Brevet FR2959300A1 — publié le 20111028

PROCEDE POUR EXTRAIRE DE L%. ClIALEUR. OUN EFFLUENT CIRCULANT .DANS UNE ONDUI E, ECHANGEUR % ..CHALEUR ET INSTALLATION :METTANT EN îUVRE UN TEL PROCEDE ) nve oI e tve à un procédé pour e i .de là chaleur un efue Circulant dans une. conduite, en particulier pour. extraire: la chaleur d'un collecteur deaux usée%. procédé snlequel on L -mention e pour but, surtout, de fournir un procédé permettant d'extraire de la chaleur d'un effluent circulant dans une conduite notamment un collecteur d'eaux usées, dont la mise en oeuvre soit rapide, simple et économique. R est souhaitable que les installations pour mise en oeuvre du } procédé ne nécessitent qu'un entretien réduit, pour une durée dvie améliorée. Selon l'invention, un procédé pour extraire de chaleur e un effluent circulant dans une conduite, du genre défini précédemment, est caractérisé en ce quai Chams rde chaleur est formé par enrobage de tubes avec un matériau suffisamment conducteur de la chaleur coulé amble des 10 tubes, et propre à durcir, les tubes étant destinés à la circulation d«e fluide caloporteur, péchange calorifique avec l'efflla conduite s'effectuant au travers de l'enrobage moulé, à l'exclusion de toute, pièce mécanique rapportée, sLdace supérieure du matériau coulé venant directement au COntaet de 'effluent circulant dans la conduite. 15 Avatlageuseme : après avoir dévié ou arrêté momentanément l'écoulement d'effluent de la conduite, on réalise l'échangeur directement à l'intérieur de la conduite - en disposant, d s fond de cm uite,des Cules pour u circuit de fl ide caloporteur, 20 «eue n coulant en place matériau «e obage pour y noyer les tubes, le m u épousant le profil de la partie inférieure de la conduite. Le matériau d'enrobage peut être constitué par au moins Fun des matériaux suivants : résine synthétique, ciment ou béton th m\Rem e conducteur, matériau dos posi chargé d'ajouts pu d'adjuvants thenniquement conducteurs. L'enrobage peut être réalisé selon plusieurs Couche- de mi &l' aux de o o Ü s différentes, \ savoir : -Use couche de matériau e m mu ment Ç an entre les tubes t la paroi de la conduite, 30 - une couche de mmatériau t er \Q«me conducteur au contact des bes, entre lestubes et l'effluent, zz et; en surface, au contact de l'effluent une douche de maté 'au résistant à l'abrasion. On peut insérer un film de protection entre la surface intérieurs de la \& conduite l'échangeur intégré clans cette conduite. De préférence, les tube sont disposés parallèles à la direction longitudinale de la conduite, Les m h s, avant clage du matériau d'enrobage, peuvent être { elus parallèles e espacés par un râtelier, Une sqe lent r di , \ue ou en fb s sy h ces, pe déployée ava ugge dum iau âm# age sur au ns une partie d ne nappe detltbesa n de orcer la si ancem écm§sue e u am io r l #a rt ermique. age se e, , s bes so sou les ou sen -rigd po r po m r r e roulés etdéloul sen co: nu su Ont ~ ng: ur ÿ04a n amme de usie s d& n de Grey Les t es peuvent ter. en m: u m Vil! ue sou e ou ;en m {{au s ue o\p pylèn pla iqu . H est possible de âhs par abric ion des nappes de bes !j upl :e,de G& e rou f s des supports en r e d bob nes po r mise en ace m rieuse dans la condu~e efuent p d ou meue \ pater deue bo n On peul ppo rdestbes pour fluide rteurs van{le co our com et de b se n #m4sv sal .de c qd te, un enrobage des bes e 15 sé surtou,le cmtourde b on de b Conduit . 