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SYSTEME POUR RÉDUIRE UN RISQUE DE CONTAMINATION BACTÉRIENNE
D'UN CHAUFFE-EAU
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention porte en général sur une installation de chauffe-eau, et plus
particulièrement sur un système et une méthode pour réduire un risque de
contamination bactérienne d'un chauffe-eau.
CONTEXTE
L'interruption de l'alimentation électrique de chauffe-eau permet de réduire
l'appel de
puissance d'un réseau électrique les alimentant en période de pointe alors que
le
réseau est fortement sollicité. Toutefois, un tel délestage doit s'effectuer
sous
certaines conditions, notamment sans accroître le risque de contamination
bactérienne des chauffe-eau domestiques ou autres.
La contamination bactérienne est fréquente dans les chauffe-eau domestiques.
La
bactérie la plus souvent observée est la légionelle. Cette bactérie est
endémique
dans l'environnement. Elle peut infecter l'humain lorsque des gouttelettes
contaminées sont inhalées et elle peut causer la fièvre de Pontiac ou la
maladie du
légionnaire. Elle peut être introduite dans le chauffe-eau par l'eau froide
provenant
par exemple d'un système d'aqueduc ou d'un puits privé. Celle-ci peut
proliférer dans
une eau stagnante de température inférieure à 45 C. Elle peut être éliminée en
maintenant l'eau à une température supérieure à 50 C pour une durée variable,
de
quelques minutes à quelques heures, en fonction de la température.
La température n'est pas homogène dans un réservoir de chauffe-eau domestique.
Une stratification thermique se développe lors des soutirages d'eau chaude. La
stratification thermique est aussi entretenue par la convection naturelle à
l'intérieur du
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réservoir car l'eau froide, plus dense que l'eau chaude, tend à demeurer dans
la
partie basse du réservoir.
Un critère pouvant être retenu par exemple par un organisme de santé publique
est
que le bas du chauffe-eau ait conservé une température minimale de 55 C
pendant
une durée cumulée d'au moins quatre heures, au cours des 24 dernières heures,
avant de pouvoir amorcer une période de délestage temporaire de l'alimentation
électrique des chauffe-eau. Cette condition est difficile à obtenir avec les
chauffe-eau
électriques conventionnels. De plus, pour éviter un risque de brûlure
corporelle au
contact de l'eau chaude, la température de l'eau chaude à la sortie du système
ne
devrait pas dépasser 60 C. Dans ces conditions, la conduction thermique et les
courants de convection entraînés par le chauffage de l'eau sont insuffisants
pour
défaire la stratification thermique dans la partie basse du réservoir. Une
partie du
volume d'eau dans le bas du réservoir n'atteint donc pas une température
suffisante
pour éliminer la légionelle.
Plusieurs approches ont été proposées dans le passé pour tenter de résoudre le
problème de contamination bactérienne dans des chauffe-eau. Une approche
consiste à fabriquer le réservoir en acier inoxydable. Ce matériau résiste
bien à la
corrosion et sa surface est peu propice à la formation d'un biofilm bactérien.
Cependant, les chauffe-eaux avec réservoirs en acier inoxydable sont chers par
rapport aux chauffe-eau électriques conventionnels. Une autre approche
consiste à
relever la température de consigne des thermostats contrôlant les éléments
chauffants du chauffe-eau. Une température de consigne suffisamment élevée,
par
exemple au-delà de 75 C, permet de maintenir le volume complet du réservoir à
une
température suffisante pour éliminer la légionelle. Cependant, la température
à la
sortie du système doit être limitée à 60 C pour éviter les risques de brûlure
corporelle, ce qui implique qu'un mélangeur thermostatique devrait être
installé à la
sortie du chauffe-eau. Aussi, la plage de réglage des thermostats généralement
utilisés ne permet pas nécessairement d'atteindre une température suffisante.
