Brevet FR3030028A1 — publié le 20160617

Dispositif de chauffage d'un flux d'eau par échange thermique avec un flux d'eau de drainage L'invention a pour objet un dispositif de chauffage d'un flux de fluide par échange thermique avec un flux d'eau de drainage. Par eau de drainage, on entend toute eau usée, c'est-à-dire toute eau destinée à être acheminée vers une station de traitement. En particulier, le terme eau de drainage inclus des eaux grises, c'est-à-dire des eaux résiduaires sanitaires domestiques, à l'exception des eaux de chasse de toilettes. Le fluide F est de préférence destiné à alimenter directement ou indirectement une habitation en eau chaude sanitaire ou un fluide de travail d'une boucle thermodynamique de l'habitation. Le premier flux de fluide F est par la suite appelé eau à chauffer F. Il est connu de récupérer l'énergie thermique de l'eau de drainage pour le chauffage du flux d'eau F, ce qui réduit le coût nécessaire pour le chauffage de l'eau tout en assurant un meilleur respect de l'environnement. Néanmoins, une telle récupération de l'énergie thermique de l'eau de drainage peut s'avérer être une opération délicate dans la mesure où la température de l'eau de drainage, en particulier l'eau grise, n'excède pas 40°C, ce qui correspond typiquement à une température de préchauffage souhaitée pour l'eau à chauffer. Le préchauffage permet de réduire l'énergie à apporter pour atteindre une température finale souhaitée pour l'eau à chauffer. Une optimisation du dispositif de chauffage est donc requise pour améliorer les échanges thermiques entre l'eau de drainage et l'eau à chauffer. Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient. 3030028 2 A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de chauffage d'un flux d'un fluide par échange thermique avec un flux d'eau de drainage, comprenant : - un tube externe, 5 - un ensemble de conduits de circulation dudit flux d'eau à chauffer, chacun des conduits s'étendant hélicoïdalement le long d'une portion d'une paroi interne dudit tube externe, et les conduits étant parallèles les uns aux autres, et - une entrée dudit flux d'eau de drainage configurée pour coopérer io avec ledit tube externe et/ou ledit ensemble de conduits, de sorte que ledit ensemble de conduits forme canal de guidage de l'eau de drainage. Le dispositif selon la présente invention assure un échange thermique amélioré entre l'eau de drainage et de l'eau à chauffer (quand le flux de 15 fluide est de l'eau à chauffer) du fait du contact direct entre l'eau de drainage et les conduits d'une part, et l'eau à chauffer et les conduits d'autre part. Selon une autre caractéristique de l'invention, le tube externe s'étend tout 20 le long de l'ensemble des conduits. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend une unité pour approvisionner en fluide chacun des conduits de l'ensemble des conduits et/ou une unité pour extraire ledit fluide hors du dispositif. 25 Selon une autre caractéristique de l'invention, le tube externe est constitué à partir d'un matériau plastique, de préférence en polychlorure de 3030028 3 vinyle. Selon une autre caractéristique de l'invention, les conduits présentent une section circulaire ou rectangulaire. 5 L'invention a également pour objet un procédé de chauffage d'un flux d'un fluide par un flux d'eau de drainage, ledit procédé comprenant : - une étape de circulation dudit flux d'eau à chauffer dans au moins un conduit d'un ensemble de conduits s'étendant hélicoïdalement le long 10 d'une portion d'une paroi interne d'un tube externe, et les conduits étant parallèles les uns aux autres, - une étape de circulation dudit flux d'eau de drainage depuis une entrée dudit flux d'eau de drainage configurée pour coopérer avec ledit tube externe et/ou ledit ensemble de conduits de sorte que 15 l'ensemble des conduits forme canal de guidage du flux d'eau de drainage, jusque dans ledit canal de guidage, les étapes de circulation du flux d'eau à chauffer dans chaque conduit et de circulation du flux d'eau de drainage dans le canal de guidage étant au moins en partie simultanées, de sorte qu'il y ait un échange 20 thermique entre le flux d'eau de drainage et le flux de fluide (éventuellement, eau à chauffer). Selon une autre caractéristique de l'invention, l'eau de drainage s'écoule contre les conduits du canal de guidage. 25 De préférence, l'eau de drainage s'écoule uniquement contre les conduits du canal de guidage. 3030028 4 L'invention a également pour objet un dispositif de chauffage d'un flux d'un fluide par échange thermique avec un flux d'eau de drainage, comprenant : - un tube central 5 - un ensemble de conduits de circulation dudit flux de fluide, chacun des conduits s'étendant hélicoïdalement le long d'une portion d'une paroi externe dudit tube central, et les conduits étant parallèles les uns aux autres, et chacun des conduits hélicoïdal étant délimité au moins partiellement par une ailette et 10 - un tube externe. