Brevet FR2710137A1 — publié le 19950324

La présente invention concerne une installation de production d'eau chaude sanitaire, par récupération de chaleur en aval d'un échangeur de chaleur équipant une installation de chauffage collectif, alimenté par de l'eau surchauffée prélevée dans un circuit primaire de chauffage urbain. Le chauffage urbain consiste à apporter l'énergie nécessaire au chauffage d'une pluralité d'immeubles au moyen d'eau surchauffée circulant dans un circuit primaire comprenant une chaufferie centrale. De l'eau surchauffée est prélevée sur le circuit primaire pour réchauffer de l'eau circulant dans des circuits de chauffage collectif de ces immeubles. On a proposé de produire l'eau chaude sanitaire de ces immeubles par prélèvement direct d'eau surchauffée dans le circuit primaire puis échange de chaleur avec de l'eau froide sanitaire, dans deux échangeurs de chaleur reliés en série, dont l'un assure un préchauffage de l'eau froide sanitaire. Le débit d'eau surchauffée à prélever dans le circuit primaire est ajusté, en fonction du débit d'eau chaude sanitaire à produire, au moyen d'une vanne trois voies. La présente invention a pour objet une installation de production d'eau chaude sanitaire de coût réduit par rapport aux installations connues, visant à diminuer la consommation totale d'eau surchauffée prélevée sur le circuit primaire pour subvenir aux besoins de chauffage et d'eau chaude sanitaire d'un immeuble, en récupérant la chaleur de l'eau issue de l'échangeur équipant l'installation de chauffage collectif de cet immeuble, avant son renvoi dans un circuit de retour vers la chaufferie centrale. La présente invention propose pour cela une installation de production d'eau chaude sanitaire par récupération de la chaleur d'une eau de température T1 issue d'une installation de chauffage collectif alimentée en eau surchauffée de température T2 supérieure à T1, prélevée dans un circuit primaire de chauffage urbain, comprenant un échangeur de chaleur apte à réaliser un échange de chaleur entre de l'eau froide sanitaire et de l'eau de température Ts supérieure ou égale à T1 provenant d'une enceinte de mélange, pour produire ladite eau chaude sanitaire et de l'eau de température T3 inférieure à T1 renvoyée dans un circuit de retour vers une chaufferie centrale. L'enceinte de mélange est alimentée par ladite eau de chauffage de température T1 avec une possibilité d'appoint d'eau surchauffée par ouverture d'une vanne d'appoint, l'eau de température Ts étant prélevée dans l'enceinte de mélange avec un débit variable déterminé par des moyens de réglage du débit. L'ouverture et la fermeture de ladite vanne d'appoint et le débit d'eau de température T5 sont contrôlés par des moyens de régulation de façon à obtenir une eau chaude sanitaire de température déterminée T4 et une température de l'eau renvoyée dans le circuit de retour minimale. L'invention n'emploie ainsi qu'un seul échangeur de chaleur au lieu des deux échangeurs des installations connues, ce qui réduit son coût, et le besoin en eau surchauffée d'un immeuble est limité pour l'essentiel à la quantité nécessaire au chauffage de celui-ci. Avantageusement, le débit de l'eau prélevée dans l'enceinte de mélange est constant si la température T4 est inférieure à 60 C puis décroît lorsque la température T4 est supérieure à 6O0C. De préférence, les moyens de réglage du débit comprennent une pompe à vitesse variable. On évite ainsi l'emploi des vannes trois voies des installations connues, coûteuses car devant être particulièrement fiables puisque destinées au circuit primaire. Avantageusement, ladite température T2 de l'eau surchauffée est supérieure à 110"C, et de préférence est égale à 150"C. Avantageusement, ladite température T5 est inférieure ou égale à 80"C. On limite ainsi le risque d'entartrage de l'échangeur. Avantageusement, pour pallier à une panne de la pompe à vitesse variable, l'enceinte de mélange est apte à recevoir un obturateur conformé pour la diviser en une demi-enceinte supérieure et une demi-enceinte inférieure, la demi-enceinte supérieure recevant l'eau de température T1 et l'eau surchauffée d'appoint et la demi-enceinte inférieure recevant l'eau issue de l'échangeur de chaleur et communiquant avec le circuit de retour vers la chaufferie centrale, de sorte que l'eau de température T5 s'écoule de manière forcée au travers de l'échangeur. Avantageusement, la vanne d'appoint s'ouvre lorsque la température T4 est inférieure ou égale à 55"C et se ferme lorsque la température T4 est supérieure ou égale à 60 C. