Brevet FR2397602A1 — publié le 19790209

La prdsente invention concerne un procédé et un dispositif pour la récupration de la chaleur perdue dans les bâtiments, I1 est connu de récupérer de la chaleur a partir des eaux souterraines. Le dEsavantage particulier de cette récupéra- tion est que le fluide caloporteur, sous la forme d'eaux souterraines n'apporte qutune faible température d'environ 50C. Dans la mesure où la récupération de chaleur en provenance de l'eau souterraine est limitée dds le départ, ce système, en outre, n'est pas universellement utilisable à cause de la densité de construction. Dans les bâtiments du type actuel, une grande partie de l'énergie thermique mise en oeuvre se perd soit qu'elle soit inutilisée, soit qu'elle ne le soit que partiellement. Des recherches permettraient de déterminer que , dans les eaux résiduaires,eaux de rinçage des processus de production et lessives en provenance des batiments d'habitation et autres bâtiments, il est partiellement contenu une importante énergie thermique. Il a été déterminé en outre que pour le chauffage de ces eaux, des chaudières ont été utilisées, qui laissent partir à l'air libre, sous forme de fumées, de la chaleur perdue. Il provient également des bâtiments certaines quantités d'énergie thermique perdue sous forme d'eaux résiduaires tièdes et sous forme de fumées tièdes perdues. Par exemple l'eau résiduaire en provenance des bâtiments d'habitation est par exemple tiède, si on part de l'idée que, en règle générale, l'usage de l'eau pour le ménage se fait après son rêchauffage. Les fumées évacuées qui proviennent par exemple des installations de chauffage central, qu'il s'agisse d'un chauffage au gaz ou au fuel, ont, en règle générale, une température entre 280 et 4000. Le total de ces montants de chaleur perdue, qui s'additionnent en provenance des eaux résiduaires comme des fumées perdues, fait apparaître comme raisonnable de récupérer cette chaleur perdue par un procédé spécial et de la réintégrer au bâtiment ou au processus de travail. L'objet de l'invention est de créer un procédé et un dispositif pour son exécution, qui permettent la récupération de la chaleur de façon économique. Selon l'invention, cet objet est essentiellement atteint par le moyen que les eaux résiduaires sont captées dans un réservoir, que les eaux résiduaires recueillies sont ensuite réchauffées par une surface de chauffe disposée en aval, surface de chauffe qui est chauffée au moyen d'un échangeur de chaleur a partir des fumées perdues, que la chaleur est extraite des eaux rFsiduaires recueillies au moyen d'un évaporateur de ~ ^ ze frigorigène et que ce fluide (fluide frigorigeneì est alors amené à une pompe à chaleur et qu'il s'y produit l'échange thermique vers l'veau de chauffage, qu'il s'y produit une élévation de température par le processus physique connu de la condensation, qu'à partir de là, l'eau réchauffée est réintroduite aux fins de chauffage ou autres fins dans l'installation de chauffage ou dans le processus de travail. Avec ce type de procédé, on peut récupérer la chaleur provenant des quantités de chaleur perdue de 1 'eau résiduaire et des quantités de chaleur perdue des fumées d'échappement, mêrxl d'eaux résiduaires troubles et visqueuses, de fumées perdues provenant aussi bien d'un chauffage au gaz que d'un chauffage au fuel léger ou lourd ou par combustibles solides, rassembler cette chaleur dans un réservoir et la transmettre à un fluide, l'y stocker et, selon besoins, la prélever par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur à plaques et la réintégrer dans le chauffage des bâtiments d'habitation ou par le processus de travail. I1 faut particulièrement attirer l'attention sur le fait que, par suite de la fabrication particulière, on dispose également de la possibilite d'utiliser les eaux résiduaires troubles et fortement souillées pour une récupération thermique. Les eaux résiduaires sont, selon leur circuit dans le réservoir, amenées à la canalisation par l'intermédiaire d'un trop-plein provenant du réservoir, ou la disposition du tropplein est prévue de sorte que ce départ par le trop-plein ne peut se produire qu'après extraction de la quantité de chaleur. L'eau prévue dans un but de chauffage ou dans un but de produc- tion mais non nécessaire pour le moment, oeut hêtre stockée dans des réservoirs de chaleur, par exemple des réservoir d'eau chaude pendant un temps plus long. Pour le stockage de plus courte durée, on utilise le réservoir, isolé de tous côtés et gardant la quantité recueillie d'eau résiduaire à température constante pendant un certain temps. L'eau stockée dans