Brevet FR2998043A1 — publié le 20140516

La présente invention concerne un dispositif de stockage atmosphérique d'eau chaude et de puisage de celle-ci permettant son soutirage à la température la plus chaude sans perte d'eau et de chaleur. Des stockages d'eau chaude de volume important, de 1 000 à plus de 100 000 litres, 5 sont utilisés dans l'industrie pour les besoins de fabrication et de lavage. Dans tous ces stockages la différence de densité de l'eau selon sa température à pour conséquence une stratification, l'eau la plus chaude se retrouvant en partie haute, l'eau la plus froide en partie basse. Ces stockages, communément appelés ballon d'eau chaude sont soit des ballons en 10 pression soit des ballons atmosphériques. Les ballons en pression : Les ballons en pression permettent d'utiliser l'eau la plus chaude, le départ d'eau chaude en pression étant en partie haute de celui-ci. Les ballons en pression nécessitent d'être associés à un système d'expansion pour ne pas que, lors de la 15 montée en température de l'eau, l'expansion du volume d'eau soit perdu. Dans la pratique ces ballons ne sont pas équipés de système d'expansion et les ballons en pression évacuent par une soupape, dénommé groupe de sécurité, le volume d'eau correspondant à l'expansion par dilatation de l'eau froide qui se réchauffe : il y a des pertes d'eau et d'énergie importantes. Les ballons en pression ne permettent pas le 20 dégazage de l'eau : l'oxygène dissous de l'eau froide entrante reste présente dans l'eau chaude produite et stockée sous l'effet de la pression. La présence d'oxygène dissous dans l'eau chaude est la cause d'accélération de corrosion, ce qui nécessite des revêtements intérieurs spéciaux pour ces ballons, et des dégradations dans les réseaux de distribution d'eau chaude en acier ou en inox (corrosion par piqure pour 25 les réseaux inox). Les ballons en pression sont soumis à la réglementation concernant les appareils à pression DESP, engendrant des coûts de fabrication et d'exploitation élevés. 30 Les ballons atmosphériques : Les ballons atmosphériques ne sont pas soumis à la règlementation des appareils à pression. Les ballons atmosphériques permettent de diminuer la quantité d'oxygène dissous dans l'eau, puisque l'oxygène s'évacue de l'eau au fur et à mesure de sa montée en température (loi de Henry) et que ce dégazage est permis par le fait que 35 le ballon dispose d'un ciel en communication avec l'atmosphère (pas de pression). Le remplacement du sulfate d'alumine par le chlorure ferrique lors de l'étape de floculation des usines de production d'eau potable depuis 2006 à eu pour conséquence d'augmenter fortement la teneur en chlorures des eaux de ville distribuées. La corrosion par piqure est devenue un problème récurrent pour les 40 industries distribuant l'eau chaude dans des réseaux inox (activités alimentaires, chimiques, cosmétiques, pharmaceutiques). Le dégazage de l'eau est devenu une nécessité pour prévenir ces corrosions. Les ballons atmosphériques présentent toutefois les désavantages suivants : l'eau aspirée est celle en partie basse, donc la plus froide, ce qui limite de manière importante le volume utile d'eau chaude 45 stockée, et les ballons d'eau chaude atmosphériques ont des pertes thermiques et d'eau importantes par leur éventage puisqu'ils ont un ciel gazeux (buées). Le dispositif selon l'invention permet de conserver les avantages du ballon atmosphérique (dégazage thermique naturel et appareil non soumis à la réglementation des appareils à pression DESP), de gagner l'avantage du ballon en 50 pression (soutirage de l'eau la plus chaude), et de limiter au minimum que permet la physique les pertes thermiques et d'eau par le ciel gazeux (buées). Constitution du dispositif Dans ce qui suit le dispositif sera appelé ballon BDL. La virole, le fond et le toit du ballon BDL peuvent être fabriqué dans les matériaux 55 usuels, acier revêtu, fibre de verre, inox 304L ou 316L. Ils sont de type « cylindriques fonds plat toit conique)) mais peuvent aussi être exécuté différemment en forme de section, comme de fonds et de toit. Le soutirage de l'eau la plus chaude est permis par le ballon BDL par une prise d'eau flottante aspirant l'eau en surface du plan d'eau (à environ 500 mm de la surface) au 60 moyen : - d'un flexible en inox annelé noyé dans l'eau (REPERE 2), l'inox permettant une tenue très durable et de ne faire aucun relarguage de molécule comme le ferait un flexible en matière synthétique, relarguage de molécules incompatible avec les activités propres (alimentaire, chimique, cosmétique, pharmaceutiques). 