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : 15 - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de chauffage selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe selon un axe X du dispositif de la figure 1 selon une première variante, - la figure 3 est une vue en coupe selon l'axe X du dispositif de la figure 20 1 selon une deuxième variante, - la figure 4 est un chronogramme d'un procédé de chauffage selon la présente invention, - la figure 5 est une vue de dessus d'un dispositif de chauffage selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, et 25 - la figure 6 est une vue en coupe selon l'axe X du dispositif de la figure 4. 3030028 5 Comme illustrée sur les figures, l'invention a pour objet un dispositif de chauffage 1 d'un premier flux de fluide F par échange thermique avec un deuxième flux FF. Le premier flux de fluide F est de préférence destiné à alimenter 5 directement ou indirectement une habitation en eau chaude sanitaire ou un fluide issu d'une boucle thermodynamique de l'habitation. Le premier flux de fluide F est de préférence monophasique liquide, ou bi-phasique liquide et gazeux. Le premier flux de fluide F est par la suite appelé eau à chauffer F. 10 Le deuxième flux FF est un flux d'eau de préférence issu de l'habitation que l'eau du premier flux F va alimenter, et est appelé par la suite eau de drainage. Par eau de drainage, on entend toute eau usée, c'est-à-dire toute eau destinée à être acheminée vers une station de traitement. En particulier, le 15 terme eau de drainage inclus des eaux grises, c'est-à-dire des eaux résiduaires sanitaires domestiques, à l'exception des eaux de chasse de toilettes, par exemple issues d'un circuit fermé dans une habitation. L'invention va maintenant être décrite en relation avec les figures 1 à 4 illustrant le premier mode de réalisation. 20 Comme visible sur les figures 2 à 4, le dispositif de chauffage 1 comprend un tube externe 2, et un ensemble 3 de conduits 4 de circulation du flux F d'eau à chauffer. Le tube externe 2 présente une section de préférence circulaire et est délimité par une paroi longitudinale interne 5 et une paroi longitudinale 25 externe 6. La paroi interne 5 délimite un espace interne E. Les parois 5 et 6 s'étendent selon un axe X. L'axe X est de préférence 3030028 6 vertical, comme il sera expliqué ci-après. Le tube externe 2 est avantageusement constitué à partir d'un matériau plastique, de préférence en polychlorure de vinyle. Chacun des conduits 4 s'étend hélicoïdalement le long d'une portion de 5 la paroi interne 5 du tube externe 2. En d'autres termes, les conduits 4 sont disposés dans le volume interne E du tube 2. L'ensemble 3 délimite un espace interne E' dans l'espace interne E. Comme visible sur les figures, les conduits 4 sont dirigés parallèlement 10 les uns aux autres. De préférence, chaque conduit 4 est en contact avec le ou les conduits adjacents. La pluralité de conduits 4 assure que la perte de charge est minimisée au cours de la circulation du flux F dans le dispositif 1. 15 Sur les figures, sont illustrés quatre conduits 4. Bien entendu, ce nombre n'est pas limitatif. Les conduits 4 sont constitués à partir d'un matériau présentant de bonnes propriétés de conduction thermique, tel que du cuivre. Comme visible sur les figures 1 à 3, le flux FF est dirigé selon l'axe X, qui 20 coïncide avec l'axe vertical, de haut en bas. Le flux FF se dirige en sens opposé au flux F, c'est-à-dire que le flux d'eau à chauffer F remonte les conduits 4 de bas en haut. Sur les figures, le tube externe 2 s'étend tout le long de l'ensemble 3 de conduits 4. 25 Le tube externe 2 assure une étanchéité du dispositif 1 dans le cas où l'étanchéité du canal de guidage 10 formé par l'ensemble 3 serait 3030028 7 imparfaite. Le dispositif 1 comprend également une entrée 7 du flux d'eau FF configurée pour coopérer avec le tube externe 2 et/ou l'ensemble 3 de conduits 4, de sorte que l'ensemble 3 de conduits 4 forme canal de guidage 5 10 de l'eau de drainage FF. En d'autres termes, le flux d'eau FF circule dans le canal de guidage 10 constitué par l'ensemble 3 de conduits 4. Le canal de guidage 10 s'étend principalement selon l'axe X. Comme visible sur les figures, l'entrée 7 présente une forme générale 10 d'un tube cylindrique dont une extrémité 8 est destinée à être connectée à une canalisation de l'habitation. Une autre extrémité 9 du tube 7 est embouchée dans le canal de guidage 10. Le dispositif 1 comprend une unité 11 pour approvisionner en eau à 15 chauffer au moins un des conduits 4 de l'ensemble 3. Sur les figures, l'unité 11 alimente tous les conduits 4. Comme visible sur la figure 1, l'unité 11 est disposée en pied du dispositif 1, de sorte que le flux d'eau F remonte dans les conduits 4, comme déjà mentionné. 