Brevet FR2856675A1 — publié le 20041231

La présente invention concerne un dispositif thermique économiseur d'énergie antilégionellose , anti-virus et anti-bactérien destiné à protéger notamment les réseaux d'eau chaude sanitaire et les réseaux de tours de refroidissement de l'infection par les légionelles. On connaît déjà des dispositifs permettant de stériliser les réseaux d'eau chaude sanitaire par injection de produits chimiques ; ces systèmes ne peuvent être utilisés en permanence car ils nécessitent un rinçage des circuits avant utilisation de l'eau chaude. On connaît également des systèmes permettant d'élever au-delà de 60[deg]C la température de distribution d'eau chaude, les bactéries sont effectivement détruites par la chaleur mais le procédé est très coûteux en énergie car la distribution d'eau chaude sanitaire et le bouclage éventuel de maintien thermique est à haute température ; ce procédé ne peut d'ailleurs pas être utilisé avec une production d'eau chaude solaire ou thermodynamiques et présente en outre des risques importants de brûlures. C'est d'une manière générale un but de l'invention de proposer un dispositif thermique permettant la destruction des légionelles tout en distribuant l'eau de bouclage à une température de l'ordre de 45[deg]C et ne consommant que 3 à 15% de l'énergie pour assurer le réchauffage temporaire des eaux de bouclage de 45[deg]C à 70.C le procédé ne présentant pas les défauts des installations connues. C'est en particulier un but de l'invention de fournir un dispositif très compact permettant de stériliser thermiquement l'eau chaude sanitaire devant être distribuée vers les différents points de puisage. C'est encore un but de l'invention de fournir un dispositif évitant la prolifération des légionelles pouvant s'adapter à tout type de production d'eau chaude sanitaire thermodynamique, solaire, fioul, gaz ou électrique tout en n'imposant pas des températures de stockage supérieures à 50[deg]C. C'est encore un but de l'invention de proposer un dispositif permettant de pasteuriser de façon continue l'eau en circulation dans les circuits de bouclage d'eau chaude sanitaire ou de refroidissement avec aéroréfrigérants. L'invention sera bien comprise par la description qui suit faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est un schéma d'une installation selon l'invention. . La figure 2 représente un exemple de réalisation de l'invention . La figure 3 représente un système selon l'invention avec utilisation d'une pompe à chaleur pour la récupération d'énergie et le chauffage, * La figure 4 est un schéma représentant les flux thermiques et l'évolution des niveaux de température dans les appareils selon l'invention. * La figure 5 est un exemple de montage d'une installation selon l'invention sur un circuit d'aéroréfrigérant atmosphérique. La figure 6 est un exemple de montage d'une installation selon l'invention sur un circuit de bouclage d'eau chaude sanitaire, La figure 7 représente le système selon l'invention avec une enveloppe isotherme. Une installation selon l'invention figure 1 comporte une entrée (E) d'eau à pasteuriser et une sortie d'eau traitée thermiquement (S).Le système comporte un échangeur de chaleur (10) comportant une tubulure d'entrée primaire (11) et une tubulure de sortie primaire (13) l'eau à traiter est admise dans l'échangeur en (11) puis réchauffée dans l'échangeur pour ressortir en (13), l'eau est ensuite admise dans un réchauffeur (12) comportant un élément chauffant (16) permettant de chauffer l'eau à une température supérieure à 70[deg]C permettant ainsi de détruire les légionelles, le réchauffeur (12) pourra être tout simplement un chauffe eau électrique ou un réservoir avec échangeur de chauffage à partir de tout type d'énergie. Une période de passage de quelques secondes à 70[deg]C permet de détruire les bactéries. Une sonde de température (17) permet de réguler la température du système.L'eau à 70[deg]C est ensuite dirigée par la tubulure d'entrée (14) dans le secondaire de l'échangeur (10). L'eau est ensuite refroidie dans l'échangeur pour ressortir par la tubulure (15) afin d'être distribuée en (S). La chaleur transférée par l'échangeur permet de réduire de plus de 90% l'énergie requise pour chauffer l'eau de sa température d'entrée en (E) jusqu'à 70[deg]C, température de destruction des légionelles. L'énergie réduite nécessaire au chauffage apportée par l'élément chauffant (16) peut être soit assurée par une résistance électrique, soit par un échangeur chauffé directement ou indirectement par une chaudière fioul, gaz ou par de la vapeur ou tout autre moyen comme notamment une pompe à chaleur, ce qui sera décrit ultérieurement. Une installation selon l'invention figure 2 comporte un échangeur de chaleur (10) avantageusement à plaques brasées. Le réchauffeur (12) sera constitué par exemple dans un cylindre en acier dans lequel viendra se visser une résistance électrique (16) commandée par un thermostat de régulation (17). Le volume du cylindre (12) sera au moins égal au débit d'eau circulant dans le dispositif divisé par les quelques secondes requises pour détruire les légionelles. Un