Brevet FR3058787A1 — publié le 20180518

La présente invention concerne le domaine des échangeurs thermiques, et plus particulièrement celui des récupérateurs de chaleur pour installation de production d'eau chaude sanitaire. On connait des produits qui utilisent la chaleur de l'eau évacuée dans la bonde d'une douche ou d'une baignoire, pour préchauffer l'eau froide alimentant le mitigeur thermostatique de la douche et/ou le ballon de l'installation de production d'eau chaude sanitaire. Ces produits sont composés d'un échangeur de chaleur et d'un système de raccordement au réseau d'évacuation des eaux sales ou grises et à l'alimentation en eau froide. La règlementation s'appliquant à ces produits impose que l'échange thermique se fasse à travers une double paroi, avec un moyen de détection de fuite afin d'éviter la contamination de l'eau potable froide par les eaux grises. La règlementation impose également que les matériaux utilisés pour le circuit de l'eau potable à l'intérieur de l'échangeur soient compatibles avec le caractère potable de cette eau. La règlementation impose enfin que les matériaux utilisés pour le circuit des eaux grises à l'intérieur de l'échangeur résistent aux produits chimiques, savons notamment, présents dans ces eaux grises. Ces différentes contraintes techniques et règlementaires conduisent à des coûts élevés pour la fabrication des produits existants, notamment du fait du coût de la part matière avec l'utilisation d'échangeurs à double paroi en inox ou en cuivre, dont il s'avère difficile d'améliorer la performance sans augmenter la surface d'échange et donc le coût de la part matière. La présente invention vise à résoudre tout ou partie des inconvénients mentionnés ci-dessus. A cet effet l'invention concerne un échangeur thermique destiné à l'échange thermique entre un premier fluide et un second fluide au niveau d'au moins une zone d'échange thermique, l'échangeur comprenant au moins un premier conduit aménagé pour la circulation du premier fluide et au moins un deuxième conduit aménagé pour la circulation du deuxième fluide, l'au moins un premier conduit et l'au moins un deuxième conduit étant séparés au niveau de l'au moins une zone d'échange thermique par au moins une première paroi délimitant au moins partiellement le premier conduit et au moins une deuxième paroi délimitant au moins partiellement le deuxième conduit, au moins une partie de la première paroi étant configurée pour être mise au contact de la deuxième paroi par la pression du premier fluide et pour qu'un écoulement causé par une fuite du deuxième fluide à travers la deuxième paroi s'écoule entre les deux parois. 3058787 2 Les fluides considérés sont principalement liquides. Un conduit s'entend comme un tube permettant l'écoulement des fluides, dont la section ne comporte pas de division entre l'entrée et la sortie du tube. 5 Selon un aspect de l'invention, la pression du premier fluide dans le premier conduit maintient au moins une partie de la surface externe de la partie souple de la paroi du premier conduit au contact de la paroi de deuxième conduit. 10 Selon un aspect de l'invention, ledit au moins un deuxième conduit est aménagé dans au moins une plaque, qui peut être rigide ou souple. Selon un aspect de l'invention la deuxième paroi comprend un composant complexe. 15 Selon un aspect de l'invention le composant complexe comprend un film métallique et un film organique. Selon un aspect de l'invention le film métallique comprend une feuille 20 d'aluminium. Selon un aspect de l'invention le composant complexe comprend une feuille d'aluminium ayant une épaisseur de 10 à 20 microns. 25 Selon un aspect de l'invention le film organique comprend une couche de matériau thermoscellant alimentaire ; un matériau est dit alimentaire si la règlementation autorise le contact de ce matériau avec un produit destiné à l'alimentation. 30 Selon un aspect de l'invention le matériau thermoscellant alimentaire est un polyéthylène alimentaire. Selon un aspect de l'invention le composant complexe comprend un film organique ayant une épaisseur de 30 à 50 microns. 