Brevet FR2687213A1 — publié le 19930813

La présente invention concerne le domaine des installations de chauffage fonctionnant à partir de vapeur haute pression, et vise plus particulièrement à récupérer les purges haute pression provenant d'une telle installation. Le chauffage urbain par vapeur haute pression consiste actuellement à produire dans une chaufferie centrale de la vapeur d'eau sous une pression de 8 à 20 bars, à alimenter avec cette vapeur un réseau de distribution comprenant des sous-stations où la vapeur est détendue à une pression généralement comprise entre 0,1 et 3 bars, pour alimenter un échangeur principal réalisant un échange de chaleur entre la vapeur détendue par les sous-stations et de l'eau circulant en circuit fermé dans un circuit secondaire comportant des radiateurs. Lors de cet échange, la vapeur détendue se condense et génère des condensats basse pression. Par ailleurs, les pertes thermiques génèrent en permanence au niveau de chaque sous-station des condensats de faible débit et de température élevée, généralement dénommés purges haute pression (HP), qu'il convient d'éliminer périodiquement. La récupération des purges haute pression apparaît pour la Demanderesse particulièrement intéressante car elle permettrait de réduire de façon significative les pertes d'eau distillée dans l'installation, d'éviter tout risque de surchauffe du local où se trouve celle-ci, et de récupérer la chaleur non négligeable des purges. Il a été proposé, dans des installations d'un premier type, d'envoyer les condensats basse pression dans un réservoir pour les extraire à la demande au moyen d'une pompe et les envoyer vers une chaufferie centrale ou un égout. I1 n'est pas connu par la Demanderesse de récupérer les purges haute pression dans les installations de ce type. I1 a également été proposé, dans des installations d'un deuxième type, telle celle décrite notamment dans la demande de brevet français N" 2 660 988, d'envoyer les condensats basse pression dans un ballon tampon et de chasser ceux-ci vers la chaufferie centrale ou vers l'égout à l'aide de vapeur haute pression. Une installation de ce type permet de récupérer les purges haute pression mais nécessite pour cela de refroidir le ballon tampon par l'intermédiaire d'un chemisage dans lequel on fait circuler de l'eau prélevée sur le circuit secondaire des radiateurs. Rapporter un chemisage sur les réservoirs des installations du premier type, en vue de récupérer les purges haute pression serait particulièrement coûteux à réaliser et impliquerait un investissement qui annulerait tout bénéfice que pourrait tirer l'utilisateur de la récupération des purges haute pression. Le but principal de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif pour récupérer les purges haute pression, qui soit notamment peu coûteux et facilement adaptable sur les installations du premier type. L'invention atteint ce but grâce à un procédé pour récupérer les purges haute pression provenant d'une sous-station de détente appartenant à une installation de chauffage fonctionnant à partir d'un réseau de vapeur haute pression générée par une chaufferie centrale, ladite sous-station prélevant de la vapeur sur le réseau haute pression pour la détendre et alimenter un échangeur de chaleur principal dans lequel la vapeur se condense en donnant des condensats basse pression et en réchauffant l'eau d'un circuit secondaire comportant des radiateurs, ladite installation de chauffage comportant un réservoir où peuvent s accumuler lesdits condensats basse pression et au moins une pompe pour refouler ceux-ci vers la chaufferie centrale ou un égout, caractérisé en ce que l'on envoie les purges haute pression dans un échangeur récupérateur adapté à réaliser un échange de chaleur avec lesdits condensats basse pression accumulés, et on récupère les purges haute pression à la sortie de cet échangeur récupérateur pour les envoyer dans un circuit retour des condensats vers la chaufferie centrale. De préférence, on prélève les purges haute pression à la sortie de l'échangeur récupérateur pour les envoyer sur un échangeur refroidisseur adapté à réaliser un échange de chaleur avec l'air ambiant avant de les envoyer dans le circuit retour des condensats vers la chaufferie centrale. Avantageusement, l'échange de chaleur entre les purges haute pression et lesdits condensats basse pression a lieu de façon discontinue. L'invention concerne également un dispositif pour mettre en oeuvre un tel procédé. Selon l'invention, le dispositif comprend une sous-station de détente alimentée à partir d'un réseau de vapeur haute pression générée par une chaufferie centrale en vue de la détendre et alimenter un échangeur de chaleur principal dans lequel la vapeur se condense en donnant des condensats basse pression et en réchauffant l'eau