Principe de fonctionnement du chauffe-eau à gaz : particularités de la conception et du fonctionnement du chauffe-eau à gaz

Si vous n'avez pas d'eau chaude sanitaire dans votre maison ou si elle est souvent coupée, la vie devient très inconfortable. Mais ce n'est pas une raison pour renoncer à une douche chaude un soir d'automne frais, n'est-ce pas ? Vous pouvez résoudre ce problème en installant un chauffe-eau à gaz, comme le font de nombreux utilisateurs. Mais comment fonctionne ce chauffe-eau miniature et pourra-t-il accomplir sa tâche ?

Nous aborderons tout cela en détail dans notre publication : nous y examinons le principe de fonctionnement du chauffe-eau à gaz, les schémas de son appareil. Nous mettons également l'accent sur les principales pannes de l'équipement et les moyens d'y remédier. Le matériel présenté est complété par des illustrations claires, des schémas et des vidéos.

Structure générale du chauffe-eau domestique

Le chauffe-eau gaz est un appareil de chauffage de l'eau à circulation continue. Cela signifie que l'eau le traverse et se chauffe en passant. Cependant, avant de passer à l'analyse de la manière dont est conçu un chauffe-eau gaz domestique pour le chauffage de l'eau, rappelons que son installation et son remplacement sont liés au système centralisé d'alimentation en gaz.

Il est donc impératif de soumettre les documents au service gaz de votre région, accompagnés de la demande correspondante. Vous pouvez lire davantage sur les normes et les documents nécessaires dans nos autres articles, et passons maintenant à l'appareil.

Les différents modèles de chauffe-eau à gaz diffèrent les uns des autres, mais la structure générale d'un chauffe-eau à gaz domestique ressemble approximativement à ceci :

• Brûleur à gaz.
• Veilleuse/système d'allumage.
• Hotte et raccordement à la cheminée.
• Conduit de cheminée.
• Chambre de combustion.
• Ventilateur (sur certains modèles).
• Échangeur de chaleur.
• Conduit d'alimentation en gaz.
• Bloc d'eau.
• Conduits d'arrivée d'eau.
• Conduit de sortie d'eau chaude.
• Panneau avant avec contrôleur.

L'élément central du chauffe-eau est le brûleur à gaz, dans lequel la combustion du gaz est maintenue, ce qui contribue au chauffage de l'eau. Le brûleur est installé dans le boîtier, où les produits de combustion chauds s'accumulent, dont le but est de chauffer l'eau.

Le boîtier est en métal et recouvre entièrement la face avant et les côtés du chauffe-eau. Il est important que le matériau du boîtier conduise bien la chaleur, car la qualité du chauffage dépend de sa transmission de chaleur.

Composants structurels du chauffe-eau à gaz situés à l'intérieur du boîtier. Ici est représenté un équipement à gaz de type étanche.

En haut de l'appareil se trouvent la hotte et le conduit de fumée, par lesquels les produits de combustion quittent le chauffe-eau et la pièce. Leur conception dépend du type de chauffe-eau, ouvert ou étanche, comme cela sera montré ci-dessous.

Les tubes serpentent en forme de serpentin à l'intérieur du boîtier, l'eau y circule sous pression naturelle et est chauffée par les gaz brûlants. Tout ce système de tubes est appelé l'échangeur de chaleur. En bas se trouvent deux raccords : à droite pour l'arrivée d'eau froide depuis la canalisation, à gauche pour la sortie d'eau chaude.

Entre le réseau d'alimentation en eau et le chauffe-eau à gaz, on installe souvent un filtre qui régule la dureté de l'eau. Sans filtre, le chauffe-eau peut s'entartrer à haute température. À l'entrée du chauffe-eau, l'eau traverse le bloc d'eau, qui sert de liaison entre le débit d'eau et le débit de gaz. Nous parlerons de cette liaison un peu plus loin.

Brûleur à gaz allumé avec allumage électrique et capteur de flamme. Les capteurs jouent un rôle important dans le fonctionnement de l'équipement. Nous parlerons de leurs fonctions plus loin.

À l'aide d'un autre tube, également situé en bas, le chauffe-eau est raccordé à la conduite de gaz.

Là se trouve également le panneau avant avec l'unité de commande. Il est équipé de régulateurs pour contrôler la consommation de gaz et d'eau. Selon le modèle, il peut s'agir de simples boutons à tourner ou d'écrans à cristaux liquides où l'on peut voir de nombreuses caractéristiques du chauffe-eau, voire la nature de son dysfonctionnement en cas de panne.

Comment fonctionne le chauffe-eau à gaz ?

