Brevet FR2823837A1 — publié le 20021025

perpendiculaire à la plaque de dessus (1). La présente invention concerne un dispositif récupérateur de l'énergie thermique qui est contenue dans les eaux chaudes de rejet, notamment des installations sanitaires. On a proposé par le passé, et l'on propose touj ours, de nombreux moyens permettant de réaliser des économies d'énergie dans la plupart des domaines de la vie courante. On a ainsi amélioré de façon particulièrement sensible le rendement des appareils producteurs d'énergie thermique, qu'il s'agisse des chaudières de chauffage central ou des appareils de production d'eau chaude sanitaire. Parallèlement, de façon étonnante, on s'est apparemment désintéressé des questions relatives à la récupération de l'énergie contenue dans des vecteurs tels que l'eau. C'est ainsi que, notamment au niveau familial, l'on rejette à l'égout, sans récupération préalable d'énergie, des quantités d'eau chaude importantes qui représentent une énergie gaspillée qui est loin d'être négligeable. La présente invention a pour but de pallier aux lacunes précitées en proposant un dispositif permettant de récupérer l'énergie qui est contenue dans les eaux chaudes de rejet, telles que notamment les eaux résiduaires des douches et des bains, ou celles provenant des lave-vaisselle ou des lave-linge. La présente invention a ainsi pour objet un dispositif réaupérateur de l'énergie thermique contenue dans des eaux chaudes de rejet, caractérisé en ce que: - il comporte au moins un échangeur thermique, - l'entrée du circuit primaire, ou source chaude, de celui-ci est relise à des moyens de récupération de 1leau chaude de rejet et sa sortie est reliée à une évacuation, - 1lentrée du circuit secondaire, ou source froide, de 1léchangeur est reliée à des moyens dlalimentation en eau, ou source froide, et sa sortie est réunie à des moyens de production/stockage de 1leau chaude. Si la présente invention se révèle particulièrement intéressante dans le cas o 1lon assure simultanément un rejet dleau chaude usée et une demande d'eau froide (ainsi qulil en est par exemple dans le cas dlune douche) elle peut également être mise en oeuvre dans le cas o lTon rejette une eau chaude usée postérieurement à une alimentation en eau froide (ainsi qulil en est par exemple pour une machine à laver le linge ou pour un lave-vaisselle). Le dispositif suivant 1linvention pourra comporter des moyens de stockage de 1leau réchauffée qui seront disposés en sortie du circuit secondaire de lléchangeur. Ces moyens de stockage pourront être constitués dlun ballon réservoir, et notamment dlun ballon du type à trois cannes, à savoir une canne détouchant en partie haute du ballon qui est relice aux moyens de production de 1leau chaude, une canne débouchant en partie basse qui est reliée à 1lentrce du circuit secondaire de 1léchangeur et une canne détouchant en partie médiane qui est relice à la sortie de ce même circuit secondaire. Dans un tel mode de mise en oeuvre de 1linvention le dispositif pourra comporter des moyens de détection dlune arrivée d'eau chaude de rejet à une température dépassant une valeur de seuil déterminée. Préférentiellement ces moyens de détection pourront étre disposés à l'entrée du cTrcuit primaire de l'échangeur. On peut, pour mettre en oeuvre l' invention, faire appel à tout type d'échangeur. On peut par exemple utiliser un échangeur constitué d'une enveloppe cylindrique verticale respectivement fermée à ses deux extrémités par un couvercle .... et un fond, qui comporte à sa partie supérieure une conduite dTentrce/sortie et qui reçoit un élément tuLulaire interne qui traverse son couvercle supérieur et débouche dans l'enveloppe à une faible distance du fond de celle-ci et autour duquel est enroulée une canalisation en forme de serpentin dont les deux extrémités forment les entrées/sorties