chaleur 47, tandis que le capteur de température 51 est monté en tête de l'accumulateur d'eau chaude 45 et que le capteur de température 52 est monté au pied de ce dernier. Si, dans ce cas, la température détectée au capteur 50 est supérieure à celle détectée au capteur 51 (après que la soupape à plusieurs voies 36 ait déjà été inversée et que l'échangeur de chaleur 47 ait été alimenté par la source d'énergie extérieure 35), une pompe de circulation 53 prévue dans le circuit secondaire 54 de l'échangeur de chaleur 47 se met en circuit.
De la sorte, le contenu de l'accumulateur d'eau chaude 45 peut être chauffé (éventuellement par
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intermittence) jusqu'à ce qu'une température prédéterminée, par exemple, de 90 C, soit atteinte au capteur de température 52, après quoi la soupape à plusieurs voies 36 peut être à nouveau branchée sur la chaudière 1. Cette inversion peut également avoir lieu lorsque le capteur de température 20 ou 38 prévu sur la chaudière 1 indique que l'on est en dessous de sa valeur théorique.
Pour le reste, l'installation de production d'eau chaude appartenant à la chaudière de chauffage 44 est commandée de la manière habituelle ; elle est uniquement équipée d'une soupape de priorité 55 pour le couplage à l'installation de production d'eau chaude suivant l'invention. En principe, on peut monter n'importe quel nombre de points de consommation en série et les accoupler à la chaudière.
Le collecteur solaire illustré en figure 3 comporte un réflecteur parabolique 56 à cinq surfaces planes et pourvu d'un enduit intérieur (on peut également prévoir trois ou sept surfaces ou davantage encore, ainsi qu'un mode de construction profond, plutôt qu'un mode de construction plat) ; afin d'assurer la meilleure adaptation possible à une forme parabolique, ce réflecteur forme un angle 58 de 500 avec la surface de recouvrement 57 perméable à la lumière, tandis qu'il forme un angle 60 de 1410 avec la surface dorsale 59. Dans ce cas, la largeur de la surface de recouvrement 57 qui est allongée et qui, par ailleurs, a une forme à peu près rectangulaire, est d'environ 1 m et sa distance vis-à-vis de la surface dorsale 59 est d'environ 0, 35 m. Les lignes brisées 61, 62 sont écartées d'une distance d'environ 0, 08 m du plan de la surface dorsale 59.
Un récipient cylindrique 63 ayant un diamètre correspondant à peu près à la largeur de la surface dorsale 59 s'étend à
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l'intérieur de la section transversale formée par le réflecteur parabolique 56 et la surface de recouvrement 57, concentriquement à la ligne focale 64 de la forme parabolique approximative du réflecteur et, sur sa surface extérieure, ce récipient peut être équipé de manière dense d'éléments à semi-conducteurs 65 débitant de la chaleur sous le rayonnement de la lumière. Ce système assure une surface collectrice extraordinairement grande et d'une utilisation intensive pour l'énergie solaire.
La surface extérieure 66 du réflecteur parabolique 56 peut comporter une isolation thermique et tout le collecteur solaire peut poursuivre la course du soleil autour de la ligne focale 64 faisant office d'axe de rotation et ce, aussi bien pendant les heures de nuit qu'en absence de rayonnement solaire en dirigeant la surface extérieure 66 vers le haut en direction de l'atmosphère ou en protégeant un autre type de recouvrement (pouvant être fermé sur commande) de la surface 57 contre les déperditions de chaleur et les influences néfastes de l'environnement. A cet effet, on peut, par exemple, prévoir une demi-coquille isolée supplémentaire 67 qui est disposée autour de son point de rotation 11 de façon à fermer la surface de recouvrement 57 en absence de rayonnement.
Avec une surface collectrice aussi grande, un tel collecteur solaire assure un plus haut rendement énergétique comparativement à un collecteur plat. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse, le récipient 63 peut simultanément jouer le rôle de la chaudière suivant l'invention, assurant ainsi un traitement de l'eau de manière peu encombrante et également de manière particulièrement efficace du point de vue thermique ; dès lors, ce récipient joue simultanément le rôle d'une chaudière, d'un accumulateur et
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d'un absorbeur. A cet effet, l'enveloppe du récipient peut également être constituée d'une matière transparente, tandis qu'une matière absorbant les rayons est prévue à l'intérieur de ce récipient.