35 3058787 3 Selon un aspect de l'invention la deuxième paroi est constituée d'un simple film organique alimentaire. Selon un aspect de l'invention le simple film organique alimentaire est 5 polyéthylène alimentaire de 100 à 200 microns d'épaisseur, de préférence 150 microns. Selon un aspect de l'invention le composant complexe comprend un film métallique et un film organique collés entre eux. Selon un aspect de l'invention la deuxième paroi comprend une première partie et une deuxième partie en vis-à-vis et soudées entre elles de manière à délimiter des conduits de 1 à 3 mm de diamètre, de préférence 2 mm de diamètre, pour la circulation du deuxième fluide. Selon un aspect de l'invention au moins une plaque a une forme rectangulaire. Selon un aspect de l'invention au moins une plaque a une longueur 20 comprise entre 100 et 1000 mm, de préférence entre 450 et 700 mm. Selon un aspect de l'invention au moins une plaque a une largeur comprise entre inférieure à la longueur, de préférence entre 100 et 250 mm. 25 Selon un aspect de l'invention, ledit au moins un premier conduit est une gaine souple. Cet aspect de l'invention permet de remplacer l'inox ou le cuivre par des films plastiques de faible épaisseur, avec l'avantage de diminuer sensiblement le coût matière. 30 Selon un aspect de l'invention la au moins une première paroi comprend un film complexe avec une couche interne en PE ou en PVC. Selon un aspect de l'invention la couche interne en PE ou en PVC a une épaisseur de 10 à 100 microns, de préférence de 20 à 50 microns. 35 Selon un aspect de l'invention le film constitutif de la première ou de la deuxième paroi est simple (monocouche) ou complexe (multicouches), d'une 10 15 3058787 4 épaisseur totale de 50 à 200 microns, et comprend au moins une couche interne thermoscellante. D'autre part, en remplaçant la double paroi habituellement en métal 5 avec des ponts thermiques entre les deux parois, par au moins un film plastique, on maximise la surface d'échange thermique en assurant un contact des deux parois sur une portion plus importante de leur surface respective grâce à la pression des fluides. Selon un aspect de l'invention la pression du premier fluide dans le premier conduit 10 est inférieure à la pression du deuxième fluide, à protéger, dans le deuxième conduit. Ainsi en cas de fuite, la pression supérieure du deuxième fluide permet à celui-ci de s'écouler entre les deux parois et d'être collecté par un dispositif de détection de fuite. Selon un autre aspect de l'invention, des points de collage sont disposés 15 entre la surface externe de ladite au moins une partie de la première paroi dudit premier conduit et la deuxième paroi, afin d'optimiser encore la surface d'échange thermique en complétant l'effet de la pression des fluides. Selon un autre aspect de l'invention, ledit premier conduit est disposé 20 entre deux plaques. Selon un autre aspect de l'invention, les parois des conduits sont configurées pour être imperméables aux fluides qui les parcourt ; en cas de fuite de l'un des conduits, la paroi de l'autre conduit est imperméable au fluide qui fuit ; en 25 particulier, la au moins une partie souple du au moins un premier conduit est imperméable au deuxième fluide traversant, sous l'effet d'une fuite, la paroi du deuxième conduit. Ainsi est évitée la contamination des eaux potables circulant dans le deuxième conduit de l'échangeur par les eaux grises du premier conduit. 30 Selon un autre aspect de l'invention, l'échangeur thermique comprend un dispositif de détection de fuite, de sorte que le deuxième fluide traversant la paroi du deuxième conduit sous l'effet d'une fuite est collecté par un dispositif de détection de fuite. 35 Selon un autre aspect de l'invention, l'au moins un premier conduit est un unique premier conduit, et l'au moins un deuxième conduit est aménagé dans une 3058787 5 pluralité de plaques, l'endroit et l'envers de chaque plaque étant en contact avec au moins une partie de la paroi dudit premier conduit. Cette configuration permet d'éviter l'inconvénient des échangeurs à plaques connus, dans lesquels les écoulements des deux fluides sont divisés chacun en 5 plusieurs couches après leur entrée dans l'échangeur et avant de traverser les différentes plaques, puis sont réunis à nouveau à la sortie de l'échangeur ; ces zones de division et de réunion de l'écoulement constituent autant d'obstacles à celui-ci et favorisent le colmatage des conduits. Dans le dispositif selon l'invention, seul le circuit d'eau potable est