Brevet FR2982012A1 — publié le 20130503

DISPOSITIF DE DISTRIBUTION D'EAU CHAUDE SANITAIRE La présente invention concerne de manière générale les appareils de distribution d'eau chaude sanitaire intégrant une récupération de chaleur à partir de la chaleur des eaux usées. Il est connu dans l'art antérieur des dispositifs de distribution d'eau 5 chaude intégrant un récupérateur de chaleur, tel que celui décrit par exemple dans le document US 4 821 793. Ce document divulgue une douche comprenant un échangeur eau-eau à serpentin pour opérer une récupération de l'énergie des eaux usées. En contrepartie, ce système présente notamment l'inconvénient d'être encombrant et peu efficace pour récupérer 10 une grande quantité de chaleur. Par ailleurs, le document US2009242005A1 divulgue un lave vaisselle équipé de modules Peltier pour chauffer l'eau de nettoyage du lave vaisselle. Ce système n'est pas adapté à la production d'eau chaude sanitaire en raison des domaines de température concernés. En effet, dans un lave 15 vaisselle, l'eau est chauffée jusqu'à 85°C, ce qui totalement incompatible avec l'utilisation pour une douche par exemple. Il en résulte une perte d'efficacité importante et il faudrait même prévoir un refroidissement de l'eau produite par ce système pour utiliser l'eau à des fins sanitaires. Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients des 20 documents de l'art antérieur mentionnés ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de proposer un dispositif de production d'eau chaude sanitaire compact et offrant une efficacité de récupération d'énergie importante. Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un dispositif de distribution d'eau chaude sanitaire comprenant une arrivée d'eau 25 d'alimentation, un collecteur d'eaux usées et des moyens de chauffage de l'eau d'alimentation pour produire de l'eau chaude sanitaire à partir de chaleur contenue dans des eaux usées, caractérisé en ce que les moyens de chauffage comportent des modules thermoélectriques agencés pour opérer un transfert de chaleur depuis les eaux usées vers l'eau d'alimentation à chauffer. Le dispositif selon l'invention offre une solution économique et compacte pour récupérer de la chaleur dans les eaux usées en utilisant des modules thermoélectriques comme pompe à chaleur. L'eau chaude sanitaire est délivrée à une température comprise entre 35°C et 60°C. De manière avantageuse, les moyens de chauffage comprennent au moins un premier échangeur de chaleur agencé pour opérer depuis les eaux usées vers l'eau d'alimentation un premier transfert de chaleur résultant en une différence de température inférieure à une différence prédéterminée, et en ce que les modules thermoélectriques sont agencés en aval du premier échangeur de chaleur dans un deuxième échangeur de chaleur opérant depuis les eaux usées vers l'eau d'alimentation un deuxième transfert de chaleur. La présente invention utilise judicieusement un premier échangeur de chaleur pour créer des conditions prédéterminées et favorables au fonctionnement du deuxième échangeur comportant les modules thermoélectriques. Avantageusement, le premier échangeur de chaleur délivre au deuxième échangeur de chaleur des eaux usées et une eau d'alimentation présentant une différence de température de 20°C maximum. Idéalement, la différence de température entre les eaux usées et l'eau d'alimentation est de 15° maximum. Le demandeur s'est aperçu que ce domaine de température était particulièrement avantageux pour obtenir le fonctionnement des modules thermoélectriques avec un COP supérieur à 1. De manière avantageuse, les modules thermoélectriques présentent une différence de température maximale de fonctionnement et le premier échangeur de chaleur délivre au deuxième échangeur de chaleur des eaux usées et une eau d'alimentation présentant une différence de température nominale inférieure à 20% de la différence de température maximale de fonctionnement. Le demandeur s'est aperçu que ce domaine de température était particulièrement avantageux pour obtenir le fonctionnement des modules thermoélectriques avec un COP supérieur à 1. De manière avantageuse, les modules thermoélectriques présentent un courant électrique maximal d'utilisation