De
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plus, une température plus élevée fragilise la couche de vitrification
appliquée à
l'intérieur du réservoir du chauffe-eau, ce qui cause une corrosion accélérée
de la
paroi interne du réservoir. Une autre approche consiste à utiliser une pompe
fonctionnant à l'électricité pour faire recirculer l'eau de façon
intermittente de la sortie
d'eau chaude vers l'entrée du chauffe-eau de manière que la température
devienne
homogène à l'intérieur du réservoir. Le coût d'installation, le contrôle et
l'entretien
d'une pompe de recirculation sont par contre des inconvénients. Une autre
approche
consiste à faire recirculer l'eau de la sortie d'eau chaude vers l'entrée
d'eau froide du
chauffe-eau par une boucle thermosiphon. Le brevet US 6370328 (Mottershead)
montre un exemple d'un système à boucle thermosiphon. Le système comporte un
conduit entre la sortie et l'entrée d'eau du chauffe-eau. Le conduit est
équipé d'un
clapet antiretour destiné à empêcher l'eau froide de passer par le conduit, ce
qui
romprait la boucle thermosiphon en plus de refroidir sans contrôle et
possiblement
exagérément l'eau chaude sortant du chauffe-eau. Malgré le faible coût d'un
système
semblable, il est difficile d'obtenir un bon équilibre entre l'étanchéité du
mécanisme
anti-refoulement et la faible résistance à l'écoulement dans la direction du
thermosiphon. En outre, dans un tel système, le bon fonctionnement du clapet
antiretour n'est pas garanti et, de plus, la température de l'eau chaude
sortant du
chauffe-eau et alimentant le réseau d'eau chaude n'est pas contrôlée. Une
autre
approche consiste à utiliser un chauffe-eau surdimensionné par rapport au
besoin
d'eau chaude domestique de manière à diminuer la probabilité que de l'eau
tiède
provenant du bas du réservoir soit consommée par le fait d'un soutirage d'une
grande
quantité d'eau chaude. Les bactéries ne seraient pas éliminées mais le risque
de
migration des bactéries vers le réseau d'eau chaude domestique serait réduit.
Le coût
plus élevé, l'espace nécessaire et l'augmentation du poids du chauffe-eau sont
des
inconvénients de cette approche. Une autre approche consiste à mettre deux
chauffe-eaux en série. L'entrée d'eau provenant par exemple d'un réseau
d'aqueduc
ou d'un puits est alors connectée à l'entrée d'eau froide d'un premier chauffe-
eau
dont la sortie d'eau chaude est connectée à l'entrée d'eau froide d'un second
chauffe-
eau, la sortie d'eau chaude du second chauffe-eau alimentant le réseau d'eau
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chaude. Les avantages de cette configuration sont un doublement du volume
d'eau
chaude par rapport au réservoir d'un chauffe-eau unique et le fait que le
réservoir du
second chauffe-eau est stérile étant donné qu'il est alimenté en eau chaude
préchauffée par le premier chauffe-eau. Le coût plus élevé, l'espace
nécessaire et
l'augmentation du poids du système représentent cependant des inconvénients.
Une
autre approche consiste, par usage d'un dispositif comme une valve actionnable
par
un contrôleur, à couper la circulation de l'eau dans le réseau d'eau chaude
lorsqu'il
n'y a pas un volume minimal d'eau chaude dans le réservoir du chauffe-eau qui
a une
température suffisante pour garantir sa salubrité, notamment lorsqu'une
accumulation
de soutirage a remplacé une grande proportion du volume d'eau chaude contenu
dans le chauffe-eau par de l'eau froide et que cette eau n'a pas eu le temps
d'être
réchauffée à la température nécessaire à sa stérilisation. Les bactéries ne
seraient
pas éliminées mais elles n'auraient pas la possibilité de migrer vers le
réseau d'eau
chaude en raison de la coupure. Un inconvénient majeur est qu'aucune eau
chaude
ne serait disponible s'il y a coupure.
SOMMAIRE
Un objet de la présente invention est de proposer un système et une méthode
pour
réduire un risque de contamination bactérienne d'un chauffe-eau, qui est
simple et
économique tout en étant fiable, et qui peut aussi réguler une température
d'eau dans
un conduit de sortie d'eau chaude du chauffe-eau.
Selon une réalisation de l'invention, il est proposé un système pour réduire
un risque
de contamination bactérienne dans un chauffe-eau, le système comprenant:
un premier raccord en forme de "T" couplé à un conduit d'amenée d'eau froide
au chauffe-eau, le premier raccord étant disposé près d'une surface de dessus
du
chauffe-eau;
un deuxième raccord en forme de "T" couplé à un conduit de sortie d'eau
chaude du chauffe-eau, le deuxième raccord étant disposé près de la surface de
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dessus du chauffe-eau, substantiellement dans un même plan horizontal que le
premier raccord;
un conduit de dérivation ayant des extrémités raccordées respectivement aux
premier et deuxième raccords, le conduit de dérivation s'étendant
substantiellement
dans le même plan horizontal que les premier et deuxième raccords et longeant
la
surface de dessus du chauffe-eau; et
un mélangeur thermostatique intégré au conduit de dérivation à proximité du
deuxième raccord, le mélangeur thermostatique ayant une chambre de mélange,
des
entrées d'eau chaude et d'eau froide en communication avec la chambre de
mélange,
une sortie d'eau mitigée en communication avec la chambre de mélange, un
élément
à réponse thermique contrôlant des écoulements d'eau aux entrées selon une
température de consigne à la sortie d'eau mitigée du mélangeur thermostatique,
et un
organe de réglage de l'élément à réponse thermique en fonction d'une valeur de
température définissant la température de consigne, l'entrée d'eau chaude du
mélangeur thermostatique étant bouchée, l'entrée d'eau froide du mélangeur
thermostatique étant raccordée au premier raccord par une première section du
conduit de dérivation, la sortie d'eau mitigée étant raccordée au deuxième
raccord
par une deuxième section du conduit de dérivation, l'organe de réglage étant
ajusté
de manière à engendrer une boucle thermosiphon où une circulation naturelle
d'eau
se produit d'une sortie d'eau chaude du chauffe-eau vers une entrée d'eau
froide du
chauffe-eau via le conduit de dérivation et à travers le chauffe-eau en
l'absence d'un
soutirage d'eau chaude du chauffe-eau, et réguler une température d'eau
circulant
dans le conduit de sortie d'eau chaude du chauffe-eau par circulation d'eau
provenant
du conduit d'amenée d'eau froide à travers le conduit de dérivation lors d'un
soutirage
d'eau chaude du chauffe-eau, le risque de contamination bactérienne dans le
chauffe-eau étant réduit par la boucle thermosiphon.