Découvrons le principe de fonctionnement du chauffe-eau à gaz sous forme d'un algorithme simple :

• lorsque l'eau traverse le bloc d'eau, la membrane se tend et pousse vers le haut la tige reliée à la vanne de gaz ;
• ensuite, la vanne ouvre l'alimentation en gaz vers le brûleur principal ;
• le gaz est allumé par une électrode ou une veilleuse, brûle et chauffe l'eau qui circule dans les tubes de l'échangeur de chaleur ;
• le flux d'eau chauffée est acheminé vers le robinet par le raccord gauche ;
• les produits de combustion du gaz sont évacués par le conduit de fumée ou la hotte — il existe ici une différence fondamentale entre les chauffe-eau de type ouvert et étanche, ce qui sera détaillé ci-dessous.

Cependant, la puissance de la flamme et le débit d'eau traversant le chauffe-eau peuvent être réglés à l'aide des régulateurs sur le panneau avant.

Examinons maintenant plus en détail comment se produit l'allumage du brûleur et comment le bloc d'eau déjà mentionné y est lié.

Éléments structurels et principe de fonctionnement du bloc d'eau. On l'appelle communément « la grenouille ». Sur la figure, les flèches jaunes indiquent la direction du gaz, les flèches bleues – la direction de l'eau.

Méthode d'allumage du gaz

En général, les chauffe-eau à gaz reposent sur trois modes d'allumage du gaz. Comme on le voit sur le schéma, dans les trois cas, le signal d'allumage du brûleur principal est la réaction du bloc d'eau (la grenouille).

Voici les trois modes d'allumage :

• à l'aide d'un élément piézoélectrique ;
• avec des piles ;
• par rotation d'une turbine hydraulique.

L'allumage à l'aide d'un élément piézoélectrique est un allumage manuel, et nécessite la présence d'un bouton sur le panneau avant. L'appui sur le bouton provoque la fermeture du circuit de l'élément piézoélectrique, qui enflamme la veilleuse. Celle-ci, à son tour, enflamme le brûleur principal après le signal de la tige, qui est actionnée par la membrane hydraulique sous l'effet d'une pression d'eau active.

La veilleuse continue de brûler avec une petite flamme jusqu'à ce qu'elle soit éteinte manuellement. Cela entraîne une consommation de gaz accrue et une formation accrue de tartre dans les tuyaux. L'un des chauffe-eau gaz à circulation avec allumage manuel est le Bosch Therm 4000 O W 10-2 P.

Schéma d'un chauffe-eau gaz avec allumage piézoélectrique. Sur la figure sont indiqués les «entrailles» du chauffe-eau – les principaux composants structurels situés à l'intérieur du boîtier, ainsi que les boutons/poignées situés à l'extérieur.

Les chauffe-eau gaz de certains modèles fonctionnent avec des piles. Dans ce cas, l'allumage se fait par une étincelle électrique après le signal de la tige. Ainsi, au lieu d'une veilleuse, on trouve des électrodes qui allument directement le brûleur principal.

Mais les piles doivent être remplacées en moyenne tous les 10 mois, et en cas d'utilisation constante — tous les 2 mois, afin d'éviter des imprévus. L'un de ces chauffe-eau à piles est le Zanussi GWH 10 Fonte Glass La Spezia.

Parfois l'allumage se fait par rotation d'une turbine hydraulique (lors du débit d'eau). L'allumage se produit également grâce à une étincelle électrique, mais il n'est pas nécessaire de changer les piles, car la turbine génère elle-même l'électricité lors du passage de l'eau.

Mais pour le fonctionnement de la turbine hydraulique, une pression élevée dans les tuyaux est nécessaire, d'au moins 0,3 bar. Peu de maisons disposent d'une telle pression. En Russie et dans les autres pays de la CEI, il est déconseillé d'acheter de tels chauffe-eau en raison de la pression d'eau instable. Comme exemple de ce modèle, le chauffe-eau gaz Bosch Therm 6000 O WRD 15-2 G, qui est nettement plus cher que les deux modèles mentionnés ci-dessus.

Structure du bloc d'eau du chauffe-eau

La structure du bloc d'eau présente un intérêt particulier. Sa configuration peut être vue sur le schéma ci-dessous, les légendes des pièces se trouvent sous le schéma. Les autres éléments indiqués servent de fixations.

