Brevet FR2864786A1 — publié le 20050708

La présente invention a pour but de prolifération des légionnelles dans les distribution d'Eau Chaude Sanitaire, appelée ECS dans la suite de ce document. totalité de l'installation d'ECS d'un bâtiment traitée, hormis les bras morts ou ramifications réseaux, ceux-ci n'étant pas brassés. contaminations par la légionnelle toucheraient plus de 2000 personnes chaque année, des cas étant recensés au sein même des hôpitaux chez certains patients immuno déficients. Les contaminations des réseaux ECS sont généralement combattues soit par un choc chloré, soit par un choc thermique. Le choc chloré met à contribution la durée de vie des matériels thermiques et nécessite des actions planifiées, alors que le choc thermique permet d'éliminer les légionnelles, pourvu que l'eau soit portée entre 65 c et 70 c pendant plusieurs minutes. Le phénomène étant en cours d'étude au plan national, ces températures et temps de chambrage sont donnés à titre indicatif. Des mesures du nombre de colonies doivent être effectuées afin de vérifier l'efficacité du traitement en fonction de la température et du temps de chambrage. L'invention que nous allons présenter effectue un choc thermique en portant l'ECS à une température voisine de 70 c, un chambrage à cette même température de traitement, puis une désurchauffe de cette eau jusqu'à un niveau de distribution au réseau normal, soit environ 58 c constamment, que l'on soit en phase de soutirage ou de recyclage. L'intérêt de l'appareil réside en ce qu'il traite en permanence toute la boucle de distribution d'eau chaude, qu'il y ait ou non des soutirages et qu'il effectue un chambrage en température de quelques minutes, quel que soit le débit de soutirage. stopper la réseaux de qui sera La est des Les 2864786 2 La température de distribution ECS pourra être différente selon les valeurs demandées par notre clientèle. Les valeurs fréquemment observées sont comprises entre 38 c et 60 c. quelle que soit la température de distribution, celle-ci est constamment régulée à un niveau fixe. Pour cela, l'appareil est équipé d'un premier échangeur de chaleur à plaques alimenté à son primaire par de l'eau de chauffage comprise entre 80 c et 100 c, pouvant provenir d'une chaudière par exemple. Une sonde de température placée sur le départ est reliée au régulateur du coffret électrique, lequel régulateur agit sur l'ouverture ou la fermeture de la vanne 3 voies de régulation du circuit primaire. La vanne 3 voies fonctionne en mélange et garantit donc un débit constant sur le primaire de l'échangeur. Une pompe primaire permet d'irriguer en permanence et à débit constant l'échangeur. Le point de consigne en sortie de ce premier échangeur est en fait la température de traitement thermique qui sera maintenue quasi constante en permanence par cette régulation. L'eau étant ainsi chauffée à environ 70 c, va ensuite être maintenue à température (chambrage), puis passer dans un deuxième échangeur de désurchauffe. Pour désurchauffer l'eau, nous allons considérer deux cas de figure: - Période de non soutirage. L'eau est traitée à la température de consigne sur le premier échangeur puis est maintenue plusieurs minutes en température dans le ballon chambreur pour arriver ensuite sur le deuxième échangeur. Nous utilisons la chute de température de la boucle ECS (qui passera au secondaire de ce deuxième échangeur) pour refroidir l'eau traitée. L'échangeur est ainsi calculé pour refroidir l'ECS à sa température de distribution, alors qu'au secondaire nous réchaufferons donc les retours de boucle d'autant. 