En particulier, il est possible d'utiliser également le récipient uniquement comme accumulateur d'eau chaude du collecteur solaire et, au besoin, d'accoupler ce dernier à la chaudière suivant l'invention. En tout cas, afin de poursuivre la position du soleil, on a la possibilité de faire pivoter le collecteur solaire chaque fois sur une tubulure d'admission ou d'évacuation frontale concentrique du récipient 63.
Afin d'éviter les déperditions de chaleur, on peut également faire le vide dans des espaces creux adjacents au récipient 63.
Un collecteur solaire isolé thermiquement 35 du type représenté en figure 4 est particulièrement efficace, ce collecteur étant également pourvu d'un accumulateur ou d'une chaudière sous forme d'un récipient 63, ainsi que d'un recouvrement 67 isolé thermiquement et décrivant une courbure circulaire. Le foyer du réflecteur parabolique 56 coïncide avec les points centraux 11 de l'accumulateur cylindrique et du recouvrement. Le collecteur solaire poursuit la position du soleil (la position représentée est celle par rapport au midi réel (zénith)) avec ses bords extérieurs 68,69 le long de la ligne circulaire en traits discontinus 70.
Etant donné que la ligne circulaire 70 possède le même rayon de courbure que la surface intérieure du recouvrement 67, l'accumulateur est complètement isolé thermiquement ou peut être isolé thermiquement (il peut être isolé thermiquement lorsque le recouvrement 67 tourne autour du point central 11) de nuit ou également au moment où le rayonnement solaire fait défaut.
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------- "Method and device for heating liquids".
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1982.
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Method and device for heating liquids.
The invention relates to a device for heating water and other liquids, device in which a boiler is provided comprising a cold water supply line, a hot water draw-off line, a register of heating installed in the upper part of this boiler, defining a heating zone and in which, in particular, circulates a fluid or which operates electrically, as well as a circulation pipe provided with a circulation pump and starting from the foot of the boiler to then return to the heating zone; the invention also relates to a method for operating such a device.
Boilers are generally necessary to heat and accumulate any type of liquid, in particular, domestic water and, therefore, they constantly perform a dual function. With these boilers, it is possible to slowly heat, to the desired final temperature, an amount of liquid which is predetermined by the capacity of these boilers, this amount of liquid being held
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te will rack it ready while the total amount p accumulated of the heated liquid can be charged in a relatively short time compared to the heating time. Owing to the heating time of a boiler, which is long compared to flow heaters, as heat sources, consideration is also given to those having a low thermal flow.
Usually, hot water boilers have a cold water supply line at the bottom and a hot water draw-off line at the top; a heating register is in the
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lower part of the boiler so that, during heating, the heated water rises in the latter, while the cooler water circulates towards the heating register. This circulation ends with the deactivation of the heating register, especially when the total quantity of water has reached the desired final temperature.
When the hot water is then drawn off (which generally does not take place until the final temperature is reached), the cold water circulates towards the bottom of the boiler; this circulation takes place essentially avoiding turbulence so that there is established, in the water of the boiler, a stable temperature stratification at which the predetermined temperature of the hot water and the supply temperature essentially remain respectively beyond a narrow range of mixed temperatures and below this range. In the long run, the intermediate layer, which is at an intermediate temperature, rises as a result of the thermal conductivity of the water.
These boilers have a drawback in that the water having reached the desired final temperature can only be drawn off after the entire quantity of water in a boiler has been completely heated so that, even when partial quantities are drawn off, the quantity of water not drawn off is always brought beforehand to the desired temperature.