20 Le dispositif 1 comprend également une unité 12 pour extraire l'eau hors du dispositif 1. Selon la première variante illustrée à la figure 2, chaque conduit 4 présente une section de forme générale circulaire. Selon la deuxième variante illustrée à la figure 3, chaque conduit 4 25 présente une section de forme générale rectangulaire. La section générale rectangulaire permet d'éviter un décollement du flux 3030028 8 FF et assure de ce fait un transfert d'énergie optimisé. Le fonctionnement du dispositif 1 va maintenant être décrit en relation avec le procédé de chauffage 20 du flux d'eau F par le flux FF d'eau de drainage selon la présente invention. 5 Comme visible sur la figure 4, le procédé 20 comprend : - une étape de circulation 21 du flux d'eau F dans au moins un conduit 4 de l'ensemble 3, - une étape de circulation 22 du flux FF d'eau de drainage depuis l'entrée jusque dans le canal de guidage 10. 10 Les étapes de circulation 21 et 22 sont au moins en partie simultanées, de sorte qu'il y a un échange thermique entre le flux d'eau de drainage et le flux d'eau à chauffer. En particulier, le dispositif 1 assure que l'échange thermique entre l'eau de drainage et l'eau à chauffer est optimisé puisque chaque conduit 4 forme 15 la seule interface entre les deux flux d'eau F et FF. De préférence, le dispositif 1 est disposé verticalement, de sorte que l'axe X coïncide sensiblement avec un axe vertical. Comme déjà mentionné, la circulation du flux F est à contresens du flux FF. 20 La circulation à double sens permet d'assurer que la température du flux d'eau F en sortie du dispositif 1 est proche de la température finale souhaitée, puisque la température de l'eau du flux FF est la plus élevée au niveau de l'entrée 7 puis diminue à mesure que le flux d'eau FF descend dans le dispositif 1. 25 La disposition verticale du dispositif 1 assure une circulation aisée du flux de drainage FF par gravité en même temps qu'elle ne constitue pas un obstacle à la remontée de l'eau dans chaque conduit 4, puisque chaque 3030028 9 conduit transporte une masse plus faible d'eau comparativement à la masse d'eau de drainage dans le canal de guidage 10. De préférence, dans la position verticale du dispositif 1, l'eau de drainage FF s'écoule contre les conduits 4 du canal de guidage 10, plutôt qu'au 5 centre du canal de guidage, ce qui facilite le transfert thermique quel que soit le débit du flux d'eau de drainage FF. L'invention va maintenant être décrite en relation avec les figures 5 et 6 illustrant un deuxième mode de réalisation de l'invention. 10 Comme visible sur les figures 5 et 6, l'invention a également pour objet un dispositif de chauffage 30 d'un flux d'eau F par échange thermique avec un flux d'eau de drainage FF, comprenant : - un tube central 31, - un ensemble 33 de conduits 34 de circulation du flux d'eau F à 15 chauffer, et - un tube externe 32. Le tube central 31 comprend une paroi longitudinale interne 35 et une paroi longitudinale externe 36. La paroi interne 35 délimite un espace interne E. 20 Les parois 35 et 36 s'étendent selon un axe X. L'axe X est de préférence vertical, comme expliqué pour le premier mode de réalisation. Chacun des conduits 34 s'étend hélicoïdalement le long d'une portion de la paroi externe 36 du tube central 31. Le tube externe 32 est coaxial du tube central 31 et des conduits 34. 25 Comme visible à la figure 5, chaque conduit 34 est partiellement délimité par une ailette A. 3030028 10 De préférence, chaque conduit 34 est délimité par deux parois 38 consécutives de l'ailette A ainsi que par la paroi externe 36 du tube central 31 et la paroi interne du tube externe. Une ailette est un élément connu de l'homme du métier issu d'une 5 déformation d'une matière conductrice thermique, tel que du cuivre. Sur les figures, les conduits 34 s'étendent sur toute la longueur de la paroi externe 35, c'est-à-dire que la portion 38 s'étend sur toute la longueur de la paroi 35. Néanmoins, les conduits 34 peuvent ne s'étendre que partiellement sur la 10 paroi 35, la portion 38 coïncidant alors avec une partie seulement de la paroi 35. Les conduits 34 sont disposés dans le volume interne E du tube 32. L'ensemble 33 délimite un espace interne E' dans l'espace interne E. Comme visible sur les figures, les parois 38 sont dirigées parallèlement 15 les unes aux autres. Les parois 38 s'étendent radialement entre le tube central 31 et le tube externe 32. L'ailette A assure que la perte de charge est minimisée au cours de la circulation du flux F dans le dispositif 1. 