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre. On a représenté en trait plein sur le dessin unique annexé une installation 1 de production d'eau chaude sanitaire par récupération de la chaleur d'une eau de température T1 quittant un échangeur de chaleur équipant une installation de chauffage 2 représentée en trait interrompu, alimentée par de l'eau surchauffée de température T2 supérieure à T1, prélevée dans un circuit primaire de chauffage urbain comprenant une chaufferie centrale 5 représentée en trait interrompu. L'installation 1 comprend un échangeur de chaleur 3 apte à réaliser un échange de chaleur entre de l'eau froide sanitaire, encore appelée eau de ville EV, et de l'eau de température Ts supérieure ou égale à T1, provenant d'une enceinte de mélange 4. L'eau froide sanitaire EV est amenée à contre-courant de l'eau de température Ts dans l'échangeur 3 et sort en tant qu'eau chaude sanitaire ECS avec une température T4, tandis que l'eau de température Ts provenant de l'enceinte de mélange 4 quitte l'échangeur 3 avec une température T3 inférieure à Ts. L'échangeur 3 est de préférence un échangeur à plaques, détartrable manuellement ou chimiquement et extensible. L'enceinte de mélange 4 comprend une demi-enceinte supérieure 4a et une demi-enceinte inférieure 4b tubulaires et orientées verticalement, réunies par bridage à une extrémité pour former une enceinte unique, avec possibilité d'insérer entre elles, si nécessaire, comme cela sera précisé dans la suite, une cloison amovible obturatrice 4c. La demi-enceinte supérieure 4a est alimentée à sa partie supérieure par l'eau provenant de l'installation de chauffage collectif 2 et peut recevoir un appoint d'eau surchauffée de température T2 par ouverture d'une vanne d'appoint 6 montée en série sur une canalisation reliant le circuit primaire et la demi-enceinte supérieure 4a. L'eau de température Ts destinée à alimenter l'échangeur 3 est prélevée au moyen d'une pompe 7 à vitesse variable dans la demi-enceinte supérieure 4a et elle est rejetée, après traversée de l'échangeur de chaleur 3, avec la température T3 inférieure à Ts, dans l'enceinte inférieure 4b. Cette dernière communique avec un circuit de retour 10 vers la chaufferie centrale 5. L'ouverture et la fermeture de la vanne d'appoint 6 et la vitesse de la pompe 7 sont contrôlées par des moyens de régulation de façon à obtenir une eau chaude sanitaire ECS de température choisie T4 et une température de renvoi dans le circuit de retour minimale. On réduit ainsi les déperditions d'énergie dans le circuit de retour vers la chaufferie. Les moyens de régulation comportent une première boucle de régulation 9 comprenant une sonde de température 9a apte à mesurer la température T4 de l'eau chaude sanitaire à la sortie de l'échangeur 3. La boucle de régulation est avantageusement du type PID et elle est programmée pour agir sur l'alimentation électrique de la pompe à vitesse variable 7 en fonction de la température T4. Plus particulièrement, la première boucle de régulation 9 est programmée pour que la vitesse de la pompe 7 soit constante et maximale lorsque la température T4 est inférieure à 600C et commence à ralentir lorsque la température dépasse 60"C, l'arrêt de la pompe ayant lieu de préférence lorsque la température T4 est supérieure ou égale à 62"C. Les moyens de régulation comportent une deuxième boucle de régulation 8 indépendante de la première, comprenant une sonde de température 8a apte à mesurer la température T4 de l'eau chaude sanitaire ECS sortant de l'échangeur 3. La deuxième boucle de régulation est avangeusement du type PID et elle est programmée pour agir sur la vanne d'appoint 6 de façon à commander un apport progressif d'eau surchauffée de température T2 dans l'enceinte supérieure 4a de l'enceinte de mélange 4 lorsque la température T4 de l'eau chaude sanitaire est insuffisante. Plus particulièrement, cette boucle de régulation 8 est programmée pour commander l'ouverture de la vanne d'appoint 6 lorsque la température T4 est inférieure à 55"C et sa fermeture lorsque la température T4 est supérieure à 60"C. Une sonde de température 8b est placée au niveau de l'enceinte de mélange 4 pour mesurer la température Ts de l'eau de mélange de façon à commander la fermeture d'urgence de la vanne d'appoint 6 lorsque la température Ts dépasse un seuil déterminé. Une sonde de température 11 mesure la température T4 de l'eau chaude sanitaire ECS