Brevet FR2981435A1 — publié le 20130419

La présente invention concerne un récupérateur d'énergie sur eaux d'évacuation comprenant un système thermodynamique associé à un réservoir de transfert. La réduction continuelle des consommations énergétiques dans le bâtiment et en particulier dans l'habitat individuel s'accompagne en pourcentage d'une augmentation progressive des consommations liées à la production d'eau chaude. L'amélioration du confort a pour effet des consommations d'eau chaude accrues ce qui aggrave le phénomène. Des appareils, échangeurs de chaleur, sont mis sur le marché en vue de récupérer une partie de l'importante quantité d'énergie perdue par évacuation. Ces appareils présentent différents inconvénients. Leur usage se limite à la récupération de chaleur sur eau de douche. L'eau d'évacuation cède une partie de son énergie par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur à une arrivée d'eau froide qui vient compenser l'eau chaude fournie par un ballon de stockage. Ces appareils sont par contre sans intérêt lorsque la récupération doit être faite sur l'évacuation d'eau en provenance de stockages intermédiaires. Dans ce cas il n'y a pas de consommation simultanée d'eau froide. C'est le cas des lavabos, évier, baignoires et diverses machines à laver. En outre l'énergie récupérée permet l'obtention d'eau tiède non exploitable sans chauffage complémentaire et l'énergie récupérée ne dépasse pas 50% du potentiel de récupération dans les meilleures conditions. La présente invention vise récupérer pratiquement l'intégralité de l'énergie normalement perdue sans perturber le débit instantané de l'évacuation d'eau. L'invention met à profit les phénomènes de stratification qui prennent naissance dans une masse liquide. Les eaux d'évacuation chaudes sont introduites dans un réservoir en partie haute et latéralement afin de favoriser la stratification. Un échangeur placé en partie haute et constituant l'évaporateur du système frigorifique prélève l'énergie calorifique. L'eau refroidie dont la densité augmente a tendance à descendre vers la partie basse du réservoir. Une nouvelle arrivée d'eau a tendance a augmenter le volume contenu dans le réservoir et la poussée gravitaire chasse l'eau froide située au fond du réservoir par un tube prenant son origine au point le plus bas et son extrémité en haut du réservoir au même niveau que la tube d'amenée. La quantité d'eau chaude contenue dans le réservoir sera variable en fonction du débit et de la température de l'évacuation. Le système frigorifique évacue la chaleur au moyen d'un deuxième échangeur, condenseur à eau. Cet échangeur est associé à une pompe qui permet d'évacuer l'énergie produite à une température supérieure à 50°C. Le système de récupération est mis en service si la température d'eau excède 15°C en partie haute du réservoir et son arrêt est provoqué lorsque la température cette partie s'abaisse à 10 35 °C qui est également et généralement proche de la température d'eau délivrée par le réseau d'eau froide. Le dimensionnement du réservoir et du système thermodynamique conditionnent la capacité de récupération qui peut atteindre 100%. La consommation d'énergie est modeste sachant le système frigorifique présente un coefficient de performance élevé en raison niveau énergétique de la source de chaleur. La figure 1 montre une vue simplifiée en coupe du récupérateur d'énergie et du réservoir associé. Le réservoir réalisé de préférence en matière résistant à la corrosion et mauvais conducteur de chaleur se compose de 3 parties. Une partie verticale cylindrique (1), un fond (2) qui présente une forme conique permettant la concentration des impuretés au point bas. Un orifice optionnel (3) muni d'un bouchon permet la vidange du réservoir . Le fond est assemblé à la partie verticale par soudure ou autre procédé. Le couvercle du réservoir (5) est fixé sur la partie verticale avec un joint (21) et reste démontable. L'embase ( 4) assure le supportage de l'ensemble. L'introduction des eaux d'évacuation dites chaudes s'effectue par un embout tubulaire (6) placé en partie haute. L'évacuation des eaux dites froides s'effectuent au moyen d'un tube dont l'origine (7) se situe au fond du réservoir et l'extrémité au même niveau (8) que le tube d'introduction. Ce faisant, il y a aspiration partielle des impuretés ayant tendance à se concentrer en fond de cuve. L'évaporateur du circuit frigorifique en forme de spirale (9) est placé en partie haute en prenant soin de ménager au-dessus un espace immergé (10) représentant environ 20 1 de capacité. Cet espace permet de contenir provisoirement une arrivée d'eau très chaude ( machine à laver, lave vaisselle) qui peut provoquer des