According to French patent 78 18 882, it is known to provide a heating register in the upper zone of a boiler, a cold water supply pipe at the foot of the latter, as well as a withdrawal of hot water at the head so that a predetermined minimum volume of water brought to the final temperature is thus constantly ready. However, the heating register
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fage allows, within reasonable periods of time, to heat only the water located in the upper zone of the boiler, because there does not occur a natural convection with the cold water below, however that the stratification of The aforementioned stable temperature is established. Consequently, the rest of the contents of the boiler must be specially heated.
For this purpose, there is provided a circulation pipe starting from the bottom of the boiler, comprising a circulation pump and a solar cell, this pipe opening into the boiler essentially below the heating zone of the heating register. Consequently, French patent 78 18 872 relates to the combination of a boiler provided with a heating register with an accumulator provided below the part forming the boiler proper, this accumulator being heated by means of an external heat source. ; in this case, the heating register is switched on and off by thermostat by means of a temperature sensor so that a predetermined quantity of hot water having the desired temperature is constantly available.
When drawing hot water, this boiler is supplied with cold water via the accumulator underneath. This boiler / accumulator combination has a drawback in that in the event of a lack of heat input from the solar cell, the quantity of available water cannot be varied brought to the desired final temperature. A similar installation for producing hot water having the same drawbacks is also known from French patent 76 05 690.
Consequently, the object underlying the invention is to provide a device of the type indicated
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in the above introduction allowing the heating of limited partial quantities of liquid to a determined temperature, as well as a method for the commissioning of such a device. Preferred are solutions which heat the liquid with the lowest possible energy consumption and which, for this purpose, use, in particular, the greatest possible degree of efficiency of solar energy.
With a view to heating, the invention starts from the basic principle which consists in pumping a cold liquid from the bottom of a boiler into the heating zone located in the upper part of this boiler and to terminate the heating after the transfer of a quantity of heat determined by the heating register. In this way, depending on the quantity of cold liquid pumped, the layer of heated liquid in the heating zone expands downward to an extent corresponding to the expected needs of heated liquid. With regard to a device, this object is achieved by an adjustable heat quantity limiter of the heating register.
The expression "heating zone" means the convection zone which is located in the upper part of the boiler and which is influenced by the heating register.
Consequently, the lower limit of the heating zone is essentially determined by the position of the lowest heating surface of the heating register; therefore, the heat conduction zone coming below the convection zone and forming the transition with the cold zone does not essentially intervene in the heating zone.
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The new type of supply of cold liquid to the boiler, in particular in a heating zone located in the upper part of this, leads to a mixture of an already hot liquid and a still cold liquid. Consequently, in such a system, the principle of a passage heating device for this cold liquid is basically implemented. It must also be heated by the heating register. It is understood that the supply of cold liquid in the heating zone must be adapted to the thermal flow rate of the heating register in order to reach the predetermined final temperature.
As heat quantity limiters, a wide variety of systems can be used, such as timer switches, heat quantity measuring devices with a switching contact or contact thermometers at predetermined heights of the boiler.
When heating partial quantities of the contents of the boiler, the heat quantity limiter switches both the heating register and the circulation pump off while, when heating all the contents of the boiler, only the heating register heating is switched off at a given time.
Consequently, the invention ensures the heating of determined quantities of liquid in a boiler to a predetermined temperature with a relatively small heating register without the need to incur significant costs for the adjustment.
The quantity of cold liquid pumped can be adapted in a particularly simple way to the thermal flow rate of the heating register because a temperature sensor installed in the heating zone ensures the switching on and off of the
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circulation pump. In this way, even in the event of an intermittent withdrawal of the heated liquid, a determined minimum temperature is constantly ensured in the heating zone.
To this end, the temperature sensor advantageously turns off the circulation pump or even does not turn it on as long as the temperature of the liquid in the heating zone is below the predetermined minimum value; it is only when the final temperature also determined is reached that the circulation pump is switched on.
Obtaining the desired heating temperature for a predetermined partial quantity of liquid is advantageously ensured by at least one temperature sensor installed in the boiler and ensuring that the heating register is switched off. If it is desired to switch off the heating register at the latest when the entire contents of the boiler have reached a maximum temperature, the above-mentioned temperature sensor is then installed at the lowest point of the boiler. One or more temperature sensors provided above the lowest point, but below the heating zone allow the heating damper to be switched off after the desired quantity of liquid has reached the final temperature.