purgeur d'air (19) assurera le dégazage du système. A titre indicatif la résistance électrique aura une puissance de 2000 Watt et l'échangeur (10) une puissance de 18000 Watt , ce qui permet de réchauffer de 45 à 70[deg]C un débit total d'eau de 690 litres par heure en ne consommant que 2000 Watt, ce dispositif économise 90% de l'énergie du réseau de bouclage. La figure 3 est une variante particulièrement économique et intéressante de l'invention puisqu'elle fait appel à une pompe à chaleur pour assurer le chauffage de l'eau et son refroidissement final. L'installation comporte une entrée (E) d'eau à pasteuriser et une sortie d'eau traitée thermiquement (S). Le système comporte un échangeur de chaleur (10) comportant une tubulure d'entrée primaire (11) et une tubulure de sortie primaire (52) l'eau à traiter est admise dans l'échangeur en (11) puis réchauffée dans l'échangeur pour ressortir en (52), l'eau est ensuite admise dans un réservoir (50) comportant un condenseur (58) permettant de chauffer l'eau à une température supérieure à 70[deg]C afin de détruire les légionelles. Une sonde de température, non représentée, permet de réguler la température du réservoir (50).L'eau à 70[deg]C est ensuite dirigée par la tubulure d'entrée (51) dans le secondaire de l'échangeur (10). L'eau est ensuite refroidie dans l'échangeur pour ressortir par la tubulure (53) afin d'être refroidie dans l'évaporateur (54) de la pompe à chaleur avant de ressortir par la tuyauterie (55) pour être distribuée en (S). La pompe à chaleur est constituée principalement du condenseur (58), du compresseur (56), de l'évaporateur (54) et du détendeur (57). Le fluide frigorigène de travail de la pompe à chaleur sera bien sûr adapté aux températures élevées de fonctionnement, ce pourra être du R-134a ou des fluides à température d'ébullition normale plus élevée comme les fluides de substitution du R-113.L'intérêt fondamental de la pompe à chaleur est de limiter de façon très importante la consommation d'énergie tout en refroidissant en fin de traitement le liquide à traiter. A titre indicatif, sur un bouclage d'eau chaude sanitaire, les conditions de fonctionnement suivantes d'une installation très performante pourront être observées : l'eau est réchauffée gratuitement dans l'échangeur (10) de 45[deg]C à 67.5[deg]C, le condenseur (58) la chauffe ensuite à 70[deg]C pendant le temps nécessaire à la destruction des légionelles, l'eau est ensuite refroidie jusqu'à 47.5[deg]C dans le secondaire de l'échangeur (10), puis enfin refroidie à 45.5[deg]C dans l'évaporateur (54).La consommation d'énergie de la pompe à chaleur, pour assurer le traitement décrit ci avant ne sera que de 400 Watt soit 50 fois moins qu'avec les dispositifs classiques et 5 fois moins que celle de la version de l'invention avec résistance électrique. Le système de pompe à chaleur pourra aussi être de type à absorption, à réaction chimique solide gaz, à effet Peltier pour les petites puissances ou encore à éjection ou autre. La figure 4 est un schéma représentant les flux thermiques et l'évolution des niveaux de température dans l'appareil selon l'invention. On se référera aux figures 1 et 4 pour l'explication ci-après. L'eau pénètre en (E) à la température Te, elle se réchauffe dans l'échangeur (10) de la température Te à la température Ter .L'eau est ensuite portée de la température Ter à la température Tsr dans le réchauffeur (12) ou le condenseur (58) grâce à l'apport thermique de l'élément chauffant, on notera que Tsr sera supérieur à la température de destruction des bactéries. L'eau ainsi réchauffée se refroidit de la température Tsr à la température Ts dans le secondaire de l'échangeur (10). L'eau pourra être sous refroidie dans le cas d'une installation avec pompe à chaleur de la température Ts à la température Tsc, l'eau ainsi traitée est ensuite distribuée. La puissance calorifique échangée (PE) dans l'échangeur (10) est égale au débit masse d'eau multipliée par la chaleur massique de l'eau et par l'écart de température Ter-Te. Notons que Ter-Te = Tsr-Ts. La puissance calorifique (PR) du réchauffeur (12) est très minime relativement à la puissance (PE). L'écart de température occasionné par le réchauffeur (12) permet à l'échangeur (10) de fonctionner et de transférer une très grande quantité de chaleur de façon tout à fait gratuite. Ceci sera encore plus économique bien sûr en version pompe à chaleur. La figure5 est un exemple de montage d'une installation selon l'invention sur un circuit d'aéroréfrigérant atmosphérique. L'eau (Ae) à refroidir provenant par exemple d'un circuit de climatisation pénètre dans l'appareil (A) selon l'invention (qui pourra être du type décrit dans les figures 1 ou 3) et après traitement thermique est aspirée par la pompe (32) de l'aéroréfrigérant (30). Une vanne d'équilibrage (33) permet d'adapter le débit d'eau partiel qui pénétrera dans l'appareil (A). Le bac (31) de l'aéroréfrigérant (30) comporte souvent des bactéries légionelles, le prélèvement et la pasteurisation continue d'eau dans le système (A) va empêcher le développement des bactéries. L'eau refroidie (As) retournera vers le