et les modules thermoélectriques 5 sont alimentés avec un courant d'alimentation nominal inférieur à 20% du courant maximal d'utilisation. Idéalement, le courant nominal d'alimentation est de 15% du courant maximal d'utilisation. Le demandeur s'est aperçu que ce domaine d'utilisation était particulièrement avantageux pour obtenir le fonctionnement des modules thermoélectriques économe avec un coefficient 10 de performance (COP) supérieur à 1. On peut également noter que les pertes d'énergie par effet joule dans les modules thermoélectriques seront transmises à l'eau d'alimentation, ce qui augmente encore le coefficient de performance. Une réalisation particulièrement intéressante consiste en ce que le 15 premier échangeur de chaleur est agencé pour délivrer au deuxième échangeur de chaleur des eaux usées et une eau d'alimentation présentant une différence de température inférieure à la différence prédéterminée pour placer les modules thermoélectriques dans un domaine de fonctionnement avec un coefficient de performance (COP) supérieur à 1. Le premier 20 échangeur selon cette mise en oeuvre est spécialement conçu pour opérer un premier échange de chaleur, tout en délivrant des eaux usées et une eau d'alimentation présentant une différence de température maximale qui détermine un fonctionnement particulier des modules thermoélectriques. En effet, ces derniers, utilisés comme pompe à chaleur et s'ils sont soumis à une 25 différence de température maximale, vont fonctionner dans un domaine de fonctionnement particulièrement avantageux avec un coefficient de performance (COP) supérieur à 1. En d'autres termes, un tel COP, représentant l'énergie fournie à l'eau d'alimentation par les modules thermoélectriques divisée par l'énergie électrique fournie aux modules 30 thermoélectriques, s'il est supérieur à 1, indique que les modules thermoélectriques fournissent à l'eau d'alimentation plus d'énergie qu'ils n'en consomment eux même. Le dispositif devient plus économique à utiliser qu'une solution avec une réserve d'eau chauffée classiquement par des résistances électriques. De manière très avantageuse, le premier échangeur de chaleur est un 5 échangeur eau-eau. Cette solution est économique. De manière avantageuse, le deuxième échangeur de chaleur comprend : - une entrée d'eaux usées et une sortie d'eaux usées reliées par au moins un conduit d'eau usées , 10 - une entrée d'eau d'alimentation et une sortie d'eau d'alimentation reliées par au moins un conduit d'eau d'alimentation , en ce que les modules thermoélectriques comportant une face froide et une face chaude sont agencés entre une paroi du conduit d'eaux usées et une paroi du conduit d'eau d'alimentation, la face froide étant agencée pour 15 capter de la chaleur des eaux usées et la face chaude étant agencée pour délivrer de la chaleur à l'eau d'alimentation, et en ce que les conduits d'eaux usées et d'eau d'alimentation sont agencés pour minimiser les différences de température entre les faces chaudes et les faces froides le long du deuxième échangeur. 20 L'agencement des conduits pour minimiser les différences de température le long du deuxième échangeur permet de rester le plus longtemps possible dans le domaine préféré d'utilisation des modules thermoélectriques. Avantageusement, les conduits d'eaux usées et d'eau d'alimentation sont agencés pour opérer une circulation à contre courant. Cette mise en 25 oeuvre permet d'assurer une différence de température sur les modules thermoélectriques dans le domaine préféré d'utilisation. Avantageusement, le dispositif comprend une réserve tampon d'eau d'alimentation avec des moyens de chauffage. Avec cette réserve tampon, le dispositif selon l'invention est complètement autonome et peut générer de 30 l'eau chaude sur le lieu de consommation uniquement quand il y a besoin de fournir de l'eau chaude. La réserve tampon sert de préchauffage pour amorcer le système et le dispositif est à brancher directement sur l'alimentation en eau froide. Avantageusement, le dispositif délivre de l'eau d'alimentation à une 5 température finale et comprend des moyens de réglages de la température finale de l'eau d'alimentation aptes à commander les modules thermoélectriques pour régler la température