4urf ceint rieur \um iau mouepe j)ûzq% e arc de £ourle Concave vers) rieu . W¥e moles Agal 4e Üt A ± olé eus poure rai \e la chD eur Ç pamr de n m?u+# ula d »s ndtge, notammen m) c e e r eaux usées p vu pou titre ÇUm+éàum ~ .dans hd de la (e et pourbaigler.da~ {ef ue ,cala isé en ce qu' estc n é de bes noyés dol Ï matériau su sam en .condu eu âe la chaleur coi e au urde es qui de inés \là n d n Ud ça Vilr, pécha ge c ysue avec ! uen .de lem" une Ç+~e: ua t au 25 -traz~ s d : ! obage m7ou ,â xdu on de e pAce mécanique pp e montrant un échangeur en forme de ménisque. Fig. 6 est une coupe verticale transversale semblable à Fig. 5 avec des tubes d'échangeur répartis suivant toute la périphérie de la section 30 intérieure de la conduite, avec paroi moulée sur tOUte Cette périphérie, Fig. 7 est un schéma en coupe transversale, à plus gi nde échelle, de deux nappes de tbes e de supports en forme d'étrier, en position cuve pour une nappe, fermée pour nappe. Figest une vue partielle d'un tube annelé qu pe / se iir po échangeur. une coupe transversale. inStallation avec échangeur en parte basse canalisations de fluide caloporteur en partie. haute. gi 0 42 :sont «les coupes. transversales de d en s poils de cana 1 ision& defÜde 2mopôr ura vec al tt . En se reportant aux dessine,. notamment A F §, / on peu. ir q u e , pour ee Ee ée}R chaleur d un ef uon c %\ dariS une dordute 5 pins: )m$Ü Ü monlun collecteur eaux osées, o c i n s t a l l e , a!moins dans le nd de la tondu( un .échan eurde c pleur E qui baigne. dans refluent. .Le veau ma/mom p suméla del'effluent: es{représenté paru 5e en ets C .échangeur E est constitué de. tubes sotÇb& du se ÿ de« esse! e emen .parallèles. à la direction loR/ n e de|a cond e. Les bes !ÿ 3 sont placés en nappes sot enrobés avec un . ate iau 4 s samment conducteur d la.chaleur coûté. aUô n des tubes e. dore a durer Les thés 3 sont destinée à lai rcub)on e un luide caloporteur, e:l'échange calorifique avec I e ue â de la conduite s e/eue ue autravers de nrbage moule, a b§ n de toute pbce mécanique rapportée La .surface supérieure 5 J 15 matériau. co l .vient .directement' Cd a de refflUerit.'l -Circulant" conduite, Le m u d'enrobage 4. peut être .co ué p un ' sine synthétique, du par un.c vent ou un b on ermiquemAq conducteur, .oti par un matériau co poS î even ûell ment ch ge d a o;G ou âad §vans 20 the n ue e conducteurs. Les. : gents ou briques conducteurs ÿ base de carbure.. de Silicium, .utiliséss s, sont. relativement coûteux. Des ciments charges en ace terni:que §u ça bo e Ou na gu$c , % sso bien adaptés al réalisation d l'échangeur selon. l'invention. 25 Le matériau. d'enrobage 4:,:: en particulier .uncmA% ça e,e n minent choisi pour présenter une conductivité thermique supérieure Ç )Wm,'K. Avantageusement, des thermocouples sont d§ és dans les nappes tmatériau d'enrobage ÿ pour e contrôle des échanges calorifiques et 30 de la circulation du fluide caloporteur. Le raccordement hyul te entre les différents bec 3 dépendra du débit de fluide caloporteur. Les tubes dispose géométriquement en parallèle, peuvent être, reliés hy a quementsoit en série soit en parallèle. De préférence, changeu es réalisé directement à l'intérieur de %conduite 2, en disposant, dans fond de conduite, s tubes 3 en coulant e, place e matériau d'enrobage ± pour/ noyer les tubes, le matériau épousant le profil de partie inférieure de la conduite. Préalablement à ces opérations, l'écoulement d'effluent dans conduite 1 st dévié 01 arrêté 2959300 momentanément.. En Vary me.|échange r peut. être préfabriqué ; duits ce cas :sa longueur e $m\ee parles .conditions )§nom duc n dans Ç 20 uit . Les tubes 3 peuvent être .p § eme .fixes Sui{ uh râtelier 6. fermé de deux dem\co%~ & /R, 6h qw s ~ g. 7) uI . notamment métallique ou. en .fibres synthétiques.