La température de consigne définie par la valeur de température peut être
comprise
entre 49 C et 60 C. L'élément à réponse thermique peut comprendre un piston se
projetant entre les entrées du mélangeur thermostatique, des obturateurs
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respectivement montés sur le piston en regard des entrées, et un thermostat
mécanique couplé au piston de manière à déplacer les obturateurs et entraîner
une
ouverture d'une des entrées et une fermeture proportionnelle de l'autre entrée
en
fonction d'une température d'eau mesurée près de la sortie d'eau du mélangeur
thermostatique, l'organe de réglage étant opérationnellement couplé au
thermostat
mécanique de manière à ajuster une position axiale du piston et des positions
initiales des obturateurs selon la température de consigne. L'organe de
réglage peut
comprendre une poignée opérant une molette déplaçant axialement le thermostat
mécanique et le piston. Les première et deuxième sections du conduit de
dérivation
raccordant le mélangeur thermostatique aux premier et deuxième raccords
peuvent
définir une forme de "L". Le conduit d'amenée d'eau froide du chauffe-eau, le
conduit
de sortie d'eau chaude du chauffe-eau, les premier et deuxième raccords,
l'entrée
d'eau froide du mélangeur thermostatique, la sortie d'eau mitigée du mélangeur
thermostatique, et le conduit de dérivation ont de préférence des diamètres
nominaux
de 3/4 de pouce.
Selon une autre réalisation de l'invention, il est proposé une méthode pour
réduire un
risque de contamination bactérienne dans un chauffe-eau, la méthode comprenant
les étapes de:
coupler un premier raccord en forme de "T" à un conduit d'amenée d'eau froide
au chauffe-eau, le premier raccord étant disposé près d'une surface de dessus
du
chauffe-eau;
coupler un deuxième raccord en forme de "T couplé à un conduit de sortie
d'eau chaude du chauffe-eau, le deuxième raccord étant disposé près de la
surface
de dessus du chauffe-eau, substantiellement dans un même plan horizontal que
le
premier raccord;
raccorder des extrémités d'un conduit de dérivation respectivement aux
premier et deuxième raccords, le conduit de dérivation s'étendant
substantiellement
dans le même plan horizontal que les premier et deuxième raccords et longeant
la
surface de dessus du chauffe-eau; et
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intégrer un mélangeur thermostatique au conduit de dérivation à proximité du
deuxième raccord, le mélangeur thermostatique ayant une chambre de mélange,
des
entrées d'eau chaude et d'eau froide en communication avec la chambre de
mélange,
une sortie d'eau mitigée en communication avec la chambre de mélange, un
élément
à réponse thermique contrôlant des écoulements d'eau aux entrées selon une
température de consigne à la sortie d'eau mitigée du mélangeur thermostatique,
et un
organe de réglage de l'élément à réponse thermique en fonction d'une valeur de
température définissant la température de consigne, l'entrée d'eau chaude du
mélangeur thermostatique étant bouchée, l'entrée d'eau froide du mélangeur
thermostatique étant raccordée au premier raccord par une première section du
conduit de dérivation, la sortie d'eau mitigée étant raccordée au deuxième
raccord
par une deuxième section du conduit de dérivation, l'organe de réglage étant
ajusté
de manière à engendrer une boucle thermosiphon où une circulation naturelle
d'eau
se produit d'une sortie d'eau chaude du chauffe-eau vers une entrée d'eau
froide du
chauffe-eau via le conduit de dérivation et à travers le chauffe-eau en
l'absence d'un
soutirage d'eau chaude du chauffe-eau, et réguler une température d'eau
circulant
dans le conduit de sortie d'eau chaude du chauffe-eau par circulation d'eau
provenant
du conduit d'amenée d'eau froide à travers le conduit de dérivation lors d'un
soutirage
d'eau chaude du chauffe-eau, le risque de contamination bactérienne dans le
chauffe-eau étant réduit par la boucle thermosiphon.