d'un circuit secondaire comportant des radiateurs, ledit dispositif comportant un réservoir pour recevoir lesdits condensats basse pression et au moins une pompe pour refouler ceux-ci vers la chaufferie centrale, caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur récupérateur de chaleur alimenté par les purges haute pression et adapté à réaliser un échange de chaleur entre les purges haute pression et lesdits condensats basse pression accumulés dans le réservoir, les purges haute pression étant en sortie de cet échangeur récupérateur injectées dans un circuit retour des condensats vers la chaufferie centrale. Avantageusement, le dispositif comporte de plus un échangeur refroidisseur alimenté par les purges haute pression à la sortie de l'échangeur récupérateur, adapté à réaliser un échange de chaleur avec l'air ambiant, lesdites purges haute pression étant en sortie de cet échangeur refroidisseur envoyées dans le circuit retour des condensats vers la chaufferie centrale. De préférence, l'échangeur récupérateur de chaleur est disposé à l'intérieur du réservoir, et de préférence est constitué par un serpentin. En variante, l'échangeur récupérateur est disposé autour du reservoir. De préférence, le réservoir est un ballon hermétique. Avantageusement, un échangeur auxiliaire est prévu, alimenté par les purges haute pression en sortie de la sous-station, en vue de réaliser un échange de chaleur entre les purges haute pression et de l'eau prélevée dans le circuit secondaire des radiateurs, et renvoyée à ce circuit après cet échange, les purges haute pression étant alors envoyées vers l'échangeur récupérateur. De préférence, cet échangeur auxiliaire est un pot à boue cyclonique muni d'un serpentin adapté à réaliser un échange de chaleur. Lorsque l'installation est munie d'un compteur d'énergie, les purges haute pression sont avantageusement injectées en aval du compteur d'énergie placé en aval du réservoir sur le circuit retour des condensats vers la chaufferie centrale. La figure unique du dessin joint est un schéma d'un dispositif conforme à l'invention. On remarque à l'examen de cette figure, un échangeur principal de chaleur vertical 1 où se réalise un échange de chaleur entre de la vapeur, provenant d'une sous-station de détente 2 schématisée par une bouteille 11 alimentée en vapeur haute pression 8-20 bars à partir d'une chaufferie centrale 5 de production de vapeur haute pression (alimentation schématisée par la flèche 3) et détendue à 0,1-3 bars avant de pénétrer dans l'échangeur principal, et de l'eau circulant dans un circuit secondaire fermé comprenant des radiateurs schématisés en 4, cet échange de chaleur donnant lieu à la production de condensats basse pression qui sortent de l'échangeur principal 1 par une sortie basse 5. Un circuit de liaison 8 relie la sortie basse 5 à l'entrée basse 7 d'un réservoir 6 prévu pour recevoir les condensats basse pression. Ce circuit de liaison 8 comporte avantageusement, comme représenté, un régulateur de température T ainsi qu'un déverseur D pour contrôler le fonctionnement de l'échangeur de chaleur principal 1. Le réservoir 6 se présente avantageusement, comme représenté, sous la forme d'un ballon tampon hermétique 6. On évite ainsi les pertes par évaporation et on limite les risques d'oxydation, par rapport à un réservoir à l'air libre. Les condensats basse pression s accumulent dans le ballon tampon 6 et sont périodiquement rejetés par une pompe 17 vers un circuit de liaison 9 comportant une sortie 13 contrôlée par une électrovanne 26 conduisant à un égout et une sortie contrôlée par une électrovanne 14 conduisant à un circuit retour des condensats vers la chaufferie centrale 5. Le ballon tampon 6 est avantageusement, comme illustré sur la figure, muni d'un détecteur de niveau bas 10 et d'un détecteur de pression 18 reliés à un dispositif non représenté adapté pour mettre en marche la pompe 17 lorsque la pression des condensats basse pression dépasse un seuil préalablement choisi, et arrêter la pompe 17 lorsque le niveau des condensats basse pression dans le ballon tampon 6 retombe sous le niveau du détecteur de niveau bas 10. La température des condensats basse pression est typiquement voisine de 60"C et la pression relative dans le ballon tampon 6 comprise entre - 5,5 bar et + 5 bars. Un dispositif casse-vide 24 est disposé à l'extrémité supérieure du ballon tampon 6. Ce dispositif assure la communication du ballon tampon 6 avec l'extérieur si la pression à l'intérieur de celui-ci devient trop faible ou trop importante. La sous-station 2 comporte à son point bas une vanne manuelle 19 pour purger manuellement la bouteille 11 et un purgeur automatique 27, commandé par un dispositif connu et non représenté, pour purger automatiquement la bouteille 11. Un circuit de liaison 12 relie la sortie