le réservoir d'eau chaude peut en outre être chauffée directement, soit par la mise en oeuvre d'une élévation de température, soit par amenée d'une énergie thermique supplémentaire lors des besoins thermiques de pointe, permettant de disposer de quantités suffisantes d'eau chaude à meme température. On peut prévoir un réchauffage indirect de ce réservoir d'eau chaude pour que, lors de la mise hors service ce du réchauffage direct et si l'on dispose de chaleur perdue à récupérer, celle-ci puisse etre utilisée économiquement. Un dispositif pour l'exécution du procédé décrit ici selon l'invention se compose d'un réservoir de collecte des eaux résiduaires, d'un mélangeur qui y est disposé, d'un évapora- teur à fluide frigorigène en forme d'échangeur thermique à plaques, d'un échangeur thermique à plaques servant de bloc chauffant pour le réchauffage ultérieur des eaux résiduaires, d'un autre échangeur thermique à plaques qui est également installé pour un rechauffage supplémentaire des eaux résiduaires. Le mélangeur disposé dans le réservoir met en mouvement les quantités d'eaux résiduaires et y crée une turbulence et un transfert thermique meilleur et plus rapide entre les eaux résidUaires et les fluides qui se trouvent dans les échangeurs thermiques à plaques. Pour élever la température des eaux résiduelles, il est prévu une surface de chauffe disposée aval sous forme d'un échangeur à plaque. A travers cette surface, on pompe l'eau chaude, qui s'est réchauffée dans un échangeur thermique alimenté par les fumées perdues. On- conduit dans cet échangeur thermique à fumées perdues, les fumées perdues de la chaudière et les fumées perdues du réservoir d'eau chaude chauffé directement. Un autre réchauffage des eaux résiduaires Se produit a travers la surface de chauffe disposée en aval, et qui est alimentéepar le retour de chaleur de l'installation de chauffage. L'eau de retour de chauffage refroidie en outre par ce moyen est refroidie intentionnellement et seulement alors dirigée vers la pompe à chaleur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé 1 repère le réservoir de collecte des eaux résiduaires, qui arrivent au réservoir par la conduite d'amenée 14. Dans le réservoir de collecte est prévu un mélangeur 2 qui maintient le liquide du réservoir en mouvement permanent.Il est en outre prévu une surface de chauffe 3 disposée en aval, qui réchauffe l'eau résiduaire avec l'eau chaude provenant du chauffage, ou qui a été réchauffée dans un échangeur thermique 8 alimenté par les fumées perdues et est maintenue en circulation permanente par la pompe 12. I1 est également prévu dans le réservoir de collecte un échangeur thermique à plaque pour fluide frigorigène 4, échangeur qui fait vaporiser le fluide frigorigène et l'envoie vers la pompe à chaleur 7, pour qu'il y prélève la chaleur de l'eau de chauffage. Un autre échangeur thermique 5 permettant d'obtenir un autre réchauffage de l'eau résiduaire dé3à réchauffée est relié à la conduite de retour, qui vient de l'installation de chauffage Il, il s'accomplit ici un autre réchauffage et l'eau de retour de chauffage refroidie est alors envoyée vers la pompe à chaleur 7. La pompe à chaleur 7 est du type et du mode d'action connus, de sorte qu'une description plus détaillée de cet appareil est superflue. Dans la pompe à chaleur 7, liteau de chauffage est alors réchauffée et parvient, par la conduite tubulaire à la pompe 13 et, de là à l'installation de chauffage Il. Si ce n'est pas la pompe à chaleur mais la chaudière 6 qui doit être en service, l'eau de chauffage parvient également, par la pompe 13, dans l'installation il. L'eau de retour s'écoule par la surface de chauffe disposée en aval 5 et produit donc un réchauffement de l'eau résiduaire. L'eau de retour alors davantage refroidie gagne la pompe à chaleur 7 et est réchauffée par le processus connu de l'échangeur thermique et est amenée à nouveau dans l'installation. Pour le réchauffement de cette eau, on a a disposition la chaleur provenant du processus de compression du liquide vaporisé en provenance de l'échangeur à plaques 4. La vaporisation dans 1"Bchangeur à plaques 4 est rendue plus intensive par le moyen que, à travers la surface de chauffe disposée en aval 5, les quantités de chaleur contenues dans l'eau résiduaire ont été en outre relevées en température. De la même façon, la quantité de chaleur cédée par l'échangeur à plaque 5 à l'eau résiduaire est multipliée par le rendement de la pompe à chaleur 7, par le fait que 1' échangeur à fluide frigorîgène 4 entreprend le processus de vaporisation et qu'il en résulte une condensation dans la pompe à