respectives du circuit secondaire de l'échangeur, les entrées/sorties du cTrcuit primaire de celui-ci étant constituées par l'élément tubulaire et la canalisation d'entrée/sortie. Dans un tel mode de mise en oeuvre le couvercle est fixé de facon démontable, notamment par vissage, sur l'enveloppe tuLulaire, et l'élément tuLulaire interne ainsi que les extrémités de la canalisation en forme de serpentin sont solidarisées de celui-ci. Le fond peut étre fixé de facon amovible, notamment par vissage, sur l'enveloppe tuLulaire. Ce fond donne accès à l'intérieur de l'enveloppe toLulaire ce qui en permet ainsi un nettoyage facile. Dans une variante de mise en oeuvre de l' invention le dispositif pourra comporter un second échangeur qui sera disposé en série avec le premier de facon que: - l'entrée de son circuit primaire soit reliée à l'évacuation du premier échangeur et sa sortie soit reliée à une évacuation, . l'entrée de son circuit secondaire soit reliée à l'alimentation en eau et sa sortie soit reliée à l'entrce du circuit secondaire du premier échangeur. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, des formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel: Les figure 1 est une vue schématique dTun mode de mise en oeuvre d'un dispositif réaupérateur d'énergie suivant l' invention. La figure 2 est une vue schématique en perspective et coupe verticale d'un exemple d'échangeur utilisable dans le dispositif récupérateur d'énergie suivant l' invention. La figure 3 est une vue schématique d'une variante du mode de mise en oeuvre du dispositif réaupérateur d'énergie représenté sur la figure 1. La figure 4 est une vue schématique d'une variante de mise en oeuvre de l' invention faisant appel à deux échangeurs. Le dispositif de réaupération d'énergie thermique suivant l' invention qui est représenté sur la figure 1 est constitué d'un échangeur eau/eau 1 dont le circuit secondaire lb, ou source froide, est réuni par son entrée 3 à une conduite d'alimentation en eau froide du réseau 5. La sortie 7 du circuit secondaire lb de celui-ci est reliée à l'entrée d'un ballon de production et de stockage d'eau chaude 9 dont la sortie est reliée, par l'intermédiaire d'un robinet de commande 11, à un système de distribution d'eau chaude qui peut être constitué notamment d'une pomme à douche 13. De facon classique, l' installation comprend un bac de récupération de l'eau usée et la sortie 17 de ce bac n'est pas reliée, comme dans l'état antérieur de la technique, à l'égout mais à l'entrée lg du circuit primaire la de cet échangeur 1 avec interposition d'une pempe de circulation 21. La sortie 23 du circuit primaire la de l'échangeur 1 est réunie quant à elle à l'égout E de l' installation. Dans ces condiLlons, lorsque l'utilisateur met en position d'ouverture le robinet 11, il puise ainsi de l'eau chaude dans les moyens de stockage du ballon 9 et, simultanément, celui-ci admet une quantité correspondante d'eau froide provenant de la canalisation dlalimentation 5 au travers du circuit secondaire lb de l'échangeur 1. Dans le même temps, les eaux chaudes de reet reaneillies dans le bac 15 sont admises dans le circuit primaire la de l'échangeur 1, si bien qu'elles réchanffent l'eau froide admise dans le circuit secondaire lb de celui-ci. En sortie 23 du circuit primaire la de l'échangeur 1 les eaux usoes et retroidies sont ensuite renvoyées à l T égout E. On comprend, dans ces conditions, que le ballon de stockage et de production d'eau chaude 9 se trouve ainsi alimenté par une eau qui se trouve à une température t0 + At et qu'il lui faudra donc moins d'énergie, pour l'amener à la température d'utilisation tl, que s'il était alimenté par une eau plus froide à la température t0. Si on faisait appel à un chauffe-eau de type instantané, tel que notamment un chauffe-eau à gaz, il en serait de méme et, dans ces