Brevet FR2710730A1 — publié le 19950407

La présente invention concerne un dispositif combinant la production d'eau chaude par récupération de calories sur les eaux usées à l'aide d'une pompe à chaleur,et la réutilisation externe r de ces eaux usées. Les dispositifs connus de production d'eau chaude par récupération active de calories à l'aide d'une pompe à chaleur prélèvent en général leurs calories froides sur des eaux claires ne présentant aucun risque d'encrassement de l'évaporateur, puisées sur un réseau de distribution,sur la nappe phréatique, ou encore sur un rejet de fluide propre à température suffisante. Les dispositifs utilisant de l'eau neuve comme source froide s'avéraient peu rentables.Quant à l'utilisation de rejets de fluide propre comme source froide,celle-ci est rarement possible. Cependant,dans un logement,l'utilisation d'eaux usées comme source froide pourrait permettre,théoriquement,d'associer une production d'eau chaude à une importante économie d'eau,cette eau chaude étant produite par la pompe à chaleur avec un coefficient de performance élevé,lié à la température des eaux savonneuses récupérées pour cet usage,température souvent très supérieure à celle de la nappe ou du réseau de distribution:il suffirait de collecter à la source ces eaux savonneuses ( bain,douche,lavelinge...) pour les traiter,en les utilisant comme source froide, préalablement à leur réutilisation externe dans les toilettes. Mais la récupération de calories par la pompe à chaleur se heurte inévitablement au phénomène d'encrassement de l'évaporateur qui entraine la dégradation progressive de son coefficient de performance,se traduit par une croissance rédhibitoire de sa consommation d'énergie électrique,et l'usure accélérée du compresseur. D'autre part,en ce qui concerne les stockages d'eaux usées en vue d'une réutilisation externe dans les toilettes, ceux-ci supposent une certaine consommation de désinfectant pour éviter le dégagement d'odeurs désagréables liées au développement de fermentations dans le réservoir de stockage,phénomène d'autant plus prononcé que la température des eaux usées est élevée. Le dispositif selon l'invention remédie à ces inconvénients tout en permettant,dans un logement par exemple,d'économiser toute l'eau consommée par les toilettes,et de produire des quantités importantes d'eau chaude sanitaire,moyennant une très faible consommation d'énergie électrique. Ce dispositif comporte une pompe à chaleur associée à une cuve calorifugée.La pompe à chaleur récupère les calories disponibles sur les eaux usées des salles de bain,et les restitue à température élevée à un ballon d'eau chaude sanitaire.La cuve calorifugée assurant le stockage et le traitement de ces eaux usées abrite un décanteur-séparateur et,au fond de la cuve, l'évaporateur spécial,à nettoyage automatique intégré,de la pompe à chaleur.Ce dernier étant protégé contre tout encrassement par le balayage périodique de sa surface,offre la garantie du maintien d'un coefficient de performance maximal en toutes circonstances.En outre,la réfrigération active du contenu de la cuve par l'évaporateur a pour effet d'inhiber les fermentations en son sein,ce qui permet de réduire,voire de supprimer,le recours à un désinfectant pour la cuve. Selon des modes particuliers de réalisation,caractéristiques de linvention,ltévaporateur se présente sous différentes formes, plate ou creuse avec tubes d'eau,et est placé au voisinage du fond de la cuve,ou bien en contact direct avec celui-ci.Dans certains cas il comporte une double enveloppe,ou bien se trouve intégré dans le double-fond de la cuve.Selon un mode préférentiet de réalisation,l'évaporateur est installé au voisinage du fond,et se présente sous la forme d'une plaque lisse de forme géométrique voisine de celle du fond de la cuve. L'invention se caractérise essentiellement par un dispositif de nettoyage automatique intégré à l'évaporateur,constitué par au moins un balai animé d'un mouvement continu ou variable,selon une trajectoire droite ou courbe,à la surface de l'évaporateur. Selon un mode de réalisation ce dispositif est mû par un mécanisme utilisant l'énergie hydraulique disponible à l'aspiration de la pompe de puisage. Selon un mode préférentiel de réalisation un jeu de balais est entrainé électriquement en synchronisme avec la pompe à chaleur et racle alternativement les faces supérieure et inférieure de l'évaporateur. D'autre part,en cas de manque d'eau dans la cuve,qu'il soit lié à un déséquilibre entre l'alimentation et la consommation en eaux usées,ou au colmatage de la grille de sortie du décanteur-séparateur,des jets d'eau sous-pression, fixes ou mobiles,installés pour la plupart au voisinage de la grille de sortie du décanteur-séparateur apportent automatiquement un appoint d'eau neuve en effectuant le décolmatage de la grille. Le dessin en annexe représente le plan en coupe d'un mode de réalisation de l'invention: -Le collecteur d'eaux usées (1) alimente le filtre (2) régulant l'écoulement du réactif (3) vers la cuve calorifugée (4) à l'aide du clapet-doseur (5) placé à l'entrée du conduit (6). -Ce conduit alimente le décanteur-séparateur (7) à effet cyclone equipé du trop-plein (7a) permettant le rejet à l'égout des impuretés flottantes.La vidange des boues s'effectue directement par le conduit de vidange (7b) à travers la vanne (7c),et de façon indirecte par le conduit de liaison (7d) lorsque le niveau dans le décanteur-séparateur atteint sa cote maximale. -Le colmatage de la grille de sortie (7e) du décanteur (7), entrainant la baisse du niveau de la cuve,détectée