La température de consigne du mélangeur thermostatique peut être initialement
fixée
par un préréglage de l'organe de réglage avant installation du mélangeur
thermostatique dans le système, par exemple en usine, puis par un ajustement
de
l'organe de réglage après installation du mélangeur thermostatique dans le
système.
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DESCRIPTION BREVE DES DESSINS
Une description détaillée des réalisations préférées de l'invention sera
donnée ci-
après en référence avec les dessins suivants:
Figure 1 est un diagramme schématique illustrant un système pour réduire un
risque
de contamination bactérienne d'un chauffe-eau selon l'invention, lors d'un
soutirage
d'eau chaude du chauffe-eau.
Figure 2 est un diagramme schématique illustrant un système selon l'invention
comme celui de la Figure 1, en l'absence d'un soutirage d'eau chaude du
chauffe-
eau.
Figure 3 est une vue agrandie d'une partie supérieure d'un système selon
l'invention
comme celui des Figures 1 et 2.
Figure 4 est une vue de coupe d'un mélangeur thermostatique pouvant être
utilisé
dans un système selon l'invention comme celui des Figures 1, 2 et 3.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES RÉALISATIONS PRÉFÉRÉES
En référence à la Figure 1, un système pour réduire un risque de contamination
bactérienne d'un chauffe-eau 2 selon l'invention est illustré. Le système
comprend un
premier raccord 4 en forme de "T" couplé à un conduit d'amenée d'eau froide 6
au
chauffe-eau 2. Le premier raccord 4 est disposé près d'une surface de dessus 8
du
chauffe-eau 2. Un deuxième raccord 10 en forme de "T" est couplé à un conduit
de
sortie d'eau chaude 12 du chauffe-eau 2. Le deuxième raccord 10 est disposé
près
de la surface de dessus 8 du chauffe-eau 2, substantiellement dans un même
plan
horizontal que le premier raccord 4. Le plan horizontal peut être assimilé ici
comme
étant un plan parallèle ou quasi parallèle à la surface de dessus 8 du chauffe-
eau.
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Date Reçue/Date Received 2021-09-27
En référence à la Figure 3, le système comporte aussi un conduit de dérivation
14
ayant des extrémités 16, 18 raccordées respectivement aux premier et deuxième
raccords 4, 10. Le conduit de dérivation 14 s'étend substantiellement dans le
même
plan horizontal que les premier et deuxième raccords 4, 10 et longe la surface
de
dessus 8 du chauffe-eau 2. Un mélangeur thermostatique 20 est intégré au
conduit
de dérivation 14 à proximité du deuxième raccord 10.
En référence à la Figure 4, le mélangeur thermostatique 20 a une chambre de
mélange 22, des entrées d'eau chaude et d'eau froide 24, 26 en communication
avec
la chambre de mélange 22, une sortie d'eau mitigée 28 en communication avec la
chambre de mélange 22, un élément à réponse thermique 30 contrôlant des
écoulements d'eau aux entrées 24, 26 selon une température de consigne à la
sortie
d'eau mitigée 28 du mélangeur thermostatique 20, et un organe de réglage 32 de
l'élément à réponse thermique 30 en fonction d'une valeur de température
définissant
la température de consigne.
En référence à nouveau à la Figure 3, l'entrée d'eau chaude 24 du mélangeur
thermostatique 20 est bouchée, par exemple avec un bouchon 34 qui se visse à
l'entrée d'eau chaude 24. L'entrée d'eau froide 26 du mélangeur thermostatique
20
est raccordée au premier raccord 4 par une première section 36 du conduit de
dérivation 14. La sortie d'eau mitigée 28 du mélangeur thermostatique 20 est
raccordée au deuxième raccord 10 par une deuxième section 38 du conduit de
dérivation 14.
Comme illustré à la Figure 2, l'organe de réglage 32 (illustré à la Figure 4)
est ajusté
de manière à engendrer une boucle thermosiphon où une circulation naturelle
d'eau
se produit d'une sortie d'eau chaude 40 du chauffe-eau 2 vers une entrée d'eau
froide
42 du chauffe-eau 2 via le conduit de dérivation 14 et à travers le chauffe-
eau 2 en
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Date Reçue/Date Received 2021-09-27
suivant le sens des flèches 44a, 44b, 44c et 44d en l'absence d'un soutirage
d'eau
chaude du chauffe-eau 2.
Comme illustré à la Figure 1, l'ajustement de l'organe de réglage 32 (illustré
à la
Figure 4) fait aussi en sorte de réguler une température d'eau circulant dans
le
conduit de sortie d'eau chaude 12 du chauffe-eau 2 par circulation d'eau
provenant
du conduit d'amenée d'eau froide 6 à travers le conduit de dérivation 14 lors
d'un
soutirage d'eau chaude du chauffe-eau 2 en suivant le sens de la flèche 46a,
la
circulation habituelle de l'eau lors de soutirage suivant le sens des flèches
46b, 46c,
46d, 46e et 46f. En outre, le mélangeur thermostatique 20 ajuste son
ouverture, donc
le débit, en fonction de la température recherchée dans sa chambre de mélange
22
et sa sortie 28. Le risque de contamination bactérienne dans le chauffe-eau 2
est
réduit par la boucle thermosiphon qui permet une circulation de l'eau du haut
vers le
bas du chauffe-eau 2. La boucle thermosiphon permet notamment à la fois de
défaire
une stratification thermique possible résultant d'un soutirage d'eau chaude du
chauffe-eau et d'éliminer une contamination bactérienne dans le chauffe-eau 2.
