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BREVET D'INVENTION Déposant : STIEBEL ELTRON GmbH & Co. KG Titre : CHAUFFE-EAU ELECTRIQUE RAPIDE.
Priorité : demandes de brevets déposées en Allemagne
Fédérale le 25 septembre 1982 sous le n P 32 35 636.6 et le 27 juin 1983 sous le nl P 33 23 058.7.
Inventeurs : Horst KLAGES, Hartmut BONATZ, Ernst APPUN,
Klaus-Dieter WAHNSCHAFFE, Friedrich BALDUR,
Karl Heinz JAKAL.
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Chauffe-eau électrique rapide.
La présente invention concerne un chauffe-eau rapide comportant un réservoir dans lequel est disposé un élément chauffant électrique et auquel sont raccordées une tubulure d'admission pour l'eau froide à chauffer et une tubulure de sortie.
Un tel chauffe-eau est décrit dans la demande de brevet P 32 18 863.3. Dans ce cas, il s'agit de réduire la formation de bulles de vapeur sur l'élément chauffant en augmentant la vitesse d'écoulement de l'eau à chauffer.
Le but de l'invention vise à renforcer l'écoulement de l'eau du réservoir dans un chauffe-eau rapide du type susmentionné.
Suivant l'invention, le but recherché pour un chauffe-eau rapide du type susmentionné est atteint par le fait qu'un déflecteur est disposé à l'intérieur du réservoir entre l'élément chauffant et la paroi du réservoir, déflecteur qui sépare un premier espace d'un deuxième espace dans lequel est disposé l'élément chauffant, les deux espaces communiquant l'un avec l'autre aux deux extrémités et la tubulure d'admission aboutissant dans le deuxième espace, à l'extrémité de celui-ci, et étant disposée de manière telle que le jet d'eau qui la traverse aspire de l'eau du premier espace.
On assure ainsi une circulation d'eau supplémentaire en fonctionnement distributeur par rapport à la circulation classique du réservoir. Il n'y a donc pas que la quantité d'eau qui entre par la tubulure d'admission, qui longe l'élément chauffant mais encore l'eau qui est aspirée du premier espace. L'écoulement sur le ou les éléments chauffants est ainsi renforcé, ce qui entraîne une diminution de la formation des bulles de vapeur et, par conséquent, également de la formation du bruit.
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La circulation forcée de l'eau entraîne une répartition uniforme de la température dans le réservoir.
Ceci permet de dimensionner le volume du réservoir de manière serrée ce qui permet une construction compacte du chauffe-eau rapide.
Un autre avantage de la présente invention consiste en ce que le risque de dépôts de calcaire est sensiblement diminué.
Dans une forme d'exécution préférée de la présente invention, les deux espaces communiquent entre eux par dessus et par dessous et la tubulure d'admission aboutit dans le réservoir par le dessous. On obtient ainsi que la convection thermique de l'eau provoquée par l'élément chauffant et que l'écoulement provoqué dans le deuxième espace par l'admission de l'eau sont parallèles.
Des formes d'exécution de la présente invention qui améliorent la circulation et qui permettent une construction compacte résultent des sous-revendications prises séparément ou en combinaison l'une avec l'autre.
Des exemples d'exécution avantageux de la présente invention sont décrits dans ce qui suit à l'appui des figures, dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue schématique en coupe d'un chauffe-eau rapide ; - la figure 2 représente une coupe longitudinale le long de la ligne II-II de la figure 1 ;
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- figure 3 représente une vue en coupe schématique d'une autre forme d'exécution ; - la figure 4 représente une vue partielle d'un réservoir d'un chauffe-eau rapide ; - la figure 5 représente une vue en plan du réservoir de la figure 4 ; - la figure 6 représente une fixation du réservoir de la figure 4 à un boîtier du chauffe-eau rapide ;
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- la figure 7 représente une vue en coupe d'une bride du réservoir de la figure 4 ;
- la figure 8 représente une autre coupe de la bride de la figure 7 selon un plan perpendicu- laire à celui de la figure 7 ; - la figure 9 représente un élément d'écartement pour des éléments chauffants du réservoir de la figure 4 ; - la figure 10représente une tubulure de sortie du réservoir de la figure 4 ; et - la figure 11 représente une variante de la tubulure de sortie de la figure 10.