désordres sur la machine frigorifique. Le compresseur (11) comprime les vapeurs issues de l'évaporateur et les refoule à une pression et température plus élevée sur le condenseur à eau (12). Une pompe de circulation (13) permet d'assurer le refroidissement du condenseur et d'évacuer l'énergie vers le circuit d'utilisation comprenant un départ (14) et un retour (15). Une sonde de mesure de température (16 ) placée au coeur de l'échangeur permet de solliciter le groupe frigorifique si la température mesurée est supérieure ou égale à 15°C. Cette sonde a également pour autre fonction l'interdiction de démarrage si la température dans le réservoir dépasse une valeur prédéterminée fonction des caractéristiques du fluide frigorifique utilisé. La sonde de température (17) placée sur la canalisation « retour utilisation » provoque l'arrêt du groupe si la température de consigne fixée est obtenue. Le capillaire (22) est utilisé pour assurer la détente du fluide frigorifique. Une particularité importante dans le fonctionnement de l'appareil est que ce n'est point la demande d'énergie qui provoque la mise en service du groupe frigorifique, mais bien la disponibilité d'énergie au sein du réservoir. Le récupérateur d'énergie doit être disposé de manière à permettre l'écoulement des eaux d'évacuation. L'ensemble des composants du système thermodynamique, évaporateur exclu, sont placés dans une enveloppe de protection (18) placée au-dessus du réservoir. Le coffret électrique (19) comprend les équipements électriques nécessaires au fonctionnement et régulation du récupérateur. Le niveau d'eau atteint dans le réservoir (20) se situe au niveau de l'embout (6). La figure 1 ne montre pas les accessoires complémentaires nécessaires que l'on trouve sur les circuits frigorifiques et hydrauliques. La figure 2 montre l'installation de l'ensemble récupérateur (23) posé sur un sol (35) dans le cas d'une installation avec écoulement en provenance de l'étage ( 24). Le tube de sortie (8) est raccordé à la canalisation d'écoulement (25) qui se raccorde à l'évacuation générale (26). Dans un cas différent de locaux sans étage, l'ensemble récupérateur (23) sera partiellement encastré dans le sol (35) suivant figure 3. La position du récupérateur est fonction de la 10 hauteur d'arrivée des eaux d'évacuation. La figure 4 montre une des principales applications du récupérateur d'énergie suivant l'invention . La sortie eau chaude (14) du récupérateur alimente l'échangeur (29) d'un ballon contenant de l'eau (28) afin d'assurer la préparation d'eau chaude sanitaire. L'eau froide (31) entre et sort après chauffage en (32).Lorsque les besoins d'eau chaude sont satisfaits la 15 vanne trois voies (27) commute la production de chaleur sur une bouteille de mélange ( 30) pour apporter un complément d'énergie au circuit chauffage. Le retour de l'eau de chauffage (33) est après son passage dans la bouteille de mélange dirigée vers le générateur de chauffage principal par la canalisation(34). Le récupérateur d'énergie sur eaux d'évacuation trouve son application pour la production 20 d'eau chaude sanitaire qu'il peut assurer à 100% dans l'habitat individuel. Sachant que la production calorifique est de plus excédentaire, il peut également assurer un complément pour le chauffage. L'emploi de ce type d'appareil est tout indiqué dans l'habitat BBC mais il trouve son application dans tous les cas d'énergie perdue sur les eaux grises d'évacuation. REVENDICATIONS1. Récupérateur d'énergie thermodynamique sur eaux d'évacuation caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir composé d'un tube cylindrique (1), d'un fond conique (2), d'un couvercle (5) et d'un évaporateur (9) constituant un élément du système frigorifique qui comporte un compresseur (11), d'un condenseur (12) et un capillaire de détente (22). 2. Récupérateur d'énergie thermodynamique sur eaux d'évacuation selon la revendication 1 caractérisé en que le réservoir comprend un embout latéral d'amenée d'eau chaude (6) en partie supérieure du cylindre (1). . Récupérateur d'énergie thermodynamique sur eaux d'évacuation selon la revendication 1 caractérisé en que le réservoir comprend un tube d'évacuation d'eau froide trouvant son origine (7) au fond du réservoir (2) et son extrémité (8) en partie haute du cylindre (1). 4. Récupérateur d'énergie thermodynamique sur eaux d'évacuation selon la revendication 1 caractérisé en qu'il peut être posé au sol ou partiellement encastré dans le sol en fonction de la hauteur de l'évacuation d'eau à traiter. 5. Récupérateur d'énergie thermodynamique sur eaux d'évacuation selon la revendication 1 caractérisé en qu'il comprend une pompe de circulation (13) pour évacuer l'énergie produite.