En
outre, la légionelle est détruite par la boucle thermosiphon qui amène de
l'eau chaude
en bas du réservoir du chauffe-eau 2 en absence de soutirage.
En référence encore à la Figure 3, dans le contexte de l'invention, l'entrée
26 du
mélangeur thermostatique 20 agira comme sortie et la sortie 28 du mélangeur
thermostatique 20 agira comme entrée lorsqu'il n'y a pas de soutirage.
Lorsqu'il y a
soutirage, l'entrée 26 sert d'entrée et la sortie 28 sert de sortie.
La sortie d'eau mitigée 28 du mélangeur thermostatique 20 est préférablement
connectée au raccord 10 situé à la sortie 40 du chauffe-eau 2 le plus près
possible,
par exemple à quelques centimètres du raccord 10 pour promouvoir un échange de
chaleur important par conduction thermique entre la sortie d'eau chaude 40 du
chauffe-eau 2 et la sortie d'eau mitigée 28 du mélangeur thermostatique 20.
Conséquemment, la section 38 du conduit de dérivation peut être beaucoup plus
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Date Reçue/Date Received 2021-09-27
courte que la section 36 et avoir une longueur juste suffisante pour raccorder
le
mélangeur thermostatique 20 au raccord 10. Les première et deuxième sections
36,
38 du conduit de dérivation 14 raccordant le mélangeur thermostatique 20 aux
premier et deuxième raccords 4, 10 peuvent définir une forme de "L" comme
illustré.
Le conduit d'amenée d'eau froide 6 du chauffe-eau 2, le conduit de sortie
d'eau
chaude 12 du chauffe-eau 2, les premier et deuxième raccords 4, 10, l'entrée
d'eau
froide 26 du mélangeur thermostatique 20, la sortie d'eau mitigée 28 du
mélangeur
thermostatique 20, et le conduit de dérivation 14 peuvent avantageusement
avoir des
diamètres nominaux de 3/4 de pouce pour éviter de créer une résistance à
l'écoulement dans la boucle thermosiphon. Le parcours de la boucle
thermosiphon
est de préférence le plus court possible. Le segment du conduit d'amenée d'eau
froide 6 faisant partie de la boucle thermosiphon, e.g. sous le premier
raccord 4, est
de préférence continu et droit, et longe ou traverse le chauffe-eau 2 à la
verticale
selon que le chauffe-eau 2 est un modèle avec conduit d'amenée d'eau froide 6
à
l'extérieur ou à l'intérieur du chauffe-eau 2. Les composantes de la
tuyauterie utilisée
dans le système selon l'invention peuvent par exemple être en cuivre, laiton
ou
plastique accepté selon les normes de construction d'un réseau d'eau chaude
domestique ou à autre vocation.
La température de consigne du mélangeur thermostatique 20 est de préférence
comprise entre 49 C et 60 C afin de réduire les risques de brûlure corporelle.
La
température de consigne du mélangeur thermostatique 20 peut être initialement
fixée
par un préréglage de l'organe de réglage 32 avant installation du mélangeur
thermostatique 20 dans le système, par exemple en usine, puis par un
ajustement de
l'organe de réglage 32 après installation du mélangeur thermostatique 20 dans
le
système, par exemple pour tenir compte des températures de l'eau froide
alimentant
le chauffe-eau 2 et de chauffage d'eau dans le chauffe-eau 2 selon le réglage
des
thermostats (non illustrés) contrôlant les éléments chauffants (non illustrés)
du
chauffe-eau 2, qui peuvent varier d'une installation à une autre. La
température de
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Date Reçue/Date Received 2021-09-27
consigne du mélangeur thermostatique 20 peut néanmoins être réglée uniquement
en usine ou après installation si voulu.
En référence à nouveau à la Figure 4, selon un mode de réalisation possible,
l'élément à réponse thermique 30 comporte un piston 54 se projetant entre les
entrées 24, 26 du mélangeur thermostatique 20, des obturateurs 50, 52
respectivement montés sur le piston 54 en regard des entrées 24, 26, et un
thermostat mécanique 48 couplé au piston 54, par exemple monté à l'intérieur
de
celui-ci, de manière à déplacer les obturateurs 50, 52 et entraîner une
ouverture
d'une des entrées 24, 26 et une fermeture proportionnelle de l'autre entrée 26
ou 24
en fonction d'une température d'eau mesurée près de la sortie d'eau 28 du
mélangeur
thermostatique 20. L'organe de réglage 32 est opérationnellement couplé au
thermostat mécanique 48 de manière à ajuster une position axiale du piston 54
et des
positions initiales des obturateurs 50, 52 selon la température de consigne.