Une tubulure d'admission 2 aboutit dans la partie inférieure d'un réservoir cylindrique 1. A la partie supérieure du réservoir 1 est raccordée une tubulure de sortie 3.
La tubulure d'admission 2 est disposée environ dans l'axe du cylindre. Quelques éléments chauffants électriques 4 sont disposés autour de l'axe du cylindre et s'étendent parallèlement à celui-ci.
Dans la forme d'exécution de la figure 1, la tubulure d'admission 2 se présente en tant que trompe à eau. A cet effet elle présente une buse d'injection 5 et un tube diffuseur 6. Une ouverture d'aspiration annulaire 7 est ouverte et disposée dans le bas du réservoir 1, entre la buse d'injection 5 et le tube diffuseur 6.
Dans les formes d'exécution représentées dans les figures, un guide tubulaire cylindrique 8 est disposé entre les éléments chauffants 4 et le réservoir 1.
Ceci forme un premier espace 9 de section annulaire qui communique par dessus ainsi que par dessous, par rapport au réservoir 1, avec l'autre ou le deuxième espace 9'dans lequel sont disposés les éléments chauffants 4.
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Dans les figures 3 et suivantes, la tubulure d'admission 2 est formée par un tube Venturi 10.
Un contacteur à pression différentielle 11 est raccordé à celui-ci pour commuter les éléments chauffants 4.
Le tube Venturi présente un rétrécissement 12. Lorsque le tube Venturi 10 est traversé par de l'eau froide, une pression supérieure se présente en amont du rétrécissement 12-vu dans le sens de l'écoulement-et une pression inférieure se présente à l'endroit du rétrécissement 12. Le contacteur à pression différentielle est commuté par cette différence de pression.
Vu dans le sens de l'écoulement, un élargissement 13 suit le rétrécissement 12 du tube Venturi 10.
Cet élargissement 13 est disposé à l'intérieur du réservoir 1. L'élargissement 13 correspond, dans sa fonction, à la buse d'injection 5 de la figure 1.
Dans les formes d'exécution des figures 3 et suivantes, l'ouverture d'aspiration 7 est formée par l'écartement entre l'élargissement 13 et le bord inférieur du déflecteur tubulaire 8.
Comme le montre la figure 4, le réservoir 1 comporte une bride supérieure 14 et une bride inférieure 15. La bride supérieure 14 supporte six éléments chauffants 4 pliés en forme d'épingle à cheveux. Des éléments d'écartement 16 sont glissés sur ceux-ci. Un tel élément d'écartement 16 est représenté à la figure 9. L'élément d'écartement 16 présente des anneaux reliés 17 qui sont destinés à être glissés sur les éléments chauffants 4.
Un tel élément d'écartement est également muni d'ergots 18 qui tiennent le guide tubulaire 8. Il comporte en outre des surfaces inclinées 19 qui provoquent une certaine rotation de l'écoulement d'eau autour de l'axe du cylindre. Les éléments chauffants 4 sont reliés électriquement en triangle au moyen de trois raccords 20 qui sont raccordés aux pôles R, S et T d'un réseau de distribution à trois fils (voir figure 5).
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La bride 14 est maintenue contre un épaulement 22 du réservoir 1 au moyen d'un contre-anneau 21. Dans l'épaulement 22 est disposé un anneau d'étanchéité 23.
Le réservoir 1 est fixé dans un boîtier 24 du chauffe-eau rapide. C'est pourquoi le contre-anneau 21 comporte un prolongement 25 et la paroi arrière du boîtier 24 présente un logement 26. Le réservoir 1 est ainsi suspendu à la paroi arrière. A la partie inférieure, le boîtier 24 présente une pièce angulaire 27. La bride inférieure 15 présente un taraudage 28 au moyen duquel la bride 15 est vissée sur la pièce angulaire 27.
La bride 15 est une pièce matricée (voir les figures 7 et 8). Elle comporte le tube Venturi 10.
Elle présente des perçages 29 et 30 pour le raccord haute pression ou basse pression du contacteur à pression différentielle 11. La conduite d'eau froide doit être raccordée au filet 31. Un conduit de dérivation (Bypass) 32 permet de régler la pression à laquelle le contacteur à pression différentielle 11 commute. Le Bypass 32 aboutit, comme le tube Venturi, dans l'espace 9'.
