Brevet FR2921717A1 — publié le 20090403

DISPOSITIF DE RECUPERATION DE CALORIES DES GAZ CHAUDS DANS UNE INSTALLATION DE CHAUFFAGE AVEC UNE CHAUDIERE La présente invention concerne un dispositif de récupération de calories des gaz chauds dans une installation de chauffage avec une chaudière. Une installation de production de chaleur comprend de façon connue une chaudière alimentée en combustible du type combustible fossile, gaz ou fioul ou du type à bois, qui assure le chauffage d'un fluide caloporteur. Ce fluide caloporteur circule dans un circuit fermé comprenant lui-même au moins un appareil de diffusion de chaleur tel qu'un radiateur. Un circulateur assure le mouvement du fluide caloporteur. Le fluide caloporteur perd une partie des calories transportées au sein de l'appareil de diffusion de la chaleur, baisse donc en température et retourne vers la chaudière au sein de laquelle il remonte en température. La combustion dans la chaudière est optimisée et on sait que la quasi intégralité du pouvoir calorifique du combustible est extrait, aux environs d'un rendement de 95%. Par contre, durant la phase de combustion de l'eau sous forme de vapeur est émise et elle véhicule de la chaleur latente en quantité non négligeable représentant près de 12% dans le cas d'une combustion alimentée en gaz naturel par exemple, qu'il serait intéressant de capter et de récupérer. Les gaz de combustion sont évacués à l'atmosphère par un conduit adapté. C'est là une perte de rendement non négligeable et la présente invention vise à limiter cette perte de rendement en récupérant les calories ainsi perdues puisqu'il est impossible d'intervenir sur la combustion elle-même, la chaleur des fumées ne pouvant pas être diminuée au sein de la réaction de combustion. Le combustible fossile est de plus en plus cher et toute économie de combustible peut être rapidement rentable et plus encore à l'avenir. Ainsi, le dispositif de récupération de calories selon la présente invention vise précisément à récupérer une partie des calories évacuées avec les gaz de combustion sous forme de chaleur latente. On connaît des agencements dits à condensation qui permettent de condenser la vapeur d'eau de combustion dans la chaudière elle-même, directement mais ces agencements sont réservés aux chauffages dits à basse température où le fluide caloporteur circulant à basse température revient à la chaudière avec une température suffisamment froide pour provoquer la condensation et la récupération de la chaleur latente des fumées. Or dans les chaudières de façon générale, le fluide caloporteur circule à une température de 70°C environ, ce qui est trop élevé pour provoquer la condensation de façon efficace et une récupération suffisante de la chaleur latente. Par exemple pour une chaudière fonctionnant au gaz naturel, la température de condensation est de 60°C environ. Cette température est fonction du type de combustible et du rapport de combustion. bans le cas d'un remplacement d'une chaudière travaillant à 70°C par une chaudière à condensation dite basse température, ceci oblige à modifier l'ensemble du circuit associé de diffusion de la chaleur afin de l'adapter à la température du fluide caloporteur, engendrant des travaux et des coûts très importants qui limite la mise en place de cette solution. La présente invention est décrite en détail suivant un mode de réalisation particulier, non limitatif, en regard du dessin annexé, dessin sur lequel la figure représente un schéma d'une installation intégrant le dispositif de récupération de calories selon la présente invention. Ainsi que représenté, une installation de production de chaleur comprend une chaudière 10 alimentée de façon connue en combustible par une alimentation 12. Cette chaudière comprend un foyer 14 et un conduit 16 d'évacuation des gaz. Il est prévu un circuit 18 de distribution de chaleur avec un échangeur 20 de chaleur au sein du foyer et au moins un appareil 22 de diffusion de chaleur au sein du lieu à chauffer. Ce circuit 18 de distribution de chaleur contient du fluide caloporteur, notamment