> t aval ag us men oe o e (Fig. 2 et , avare coulage.. du matériau «enrobage; .sur au m ns % pâme d'une nappe de t es 3 afin .de renforcer la rés ance écim§tom et/ou d &me or r 'le #a rt: ermkue mm)§4 O 4& s présente un' r>opr e .de conduction thermique:, en rt cu orsquc cette 2|Gees +l lie L'enrobage des tubes. 3 (eut .être réalisé sien O§G s couches de ffiatériaUX. de 'propriétés différentes .à. savoir :. une cou e \ d'Un m bu the m ue ne %p an { g, 2) erre les 25 tube,3 %.paroi de b &bhJm ~ ! e dm. 7.=qu'un lei film .est prévu; une couche âQÆ meto)ml em quemen.Cn da o 2 #u cumact des tubes,: ere les tubes u t, en sur te: e /ou:h,â]dematériau résistent à l'érosion.. ! Les. b 3 \Ç) es ou am#Eb des son avm#ageusemm# Choisis pour pouvoir .ere enroulés sur une bobine et déroulés suivant .une longueur irripettante,. notamment de plusieurs dizaine sde mètres. n pel hÜ +àer un hangeur &m# le AUX «écoulement de f6gûen , dont b longueur est suffisante pour permetre d'obtenir l'em(acit souhaitée, bien que 35 l'enrobage de ma é au Ç présente généralement une condll,g erg inférieure / tkG tes rnétaux.. Les tubes 3 peuve être en l . éria Ill k| s souples .(cuivre, mum dm) bU eh m i U ty h ues (polypropylène,. matière: pm !pue soL!pG{ Le. prUdes bes peut re. se ou annelé comme illustre 'per profil $ÿ su g S Leprofil annelé. pe ll d au mente£ la u de d dhaige contact avec n baga et. «assurer une certaine compensaton de dilatation. 5 différentielle ert . s tubes 3 ]C rnm\da§ 4. d en ob ge rg Æ. Le no ) e de b s 3 présenta, Gals un échangeur E est de préférence au moins aga à c nq,ces bes é m : g $ crhÿn espacés e on transversale des bes 3 pet re circÇk ou oï/e se 0i mode def brceton .et es m éb#uXË $Sée. }§ \ .nappe § de tub suup e 3 .pèuvent être. §que e e enroulées. sur des supports on rme de beines peur. leur mise. en plate ultérieure dans L conduite 1 per déroulement. a.pende n bobine. Une e ab c yh en Usine d. /anneaux d echangouys,t es o c ge sw unsupp4rt en elle. bu sur un )§# souple, es Çga également possible... }} 3e a F/. 4. la conduite / demp tc on .partie d neu , uns { ure13 dans. laquelle. est. { eau RechangeurE obtenu par cou tige d. Matériau 4 au of ur des tubes. â £8 rainure } par ex male oe se ion &abc e sis r angulaire, est ddmU/e pa°l'échangeur' an ut' F dont la surface. supérieure 5 mR horizontale. 20 S on les exemple# ee É' .2 et les tubes 3 :sont répartis &Üya t un arc de b section pela cons t 2 et surface intérieure5e du matériau. moue .estée a de cercle concave Vers i'.:intériee, $ oe là réalisation . de. g O s tubes 3.sontdisp es s,1 an contour complet de section transversale de .1a conduite,. :sel:On. One. 25. . %o enco dans' l'exempte représente, et. l'enrobage. est .égatement. prévu tout atour de la surface intérieure. de la ceintes, dé.serte . tune partie 0.e ré:changeur F. es siée. \u dessus de leguen. Sem partie supérieure échange, dal . a uraveuratmosphe e interne de con 0 ]. Selon xem e. d{ réalisation de.F g l'installation pour. em6air de s urde uentI comporte, en plus de l'échangeur Ç qui baigne....dans le uent, es tubes 4 change§ da ques 1 disposes en nappe.. places e l'intérieur et en partie supérieure. de le :den-duite en de mm de la zone. de c %ula)06 de l'effluent liquide / Les tubes )4 .sont fixes sur des zonés dei pardi iinterne de b conduite situées au-dessus de f uee e .sont exposés à. tmosph e antdans la conduite 2 Les'tubes 14 son