Éléments constitutifs du kit de réparation du bloc d'eau du chauffe-eau à gaz de marque “Neva” : 1) membrane silicone D 54 mm ; 2) joint de raccord d'arrivée d'eau froide 19x14x2,5 mm ; 3) joint de la vanne de vidange 10x6x2 mm ; 4) joint du régulateur de débit d'eau 14,5x9,5x2,5 mm – 2 pièces ; 5) joint d'étanchéité de la tige filetée M 12 x 1 5,34x1,78x1,78 mm – 2 pièces ; 6) joint d'étanchéité de la douille de tige M 12 x 1 14x11x1,5 mm ; 7) joint de la vis du régulateur de pression sous membrane 6,4x2,6x1,9 mm ; 8) joint de la vis du régulateur de débit d'eau 7x3,2x1,9 mm ; 9) joint de raccordement des blocs hydraulique et gaz 27,5x23,5x2 mm ; 10) joint de raccordement du bloc eau-gaz au brûleur 18x13x2,5 mm ; 11) joint du capteur de température d'eau 10x6x2 mm

Les pièces de travail principales sont la tige et le diaphragme ; sous l'action de ce dernier, elle se déplace lorsque le débit d'eau commence dans la partie inférieure. La tige ouvre la vanne et laisse passer le gaz vers le brûleur, qui est ensuite allumé.

Un autre élément de fonctionnement — une bille en PVC, servant de dispositif de sécurité. Elle bloque le flux de gaz en cas de variations brusques de pression dans les conduites d'eau — les coups de bélier, dont nous parlerons également plus tard.

Type de chambre de combustion

En ce qui concerne la conception des chambres de combustion, les chauffe-eau à gaz sont de deux types : à chambre ouverte et à chambre fermée.

Les chauffe-eau à chambre de combustion ouverte ont un accès libre de l'air au brûleur, et les produits de combustion sont évacués par la hotte d'extraction.

De tels modèles sont plus simples que les modèles turbocompressés, dont il sera question ci-dessous ; leur fonctionnement est pratiquement silencieux et, dans la plupart des cas, ils ne nécessitent pas d'électricité. Cependant, en raison de la communication ouverte entre la chambre de combustion et la pièce, une pollution de l'air intérieur est possible en cas de mauvais fonctionnement de la hotte.

Les chauffe-eau à chambre de combustion fermée sont turbocompressés. Leur chambre de combustion est étanche, hormis les conduits d'admission et d'évacuation de l'air. L'air y est insufflé par un ventilateur à travers des tubes coaxiaux et évacué vers l'extérieur par la cheminée, avec les produits de combustion.

Ces chauffe-eau sont généralement entièrement automatisés ; ils ne comportent pas de commandes manuelles et leurs capteurs de tirage et de température sont plus sensibles. Ces chauffe-eau sont “modernes” et plus sûrs.

Sur les illustrations ci-dessus, un chauffe-eau à gaz à chambre de combustion fermée était représenté. Pour comparaison, l'illustration suivante montre côte à côte la structure des chauffe-eau des deux types. Vous y trouverez de nombreux éléments similaires, mais le principe d'évacuation des produits de combustion diffère notablement.

Comparaison des chambres de combustion des chauffe-eau. À gauche est représentée la chambre de combustion d'un chauffe-eau à chambre ouverte. À droite, un chauffe-eau à gaz avec une chambre de combustion de type fermé, où l'air est insufflé dans la chambre à l'aide d'un ventilateur.

Caractéristiques principales des chauffe-eau

Parlons maintenant des aspects de l'utilisation pratique du chauffe-eau. L'une des principales caractéristiques est la performance. Elle est directement liée à la puissance, qui est indiquée en kW et qui montre le volume d'eau chauffé par minute à 25 °C.

Les caractéristiques sont généralement indiquées dans le manuel de l'appareil. Un chauffe-eau ordinaire chauffe 10 à 20 litres d'eau par minute à 25 °C, bien que cette valeur puisse varier considérablement.

Une autre caractéristique des chauffe-eau modernes — la modulation de puissance. Elle montre comment la puissance de l'appareil peut varier en fonction du débit d'eau et se mesure en pourcentage de la puissance initiale.

Pour la modulation, les chauffe-eau sont équipés d'une vanne spéciale avec une membrane qui modifie l'arrivée de gaz au brûleur en fonction du débit. Une modulation dans la plage de 40 à 100 % de la puissance de l'appareil est considérée comme normale.

Le schéma montre la vanne de modulation et son principe de fonctionnement, qui est similaire au fonctionnement du module d'eau et de sa membrane.

Capteurs de sécurité et leur importance

Un chauffe-eau à gaz peut être dangereux, car il est connecté à la fois aux conduites d'eau et de gaz, chacune pouvant représenter une menace individuellement.

En cas de problème d'arrivée de gaz ou d'eau, les capteurs de sécurité désactivent le chauffe-eau, et des vannes spéciales coupent l'alimentation en eau ou en gaz.

En général, les chauffe-eau à gaz supportent une pression allant jusqu'à 10-12 bars, soit 20 à 50 fois plus que la pression normale dans les tuyaux. De telles variations brutales sont possibles lors de ce qu'on appelle des coups de bélier.