finale de l'eau d'alimentation. Les moyens de réglages selon l'invention comprennent une interface homme machine permettant à l'utilisateur de définir la température finale de l'eau 10 d'alimentation, et en fonction de cette température finales, les moyens de réglage alimentent les modules thermoélectrique avec un courant approprié pour obtenir la température finale désirée. Un second aspect de l'invention est une douche comprenant un dispositif de distribution d'eau chaude sanitaire selon le premier aspect de 15 l'invention. L'intégration du dispositif selon le premier aspect de l'invention dans une douche est très favorable, car ce dispositif compact est tout à fait approprié pour fonctionner sans stockage d'eau chaude, car il ne produit de l'eau chaude que lors de l'utilisation de la douche. Ensuite, grâce à l'utilisation des modules thermoélectriques dans un domaine de fonctionnement 20 particulier créé par le premier échangeur, le rendement énergétique est bon, avec un COP supérieur à 1. Il est à noter qu'on peut intégrer le dispositif selon le premier aspect de l'invention dans un lavabo ou un évier, où l'évacuation des eaux usées est concomitante avec la fourniture en eau chaude. 25 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente une douche équipée d'un dispositif selon 30 l'invention ; La figure 1 représente une douche 30 avec un dispositif de distribution d'eau chaude comprenant un premier échangeur de chaleur 10 et un deuxième échangeur de chaleur 20. La douche 30 comporte une pomme de douche 31 et un bac de récupération 32 de l'eau projetée par la pomme de douche 31. Les eaux usées sont évacuées par une sortie 33 et rentrent ensuite dans le premier échangeur de chaleur 10. Ce dernier est constitué par exemple d'un réservoir 11 alimenté par la sortie 33 du bac de douche 32 et dans lequel est agencé un tube 12 en hélice. Le tube 12 est alimenté en eau froide. Un premier chauffage de l'eau froide est opéré dans le premier échangeur 10 par transfert d'une partie de la chaleur contenue dans les eaux usées vers l'eau froide. Typiquement, les eaux usées présentent une température comprise entre 30 et 40°C, et l'eau froide entre 5 et 15°C. Le premier échangeur est agencé pour qu'en sortie du premier échangeur, la différence de température entre les eaux usées et l'eau d'alimentation soit inférieure à une valeur prédéterminée, 20°C par exemple, qui correspond à un domaine de fonctionnement prédéterminé du deuxième échangeur de chaleur thermoélectrique où son coefficient de performance sera supérieur à Le deuxième échangeur 20 comporte une pluralité de modules thermoélectriques (également appelés modules Peltier) 21 intercalés entre un conduit d'eaux usées 22 et un conduit d'eau d'alimentation 23. Les modules thermoélectriques 21 comportent deux faces principales, l'une étant la face froide 21f, l'autre la face chaude 21c. Les faces chaudes 21c de chaque module thermoélectrique sont agencées en contact direct avec le conduit 23 d'eau d'alimentation et les faces froides 21f sont agencées en contact direct avec le conduit 22 d'eaux usées. Les conduits 22 et 23 sont agencés se telle sorte qu'ils fonctionnent à contre courant, pour garder une différence de température la plus constante possible entre les eaux usées et l'eau d'alimentation. De plus, en alimentant électriquement les modules thermoélectriques, ces derniers vont fonctionner comme une pompe à chaleur. Idéalement, l'alimentation se fera avec une puissance inférieure à une fraction prédéterminée de la puissance maximale du module thermoélectrique, afin de se situer dans un domaine avantageux avec un coefficient de performance supérieur à 1. L'agencement du premier échangeur permet d'obtenir une différence de température entre les eaux usées et l'eau d'alimentation entrant dans le deuxième échangeur plaçant le deuxième échangeur dans un domaine de fonctionnement où son coefficient de performance sera supérieur à 1. On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées. En particulier, il est fait référence à un échangeur eau-eau, on peut envisager d'utiliser un échangeur à plaques, à tubes, à tubes en U, à faisceau tubulaire horizontal ou vertical, en spirale ou à bloc. Par ailleurs, on peut