65 - d'un flotteur en inox (REPERE 1) permettant au débouché du flexible inox de se maintenir à une distance constante du plan d'eau (500 mm de la surface environ), le débouché du flexible étant orienté vers le bas pour éviter les effets de siphonage. Ce flotteur est calculé pour correspondre au poids du flexible. - Ce flotteur, avec un orifice central, est guidé à l'intérieur du ballon car son 70 orifice central est traversé par un mât central (REPERE 3) - Ce mât central (REPERE 3) correspondant en fait à la tuyauterie de remplissage en eau froide, qui arrive par le haut du ballon (passage à travers du toit) et qui débouche en partie basse du ballon : l'eau froide entre en partie basse, ce qui favorise la bonne stratification des températures d'eau, l'eau chaude plus légère que 75 l'eau froide flotte naturellement sur l'eau froide, mais est en plus « poussée » par l'eau froide arrivant par le bas - L'arrivée d'eau froide en partie basse se fait avec un diffuseur (REPERE 4) constitué de tôle perforée pour que l'eau froide soit distribuée sur une plus grande surface du fond du ballon, pour une poussée homogène de l'eau froide sur l'eau 80 chaude - le débouché du flexible aspirant l'eau la plus chaude est en partie haute, le débouché raccordé sur les pompes de soutirage est en partie basse du ballon. Le flexible (REPERE 2) à une longueur égale à la hauteur maximale du plan d'eau depuis le fond du ballon, augmenté d'au moins 1 fois le périmètre de la virole. : 85 o ainsi les pompes conservent une hauteur de charge à l'aspiration identique au montage habituel d'aspiration en fond de ballon o ainsi le flexible (REPERE 2) s'enroule naturellement autour de la virole et permet un marnage du plan d'eau sur toute la hauteur du ballon Pour combattre les pertes thermiques et d'eau le trop plein de ce ballon, obligatoire 90 pour qu'il puisse être considéré comme un ballon atmosphérique, est un tube de trop plein interne (REPERE 5), c'est-à-dire noyé dans la masse d'eau : le pompage du ciel de buées par condensation est limité au maximum de ce que permet la physique, puisque cette mise à l'atmosphère se fait à la même température que ces buées en partie haute, et en partie basse à une température plus chaude que 95 l'extérieur : dans la pratique les pertes en eau sont extrêmement plus faible que celle des groupe de sécurité qui équipent les ballons en pression et que les éventages des ballons atmosphériques classiques. Les ballons BDL sont aussi équipés d'une soupape de débordement anti surpression (REPERE 6) pour se préserver d'une obstruction involontaire du trop plein : il s'agit 100 d'une bride pleine guidée par des ronds eux-mêmes fixés sur une contre bride, bride pleine exécutée dans un matériau flottant, c'est-à-dire plus léger que l'eau chaude : le ballon est ainsi protégé de tout risque de mise en pression et reste donc classé règlementairement comme atmosphérique. Les ballons BDL peuvent être chauffés par diverses énergies comme les ballons en 105 pression ou atmosphériques classiques : brûleur, échangeur externe ou noyé, injection directe. Les ballons BDL sont équipés des instrumentations nécessaires à leur gestion de niveau et de température comme le sont les ballons atmosphériques classiques : sondes de niveau haut, bas, voir sondes de niveau très haut et très bas, voir transmetteur de niveau, thermomètres et transmetteurs de température. 110 Ce dispositif selon l'invention est particulièrement adapté aux industries utilisant des stockages d'eau chaude de grand volume, comme les industries alimentaires, chimiques, cosmétiques et pharmaceutiques. Dans ces activités la fabrication est exécutée en totalité en inox 316L. 115 Figure pour la description : plan BDL INPI REVENDICATIONS1. Dispositif de stockage atmosphérique d'eau chaude et de puisage de celle-ci permettant son soutirage à la température la plus chaude et la limitation des pertes d'eau et de chaleur, caractérisé en ce qu'il comporte une prise d'eau flottante composée de son flotteur (REPERE 1) et de son flexible inox annelé (REPERE 2), le flotteur étant guidé par le mât d'arrivée d'eau froide (REPERE 3), et caractérisé en ce qu'il comporte un trop plein noyé (REPERE 5) associé à une soupape de débordement anti surpression (REPERE 6). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'arrivée d'eau froide en partie basse est répartie par un diffuseur (REPERE 4) constitué de tôle perforée pour que l'eau froide soit distribuée sur une plus grande surface du fond du ballon, permettant une poussée assez homogène de l'eau froide sur l'eau chaude et donc une meilleure stratification des températures d'eau Figure pour les revendications : plan BDL INPI