matériel à refroidir.Il convient de noter que le traitement thermique dans l'appareil (A) objet de l'invention devra occasionnellement être complété par un traitement chimique du circuit d'eau de l'aéroréfrigérant pour éliminer les algues entre autres. La figure 6 est un exemple de montage d'une installation selon l'invention sur un circuit de bouclage d'eau chaude sanitaire. L'eau de bouclage est admise dans l'appareil (A) par une pompe (40). Après pasteurisation, l'eau ressort par la tuyauterie (47). L'eau chaude sanitaire est produite dans un ballon de stockage (41) et est chauffée par un dispositif (42). L'eau froide pénètre dans le ballon par la vanne (49). Après chauffage, l'eau chaude sanitaire est distribuée par la tuyauterie (45). En cycle normal, l'eau chaude sanitaire est distribuée par la tuyauterie (46) vers les points de puisage (43a, 43b,....43n). La vanne trois voies (44) est ouverte dans le sens (V1 ), ce qui a pour effet de boucler le circuit entre l'appareil (A), les tuyauteries (47, 46, 50) et la pompe (44).Toute l'eau circulant du bouclage est alors pasteurisée dans l'appareil (A) tout en se trouvant en réseau à une température comprise entre 45 et 50[deg]C ce qui induit d'importantes économies d'énergie. Le traitement antilégionellose du ballon de stockage (41) sera assuré une fois par nuit à une heure où il n'y a pas de puisage (entre 3 heures et 5 heures du matin par exemple) et lorsque le ballon aura refait son stock thermique, pour ce faire la vanne trois voies motorisée (44) est mise en position (V2), la pompe (40) aspire alors l'eau se trouvant en bas du ballon et la traite en pasteurisation tout en assurant une homogénéisation de la température du ballon.Une telle conception permet de limiter la température du stockage à une température comprise entre 50 et 55[deg]C permettant ainsi l'utilisation des énergies renouvelables pour assurer intégralement le chauffage de l'eau chaude sanitaire. La figure 7 représente l'invention très compacte équipée d'une isolation thermique. Une enveloppe extérieure (20) permet de maintenir l'isolant thermique (21) constitué par exemple par de laine de verre ou par de la mousse de polyuréthane. Cette isolation réduira les pertes thermiques de l'échangeur (10) et du réchauffeur (12). Un système complet en version résistance électrique de puissance calorifique totale 20 kiloWatt aura un diamètre de l'ordre de 30 cm et une hauteur totale de 50 cm, des appareils plus ou moins puissants peuvent aussi être réalisés. Une application particulièrement intéressante de l'invention est son utilisation dans les réseaux de bouclage d'eau chaude sanitaire des hôpitaux ou des hôtels, entre autres, en raison du traitement anti-légionellose qu'il apporte mais surtout en raison de l'importance considérable des économies d'énergie qu'il apporte pour assurer cette fonction et de la température de distribution d'eau chaude empêchant les brûlures. Une autre application est le traitement de l'eau de refroidissement des aéroréfrigérants atmosphériques. Une autre application peut être le traitement thermique du sang contaminé par le virus du sida qui pourrait déboucher vers un appareil portatif assurant le nettoyage du sang des malades. D'une manière générale et non limitative, l'invention s'applique dans tous systèmes de transfert énergétique requérant la montée en température puis le refroidissement d'un liquide. REVENDICATIONS 1. Installation de pasteurisation d'un liquide comportant un échangeur de chaleur (10) où le liquide (E) à traiter est réchauffé au primaire de l'échangeur puis est ensuite admis dans un réservoir comportant un élément chauffant dont le rôle est de chauffer le liquide à une température permettant de détruire les bactéries ou virus, le liquide étant ensuite refroidi au secondaire de l'échangeur (10) puis éventuellement sous refroidi avant d'être distribué en (S). 2. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le dispositif de réchauffage du réservoir (12) est une résistance électrique (16) ou un échangeur de chauffage à partir de tout type d'énergie commandé par un thermostat (17). 3. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le dispositif de réchauffage (58) est une pompe à chaleur. 4. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le liquide est de l'eau chaude sanitaire et est traité thermiquement afin de détruire les légionelles. 5. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le liquide traité n'est pas un liquide alimentaire. 6. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'installation de pasteurisation (A) est couplé avec un aéroréfrigérant atmosphérique (30). 7. Installation selon la revendication 6 caractérisée en ce qu'une partie seulement du débit de la pompe (32) circule dans l'installation de pasteurisation (A). 8. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'installation de pasteurisation (A) est installée sur le circuit de bouclage d'un réseau d'eau chaude sanitaire (46, 50, 47). 9. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'un dispositif (44) permet à l'installation de pasteurisation (A) de traiter l'eau du ballon de stockage (41 ).