2864786 3 Le débit pris en compte pour le calcul de cet échangeur n'est pas le débit nominal (puisque non soutirage), mais le débit de recyclage, donc des pompes de recyclage de l'installation. L'eau sort ensuite du deuxième échangeur passe au travers d'une vanne de mélange 3 voies laissant passer l'intégralité du débit jusqu'au réseau ECS. - Période de soutirage. L'eau est traitée à la température de consigne sur le premier échangeur pour arriver ensuite sur le deuxième échangeur. Ce dernier est maintenant surpuissant par rapport au cas précédent, puisque l'on ne va plus utiliser de l'eau ayant perdu quelques degrés dans la boucle pour effectuer le refroidissement, mais de l'eau de ville à une température voisine de 10 à 15 c et avec un débit environ deux fois plus important que dans le cas précédent (le débit de recyclage lors d'un non soutirage est environ deux à trois fois moindre que le débit ECS lors de soutirages). C'est le rôle de la vanne de mélange 3 voies (5) que va ensuite traverser l'ECS en sortie du primaire du deuxième échangeur. Cette vanne, associée à un régulateur mesurant la température de distribution ECS, va permettre d'ajouter de l'eau plus chaude - et traitée- prise en sortie du premier échangeur et du ballon. On ouvre ainsi plus ou moins (selon le débit ECS) un by-pass d'eau traitée et beaucoup plus chaude permettant une distribution ECS régulée en température. L'ECS est ensuite véhiculée sur le réseau de distribution. Lors de forts soutirages, la quasi totalité est évacuée sur les points de puisage (douches, lavabos...) et lors de soutirages nuls, revient véhiculée par la ou les pompes de recyclage du circuit de bouclage de l'installation, sur l'appareil. Une vanne de réglage permet le cas échéant d'ajuster le débit de recyclage par rapport à la ou les pompes de recyclage. 2864786 4 L'eau de retour croise ensuite l'admission d'eau froide. Ainsi, lors de soutirages, nous aurons un mélange de températures de recyclage et d'eau froide, alors que sans soutirage, l'ECS sera revenue à une température égale à la température de départ moins la chute de température du circuit de bouclage. L'eau entre ensuite au secondaire du deuxième 10 échangeur, où elle va se réchauffer, refroidissant ainsi l'eau traitée sur le circuit primaire. Elle arrive ensuite sur le circuit secondaire du premier échangeur où elle va subir le choc thermique selon la température de consigne du régulateur de 15 l'échangeur un. Le cycle se poursuit ensuite (refroidissement, départ réseau, retour bouclage, mélange avec eau froide ou non, préchauffage, traitement 20 thermique...). On voit donc que la totalité de l'eau froide entrant dans l'installation et de l'eau effectuant un bouclage lorsqu'il n'y a pas de soutirages, est traitée. L'appareil fonctionne selon deux principes différents, ayant le même but de distribuer l'ECS selon le descriptif précédent. INSTANTANE Le débit d'ECS provient intégralement du débit d'eau froide surchauffée, chambrée et refroidie au niveau de la distribution. Ce débit passe intégralement dans l'échangeur un, dans le chambreur, puis est partagé entre le primaire de l'échangeur deux et le by-pass de l'échangeur deux. Il se retrouve intégralement au travers de la vanne 3 voies (rep 5) puis sur la distribution ECS. 40 2864786 5 - SEMI- INSTANTANE Le débit d'ECS ne provient pas intégralement du débit d'eau froide. En effet, il est assuré par le débit au secondaire de l'échangeur 1, plus le débit provenant du ballon de stockage. Le ballon de stockage est en effet dimensionné de façon à répondre aux consommations de pointes pendant 10 minutes. Ainsi, pour un même débit de pointe, nous aurons moins de débit au secondaire de l'échangeur un comparativement à un système Instantané. Le débit au secondaire de l'échangeur un est constant et véhiculé par une pompe de charge (rep 16). L'appareil est constitué des éléments suivants et repérés selon les schémas de principe annexés: L'appareil est alimenté par son circuit primaire arrivant en A à une température comprise entre 80 et 100 c pour ressortir en B La vanne 3 voies de régulation en mélange (1) permet l'obtention d'une température variable à l'entrée du primaire de l'échangeur (7), ce qui permet de moduler la puissance de chauffe en fonction de l'écart entre la mesure de température de départ secondaire (14) et la consigne de pasteurisation. Cette vanne est pilotée par le régulateur placé dans le coffret électrique (3). L'irrigation du primaire de cet échangeur est garantie par une pompe de circulation (2). Sur le circuit secondaire de cet échangeur un, on trouve une sonde de température (14) en sortie 35 d'échangeur et une soupape de sécurité (15) qui protège l'appareil contre toute surpression. 