par le pressostat (8),commande les jets de décolmatage (9) alimentés par le réseau à l'aide de l'électrovanne (8a). -Au cours de leur séjour dans la cuve,les eaux issues du décanteur-séparateur sont réfrigérées par l'évaporateur (10) installé à proximité du fond de la cuve.Les balais (10a) raclent alternativement les faces supérieure et inférieure de 1' évaporateur sur une trajectoire rectiligne et dans un sens tel que les impuretés soient ramenées en face inférieure,puis vers le point d'aspiration de la pompe de puisage (11).Ces balais sont fixés à une structure souple ajourée (lOb) tendue à la façon d'une courroie plate entre les axes (10c),et entrainée par le moteur (lOd) en synchronisme avec le compresseur (12) de la pompe à chaleur. -Le thermostat (13),déclenché par un refroidissement excessif des eaux de la cuve,coupe l'alimentation du compresseur (12) et actionne la pompe de puisage (ll):la baisse de niveau qui en résulte,détectée par le pressostat (8),est compensée par un appoint d'eau neuve issue des jets de décolmatage (9). -la pompe à chaleur transfère les calories récupérées par son évaporateur (10) à son condenseur (14) immergé à la base du ballon d'eau chaude (15) équipé de son thermostat (15bis). -la pompe de puisage (ll),commandée par le pressostat (16), alimente le réservoir (17) des toilettes,après passage dans le détecteur de coloration (18).Ce dernier agit sur l'électrovanne (19) permettant l'évacuation directe à l'égout des eaux trop foncées,il commande aussi l'apport du réactif (3 bis) (parfum et colorant),à l'aide de l'électrovanne (20). Le dispositif selon l'invention est susceptible de très larges applications,tant dans l'industrie que dans le secteur de l'habitat ou du tertiaire,toutes les fois où l'on dispose de rejets d'eaux usées tièdes ou chaudes,et où il existe des besoins parallèles en eau chaude. En ce qui concerne le logement individuel,l'application industrielle de l'invention se trouvera particulièrement facilitée par la possibilité d'utiliser,sans modifications importantes les groupes frigorifiques équipant la plupart des réfrigérateurs ménagers dont les caractéristiques paraissent particulièrement bien adaptées à cet usage. On pourra observer que les débits d'eaux usées récupérables quotidiennement dans les salles de bain et douches d'un logement correspondent en première approximation à ceux qui sont normalement absorbés dans les toilettes,et que la possibilité d'ajuster à la demande la qualité de l'eau réutilisée,confère une grande souplesse d'emploi au dispositif selon l'invention, facilitant ainsi la généralisation du ré-emploi des eaux savonneuses dans les toilettes. D'autre part l'alimentation gravitaire directe de la cuve calorifugée intégrée à la base d'un bac à douche ou d'une baignoire et accolée à un ballon d'eau chaude représente une conception simple susceptible de donner le jour à un produit industriel fiable et compact. REVENDICATIONS 1) Dispositif permettant conjointement la production d'eau chaude par récupération active de calories sur les eaux usées à l'aide d'une pompe à chaleur,et la réutilisation externe de ces eaux usées après épuration et traitement. Celui-ci se compose des éléments caractéristiques suivants, répartis selon les trois ensembles A,B et C ci-dessous: A. Ensemble de stockage,épuration et traitement d'eaux usées comprenant un filtre(2)avec clapet-doseur(5) de réactif(3), une cuve calorifugée(4) munie d'un évent relié à l'égout et abritant un décanteur-séparateur(7),lui-même muni d'un conduit de vidange de boues(7b),relié au trop-plein(7a)par le conduit de liaison(7d)et relié à l'égout par une vanne de vidange (7c). B. Pompe à chaleur de production d'eau chaude réfrigérant les eaux usées comprenant un compresseur(12),un évaporateur autonettoyant(l0) immergé à la base de la cuve calorifugée, et un condenseur(l4)immergé dans un ballon d'eau chaude(l5). C. Ensemble de réutilisation externe des eaux usées épurées et réfrigérées comprenant une pompe de puisage(ll),le détecteur de coloration(18),une électrovanne d'évacuation directe et un détecteur de niveau(16) installé dans le réservoir externe (17). 2) Dispositif selon la revendication l,caractérisé en ce que la grille de sortie(7e) du décanteur-séparateur cyclonique(7) est équipée de jets d'eau(9) commandés par un détecteur de niveau(8) placé sur la cuve calorifugée. 3) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé en ce que l'évaporateur(10) aplati est installé à faible distance du fond de la cuve. 4) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'évaporateur est solidaire du fond de la cuve. 5) Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que l'évaporateur comporte des tubes d'eau équipés de moyens de nettoyage. 6) Dispositif selon les revendications 3 à 5,caractérisé en ce que au moins un balai mobile(l0a) racle les faces de l'évaporateur en ramenant les impuretés vers le point d'aspiration de la pompe de puisage (11). 7) Dispositif selon la revendication 6,caractérisé en ce que un balai (10a) au moins est entrainé par un moteur électrique (10d). 8) Dispositif selon la revendication 6,caractérisé en ce que au moins un balai est entrainé par un dispositif utilisant l'énergie hydraulique disponible sur l'aspiration de la pompe de puisage. 9) Dispositif selon les revendication 7 ou 8 caractérisé en ce que au moins un balai effectue un circuit en boucle à la surface de l'évaporateur en restant parallèle à lui-même. 10) Dispositif selon les revendications 7 ou 8 caractérisé en ce que au moins un balai est entrainé en rotation au contact de l'évaporateur.