This amount of liquid can also be changed gradually using a so-called strip sensor, mainly in combination with at least one other temperature sensor in the heating zone.
Without, however, modifying the procedure, the energy consumption of the heating register is reduced when the circulation pipe is coupled to an external energy source; for this purpose, it is recommended to provide an exchanger
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installed with its secondary side in the circulation pipe.
As an external source of energy, basically any source of thermal energy is envisaged, for example, heating boilers, waste heat and heat pumps; solar collectors are, in particular, suitable since they are able, for example, to heat water to temperatures customary in the sanitary field. The installation of the boiler inside the solar collector is particularly advantageous from the thermal point of view, since this essentially eliminates the problems of insulation of the boiler. For this purpose, it is recommended to use solar collectors comprising a special cylindrical parabolic reflector around the focal axis from which the boiler is installed concentrically.
Advantageously, this type of parabolic reflector is pivoted on its focal axis by making it follow the position of the sun. In particular, as energy collectors, it is recommended to install semiconductor elements concentrically with respect to the focal point or the focal axis of the parabolic reflector and to use, in this case, preferably the surface of the boiler. as a support for semiconductor elements. Such a device makes it possible to appreciably increase the yield of solar energy and, when semiconductor elements are used, in addition to the sensible heat, it still provides, to a certain extent, current.
Parabolic reflectors can be produced easily without significant loss of energy when they consist of at least three, preferably, five flat partial surfaces whose arrangement is adapted as best as possible to the
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parabolic form.
However, it is also possible to use other adsorbers, for example hemispherical or spherical, or alternatively boilers acting as adsorbers inside a solar collector, these adsorbers chasing the sun, in particular, with one or more optical eyes, including seasonal correction.
It is understood that the solar collectors described above are also, in principle, suitable in combination with any other type of liquid accumulator in place of a hot water boiler.
In particular, when external energy sources are used together, other temperature sensors ensuring the circulation pump is switched on and off allow a simple adjustment in order to ensure the best possible use of energy. ; however, in conjunction with a safety valve installed at the top of the boiler, they also prevent overheating inside the entire installation.
Several water accumulators arranged one behind the other upstream of the boiler make it possible to considerably increase the volume of liquid which can be heated and thus available in the short term without the need for additional heating registers; similarly, a minimum volume of liquid at racking temperature is also available for intermittent consumption. Furthermore, the volumes of liquid associated each time at the head of these accumulators, at the foot of the next accumulator and finally, at the boiler, are heated successively. In this way, it is possible to adapt the quantities of hot water in
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very large limits to each expected consumption.
In this case, the boundary layer between hot and cold water moves each time from one boiler to the next and, in addition, to the accumulators located behind, so that with only one heating register, practically any quantity of liquid, small or large, can be brought to the theoretical temperature.
With regard to the method, the object underlying the invention is achieved in that, as described above in more detail, during the heating of the liquid in the heating zone, the circulation pump is put into operation and, after the flow of a predetermined amount of heat, at least the heating register is switched off.
Since the circulation pump continues to operate after switching off the heating register, the entire contents of the boiler can be brought to a uniform mixed temperature. However, this continued operation of the circulation pump is especially advantageous when only part of the contents of the boiler must be heated by the heating register, while the rest of the contents of the boiler must only be heated to the extent where an external energy source is available, or when the entire contents of the boiler are already heated and subsequent heating to higher temperatures by means of an external energy source is desired.
The invention will be described below in more detail with reference to an embodiment illustrated in the accompanying drawings in which: Figure 1 is a partially sectional view schematically illustrating a boiler with the corresponding pipes;
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FIG. 2 schematically illustrates an installation for producing hot water; Figure 3 is a sectional view of a solar collector with a parabolic cylindrical reflector; and Figure 4 is a sectional view of another solar collector with a parabolic cylindrical reflector.