En vue de ne pas gêner le raccordement des éléments chauffants 4 à la bride supérieure 14, la tubulure de sortie 3 est disposée latéralement au réservoir 1, dans les formes d'exécution des figures 4 et suivantes.
Dans la forme d'exécution de la figure 10, une douille 33 est sertie sur une ouverture 34 du réservoir 1.
Un tube de sortie 35 présente un renflement 36 obtenu par refoulement. Celui-ci est serré contre un anneau d'étanchéité 38 qui est disposé contre le sertissage 39 au moyen d'une vis 37 introduite dans la douille 33.
Dans l'exemple d'exécution de la figure 11, on utilise des éléments estampés 40 et 41 au lieu de la douille 33 et de la vis 37, éléments qui sont pressés l'un contre l'autre au moyen de vis 42 et qui assurent l'étanchéité.
Un élément d'insertion 43 perforé en matière synthétique provoque une pression dynamique dans le réservoir 1.
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Le fonctionnement des chauffe-eau rapides décrits est le suivant :
Le courant d'eau qui s'établit dans le réservoir 1 est représenté au moyen de flèches dans les figures 1 et 3. Lorsque de l'eau froide entre dans le réservoir 1 par la tubulure d'admission 2, un effet d'aspiration est créé à l'ouverture d'aspiration 7. On aspire ainsi de l'eau qui se trouve déjà dans le réservoir 1 qui est entraînée par l'eau qui est injectée à travers la tubulure d'admission 2. La température du courant mélangé ainsi obtenu est située entre celle de l'eau froide injectée et celle de l'eau aspirée du premier espace 9 au travers de l'ouverture d'aspiration 7, température qui est régulièrement supérieure à celle de l'eau froide.
Les éléments chauffants 4 sont mis en contact avec le courant mélangé. Grâce à la température de mélange précitée, les éléments chauffants sont mis en contact avec de l'eau déjà préchauffée. De ce fait et grâce à la vitesse d'écoulement élevée du courant mélangé ainsi qu'au volume augmenté par rapport au volume d'eau admis par la tubulure d'admission 2, on abaisse la formation de bulles de vapeur sur les éléments chauffants 4. Une partie du courant d'eau dirigé vers le haut quitte le réservoir 1 par la tubulure de sortie 3. L'autre partie est déviée et est aspirée dans l'espace 9 vers l'ouverture d'aspiration 7. De ce fait, le même volume d'eau longe plusieurs fois les éléments chauffants 4.
Comme il est classique pour les chauffe-eau rapides, le courant volumétrique d'eau froide entrant par la tubulure d'admission 2 est égal au courant volumétrique d'eau chaude sortant par la tubulure de sortie 3. Grâce à l'invention, on crée pratiquement un courant volumétrique supplémentaire le long des éléments chauffants 4. On obtient ainsi que le calcaire ou les incrustations qui se déposent dans le fond du réservoir
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ne s'incrustent pas mais sont entraînés vers l'extérieur.
Le volume du réservoir 1 doit être suffisamment grand pour que le chauffage ultérieur s'effectuant après la déconnection des éléments chauffants 4 et après l'arrêt du courant d'eau ne mène pas à un surchauffage.
De nombreuses autres formes d'exécution sont comprises dans le cadre de l'invention. Ainsi, il est par exemple possible de relier directement le tube diffuseur 6 avec le déflecteur tubulaire 8 de telle sorte que l'espace annulaire 9 passe, dans le bas, directement dans l'ouverture d'admission 7. Dans les exemples d'exécution des figures 3 et suivantes, le tube diffuseur 6 est complètement supprimé. Il n'est pas nécessaire d'utiliser une tubulure d'admission 2 sous forme de buse d'injection ou de tube Venturi. On peut également obtenir l'effet d'aspiration désiré au moyen d'une simple embouchure de tuyau.
Au lieu du déflecteur tubulaire 8, il suffit d'utiliser une paroi plane qui crée, à l'intérieur du réservoir 1, un espace 9 exempt d'éléments de chauffe par lequel l'eau du réservoir est aspirée d'une extrémité à l'autre, grâce à l'eau fraîche qui y entre.
Il est également possible de pourvoir le déflecteur tubulaire 8, le long de son plan, des découpures à travers lesquelles des courants partiels d'eau peuvent alors circuler entre les espaces 9 et 9'.