de l'eau et inclut un circulateur 24 pour faire tourner ce fluide caloporteur en circuit fermé. Ainsi, le fluide caloporteur est porté à une température Tdc, température départ chaudière, vers le au moins un appareil 22 de diffusion de chaleur et revient avec une température Trc, température retour chaudière, Tdc étant supérieur à Trc. Les fumées dans le conduit 16 d'évacuation sont à une température Tf de l'ordre 15 de 120°C. Ces fumées sont composées de gaz de combustion et de vapeur d'eau due à la combustion de l'hydrogène en présence d'oxygène. Le dispositif 26 de récupération de calories des fumées selon la présente invention est connecté sur ce circuit 18 de distribution de chaleur de type connu. Le dispositif 26, ainsi que cela est représenté sur la figure unique, comprend un 20 circuit 28 secondaire avec un échangeur 30 de chaleur de fumées positionné dans le conduit 16 d'évacuation de fumée. Cet échangeur 30 est du type liquide/gaz. Cet échangeur est piqué sur le circuit 18 de distribution de chaleur, sur le circuit de retour du fluide à la température Trc, avec une électrovanne 32 interposé en 25 aval du piquage. En aval de ce piquage, sur le circuit 18 de distribution de chaleur, on interpose également une autre électrovanne 34. Les deux électrovannes 32 et 34 pourraient être remplacées par une électrovanne trois voies. De même, le circuit 18 de distribution pourrait être coupé avec interposition du circuit 28 secondaire mais il serait impossible de faire fonctionner le système de chauffage en isolant le circuit secondaire. Le circuit 28 secondaire retourne au circuit 18 de distribution de chaleur en 5 sortie de l'échangeur 30 de chaleur de fumées. Une électrovanne 36 est interposée immédiatement en amont de ce piquage retour. Le circuit 28 secondaire est complété par une pompe à chaleur 38. Cette pompe à chaleur de type connu comprend un fluide frigorigène, notamment 10 de l'eau, un compresseur C, un détendeur E et deux échangeurs 40 et 42. Le premier échangeur 40 de prélèvement de calories de la pompe à chaleur, source froide, est interposé directement sur le circuit 28 secondaire, en amont de l'échangeur 30 de fumées, le fluide du circuit secondaire étant à la température Trc, par exemple T1=70°C pour une température de départ 15 chaudière Tdc de 90°C. En sortie d'échangeur, la température a baissé et T2=50°C par exemple. Le fluide passe à travers l'échangeur 30 de chaleur de fumées et la température remonte à T3=65°C par exemple. Ceci est une moyenne car la température varie le long de l'échangeur de chaleur de fumées car la fumée s'assèche au fur et à 20 mesure de la condensation, la température pouvant varier de 65°C à 55°C. Le second échangeur 42 de restitution de calories de la pompe à chaleur, source chaude, est interposé sur le circuit 28 secondaire en aval de l'échangeur 30 de fumées. Une électrovanne trois voies 44 est interposée en amont de l'échangeur 40. Une 25 dérivation 45 assure un transfert d'au moins une partie du flux du circuit secondaire 28 directement en aval de l'échangeur 30 de chaleur de fumées. En effet, pour que le fluide circulant dans l'échangeur 30 de chaleur de fumées soit refroidi suffisamment, il faut un débit réduit passant à travers la pompe à chaleur, 107. à 20% pour donner un ordre de grandeur. La dérivation by passe 80 à 90% du flux. La température du fluide caloporteur T4 à l'entrée de l'échangeur 42 est voisine de 70°C, température de retour chaudière en entrée de l'échangeur 42 de la pompe à chaleur car on adjoint sensiblement 90% de fluide à cette température. En sortie de l'échangeur 42 de la pompe à chaleur, la température du fluide augmente du fait des calories apportées par la pompe à chaleur et T5=70°C + 1,6°C soit T5 gl 71,5°C. Ceci représente une augmentation de 1,5°C sur le différentiel de température entre Tdc et Trc soit 90°C - 70°C = 20°C. Le rendement est de 57. environ. Le compresseur de la pompe à chaleur est entraîné par un moteur 46. Le mode de réalisation représenté vise le recours à un moteur thermique pour entraîner le