divisé, les eaux grises vont circuler autour des plaques en une seule 10 lame d'eau, ce qui permet d'éviter le colmatage malgré des fluides chargés en fibres diverses, telles que cheveux, poils, et savon ; cet aspect est d'autant plus avantageux que la pente d'écoulement gravitaire de ces eaux est souvent faible du fait des contraintes d'intégration spécifiques, notamment dans le cas des installations de type douche ou baignoire. Cet avantage permet de se dispenser d'ajouter un filtre et un 15 système de nettoyage à contre courant qui s'avèrent souvent nécessaires dans les échangeurs à plaques classiques. Selon un autre aspect de l'invention, les plaques de ladite pluralité de plaques sont réalisées en matériau rigide ou souple. 20 Selon un autre aspect de l'invention, les plaques de ladite pluralité de plaques sont superposées. Selon un aspect de l'invention les plaques superposées sont espacées de 25 1 à 5 mm, de préférence de 1 à 3 mm. Selon un autre aspect de l'invention, ledit unique premier conduit est disposé en serpentin entre les plaques superposées de ladite pluralité de plaques, assurant ainsi un écoulement sans obstacle entre les plaques superposées de ladite 30 pluralité de plaques. Selon un autre aspect de l'invention, les conduits aménagés dans les plaques de ladite pluralité de plaques sont alimentés en série ou en parallèle. 35 Un échangeur thermique selon l'une ou l'autre des configurations précédentes peut être utilisé pour préchauffer un deuxième fluide en entrée d'une 3058787 6 installation de production d'eau chaude sanitaire avec un premier fluide évacué par ladite installation. Un échangeur thermique selon l'une ou l'autre des configurations 5 précédentes peut également être utilisé pour chauffer tout type de fluide alimentaire à protéger avec un fluide non alimentaire, tel que par exemple l'eau glycolée d'une installation solaire. L'installation de production d'eau chaude sanitaire peut notamment être 10 associée à une douche ou à une baignoire, ou encore à un ballon d'eau chaude sanitaire. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence aux dessins schématiques annexés, représentants à titre d'exemples non 15 limitatifs une ou plusieurs formes de réalisation de l'invention. Figure 1 présente une vue schématique en coupe transversale de la paroi souple d'un premier conduit au contact d'une plaque. 20 Figure ibis présente une vue schématique plus détaillée de la plaque de la figure 1. Figure 2 présente une vue schématique en coupe de la paroi souple d'un premier conduit au contact de deux plaques superposées. 25 Figure 3 présente une vue en coupe d'un premier conduit qui serpente entre les plaques d'une pluralité de plaques superposées. Figure 4 présente un exemple d'utilisation d'un échangeur thermique 30 selon l'invention pour récupérer la chaleur de l'eau en sortie d'une installation de douche pour réchauffer l'eau froide en entrée de cette installation. Figure 5 présente une vue schématique de l'échangeur de la figure 3 dans un bac de récupération étanche avec un organe de détection de fuite. 35 3058787 7 Figure 6 présente une vue en perspective d'un exemple de réalisation de gaine souple. Figure 7 présente une vue en perspective de la gaine souple de la figure 6 5 intercalée entre deux plaques superposées. Figure 8 présente une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un échangeur comprenant un conduit en serpentin disposé autour de dix plaques superposées. 10 Sur la figure 4 on identifie le receveur ou bac à douche 13 avec sa bonde 14 qui collecte des eaux grises et les évacue 15 vers le récupérateur de chaleur, qui préchauffe l'eau froide conduite 17 dans le récupérateur de chaleur avant qu'elle rallie 18 le mitigeur 19 qui alimente la douche 22 avec le mélange de l'eau chaude 20 15 et de l'eau froide préchauffée 18. Les eaux grises sont ensuite définitivement évacuées 21 après leur passage dans le récupérateur de chaleur 16. L'échangeur thermique décrit ci-dessous en référence aux figures 1, ibis, 2, et 3 constitue le composant principal du récupérateur de chaleur 16, qui a pour fonction de préchauffer l'eau froide au contact des eaux grises encore chaudes. 