10 2864786 6 L'eau est traitée thermiquement, passe par le ballon (11), arrive sur le deuxième échangeur (12) qui la refroidi en tout ou partie. Elle passe ensuite au travers d'une vanne de régulation 3 voies montée en mélange (5) qui permettra, selon les conditions de soutirage, de faire l'appoint avec de l'eau traitée et plus chaude (by pass échangeur deux). Une deuxième sonde de température (17) installée sur le départ ECS et reliée à un régulateur (6) lui-même connecté à la vanne (5) permet l'obtention d'une température ECS constante sortant en E. Le circuit de bouclage D revient sur l'appareil en passant à travers une vanne de réglage de débit (13). L'eau se mélange alors éventuellement à l'entrée d'eau froide C pour ensuite se diriger sur l'entrée du circuit secondaire de l'échangeur deux (12). Elle en sort pour aller à l'entrée du circuit secondaire de l'échangeur un (7). Des thermomètres ou manomètres peuvent être installés sur les différents tronçons de l'appareil. Ceux-ci ne seront pas mentionnés car ils n'ont aucune influence sur son fonctionnement. La régulation des 2 vannes de mélange (1) et (5) pourra se faire à l'aide de deux régulateurs séparés, ou bien par un seul régulateur pouvant gérer deux circuits distincts. La taille des échangeurs, le type de plaques, le diamètre des tubulures, des vannes de régulation, des vannes de réglage et des pompes seront fonction du débit ECS nominal (Instantané) ou de pointe (Semi-Instantané) de l'installation et donc de la puissance thermique nécessaire, ainsi que de la température primaire disponible, fournie par le générateur de l'installation. Nous tiendrons compte également de la hauteur statique du bâtiment, de la pression d'eau de ville et du débit de recyclage, quant au choix du type de plaques. 2864786 7 En option, un by-pass permet de schunter l'appareil. C'est le cas si la température de distribution en E est anormalement élevée (relevée par l'aquastat (8)). Dans ce cas, une électrovanne de by-pass (9) s'ouvre, jusqu'à ce que les calories aient été dissipées dans la boucle de recyclage. Un clapet anti retour (10) impose le sens de circulation de l'eau de D vers E. Les deux modes de fonctionnement différents Instantané et Semi-Instantané sont représentés sur les deux schémas de principes suivants annexés. Comme nous avons déjà décrit les deux modes 15 de fonctionnement, nous dirons simplement que: - Lorsqu'il n'y a pas de soutirage, le débit ECS est égal au débit de recyclage. La totalité de l'eau traitée passe dans le primaire de l'échangeur deux (12) puis dans la vanne 3 voies (5) pour aller sur le réseau de distribution en E. - Lors d'un fort soutirage, une partie du débit nominal passe par l'échangeur (12) pour y être refroidie puis entre en QB dans la vanne de régulation (5) et l'autre partie passe par le by pass de l'échangeur, entrant sur la voie QA de la vanne de régulation (5). La somme des deux débits (QA et QB) est restituée en départ de l'appareil (E) au niveau de température de distribution requis. - Enfin, en Instantané, l'intégralité du débit passe par le secondaire de l'échangeur (7) pour y être chauffée puis chambrée dans le ballon installé en série. 