du purgeur automatique 27 à une entrée haute 15 prévue sur le ballon tampon 6. La température des purges haute pression est élevée, typiquement de l'ordre de 200"C. Avantageusement, on récupère la chaleur des purges haute pression en prévoyant sur le circuit de liaison 12 un échangeur de chaleur auxiliaire 30 pour réaliser un échange de chaleur entre de l'eau prélevée sur le circuit secondaire des radiateurs 4 et les purges haute pression. L'eau est prélevée en A sur le circuit 4 et est renvoyée en B après cet échange de chaleur.L'échangeur de chaleur auxiliaire 30 peut prendre diverses formes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention. De préférence, l'échangeur auxiliaire 30 est un pot à boue cyclonique muni intérieurement d'un serpentin 33, alimenté par les purges haute pression. On prévoit avantageusement une seconde canalisation 12a munie d'une vanne 12b permettant de court-circuiter l'échangeur auxiliaire 30, pour éviter toute surchauffe de l'échangeur auxiliaire 30 dans le cas où celui-ci ne serait plus alimenté par de l'eau prélevée sur le circuit secondaire 4 des radiateurs. Dans le cas où l'échangeur auxiliaire 30 est un pot à boue cyclonique muni d'un serpentin 33, celui-ci permet avantageusement de protéger l'échangeur principal 1 contre un encrassement par des impuretés plus ou moins denses que l'eau (huile, air), évacuées par les sorties haute 31 et basse 32 prévues, tout en récupérant, grâce au serpentin 33, la chaleur des purges haute pression. Conformément à une caractéristique de l'invention, un échangeur récupérateur de chaleur, de préférence, comme représenté, constitué par un serpentin 20 disposé à l'intérieur du ballon tampon 6 réalise un échange de chaleur entre les purges haute pression et les condensats basse pression accumulés dans le ballon tampon 6. Le serpentin 20 est connecté à son extrémité supérieure sur l'entrée haute 15. L'extrémité inférieure du serpentin 20 débouche sur une sortie basse 16 prévue sur le ballon tampon 6. Le serpentin 2O réalise ainsi, de façon périodique, un échange de chaleur entre les purges libérées périodiquement par le purgeur automatique 27 et les condensats basse pression accumulés périodiquement dans le ballon tampon 6. On évite ainsi d'injecter directement les purges haute pression, de température élevée, dans le circuit retour des condensats et l'apparition de ce que l'homme de l'art appelle communément "coups de bélier" qui risqueraient d'endommager sérieusement l'installation. On peut aisément proposer, sans sortir du cadre de l'invention, de réaliser cet échange de chaleur par des moyens équivalents, consistant par exemple à remplacer le serpentin 20 par un échangeur récupérateur de forme différente immergé ou non dans le ballon tampon 6. Un compteur d'énergie 23 disposé directement en aval de la pompe 17 est habituellement utilisé pour totaliser le volume de condensats basse pression rejetés par l'utilisateur vers la chaufferie centrale 5 ou vers l'égout. Les purges haute pression sont avantageusement, comme représenté, injectées dans le circuit retour des condensats par une canalisation 40 reliant la sortie 16 du serpentin 20 à un té de jonction 22 placé en amont des sorties 13 et 14, et en aval du compteur 23. Conformément à une autre caractéristique avantageuse de l'invention, un échangeur refroidisseur 21 est disposé sur la canalisation 40 pour refroidir les purges quittant le serpentin 20 avant leur injection au niveau du té de jonction 22. En effet, il peut arriver que le fonctionnement de l'échangeur principal I soit arrêté (entretien, panne ...) et entraîne une absence de condensats basse pression dans le réservoir 6. Les sous-stations que comporte le réseau de vapeur haute pression continuent néanmoins à être alimentées et le purgeur automatique 27 continue par conséquent de produire des purges haute pression. L'échangeur refroidisseur 21 permet avantageusement dans ce cas de refroidir les purges haute pression avant leur injection sur le circuit retour des condensats en vue d'éviter tout risque de "coups de bélier" dans l'installation. De préférence, l'échangeur refroidisseur 21 est un refroidisseur à ailettes monté sur la canalisation 40 en vue de réaliser un échange de chaleur avec l'air ambiant. Le cas échéant, l'échangeur refroidisseur 21 peut être un refroidisseur de type différent, à liquide par exemple. Un diaphragme 25 est avantageusement placé en aval du compteur d'énergie 23 et en amont du té de jonction 22 pour régulariser le débit d'eau délivré par la pompe 17 et garder celui-ci dans des limites acceptables pour la précision du compteur 23. I1 peut être prévu en remplacement de la pompe 17, de chasser les condensats du ballon tampon 6 par injection de gaz sous pression dans le ballon. Un dispositif de récupération des purges haute