A boiler 1 has, at its base 2, a cold water supply pipe 3 and, at its head 4, a hot water withdrawal pipe 5. In the upper part 6 of the boiler 1, is installed a heating register 8 defining a heating zone 7 and in which, in particular, circulates a fluid, or which operates electrically and which comprises connections 9 and 10 going to a source of energy not shown in more detail. The convection of the liquid established during heating in the heating zone acts in particular downwards to the boundary layer 11 illustrated in broken lines. A circulation line 12 starting from the base 2 of the boiler includes the lines 13, 14, 15, 16 and 5, a circulation pump 17, as well as accumulators 18 and 19.
As a variant, the circulation line 12 may include the lines 13, 14, 14 is 5, as well as the circulation pump 17. A temperature sensor 20 in the form of a contact thermometer, installed inside the heating zone 7 ensures, in a manner not shown in more detail, the switching on and off of the circulation pump 17. In conjunction with a selector switch (not shown in more detail), other temperature sensors 21, 22 and 23 form a heat quantity limiter 24; they deactivate the heating register 8 (not
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shown in more detail).
When the entire system is filled with water, the heating register 8, for example, in the form of an electric heating insert delivering 2 kW, is switched on and heats the heating zone 7 to the boundary layer 11 (i.e. roughly the upper third of the contents of the boiler) at 600C. When this temperature is reached, the temperature sensor 20 switches on the circulation pump 17.
In this way, at the head 4 of the boiler, cold water is introduced into the heating zone 7 until the temperature prevailing in the temperature sensor 20 has fallen to 55 ° C .; then, the temperature sensor 20 switches off the circulation pump 17 and the process is repeated as soon as the temperature sensor 20 has again reached the temperature of 60oC. In this way, the limit between hot water and cold water in the boiler 1 always moves further down. This process can then be terminated because, after a preset time, the heating register 8 and the circulation pump 17 are switched off.
However, preferably, this deactivation takes place with the intervention of one of the temperature sensors 21, 22 and 23 (according to a preselection), in particular
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when the temperature of 600C is reached in the preselected temperature sensor; however, instead of this sensor, it is also possible to use a strip temperature sensor in order to ensure the progressive preselection of the quantity of hot water.
Likewise, if the contents of the accumulators 18 and 19 are to be fully or partially heated to 60 ° C., correspondingly, additional temperature sensors must be provided individually or in the form of a band temperature sensor;
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however, in this case, it is recommended to install the cold water supply line at the bottom of the last accumulator 19.
At the end of the heating, via the hot water withdrawal pipe 5 and the pipe 25, all the preheated water can be conveyed in a relatively short time to a point of consumption 26.
In this case, the cold water continues to flow automatically via the supply line 3. As in the case of storage tank heating, the point of consumption can also form a closed system with the boiler.
According to Figure 2, in the circulation line 12, one can incorporate a heat exchanger 27 with its secondary side 28. The primary side 29 of the heat exchanger 27 is part of a primary circuit 37 consisting of lines 30 to 33, a circulation pump 34, an external energy source, in particular, a solar collector 35, as well as possibly a multi-way valve 36. However, one can also envisage a circulation thermosiphon in the primary circuit 37 when, in particular, the energy source 35 is installed lower than the heat exchanger 27.
This system constantly keeps the circulating liquid flowing towards the solar collector at the lowest possible temperature and thus, it receives energy even in the event of weak radiation.
If the solar radiation fails, complete heating of the entire contents of the boiler 1 is ensured in the manner described with reference to FIG. 1, that is to say that the temperature sensor 20 sets the register heater 8 and the circulation pump 17 off, for example, at 600C or that it puts the circulation pump 17 in
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circuit at a temperature between 55 and 60 C, while the temperature sensor 38 switches the heating register 8 off when a temperature of 600C is reached. All the theoretical values of the electronic control system can be internally shifted up or down from the average value.
As soon as the heat source (energy source) 35 supplies sufficient energy, the latter is used to maintain the temperature of the boiler by starting the pump 34 of the primary circuit 37 when the outlet temperature of the energy source 35 (measured with the temperature sensor 39) is greater than the outlet temperature on the secondary side of the heat exchanger 27 (measured with the temperature sensor 40). The circulation pump 17 of the boiler circuit or of the secondary circuit 41 should then only be switched on if the temperature detected at the sensor 40 of the heat exchanger is higher than that of the sensor 20 located in the heating zone. The sensor 40 can also be installed in the pipe mounted downstream of the outlet on the secondary side of the heat exchanger 27.