Selon un
mode de réalisation, l'organe de réglage 32 comporte une poignée 56 opérant
une
molette 58 déplaçant axialement le thermostat mécanique 48 et le piston 54. Un
ressort 60 entre le piston 54 et un épaulement interne 62 dans la sortie d'eau
mitigée
28 permet un jeu axial du piston 54 pour déplacer les obturateurs 50, 52 selon
la
température mesurée près de la sortie d'eau mitigée 28. Le thermostat
mécanique 48
peut être formé, par exemple, par une cartouche thermostatique contenant une
cire
se dilatant ou se contractant selon la température de l'eau. D'autres modèles
de
mélangeur thermostatique peuvent être utilisés dans le système selon
l'invention,
pourvu que le modèle choisi cause peu de résistance à l'écoulement de l'eau et
puisse opérer de manière à fournir les fonctions antiretour et régulation de
température comme décrites ci-dessus. Si le mélangeur thermostatique est doté
de
clapets antiretour aux entrées 24, 26 ou à la sortie d'eau 28 du mélangeur 20,
ces
clapets doivent être retirés avant son installation dans le système selon
l'invention.
En référence à la Figure 1, en somme, l'eau froide se déverse toujours dans la
partie
basse du réservoir d'un chauffe-eau, qu'il soit configuré avec une entrée 42
(avec
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Date Reçue/Date Received 2021-09-27
connecteur associé) en bas comme illustré, ou une entrée en haut (non
illustré).
Lorsqu'il y a un soutirage d'eau chaude comme illustré par la flèche 46f, un
différentiel de pression entre l'entrée d'eau 42 (par exemple en provenance
d'un
aqueduc ou d'un puits privé) et le réseau d'eau chaude domestique (ou autre)
pousse
l'eau froide à traverser le chauffe-eau 2, ce qui est le chemin privilégié.
Cependant, le
différentiel de pression pousse aussi l'eau froide à traverser le conduit de
dérivation
14 à contresens par rapport au phénomène de thermosiphon. Cet écoulement à
contresens est bloqué ou contrôlé par le mélangeur thermostatique 20 pour
éviter
qu'une quantité excessive d'eau froide contourne le chauffe-eau 2 et, en se
mélangeant à l'eau chaude provenant du chauffe-eau 2, refroidisse le flux
d'eau
chaude dans le conduit 12. En l'absence de soutirage d'eau chaude comme
illustré à
la Figure 2, le mélangeur thermostatique 20 ouvre le passage permettant à
l'eau
chaude de circuler à travers le conduit de dérivation 14 et de se déverser
dans le bas
du chauffe-eau 2, entraînée par le phénomène naturel de thermosiphon. Durant
un
soutirage d'eau chaude comme illustré à la Figure 1, le mélangeur
thermostatique 20
referme le passage soit complètement ou partiellement, selon son réglage. Si
le
conduit de dérivation 14 demeure partiellement ouvert durant un soutirage, un
faible
débit d'eau froide le traverse à contresens. Cette eau froide se mélange alors
à l'eau
chaude sortant du chauffe-eau 2, pour alimenter le réseau d'eau chaude à une
température contrôlée ne risquant pas de causer de brûlures corporelles même
si
une température de consigne des éléments chauffants (non illustrés) du chauffe-
eau
2 est élevée, par exemple plus élevée que 60 C. Pour un chauffe-eau
conventionnel,
les températures de consigne des éléments chauffants sont généralement
ajustables
via des thermostats de contrôle (non illustrés) dans une plage couvrant de 60
C à
66 C. Le système selon l'invention sera d'autant plus efficace que l'élément
chauffant situé le plus bas dans le chauffe-eau 2 est près du fond du
réservoir, et que
le point d'entrée ou de mélange de l'eau froide dans le réservoir du chauffe-
eau 2 est
situé le plus bas possible. Le système selon l'invention peut aussi être
réalisé à partir
d'un chauffe-eau 2 ayant une sortie d'eau chaude 40 (avec connecteur associé)
située en haut du réservoir.