parcourus par un fluide caloporteur peur r pe eËU partie de. chaleur .de l chaleur lante de ®on e a Eon de la et d'eaÏprovenant del f uen;\e% gouttes e ea .condensée., se.forment sur. les bes tombent dans l'effluent 2959300 % comme $R r par des \Aches G. les tubes 14 son ! orientés Pas l #m\ Ç la direct -oh: longitudinale de: coud et sont rees en :,parallèle . l en série pour rm un circuit .de fluide comporta géné ame une pompe \ chaleu Ce Ürrâtde A)de e j avantageusement: mê \e ee Celui.. de l'échangeur :E: ~,~ y le Les §&%. :\e«e /t être lisses e enel . eû com§ôRer. Q om& m/ës p\0/kd& pour augmenter la. surface d%Çhange~ Les ailettes peuvent êt spr QÇ% longitudinales> 'tranSverSaleSä. notamment des ..on orthogonal a l'axe du tube, o(a en ,S on Fig.9 }Û, stube j4 sq# de section ucula e, et .comportent des 9i \@% 15 en u e de . )u onne Ü es Selon F 11 le tube 14 e de se on :circulaire, avec ails ol )guesI&'Selon le b :14e est de . t longue, e le/Ü5 oblongues 15bä Les tubes }4 peuvent .étre métalliques, ou en { k h l -OU 15 plastique.. Ils peuvent être rigides,. 4e yk { s ou soupes Avantageusement les bes j4 :sent propres ) .être enroulés sur une bobine des 4eHquel n peut mettre enn p ee de .: ng s d or aile n amr e t de O u ie s s n s de mères o un seue nan : sans racçordsä La: se er place do changeur de chaleur a l'intérieur une 2.0 ddu } présente de nombreux avantages. échangeur Çâda e \ toue b§ prOfilS .de conduite, ovoïdes, curvilignes .et rectangulaires, o:sa longueur n'es ps j }c et r§§2§as cou en place. Les tubes utilisés sont des tubes courants, peu coûteux, Ae 25 nécessitent pas la fabrication de pièces spéciales mécaniques et chaudronnées. Le poids des composants est relativement â|e de sorte qu'ils peusa t être introduits sans moyens de manutention, e l'intérieur de conduite 2. 30 L'échangeur présente une continuité su 3a longur,avec risque defuite limité puisque ne nécessitant que peu de radeerds hydrauliques sur une grande longueur, à savoir plusieurs )\aces de mètres. Le raccordement des nappes de tubes peut s'effectuer par des joints à compression standard. L'encombrement à l'intérieur des conduites est réduit. Aucun obstacle n'est ce sur trajet de l'effluent, en particulier de: au usée. Une oa fions sur site peut s'effectuer en ne nécuesltent que peu de moyens de Manutention d'outillage, En cas derupture a den lle,u e réparation rapide peut être effectuée par manchon et plastron. panneaux tubulaires souples de grande longueur peuvent être ÿodui pa un orifice restreint, notamment «& trou d'homme. risque de corrosion des matériaux synthètiq es, ou de l'enrobage minéral ou de la résine composite, efile. L'invention peut s'appliquer à la récupération de 1 chaleur de fluides chargés et/ou corrosifs, abrasifs> notamment dans le eux d ass m Oman urbain. iven y4 peut également être mise en oeuvre dans s stations d'épuration TEP! entre l'amont l'aval de digesteurs, car le dispositif est réversible p e u t transmettre d chaleur / un effluent idoit réchauffé ch n un traitement. L'invention peut être app u e e toute utilité résidentielle, tertiaire, r )e qui évacue un effluent ou des effluents chan : piscines, écoles, universités, bâtiments administratifs, industries alimentaires, chimiques, pé CÇm\)ë~ L'étanchéité de Posta. n tiopeut être co rlée par.m%« Ul pression a & c,t p me maintien de la pression, L egtq rage:d deb{da!s chaquebe 3 peut re réatiSé: à/ di de diaphragmes calibrés.. En cas de ' §# accidentelle un tube mi peul pratique un bouchumlage ce 0e b :pue r .le :mettre h o mc fuit