conditions, l T eau arrivant en entrée du chauffe-eau étant à une température supérieure à la température t0 du réseau 5, cela impliquerait que, à quantité de chaleur égale fournie par le chanffe-eau la température en sortie de celui-ci serait supérieure, ou que, à température de sortie du chauffe-eau égale, la consommation énergétique de celui-ci se trouverait diminuée. Bien qu'il soit possible dTutiliser dans le dispositif suivant l' invention de nombreux types dTéchangeurs eau/eau, on a représenté sur la figure 2 un échangeur qui est particulièrement intéressant pour la mise en oeuvre de l T invention. Cet échangeur 40 est constitué dTun tobe cylindrique vertical 41 fermé à sa partie inférieure par un fond vissé 43 et à sa partie supérieure par un couvercle également vissé 45. Le couvercle 45 est traversé par un tube métallique 47 de forte section qui est fixé sur celui-ci et qui s T étend à l T intérIeur du tube 41 jusqu'à une faible distance du fond 43 de celui-ci. Sur le tobe 47 est fixé, par soudage, un tube métallique 48 qui est enroulé en spirale sur celui-ci et qui comporte deux entrées/sorties 49 et 51. Le tube 41 comporte par ailleurs une canalisation 53 qui le relie à une évacuation vers l'égout E. Dans ces conditions l'eau chaude de rejet est admise par le tobe 47, ressort à la base de celui-ci puis gagne l'égout E par la canalisation 53. L'eau à réchanffer arrive par l'une des entrées/sorties 49 ou 51 et ressort par l'autre pour gagner le ballon de production ou de stockage de l'eau chaude. Un tel échangeur s'est révélé particulièrement efficace dans la mesure o l'échange thermique entre l'eau chaude de rejet admise par le tube 47 avec l'eau circulant dans le tube enroulé 48 se fait à double niveau, à savoir lors du passage de l'eau chaude de rejet dans le tube 47 puis lors de la remontée de cette eau vers le tube de sortie 53. Llagencement d'un tel échangeur 40 est également intéressant en ce que sa partie inférieure forme un siphon démontable permettant un nettoyage facile. Un tel échangeur peut également être utilisé en position horizontale lorsque, pour des raisons d'encombrement, une utilisation en position verticale n'est pas envisageable. La présente invention permet également de récupérer de l'énergie thermique des eaux chaudes usées rejetées par des appareils, tels que les lave vaisselle ou les lave linge, qui n'admettent pas d'eau froide en même temps qu'ils rejettent leur eau chaude usoe à l'égout. On utilise alors un ballon intermédiaire permettant de stoker, de facon temporaire, l'énergie thermique récupérée. On a représenté sur la figure 3 une telle installation. Celle-ci comprend un chauffe eau instantané à gaz 18 qui fournit de l'eau chaude par sa sortie 20 à un réseau utilisateur non représenté sur le dessin. Il comprend également un échageur l' pourvu d'un circuit primaire la qui reçoit, par une canalisation 16, l'eau chaude de rejet provenant d'un lave linge 22 et d'un lave vaisselle 24, qui sont alimentés en eau froide du réseau par une canalisation 5. L T installation comprend également un ballon réservoir 26 du type à trois cannes, cTest-à-dire quTil comprend une canne 28, détouchant en partie haute du ballon, qui est reliée au chauffe-eau 18, une canne 30 débouchant en partie basse qui est reliée, par l T intermédiaire dTune pompe 31, à l'entrée 3' du cTrcuit secondaire lb de l'échangeur 17 et une canne 32 débouchant en partie médiane qui est relice à la sortie de ce même circuit secondaire lb. .. Dans ces conditions le fonctionnement de l' installation s r établit ainsi que décrit ci-après. Lorsque les appareils 22 et 24 rejettent leurs eaux chaudes usées, à un instant qui dépend de leur cycle propre de fonctionnement, celles-ci sont admises, via la canalisation 16, dans le circuit primaire la de l'échangeur 1' traversent celui-ci puis sont éliminées par la