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Date Reçue/Date Received 2021-09-27
La molette 56 du mélangeur thermostatique 20 est de préférence préréglée à une
température inférieure de quelques degrés Celsius à la température de consigne
des
éléments chauffants du chauffe-eau 2, par exemple entre 49 C et 60 C. Lors
d'un
soutirage d'eau chaude, la pression d'eau dans le conduit d'amenée 6 pousse de
l'eau froide vers l'entrée d'eau froide 42 du chauffe-eau 2. Simultanément, la
pression
d'eau dans le conduit d'amenée 6 pousse aussi de l'eau froide à travers le
mélangeur
thermostatique 20 via le conduit de dérivation 14. Une diminution de la
température
de l'eau à la sortie 28 (illustrée à la Figure 4) du mélangeur thermostatique
20,
détectée par le thermostat mécanique 48 (illustré à la Figure 4) du mélangeur
thermostatique 20, entraîne une diminution de l'ouverture de son entrée d'eau
froide
26 (illustrée e.g. à la Figure 4), laquelle se referme partiellement ou
complètement. Le
résultat est une interruption partielle ou complète du débit direct d'eau
froide vers le
conduit 12 à travers le mélangeur thermostatique 20 et le conduit de
dérivation 14.
L'eau froide emprunte alors prioritairement l'autre chemin consistant à
traverser le
réservoir du chauffe-eau 2. A mesure que l'entrée d'eau froide 26 du mélangeur
thermostatique 20 se referme, l'entrée d'eau chaude 24 du mélangeur
thermostatique
s'ouvre. Toutefois, l'ouverture de l'entrée d'eau chaude 24 est sans effet
étant
donné qu'elle est bouchée.
La molette 56 du mélangeur thermostatique 20 peut être ajustée de manière que
la
température de l'eau dans le conduit 12 alimentant le réseau d'eau chaude soit
légèrement inférieure à la température de l'eau à la sortie d'eau chaude 40 du
chauffe-eau 2 grâce au mélange de l'eau chaude provenant du chauffe-eau 2 et
de
l'eau froide ayant traversé le conduit de dérivation 14. En pareil cas, comme
lors d'un
soutirage, le débit d'eau à travers le mélangeur thermostatique 20 est soit
nul ou
faible. La forte conduction thermique entre le raccord 10 et la sortie d'eau
mitigée 28
(illustrée e.g. à la Figure 4) du mélangeur thermostatique 20 permet
d'atteindre à la
sortie d'eau mitigée 28 une température supérieure à la température de
consigne du
mélangeur thermostatique 20, causant une ouverture partielle de l'entrée d'eau
froide
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Date Reçue/Date Received 2021-09-27
26 du mélangeur thermostatique 20. Le mélangeur thermostatique 20 laisse alors
passer un filet d'eau froide 46a qui se mélange à l'eau chaude sortant du
chauffe-eau
2, ayant pour effet d'abaisser la température de l'eau dans le conduit 12.
Cette
ouverture partielle se maintient tout au long d'un soutirage car le thermostat
mécanique 48 du mélangeur thermostatique 20 est influencé à la fois par la
température de l'eau froide parcourant le conduit de dérivation 14 et la
chaleur
transportée par conduction thermique depuis la sortie d'eau chaude 40 du
chauffe-
eau 2. C'est pour promouvoir un échange de chaleur efficace par conduction
thermique que le mélangeur thermostatique 20 peut être avantageusement
positionné près du raccord 10 connecté à la sortie d'eau chaude 40 du chauffe-
eau 2.
En l'absence de soutirage, la pression devient presque égale entre les parties
des
conduits 6, 12 au-dessus des raccords 4, 10. Cependant, l'eau contenue dans la
colonne d'eau de la boucle thermosiphon étant plus froide et donc plus dense
et plus
lourde que celle contenue dans le réservoir du chauffe-eau 2, la colonne d'eau
de la
boucle thermosiphon a tendance, par le fait de la gravité terrestre, à se
déverser dans
le bas du réservoir du chauffe-eau 2. Cette tendance se répercutera à la
sortie 40 du
chauffe-eau 2 en un déséquilibre de pression susceptible de créer un débit
modéré et
continu de circulation d'eau en circuit fermé à travers le chauffe-eau 2 et la
boucle
thermosiphon. Dans cette situation, l'eau chaude traverse le mélangeur
thermostatique 20 de la sortie d'eau mitigée 28 vers l'entrée d'eau froide 42,
donc
dans une direction opposée à un usage habituel du mélangeur thermostatique 20,
d'où la nécessité de retirer tout clapet antiretour du mélangeur
thermostatique 20 si
nécessaire. Le mélangeur thermostatique 20 est en quelque sorte installé à
l'envers
dans le système selon l'invention par rapport à une installation
conventionnelle d'un
mélangeur thermostatique. A la suite d'un soutirage d'eau chaude, il peut y
avoir une
période de latence avant un rétablissement d'une circulation d'eau dans la
boucle
thermosiphon. Cette période peut varier, par exemple, selon la durée du
dernier
soutirage d'eau chaude ou selon une distance entre la sortie d'eau chaude 40
du
chauffe-eau 2 et la sortie d'eau mitigée 28 du mélangeur thermostatique 20 ou
selon
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Date Reçue/Date Received 2021-09-27
l'ajustement de la température de consigne du mélangeur thermostatique 20.