20 Sur les figures, le tube externe 32 s'étend tout le long de l'ensemble 3 de conduits 34. Le tube externe 32 assure une étanchéité du dispositif 1. Le dispositif 1 comprend également une entrée 37 du flux d'eau FF dans le dispositif 30. 25 Le flux d'eau FF circule principalement verticalement, de haut en bas. Comme visible sur les figures 5 et 6, le flux FF est dirigé selon l'axe X, 3030028 11 qui coïncide avec l'axe vertical, de haut en bas. Le flux FF se dirige en sens opposé au flux F, c'est-à-dire que le flux d'eau à chauffer F remonte les conduits 34 de bas en haut. De préférence, dans la position verticale du dispositif 1, l'eau de drainage 5 FF s'écoule contre les conduits 34, plutôt qu'au centre du canal de guidage, ce qui facilite le transfert thermique quel que soit le débit du flux d'eau de drainage FF. Dans le mode de réalisation illustré aux figures 5 et 6, l'échange thermique a lieu entre les flux F et FF, une seule interface entre les deux 10 flux étant constituée par le tube central 31, puisque les parois 38 s'étendent radialement et ne forment pas de barrière au cours de l'échange thermique entre les deux flux F et FF. REVENDICATIONS1. Dispositif de chauffage d'un flux d'un fluide (F) par échange thermique avec un flux d'eau de drainage (FF), comprenant : un tube externe (2), un ensemble (3) de conduits de circulation (4) dudit fluide à chauffer (F), chacun des conduits (4) s'étendant hélicoïdalement le long d'une portion d'une paroi interne (5) dudit tube externe (2), et les conduits (4) étant parallèles les uns aux autres, et une entrée (7) dudit flux d'eau de drainage (FF) configurée pour coopérer avec ledit tube externe (2) et/ou ledit ensemble (3) de conduits (4), de sorte que ledit ensemble (3) de conduits (4) forme canal de guidage (10) de l'eau de drainage (FF) constituant unique interface d'échange thermique entre le flux de fluide (F) et le flux d'eau de drainage (FF). 2. Dispositif de chauffage selon la revendication 1, dans lequel le tube externe (2) s'étend tout le long de l'ensemble (3) de conduits (4). 3. Dispositif de chauffage selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant une unité (11) pour approvisionner en eau à chauffer chacun des conduits (4) de l'ensemble (3) des conduits. 4. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le tube externe (2) est constitué à partir d'un matériau plastique, de préférence en polychlorure de vinyle. 5. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les conduits (4) présentent une section circulaire ou rectangulaire. 6. Procédé de chauffage d'un flux d'un fluide par un flux d'eau de drainage, ledit procédé comprenant : 3030028 13 une étape de circulation (21) dudit fluide à chauffer (F) dans au moins un conduit (4) d'un ensemble (3) de conduits (4) s'étendant hélicoïdalement le long d'une portion d'une paroi interne (5) d'un tube externe (2), et les conduits (4) étant parallèles les uns aux 5 autres, une étape de circulation (22) dudit flux d'eau de drainage (FF) depuis une entrée (7) dudit flux d'eau de drainage (FF) configurée pour coopérer avec ledit tube externe (2) et/ou ledit ensemble (3) de conduits (4) de sorte que l'ensemble (3) des conduits (4) forme 10 canal de guidage du flux d'eau de drainage (FF), jusque dans ledit canal de guidage (10), les étapes de circulation (21) du fluide à chauffer (F) dans chaque conduit (4) et de circulation (22) du flux d'eau de drainage (FF) dans le canal de guidage (10) étant au moins en partie 15 simultanées, de sorte qu'il y ait un échange thermique entre le flux d'eau de drainage (FF) et le flux de fluide à chauffer (F). 7. Procédé de chauffage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'eau de drainage (FF) s'écoule contre les conduits (4) du canal de guidage (10). 20 8. Procédé de chauffage selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'eau de drainage (FF) s'écoule uniquement contre les conduits (4) du canal de guidage (10). 9. Dispositif de chauffage d'un flux d'un fluide (F) par échange thermique avec un flux d'eau de drainage (FF), comprenant : 25 un tube central (31) de guidage du flux d'eau de drainage (FF), un ensemble (33) de conduits (34) de circulation dudit flux d'eau à chauffer, chacun des conduits s'étendant hélicoïdalement le long d'une portion d'une paroi externe dudit tube central, les conduits étant parallèles les uns aux autres, et chacun des conduits hélicoïdaux étant délimité au moins partiellement par une ailette 3030028 14 (A), ladite ailette (A) comprenant au moins deux parois (38) s'étendant radialement de sorte que le tube central (31) constitue unique interface d'échange thermique entre le flux de fluide (F) et le flux d'eau de drainage (FF), et 5 un tube externe (32).