quittant l'échangeur 3 pour agir sur un contact de sécurité arrêtant le fonctionnement de l'installation lorsque la température T4 dépasse une valeur prédéterminée. En cas de panne de la pompe à vitesse variable 7, on peut démonter les demi-enceintes supérieure 4a et inférieure 4b et placer la cloison amovible 4c entre celles-ci, de façon à forcer la circulation de l'eau prélevée dans le circuit primaire au travers de l'échangeur de chaleur 3. Finalement, l'invention permet de fournir simultanément du chauffage et de l'eau chaude sanitaire sans utiliser un débit d'eau surchauffée supérieur à celui nécessaire pour satisfaire le plus important besoin de chauffage. On peut ainsi avantageusement réduire, grâce à l'invention, d'au moins 30 % le débit d'eau surchauffée nécessaire au chauffage et à la production d'eau chaude sanitaire par rapport aux installations connues. Par ailleurs, l'installation 1 permet d'alimenter l'échangeur 3 avec une eau de température T5 suffisamment faible pour que les risques d'entartrage de l'échangeur et de choc thermique soient réduits. L'installation 1 permet également d'arrêter la production d'eau chaude sanitaire sans interrompre l'écoulement du circuit primaire. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. On peut notamment proposer de remplacer la pompe à vitesse variable par tout autre système connu de l'homme de métier permettant d'alimenter l'échangeur 3 avec un débit variable, par exemple une vanne trois voies, et l'on peut proposer d'incorporer, au choix de l'homme de métier, à l'installation décrite une instrumentation annexe, des vannes de sécurité, des clapets de non retour et des filtres par exemple. REVENDICATIONS 1/ Installation (1) de production d'eau chaude sanitaire (ECS) par récupération de la chaleur d'une eau de température T1 issue d'une installation de chauffage collectif (2) alimentée en eau surchauffée de température T2 supérieure à T1, prélevée dans un circuit primaire de chauffage urbain, comprenant un échangeur de chaleur (3) apte à réaliser un échange de chaleur entre de l'eau froide sanitaire (EV) et de l'eau de température Ts supérieure ou égale à T1 provenant d'une enceinte de mélange (4), pour produire ladite eau chaude sanitaire (ECS) et de l'eau de température T3 inférieure à T1, renvoyée dans un circuit de retour vers une chaufferie centrale (5), ladite enceinte de mélange (4) étant alimentée par ladite eau de température T1 avec une possibilité d'appoint d'eau surchauffée par ouverture d'une vanne d'appoint (6), l'eau de température T5 étant prélevée dans l'enceinte de mélange (4) avec un débit variable déterminé par des moyens de réglage du débit, l'ouverture et la fermeture de ladite vanne d'appoint (6) et le débit de l'eau de température T5 étant contrôlés par des moyens de régulation (8, 9) de façon à obtenir une eau chaude sanitaire de température déterminée T4 et une température de l'eau renvoyée dans le circuit de retour (10) minimale. 2/ Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le débit de l'eau prélevée dans l'enceinte de mélange (4) est constant si la température T4 est inférieure à 60"C puis décroissant lorsque la température T4 est supérieure à 60"C. 3/ Installation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que lesdits moyens de réglage du débit comprennent une pompe à vitesse variable. 4/ Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite température T2 de l'eau surchauffée est supérieure à il 00C. 5/ Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite température T2 de l'eau surchauffée est égale à 150"C. 6/ Installation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ladite température T5 est inférieure ou égale à 80"C. 7/ Installation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'enceinte de mélange (4) est apte à recevoir un obturateur conformé pour la diviser en une demi-enceinte supérieure (4a) et une demi-enceinte inférieure (4b), la demi-enceinte supérieure (4a) recevant l'eau de température T1 et l'eau surchauffée d'appoint et la demi-enceinte inférieure (4b) recevant l'eau issue de l'échangeur de chaleur (3) et communiquant avec ledit circuit de retour vers la chaufferie centrale, de sorte que l'eau de température Ts s'écoule de manière forcée au travers de l'échangeur (3). 8/ Installation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la vanne d'appoint (6) s'ouvre lorsque la température T4 est inférieure ou égale à 55"C et se ferme lorsque la température T4 est supérieure ou égale à 60"C.