également envisager d'utiliser le dispositif selon l'invention dans tout dispositif de distribution d'eau chaude qui comporte une évacuation des eaux usées chaudes contenant de l'énergie, continue et concomitante à l'alimentation en eau chaude. REVENDICATIONS1. Dispositif de distribution d'eau chaude sanitaire comprenant une arrivée d'eau d'alimentation, un collecteur d'eaux usées et des moyens de chauffage (10, 20) de l'eau d'alimentation pour produire de l'eau chaude sanitaire à partir de chaleur contenue dans des eaux usées, caractérisé en ce que les moyens de chauffage comportent des modules thermoélectriques (25) agencés pour opérer un transfert de chaleur depuis les eaux usées vers l'eau d'alimentation à chauffer. 2. Dispositif de distribution d'eau chaude selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de chauffage (10, 20) comprennent au moins un premier échangeur de chaleur (10) agencé pour opérer depuis les eaux usées vers l'eau d'alimentation un premier transfert de chaleur résultant en une différence de température inférieure à une différence prédéterminée, et en ce que les modules thermoélectriques (25) sont agencés en aval du premier échangeur de chaleur dans un deuxième échangeur de chaleur (20) opérant depuis les eaux usées vers l'eau d'alimentation un deuxième transfert de chaleur. 3. Dispositif de distribution d'eau chaude sanitaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier échangeur de chaleur (10) 20 délivre au deuxième échangeur de chaleur (20) des eaux usées et une eau d'alimentation présentant une différence de température de 20°C maximum. 4. Dispositif de distribution d'eau chaude sanitaire selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les modules thermoélectriques (25) présentent un courant électrique maximal d'utilisation et en ce que les 25 modules thermoélectriques (25) sont alimentés avec un courant d'alimentation nominal inférieur à 20% du courant maximal d'utilisation. 5. Dispositif de distribution d'eau chaude sanitaire selon l'une des revendications 2 à 4 dans leur dépendance à la revendication 2, caractérisé en ce que le premier échangeur de chaleur (10) est agencé pour délivrer audeuxième échangeur de chaleur (20) des eaux usées et une eau d'alimentation présentant une différence de température inférieure à la différence prédéterminée pour placer les modules thermoélectriques (25) dans un domaine de fonctionnement avec un coefficient de performance (COP) supérieur à 1. 6. Dispositif de distribution d'eau chaude sanitaire selon l'une des revendications 2 à 5 dans leur dépendance à la revendication 2, caractérisé en ce que le premier échangeur de chaleur (10) est un échangeur eau-eau 7. Dispositif de distribution d'eau chaude sanitaire selon l'une des 10 revendication 2 à 6 dans leur dépendance à la revendication 2, caractérisé en ce que le deuxième échangeur de chaleur (20) comprend : - une entrée d'eaux usées (27a) et une sortie d'eaux usées (27b) reliées par au moins un conduit d'eau usées (27), - une entrée d'eau d'alimentation (26a) et une sortie d'eau d'alimentation 15 (26b) reliées par au moins un conduit d'eau d'alimentation (26), en ce que les modules thermoélectriques (25) comportant une face froide et une face chaude sont agencés entre une paroi du conduit d'eaux usées (27) et une paroi du conduit d'eau d'alimentation (26), la face froide étant agencée pour capter de la chaleur des eaux usées et la face chaude étant agencée 20 pour délivrer de la chaleur à l'eau d'alimentation, et en ce que les conduits d'eaux usées (27) et d'eau d'alimentation (26) sont agencés pour minimiser les différences de température entre les faces chaudes et les faces froides le long du deuxième échangeur (20). 8. Dispositif de distribution d'eau chaude sanitaire selon la 25 revendication 7, caractérisé en ce que les conduits d'eaux usées (27) et d'eau d'alimentation (26) sont agencés pour opérer une circulation à contre courant.-10- 9. Dispositif de distribution d'eau chaude sanitaire selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une réserve tampon d'eau d'alimentation avec des moyens de chauffage. 10. Douche comprenant un dispositif de distribution d'eau chaude 5 sanitaire selon l'une des revendications 1 à 9.