20 Les figures 1 et 2 présentent de manière schématique un échangeur à double paroi, adapté à des composants à paroi souple, ou à des composants dont au moins une des parois est souple, au moins en partie, et appliqué à la réalisation d'un récupérateur de chaleur pour la production d'eau chaude sanitaire destinée à 25 alimenter un ballon d'eau chaude, ou un mitigeur de douche ou de baignoire, voire à ces deux types d'installation simultanément. Les parois des plaques 2 et 3 de la figure 2 sont réalisées en matériau favorisant les transferts thermiques ; le matériau peut être rigide, en inox ou en cuivre par exemple, ou souple ; dans ce cas, la plaque comprend au moins une feuille de 30 plastique, et/ou un support textile revêtu ou enduit, et/ou une grille enduite ; dans tous les cas, la plaque dispose d'une géométrie interne définissant des canaux d'écoulement permettant de distribuer et de faire circuler un fluide 2' à l'intérieur de la plaque, pour favoriser un échange thermique entre le fluide 2' et un fluide 1' circulant à l'intérieur d'un conduit 1 dont une paroi souple est au contact de la surface 35 de la plaque en épousant la forme de la géométrie externe de cette surface. 3058787 8 Pour l'application visée, c'est l'eau froide potable en entrée de la douche qui circule 2' à l'intérieur de la ou des plaques 2, 3. Pour cette application, la règlementation impose que le matériau choisi pour la réalisation des parois des plaques soit compatible avec le caractère potable de l'eau. Selon un mode de 5 réalisation, la paroi 4 comprend un composant organique 22 et composant métallique 21 comme cela est représenté figure ibis. Dans ce cas l'eau potable n'est en contact qu'avec le composant organique. Le matériau métallique peut être une feuille d'aluminium de 10 à 20 microns d'épaisseur, le matériau organique un polyéthylène alimentaire, ou un autre matériau thermoscellant alimentaire, de 30 à 50 microns 10 d'épaisseur; le matériau métallique et le matériau organique sont collés entre eux selon un procédé de collage connu pour créer un film complexe ; les films complexes en vis-à-vis sont alors soudés entre eux pour délimiter des canaux de 2 mm de diamètre environ. Il est également possible de réaliser la paroi des plaques en matériau entièrement organique, par exemple un simple film de polyéthylène 15 d'environ 150 microns d'épaisseur. De préférence, une plaque fait entre 450 et 700 mm de long par 100 à 250 mm de large, les plaques pouvant être assemblées entre elles, superposées, en laissant un espace entre les plaques de 2 à 3 mm. L'eau chaude récupérée en sortie de l'installation de la douche, évacuée par le receveur de l'installation, est dite grise, c'est-à-dire sale, et notamment chargée 20 en fibres diverses, telles que cheveux, poils, savon, qui peuvent colmater ou encrasser l'échangeur. Ces eaux grises constituent le fluide 1' qui circule dans le conduit 1 en forme de gaine souple, disposé entre deux plaques 2, 3. Le matériau constitutif de la paroi (4') de ce conduit doit être résistant aux produits chimiques présents dans ces eaux grises. Ainsi selon un mode de réalisation la paroi de la gaine eaux grises est 25 composée d'un film complexe avec une couche PVC interne de 20 à 50 microns. Les figures 6 et 7 présentent un exemple de réalisation de gaine souple pour les eaux grises et de plaques pour l'eau potable, correspondant aux vues schématiques 1, ibis et 2 et décrites ci-dessus. La pression du fluide 1' est inférieure à celle du fluide 2' qui constitue le 30 fluide à protéger. Lorsque le fluide 1' circule, sa pression permet de remplir tout l'espace entre les plaques contenant le fluide 2', et ainsi d'assurer une surface d'échange maximale entre les deux parois 4 et 4'. Il est également possible de compléter l'effet de la pression avec des points de collage supplémentaires pour maximiser encore la surface d'échange. 35 Les plaques, rigides ou souples, 2, 3 sont étanches et possèdent une entrée et une sortie pour le fluide 2' circulant à l'intérieur. Néanmoins en cas de fuite 3058787 9 du fluide 2', sa pression supérieure à celle du fluide 1' permet au fluide 2' de s'écouler entre les deux parois et d'être collecté dans un bac étanche 24 pour détecter la fuite 23, grâce par exemple à un dispositif de détection du remplissage intégrant un organe de sécurité qui alertera le plus rapidement possible sur la présence d'une fuite. 