Mais si la pression est inférieure à 0,1-0,2 bar, le chauffe-eau ne pourra pas fonctionner. Il faut étudier attentivement le manuel et les caractéristiques avant l'achat, pour comprendre si l'appareil est optimisé pour une faible pression d'eau dans les tuyaux des pays de la CEI et s'il fonctionnera correctement. Et inversement — pourra-t-il supporter les brusques variations de pression, ce qui, hélas, n'est pas rare non plus dans nos conditions.

Schéma d'allumage du brûleur fonctionnant avec une étincelle électrique. Emplacements des principaux capteurs de sécurité d'un chauffe-eau à gaz domestique.

En général, un chauffe-eau à gaz moderne contient de nombreux capteurs de sécurité. En cas de panne, ils peuvent tous être remplacés.

Plus de détails sur la fonction et l'emplacement des capteurs se trouvent dans le tableau ci-dessous.

Pannes courantes et comment les réparer

En parlant de la structure et des principes de fonctionnement d'un chauffe-eau à gaz domestique, ainsi que des capteurs intégrés, il convient de mentionner brièvement les éventuels dysfonctionnements et problèmes. Nous ne nous attarderons pas ici sur la réparation ou le remplacement complet du chauffe-eau, mais nous passerons rapidement en revue tous les éléments énumérés dans la description du brûleur, en décrivant leurs problèmes et les moyens d'y remédier par vous-même.

Comme déjà mentionné, l'élément principal du chauffe-eau — le brûleur à gaz. Souvent, le brûleur s'éteint à cause du déclenchement des capteurs de sécurité, dont nous avons déjà parlé. Les problèmes fréquents qui conduisent à ce scénario — sont l'encrassement de l'échangeur thermique par la suie et le tartre.

La cause d'un faible débit — est la formation de tartre dans les tubes de l'échangeur thermique. Dans ce cas, il faut démonter l'échangeur thermique et rincer les tubes avec des liquides spéciaux pour éliminer le tartre.

Cette photo montre un échangeur thermique encrassé. Dans ce cas, il faut le démonter et nettoyer la suie. Si le chauffe-eau est placé près d'une cuisinière, l'échangeur thermique peut également être encrassé par les graisses alimentaires.

Si la combustion du gaz est incomplète, ou si le chauffe-eau est utilisé longtemps, de la suie s'accumule à l'extérieur de la chambre, ce qui réduit considérablement la conductivité thermique et la qualité du chauffage de l'eau.

Pour en savoir plus sur les causes du faible débit et les subtilités du nettoyage, veuillez cliquer sur ce lien.

Si la vanne de gaz ne s'ouvre pas en raison d'une faible pression d'eau, il faut retirer le filtre, vérifier son degré d'obstruction et, si nécessaire, le rincer. Si la pression d'eau ou de gaz est insuffisante, il faudra contacter le service public compétent.

Si l'eau fuit directement du chauffe-eau, cela signifie que l'étanchéité des tuyaux est compromise. Il faut les démonter et remplacer les éléments d'étanchéité. Si nécessaire, les tuyaux eux-mêmes devront être remplacés.

Il convient également de rappeler le dysfonctionnement de la membrane hydraulique. Si le chauffe-eau est utilisé depuis longtemps, la membrane du bloc hydraulique s'use et sa sensibilité diminue considérablement. Elle cesse de réagir à la faible pression d'eau et, par conséquent, ne donne pas le signal d'allumer le brûleur. Dans le meilleur des cas, il convient de la remplacer tous les 5-6 ans.

Lorsque la membrane est usée, vous pouvez acheter un kit de réparation et effectuer le remplacement vous-même. Le bloc d'eau se compose d'éléments de base tels que la membrane en caoutchouc, le couvercle, le boîtier et l'assiette en plastique avec ressort.

Parfois, le problème vient aussi de la tige qui est actionnée par la membrane ; vous pouvez également la remplacer si nécessaire, car il existe des kits de réparation spéciaux pour cela.

Pour mieux comprendre la structure de votre modèle de chauffe-eau à gaz, vous devez étudier attentivement le mode d'emploi et la fiche technique de l'appareil. Cela vous fera non seulement gagner du temps et de l'énergie, mais améliorera également votre compréhension du fonctionnement de cet appareil.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Pour consolider votre compréhension de la structure du chauffe-eau à gaz, vous pouvez regarder la vidéo de présentation, où l'emplacement de tous les éléments de l'appareil est expliqué en détail sur un exemple concret :

Dans ce document, nous avons étudié la structure d'un chauffe-eau à gaz domestique et son principe de fonctionnement. Ensuite, nous avons examiné le fonctionnement des éléments principaux. Et en connaissant les composants et éléments essentiels de l'équipement à gaz, les capteurs de son système de sécurité, vous pouvez diagnostiquer vous-même une panne. Et si la cause de la panne est un encrassement de certains éléments de la structure, vous pouvez également effectuer un entretien vous-même du chauffe-eau à gaz.

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