25 30 35 En semi Instantané, le débit continu véhiculé par la pompe de charge (16) passe par le secondaire de l'échangeur (7) et le complément de débit (de pointe) est issu du déstockage du ballon en eau traitée à 70 c. Dès la pointe de consommation terminée, le ballon est rechargé en température par la pompe de charge (16) et le réseau de nouveau traité en continu. Le débit de charge du ballon est égal au débit de la pompe (16) moins le débit de recyclage D. CONSTRUCTION L'ensemble des composants est assemblé sur un socle en une ou deux parties, sur lequel on retrouve les deux échangeurs vissés ou soudés, les fonds fixes de ces derniers supportant la tubulure et les organes de circulation et de régulation. Les assemblages sont réalisés par goujons (peu de raccords vissés pour éviter les risques de fuites). L'appareil est conçu de façon à pouvoir être démonté facilement pour faciliter le passage d'une porte par exemple. Tous les composants sont assemblés et forment un ensemble étanche. Tous les organes électriques (pompe(s), servomoteurs des vannes de régulation, sondes de température) sont connectés au coffret électriques, et sont prêts à l'emploi. Le régulateur est également pré réglé, de 35 façon à pouvoir fonctionner dès le raccordement hydraulique puis la mise sous tension. 10 25 30 2864786 9 APPLICATIONS Ce type d'appareil se substitue à un préparateur ECS traditionnel, dont le principe de régulation, pour ce qui est du premier échangeur, est identique. L'intérêt est de surchauffer l'eau pour effectuer le traitement thermique, pour ensuite la refroidir à un niveau de température classique. On pourrait le qualifier de préparateur ECS à double étage. Ce type d'appareil est susceptible d'intéresser les collectivités et en particulier les hôpitaux dont les sociétés d'exploitation cherchent à éviter les chocs chlorés au bénéfice du choc thermique. En l'occurrence, cet appareil effectuant le choc thermique en continu et pour tout le réseau ECS, il n'y a pas d'opérations physiques particulières à planifier. L'entretien est celui d'un préparateur ECS classique, avec des périodes de visites impliquant la vérification, voire le nettoyage des plaques des échangeurs faites d'inox ou de titane. De plus, cet appareil n'utilise que des composants classiques utilisés dans le monde du chauffage et petit collectif, donc facilement interchangeables. CHAMBRAGE Un ballon de stockage permet le chambrage (maintient en température dans le temps) pour les systèmes Instantané et Semi Instantané où le chambrage s'effectue hors des périodes de pointe. Quelle que soit la configuration, le temps de chambrage minimum est de 1 minute. REVENDICATIONS 1) Appareil destiné à stopper la prolifération des légionelles des réseaux de distribution d'Eau Chaude Sanitaire (ECS) en ce qu'il permet un traitement thermique à 70 c plus un chambrage d'au moins une minute de l'intégralité du débit d'eau circulant à l'aide de l'échangeur un (7) et abaisse ensuite cette température à une température de distribution normale comprise entre 38 et 60 c à l'aide de l'échangeur deux (12). 2) Dispositif selon la revendication 1) caractérisé en ce que son mode de fonctionnement est adapté soit à une production Instantanée, soit à une production semi instantanée avec dans ce cas utilisation du chambreur comme capacité de stockage. 3) Dispositif selon la revendication 1) caractérisé en ce que la température de traitement est atteinte par action de la régulation (3) sur la vanne motorisée 3 voies de mélange (1) 4) Dispositif selon la revendication 1) caractérisé en ce que le choc thermique est ensuite neutralisé dans le deuxième échangeur (12) pour obtenir une température de distribution normale et définie. 2864786 11 5) Dispositif selon la revendication 1) caractérisé en ce que lors de forts soutirages, une deuxième vanne de mélange (5) permet de faire l'appoint d'eau chaude traitée avec de l'eau traitée mais plus froide provenant de l'échangeur (12). 6) Dispositif selon la revendication 1) caractérisé en ce que la vanne motorisée (5) est pilotée par un régulateur intégré ou non au coffret (3) et piloté par sa sonde.