5 Notamment deux options sont possibles : - les parois ne sont pas fixées entre elles, et dans ce cas l'eau de fuite peut s'écouler librement. les parois sont fixées entre elles par des points de collage, et l'eau potable sous pression peut s'écouler entre les points de collage ; dans 10 ce cas une fuite sur les eaux grises sera plus longue à détecter. Selon un aspect de l'invention, représenté à la figure 3, au moins deux plaques 9, 10, 11 sont superposées, dans lesquelles l'eau potable froide circule, et le conduit souple 6 dans lequel circule les eaux grises 6' de récupération serpente autour des plaques superposées. Cette disposition permet de bénéficier de la performance 15 d'un échangeur à plaques avec un fluide chargé en fibres sans risque de colmatage. Selon un autre aspect de l'invention, le conduit 6 est réalisé en éléments de matériau rigide ou souple assemblé en série de manière à constituer un serpentin sans obstacle à l'écoulement des eaux grises 6'. La figure 8 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un 20 échangeur composé de dix plaques superposées dans lesquelles circule l'eau potable à réchauffer, avec les eaux grises qui circulent sans obstacle dans un conduit en serpentin 6 , 1 , disposé entre les plaques superposées 9 , 10 , 11, 2 , selon les illustrations complémentaires des figures 6 et 7. REVENDICATIONS1. Echangeur thermique destiné à l'échange thermique entre un premier fluide (1') et un second fluide (2') au niveau d'au moins une zone d'échange 5 thermique, l'échangeur comprenant au moins un premier conduit (1) aménagé pour la circulation du premier fluide (1') et au moins un deuxième conduit (2) aménagé pour la circulation du deuxième fluide (2'), l'au moins un premier conduit (1) et l'au moins un deuxième conduit (2) étant séparés au niveau de l'au moins une zone d'échange thermique par au moins une première paroi (4') délimitant au moins partiellement le 10 premier conduit et au moins une deuxième paroi (4) délimitant au moins partiellement le deuxième conduit, au moins une partie de la première paroi (4') étant configurée pour être mise au contact de la deuxième paroi (4) par la pression du premier fluide et pour qu'un écoulement causé par une fuite du deuxième fluide à travers la deuxième paroi s'écoule entre les deux parois. 15 2. Echangeur thermique selon la revendication précédente, dans lequel ledit au moins un deuxième conduit est aménagé dans au moins une plaque (2, 9, 10, 11). 20 3. Echangeur thermique selon la revendication précédente, dans lequel l'au moins une plaque (2) comprend au moins deux plaques superposées (9,10,11). 4. Echangeur thermique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins l'un des conduits du au moins un premier conduit (1) est une 25 gaine souple. 5. Echangeur thermique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel des points de collage sont disposés entre la surface externe de ladite au moins une partie de la première paroi (4') dudit premier conduit et la deuxième paroi 30 (4). 6. Echangeur thermique selon l'une des revendications 2 à 5 pour autant qu'elles dépendent de la revendication 2, dans lequel ledit au moins un premier conduit (1) est disposé entre deux plaques (2,3). 35 3058787 11 7. Echangeur thermique selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'au moins un premier conduit est un unique premier conduit (6). 8. Echangeur thermique selon l'une des revendications 2 à 7 pour autant 5 qu'elles dépendent de la revendication 2, dans lequel l'endroit et l'envers de chaque plaque de l'au moins une plaque (2, 9, 10, 11) est en contact avec au moins une partie de la paroi de l'au moins un premier conduit. 9. Echangeur thermique selon la revendication 8 pour autant qu'elle 10 dépende de la revendication 7, pour autant qu'elle dépende de la revendication 3, dans lequel ledit unique premier conduit (6) est disposé en serpentin entre les plaques superposées de l'au moins deux plaques superposées (9,10,11). 10. Echangeur thermique selon l'une des revendications précédentes 15 comprenant un dispositif de détection de fuite (23). 11. Installation de production d'eau chaude sanitaire comprenant au moins un échangeur thermique selon les revendications précédentes pour préchauffer un deuxième fluide en entrée (17) de ladite installation avec un premier fluide évacué 20 (15) par ladite installation.