Cette
circulation d'eau chaude à travers le mélangeur thermostatique 20 entraîne ou
maintient, par le biais du thermostat mécanique 48, l'ouverture de l'entrée
d'eau
froide 26 du mélangeur thermostatique 20. Les pertes thermiques de la boucle
thermosiphon permettent d'entretenir le différentiel de température entre les
deux
colonnes d'eau de la boucle thermosiphon et du chauffe-eau 2, même après que
l'eau froide dans la partie du conduit 6 entre le raccord 4 et l'entrée 42 du
chauffe-eau
2 ait été complètement remplacée par de l'eau chaude ayant séjourné dans le
réservoir du chauffe-eau 2, ce qui entretient un débit résiduel de l'ordre par
exemple
de 500 millilitres par minute dans la boucle thermosiphon. L'apport continuel
d'eau
chaude, légèrement refroidie par les pertes thermiques de la boucle
thermosiphon,
rehausse la température dans le bas du chauffe-eau 2, ce qui permet
d'augmenter la
durée des périodes où tout le volume d'eau contenu dans le réservoir du
chauffe-eau,
incluant la partie basse, respecte une condition de salubrité prescrite. De
même, lors
d'un soutirage d'eau chaude, il se peut qu'il y ait une légère période de
latence avant
que la boucle thermosiphon se brise au profit d'un filet d'eau froide vers le
conduit 12,
par exemple selon un débit du soutirage d'eau chaude.
Le système selon l'invention peut être réalisé à faible coût par rapport à
plusieurs
autres solutions proposées dans le domaine. Le système selon l'invention ne
nécessite pas ou nécessite peu d'entretien après son installation. Il occupe
peu
d'espace supplémentaire par rapport à une installation conventionnelle d'un
chauffe-
eau. Le système selon l'invention et la méthode qui s'y rattache peuvent être
réalisés
en utilisant un chauffe-eau existant ou un chauffe-eau neuf auquel est ajouté
le
conduit de dérivation 14 équipé du mélangeur thermostatique 20. Le système
selon
l'invention ne comporte aucun équipement, à l'exception du chauffe-eau 2,
nécessitant une connexion électrique, ni aucun contrôleur ni aucun système de
communication électronique. Le système selon l'invention permet, en l'absence
de
soutirage d'eau chaude, considérant un ajustement adéquat des thermostats du
chauffe-eau 2 et un ajustement adéquat de la molette 56 du mélangeur
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thermostatique 20 assurant un débit suffisant dans la boucle thermosiphon,
d'éliminer
ou prévenir une contamination bactérienne dans la partie basse du chauffe-eau
2.
Non seulement les bactéries peuvent être éliminées en raison de l'apport d'eau
à une
température plus élevée dans le bas du réservoir du chauffe-eau 2, mais aussi
par la
circulation continue d'eau dans son réservoir, considérant qu'une
contamination
bactérienne se développe préférentiellement dans une eau stagnante. Le système
selon l'invention permet, lors d'un soutirage d'eau chaude, considérant un
ajustement
adéquat des thermostats du chauffe-eau 2 et un ajustement adéquat de la
molette 56
du mélangeur thermostatique 20 permettant un mélange d'eau froide et d'eau
chaude
à température contrôlée à la sortie du système formée par la partie du conduit
12 au-
dessus du raccord 10, d'éliminer le risque de brûlure corporelle par contact
avec l'eau
chaude. Il devient ainsi envisageable d'augmenter au-delà de 60 C la consigne
de
température des éléments chauffants d'un chauffe-eau pour favoriser une
élimination
de contamination bactérienne rendue possible par la boucle thermosiphon sans
accroître simultanément la température de l'eau à la sortie du système, grâce
au
contrôle de la température à la sortie du système réalisé par le mélangeur
thermostatique 20. Le système selon l'invention est robuste face à une
obstruction du
conduit de dérivation 14 étant donné que le mélangeur thermostatique 20 est
traversé
par l'eau dans des directions opposées lors des soutirages versus en l'absence
de
soutirage, ce qui peut permettre de le débloquer au besoin. Le système selon
l'invention est susceptible de satisfaire aux critères de salubrité d'un
organisme de
santé publique car généralement, durant la nuit, une période sans soutirage
d'eau
chaude suffisamment longue permet à l'eau dans la partie basse du réservoir
d'un
chauffe-eau d'atteindre et de maintenir une température supérieure à 55 C
durant
plus de quatre heures, grâce à la circulation d'eau à travers la boucle
thermosiphon.
Un chauffe-eau équipé du système selon l'invention pourrait alors participer à
un
programme de contrôle de son alimentation électrique pour des besoins de
gestion
de l'appel de puissance d'un réseau électrique en période de pointe.
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Bien que des réalisations de l'invention aient été illustrées dans les dessins
ci-joints
et décrites ci-dessus, il apparaîtra évident pour les personnes versées dans
l'art que
des modifications peuvent être apportées à ces réalisations sans s'écarter de
l'invention.
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