Insofar as the liquid heated in the heating zone by the heating register without actuating the circulation pump 17 is sufficient as a minimum quantity, the rest of the contents of the boiler can also be heated exclusively by means of the external energy source. 35 if the electronic control system (not shown in the drawings) deactivates the heating register when the final temperature is reached at the temperature sensor 20, the circulation pump 34 then operating only if the temperature detected at the sensor 39
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is higher than that of the sensor 40, while the circulation pump 17 is only switched on if the temperature detected at the sensor 40 is higher than that of the sensor 20.
It is understood that in principle, the entire contents of the boiler can also be heated in the same way using the external energy source 35 without the heating register 8 being switched on.
A safety thermostat installed preferably 1 1 inside the heating zone 7 switches the heating register 8 off when a predetermined maximum temperature is reached, for example 90oC, in the event that the electronic control system is failing. As an additional safety measure, an additional fuse provided for the safety thermostat can switch off the heating damper (in the case of electrical operation).
Particularly effective protection of the hot water production system or of special parts thereof against overheating is ensured by a relief valve (safety valve) 42 which is installed in the head 4 of the boiler and which , preferably, can be ordered, together with a temperature sensor in the area of the hot water production installation which must be particularly protected. This relief valve opens when the predetermined maximum temperature at the aforementioned sensor is exceeded, so that the hot water flows out of the boiler and the cold water continues to flow until drops below a predetermined temperature at the relevant sensor.
As regards this temperature sensor, it may be the sensor which has already been mentioned, in particular, the sensor 38
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or 39. If such an overheating event occurs, the circulation pumps and other temperature sensors continue to operate in the otherwise usual manner, so that the supply of cold water is automatically routed to cool the superheated point of the hot water production system. Such protection, which is especially important for solar collectors, can be supplemented, for example, by installing, in the primary circuit 37, a pressure relief valve 43 which opens when a predetermined pressure, for example, of 3 bars, is exceeded in the circuit.
In addition, such a pressure relief valve can also indicate a vacuum, while making it possible to automatically supplement the quantity of liquid in the primary circuit 37. In the case of closed systems, in the presence of overheating, instead of 'A relief valve, it is also possible to operate a consumption group mounted downstream of the boiler.
Therefore, in the system described above, two different volumes of liquid can be selectively heated only with the heating register 8, that is to say either only the content of the heating zone 7, or the total content of the boiler, the heat quantity limiter provided for the temperature sensors 20 and 38 being connected to the electronic control system.
The system described above can be completed when, in the presence of a sufficient amount of available energy, by means of the external energy source 35, not only the entire contents of the boiler can be heated and maintained at a temperature predetermined maximum but, in addition, a sufficient amount of energy is present to supply
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ment another hot water production system such as a pool heating system or the like. Such an additional installation can usually consist of, for example, a heating boiler 44, a hot water accumulator 45, as well as a consumption group 46.
The coupling of such an installation to the hot water production system according to the invention takes place by the intervention of a heat exchanger 47 which, on the primary side and on the cold water side, is connected, via a pipe 48, to the pipe 30 of the primary circuit 37 and which, on the hot water side, is connected, via a pipe 49, to the multi-way valve 36 of the pipe 32. In this case, the multi-way valve 36 is coupled to a priority (not shown) which, when a predetermined maximum temperature of the boiler, for example, a temperature of 650C, is reached at the temperature sensor 38, establishes a comparison with temperature sensors 50, 51, 52 provided in the circuit secondary 54 of the heat exchanger 47.
The temperature sensor 50 is mounted at the outlet on the secondary side of the heat exchanger 47, while the temperature sensor 51 is mounted at the head of the hot water accumulator 45 and that the temperature sensor 52 is mounted at the foot of the latter. If, in this case, the temperature detected at sensor 50 is higher than that detected at sensor 51 (after the multi-way valve 36 has already been inverted and the heat exchanger 47 has been supplied by the energy source 35), a circulation pump 53 provided in the secondary circuit 54 of the heat exchanger 47 is switched on.