chaleur 7. Un réchauffement supplémentaire de l'eau résiduaire se produit par l'échangeur thermique 3, qui est alimenté en eau chaude par l'échangeur alimenté en fumées perdues 8. Celui-ci est en service pour autant qu'y soient également la chaude 6 et/ou le chauffe-eau à chauffage direct 9. Les fumées évacuées sont conduites par le conduit de fumée 17 dans l'échangeur à fumée 8 et évacuées par la conduite 16 après s'être refroidies. Une caractéristique particulière de l'invention est que 1 t extraction de la chaleur contenue dans les eaux résiduaires se fait dans le réservoir lui-même et que l'eau résiduaire se trouvant dans le réservoir de collecte peut être réchauffée par la suite au moyen des surfaces de chauffe disposees en aval, qui, de leur côté, sont exploitées avec la chaleur récupérée du processus global. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVEEDICATIONS 1. Procédé pour la récupération de la chaleur perdue en provenance des bâtiments, caractérisé en ce que les eaux résiduaires sont captées dans un réservoir de collecte, en ce qu'on amene aux eaux résiduaires collectées, à l'aide des surfaces de chauffe disposées en aval, de la chaleur supplémentaire provenant de la chaleur des fumées qui s'échappent et de la chaleur de retour du chauffage,en ce que les eaux résiduaires sont maintenues en mouvement permanent par un agitateur, en ce que la chaleur est prélevée aux eaux résiduaires au moyen d'un échangeur thermique à fluide frigorigène, chaleur qui est conduite à une pompe à chaleur qui effectue de façon connue un échange thermique et en ce qu'on ramène l'eau de chauffage réchauffée à l'installation de chauffage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les eaux résiduaires, selon leur circuit dans le réservoir de collecte sont amenées de celui-ci à ltévacua- tion. 3. Procédé selon la revendication I ou 2, carac tarifé en ce que l'eau réchauffée non utilisée est stockée dans un réservoir d'eau chaude. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'eau dans le réservoir est en outre chauffée directement ou indirectement. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le réchauffage indirect se fait, par l'intermédiaire d'un réchauffeur d'eau chaude, à partir de la récupération de chaleur provenant de la chaleur gagnée dans les eaux résiduaires et amenée à température plus élevée. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé en ce que l'extraction de la chaleur contenue dans les eaux résiduaires se fait déjà dans le r6- servoir de collecte lui-meme. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'eau de retour n'est amenée à l'installation de pompe à chaleur qu'après quelle a cédé sa chaleur à l'eau résiduaire par une surface de chauf- fe disposée en aval dans le réservoir de collecte. 8. Dispositif pour l'exécution du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par un réservoir d'eau résiduaire, un échangeur thermique disposé dans ce réservoir, échangeur dans lequel arrive un fluide frigorigène pour évaporation, par un échangeur thermique qui y est disposé, dans lequel se produit un réchauffage ultérieur au moyen du réchauffage de cet échangeur à l'eau réchauffée par les fumées perdues, par un échangeur thermique à plaques, qui est réchauffé par l'eau de chauffage de retour, par un agitateur qui apporte le mouvement nécessaire dans la quantité d'veau résiduaire du réservoir, ce qui se traduit, gracie à des différentes surfaces de chauffe disposées en aval, par une élévation supplémentaire de température de l'eau résiduaire. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir d'eau chaude, 10. Dispositif selon la revendication 9, caracté- risé en ce qu'il est prévu pour le réservoir d'eau chaude un réchauffage qui peut être mis en oeuvre en cas de besoin, à l'aide de gaz, en particulier de gaz naturel. 11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est prévu, dans l'échangeur thermique alimente aux fumées perdues, une conduite pour les fumées de réchauffage du réservoir d'eau chaude. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8, 9 et 11, caractérisé en ce que le réservoir comporte des surfaces de chauffe disposées en aval qui sont exploitées avec de la chaleur récupérée provenant des fumées. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8, 9, Il et 12, caractérisé en ce que dans le re- servoir de collecte sont prévues des surfaces de chauffe disposées en aval, qui apportent par ce moyen un réchauffage supplémentaire de l'eau résiduaire, en ce que la canalisation de l'eau de retour de l'installation de chauffage débouche dans ces surfaces de chauffe disposées en aval.