pression selon l'invention présente, grâce à sa construction simple un faible coût et permet à l'utilisateur de bénéficier des nombreux avantages offerts par la récupération des purges haute pression, ceci avec une grande sécurité. REVENDICATIONS 1/ Procédé pour récupérer les purges haute pression provenant d'une sous-station de détente (2) appartenant à une installation de chauffage fonctionnant à partir d'un réseau de vapeur haute pression (3) générée par une chaufferie centrale (5), ladite sous-station (2) prélevant de la vapeur sur le réseau haute pression (3) pour la détendre et alimenter un échangeur de chaleur principal (t) dans lequel la vapeur se condense en donnant des condensats basse pression et en réchauffant l'eau d'un circuit secondaire (4) comportant des radiateurs, ladite installation de chauffage comportant un réservoir (6) où peuvent s'accumuler lesdits condensats basse pression et au moins une pompe (17) pour refouler ceux-ci vers la chaufferie centrale (5) ou un égout, caractérisé en ce que l'on envoie les purges haute pression dans un échangeur récupérateur (20) adapté à réaliser un échange de chaleur avec lesdits condensats basse pression accumulés, et on récupère les purges haute pression à la sortie de cet échangeur récupérateur pour les envoyer dans un circuit retour des condensats vers la chaufferie centrale (5). 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on prélève les purges haute pression à la sortie de l'échangeur récupérateur (20) pour les envoyer sur un échangeur refroidisseur (21) adapté à réaliser un échange de chaleur avec l'air ambiant avant de les envoyer dans le circuit retour des condensats vers la chaufferie centrale. 3/ Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'échange de chaleur entre les purges haute pression et lesdits condensats basse pression a lieu de façon discontinue. 4/ Dispositif pour la récupération des purges haute pression provenant d'une sous-station de détente (2) d'une installation de chauffage fonctionnant à partir d'un réseau (3) de vapeur haute pression générée par une chaufferie centrale, ladite sous-station (2) prélevant de la vapeur sur le réseau haute pression (3) pour la détendre et alimenter un échangeur de chaleur principal (I) dans lequel la vapeur se condense en donnant des condensats basse pression et en réchauffant l'eau d'un circuit secondaire comportant des radiateurs (4), ledit dispositif comportant un réservoir (6) pour recevoir lesdits condensats basse pression et au moins une pompe (17) pour refouler ceux-ci vers la chaufferie centrale (5), caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur récupérateur de chaleur (20) alimenté par les purges haute pression et adapté à réaliser un échange de chaleur entre les purges haute pression et lesdits condensats basse pression accumulés dans le réservoir, les purges haute pression étant en sortie de cet échangeur récupérateur injectées dans un circuit retour des condensats vers la chaufferie centrale (5). 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte de plus un échangeur refroidisseur (21) alimenté par les purges haute pression à la sortie de l'échangeur récupérateur, adapté à réaliser un échange de chaleur avec l'air ambiant, lesdites purges haute pression étant en sortie de cet échangeur refroidisseur envoyées dans le circuit retour des condensats vers la chaufferie centrale (5). 6/ Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le réservoir (6) est un ballon hermétique. 7/ Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'échangeur récupérateur de chaleur (20) parcouru par les purges haute pression comprend un serpentin disposé autour du réservoir (6). 8/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'échangeur récupérateur de chaleur parcouru par les purges haute pression comprend un serpentin (20) disposé à l'intérieur du réservoir (6). 9/ Dispositif selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un échangeur de chaleur auxiliaire (30), alimenté par les purges haute pression en sortie de la sous-station (2), en vue de réaliser un échange de chaleur entre les purges haute pression et de l'eau prélevée dans le circuit secondaire des radiateurs (4), et renvoyée à ce circuit après cet échange, les purges haute pression étant alors envoyées vers l'échangeur récupérateur. 10/ Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'échangeur auxiliaire de chaleur est un pot à boue cyclonique muni d'un serpentin adapté à réaliser un échange de chaleur. 11/ Dispositif selon l'une des revendications 4 à 10 et comportant un compteur d'énergie (23) placé en aval du réservoir (6) sur le circuit retour des condensats, caractérisé en ce que les purges haute pression sont injectées en aval du compteur d'énergie (23) sur le circuit retour des condensats vers la chaufferie centrale.