sortie E donnant vers l T égout. Un aquastat 33 disposé à l'entrce du circuit primaire la détecte alors l'élévation de température et commande la mise en marche de la pompe de circulation 31, si bien que l'on prélève de l'eau dans le ballon de stockage 26 par la canne inférieure 30 (partie d'eau la plus froide) pour l'amener dans le circuit secondaire lb de l'échangeur o elle se réchauffe au contact de l'eau chaude de rejet circulant dans le circuit primaire la, pour regagner le ballon 26 par la canne médiane 32. On remplace ainsi une certaine quantité d'eau par une même quantité d'eau à une température supérieure. Une fois que le rejet d'eau chaude a cessé, l'aquastat 33 commande l T arrêt de la pompe 31 et l'échange s'interrompt. Le chauffe-eau 18 quant à lui, lorsquTil entre en fonctionnement, prélève l T eau qui lui est nécessaire dans le ballon de stockage 26 par la canne supérieure 28 (partie dTeau la plus chaude). Le chanffe-eau fonctionne donc à partir d'une eau à une température tl supérieure à la température t0 de l'eau du réscau d'alimentation 5. Dans ces conditions on comprend que l'eau admise par le chauffe-eau 18 étant à une température tl supérieure à la température t0 du réseau 5, à quantité de chaleur égale fournie par le chauffe-eau, la température en sortie de celui-ci sera supérieure, et à température d'eau en sortie du chauffe-eau égale, la consommation énergétique de celui- ci se trouvera diminuée. ESSAIS ccrirS On a effectué des essals comparatifs au moyen dTun .. chauffe-eau instantané de puissance nominale 8,7 kW qui était alimenté par du gaz butane sous une pression de 28.10 2 Pa avec un déLit de 1300 g/h. Les conditions et les résultats de ces essais étaient les suivants: ESSAI RAPIDE INSTALLATION CONVENTIONNELLE Température de l'eau du réseau:10,6 C Débit de l'eau: 5 l/mn Température de l'eau produite: 33, 5 C Reconversion en quantité de chaleur utile: 479 kJ ESSAI LONG INSTALLATION CONVENTIONNELLE Température de l'eau du réseau:10,6 C Déhit de l'eau 5 limn Température de l'eau produite:33, 8 C Reconversion en quantité de chaleur utile: 485 kJ ESSAI RAPIDE INSTALLATION SUIVANT L'INVENTION Température de l'eau du réscau:10,6 C Détit de l'eau: 5 l/mn Température de l'eau produite:47, 5 C Reconversion en quantité de chaleur utile: 771 kJ ESSAI LONG INSTALLATION SUIVANT L' INVENTION Température de l'eau du réseau:10,6 C Débit de l'eau: 5 l/mn Température de l'eau produite:48,7 C Reconversion en quantité de chaleur utile: 796 kJ On constate qu'à puissance fournie par le chauffe- eau égale on obtient une augmentation de la quantité de chaleur produite de 1 T ordre de 62%. A l'inverse, à température fournie par le chauffe eau égale on obtiendrait une importante économie sur le plan de 1 T énergie consommée. Lorsque l'eau qui est rejetée à 1 T égout après son passage dans le primaire de l'échangeur possède une température qui est encore supérieure à celle de 1 T eau d'alimentation du réseau, on peut suivant 1 T intention faire appel à un second voire même à un troisième échangeur. On a ainsi représenté sur la figure 4 une installation mettant en oeuvre un dispositif suivant l' invention qui est équipée de deux échangeurs. Cette installation est ainsi du type de celle représentée sur la figure 1 dans laquelle d'une part on a fait appel à une source d'énergie thermique constituée d'un chauffe-eau instantané à gaz 18 et d'autre part on a disposé en amont de l'échangeur 1 un second échangeur 1' (dont les entrces et les sorties portent les mémes rétérences affectées de l'indice '). On comprend que, dans le second échangeur 1 T 1 T eau chaude de rejet qui a traversé le premier échangeur 1 réchauffe l'eau provenant du réseau 5 lorsque celle-ci traverse son circuit secondaire l'b. On alimente alors le circuit secondaire lb du premier échangeur 1 avec une eau qui est à une température supérieure à celle du réseau 5, ce qui a pour effet d'améliorer le rendement énergétique du dispositif. REVENDICATIONS 1.