In this way, the contents of the hot water accumulator 45 can be heated (possibly by
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intermittently) until a predetermined temperature, for example 90 C, is reached at the temperature sensor 52, after which the multi-way valve 36 can be reconnected to the boiler 1. This reversal can also have place when the temperature sensor 20 or 38 provided on the boiler 1 indicates that one is below its theoretical value.
For the rest, the hot water production installation belonging to the heating boiler 44 is controlled in the usual way; it is only fitted with a priority 55 valve for coupling to the installation for producing hot water according to the invention. In principle, you can mount any number of consumption points in series and couple them to the boiler.
The solar collector illustrated in FIG. 3 comprises a parabolic reflector 56 with five flat surfaces and provided with an interior coating (it is also possible to provide three or seven surfaces or more still, as well as a deep construction method, rather than a mode flat construction); in order to ensure the best possible adaptation to a parabolic shape, this reflector forms an angle 58 of 500 with the covering surface 57 permeable to light, while it forms an angle 60 of 1410 with the dorsal surface 59. In this In this case, the width of the covering surface 57 which is elongated and which, moreover, has an approximately rectangular shape, is approximately 1 m and its distance from the dorsal surface 59 is approximately 0.35 m. The broken lines 61, 62 are spaced a distance of about 0.08 m from the plane of the dorsal surface 59.
A cylindrical container 63 having a diameter roughly corresponding to the width of the dorsal surface 59 extends to
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the interior of the cross section formed by the parabolic reflector 56 and the covering surface 57, concentric to the focal line 64 of the approximate parabolic shape of the reflector and, on its outer surface, this container can be densely equipped with semiconductor elements 65 supplying heat under the radiation of light. This system ensures an extraordinarily large collecting surface and an intensive use for solar energy.
The outer surface 66 of the parabolic reflector 56 may include thermal insulation and the entire solar collector may continue the course of the sun around the focal line 64 acting as the axis of rotation, both during night hours and absence of solar radiation by directing the external surface 66 upwards towards the atmosphere or by protecting another type of covering (which can be closed on command) of the surface 57 against heat loss and the harmful influences of the environment. For this purpose, it is possible, for example, to provide an additional insulated half-shell 67 which is arranged around its point of rotation 11 so as to close the covering surface 57 in the absence of radiation.
With such a large collecting surface, such a solar collector ensures higher energy efficiency compared to a flat collector. According to a particularly advantageous characteristic, the container 63 can simultaneously play the role of the boiler according to the invention, thus ensuring water treatment in a space-saving manner and also in a particularly efficient manner from the thermal point of view; therefore, this container simultaneously plays the role of a boiler, an accumulator and
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an absorber. For this purpose, the envelope of the container can also be made of a transparent material, while a material absorbing the rays is provided inside this container.
In particular, it is also possible to use the container only as a hot water accumulator for the solar collector and, if necessary, to couple the latter to the boiler according to the invention. In any case, in order to continue the position of the sun, it is possible to rotate the solar collector each time on a concentric inlet or outlet manifold of the container 63.
To avoid heat loss, a vacuum can also be created in hollow spaces adjacent to container 63.
A thermally insulated solar collector 35 of the type shown in FIG. 4 is particularly effective, this collector also being provided with an accumulator or a boiler in the form of a container 63, as well as a thermally insulated cover 67 and describing a circular curvature. The focal point of the parabolic reflector 56 coincides with the central points 11 of the cylindrical accumulator and of the covering. The solar collector pursues the position of the sun (the position represented is that relative to the real noon (zenith)) with its outer edges 68,69 along the circular line in broken lines 70.
Since the circular line 70 has the same radius of curvature as the inner surface of the cover 67, the accumulator is completely thermally insulated or can be thermally insulated (it can be thermally insulated when the covering 67 rotates around the central point 11) at night or also when the solar radiation is lacking.