compresseur de la pompe à chaleur. Dans ce cas, le moteur thermique génère de la chaleur qui est évacuée par un circuit de refroidissement et qui est valorisée à travers un échangeur de chaleur 48, interposé sur le circuit secondaire. Sur ce même circuit 28 secondaire, on trouve un échangeur de chaleur 50 avec les gaz d'échappement du moteur thermique qui génère aussi des calories 20 récupérables. De fait, la température T6 est supérieure à T5 mais la mesure précise relève de chaque installation, de ses qualités d'isolation, de la proximité des différents éléments. Les gaz d'échappement sont, quant à eux, dirigés vers le conduit 16 d'évacuation 25 des fumées, en amont de l'échangeur 30 de chaleur de fumées, non représenté. Ainsi, il est possible d'atteindre une température de retour chaudière Trc encore augmentée. Dans le cas d'un moteur électrique entraînant le compresseur de la pompe à chaleur, les échangeurs 48 et 50 sont supprimés et cet apport calorifique supplémentaire est nul. On constate que le bilan énergétique, au coût des combustibles au moment du 5 dépôt de la présente demande de brevet, est bénéficiaire. En effet, dans le cas d'une installation avec une pompe à chaleur incluant un moteur thermique, le gain est proche de 4 à 5% de la facture, ce qui peut correspondre à un amortissement du dispositif de récupération de calories selon la présente invention en quelques années 10 De façon connue, le conduit 16 d'évacuation des gaz de combustion comporte une chicane de façon à permettre la collecte des eaux de condensation dans un collecteur 52. Cette eau de condensation provient de la vapeur d'eau qui se condense sur l'échangeur 30 de chaleur de fumées puisque la température de cet échangeur 15 est inférieure à celle des fumées et que la chaleur latente a été extraite. REVENDICATIONS 1. Dispositif de récupération de calories issues de la chaleur latente des fumées dans une installation de chauffage incluant une chaudière (14), un circuit (18) de distribution de chaleur avec un départ chaudière et un retour chaudière, comprenant un échangeur (20) et au moins un appareil (22) de diffusion de chaleur utile, ainsi qu'un conduit (16) d'évacuation des gaz de combustion, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit (28) secondaire piqué sur le retour chaudière dudit circuit (18) de distribution de chaleur, incluant un échangeur (30) de chaleur de fumées interposé dans le conduit (16) d'évacuation des gaz de combustion et une pompe à chaleur (38) dont l'échangeur (40) de prélèvement de calories, source froide, est disposé en amont dudit échangeur (30) de chaleur de fumées et l'échangeur (42) de chaleur de restitution de calories, source chaude, est disposé en aval dudit échangeur (30) de chaleur de fumées. 2. Dispositif de récupération de calories issues de la chaleur latente des fumées dans une installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une dérivation (45) assurant un transfert d'au moins une partie du flux dudit circuit secondaire (28) directement en aval de l'échangeur (30) de chaleur de fumées. 3. Dispositif de récupération de calories issues de la chaleur latente des fumées dans une installation de chauffage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la dérivation (45) assure un transfert de 80% à 90% du flux du circuit secondaire (28) directement en aval de l'échangeur (30) de chaleur de fumées. 4. Dispositif de récupération de calories issues de la chaleur latente des fumées dans une installation de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans le cas d'une pompe àchaleur dont le compresseur C est entraîné par un moteur (46) thermique, le circuit (28) secondaire inclut un premier échangeur (48) de chaleur afin de récupérer les calories du circuit de refroidissement dudit moteur thermique. 5. Dispositif de récupération de calories issues de la chaleur latente des fumées dans une installation de chauffage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit (28) secondaire inclut un échangeur (50) de chaleur pour récupérer les calories des gaz d'échappement.