- Dispositif réaupérateur de l'énergie thermique contenue dans des eaux chaudes de rejet, caractérisé en ce que: - il comporte au moins un échangeur thermique " ".... (1,1',40), - l'entrée (19) du circuit primaire (la), ou source chaude, de celui-ci est reliée à des moyens de réaupération (17,21) de l'eau chaude de rejet et sa sortie (23) est relice à une évacuation, - l'entrée (3) du circuit secondaire (lb), ou source froide, de l'échangeur (1,1',40) est reliée à des moyens d'alimentation (5) en eau, ou source froide, et sa sortie (7) est réunie à des moyens de production/stockage de l'eau chaude (9,18). 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de stockage (26) de l'eau réchauffée qui sont disposés en sortie du circuit secondaire (lb) de l'échangeur (1'). 3.- Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de stockage sont constitués d'un ballon réservoir (26). 4.- Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le ballon réservoir (26) est du type à trois cannes, à savoir une canne (28) déLouchant en partie haute du ballon (26) qui est reliée aux moyens de production de l'eau chaude (18), une canne (30) débouchant en partie basse qui est reliée à l'entrée (3) du circuit secondaire (lb) de l'échangeur et une canne (32) déLouchant en partie ..... ....... médiane qui est reliée à la sortie (7) de ce même circuit secondaire (lb). 5.- Dispositif suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce quTil comporte des moyens de détection (33) d'une arrivée d'eau chaude de rejet à une température dépassant une valeur de seuil détermince. 6.- Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de détection (33) sont disposés à l'entrce du circuit primaire (la) de l T échangeur (1,1',41). 7.- Dispositif suivant l T une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les moyens de récupération de l'eau sont alimentés par dés moyens dTévacuation dTappareils (22,24) dont les rejets dTeau chaude usée sTeffectuent postérieurement à leur alimentation en eau froide. 8.- Dispositif suivant l T une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ltéchangeur (40) est constitué d'une enveloppe cylindrique verticale respectivement fermée à ses deux extrémités par un couvercle (45) et un fond (43), qui comporte un élément tubulaire interne (47), dont l'entrée constitue l'entrée du cTrcuit primaire (la) de l'échangeur, qui traverse son couvercle (45) et débouche dans lTenveloppe (41) à une faible distance du fond (43) de celle-ci et autour duquel est enroulée une canalisation (48) en forme de serpentin dont les deux extrémités forment des entrées/sorties respectives (49,51) du circuit secondaire (lb) de lTéchangeur (40). 9.- Dispositif suivant la revendication 8, caractérisée en ce que le couvercle (45) est fixé de facon démontable, notamment par vissage, sur l T enveloppe tubulaire (41), et lTélément tubulaire interne (47) ainsi que les extrémités (49,51) de la canalisation (48) en forme de serpentin sont solidarisées de celui-ci. 10.- Dispositif suivant 1lune des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le fond (43) est fixé de facon amovible, notamment par vissage, sur l T enveloppe tutulaire (41). 11.- Dispositif suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que il comporte un second échangeur (1') qui est disposé en série avec le premier échangeur (1) de facon que: l'entrée (lD') de son circuit primaire (l'a) soit reliée à lTévacuation (23) du premier échangeur (1) et la sortie (23') de celui-ci soit reliée à une évacuation, - l'entrée (3') de son circuit secondaire (lTb) est reliée à l T alimentation en eau (5) du réseau et la sortie (7 T) de celui-ci soit reliée à l T entrée (3) du circuit secondaire (lb) du premier échangeur (1).