EP2405223B1 - Dispositif de récupération d'énergie thermique, indépendant, destiné au traitement de chaleur de l'huile vers l'eau - Google Patents

Dispositif de récupération d'énergie thermique, indépendant, destiné au traitement de chaleur de l'huile vers l'eau Download PDF

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EP2405223B1
EP2405223B1 EP11370007.4A EP11370007A EP2405223B1 EP 2405223 B1 EP2405223 B1 EP 2405223B1 EP 11370007 A EP11370007 A EP 11370007A EP 2405223 B1 EP2405223 B1 EP 2405223B1
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EP
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oil
water
circuit
heat exchanger
compressor
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Serge Boutry
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Airflux Par Actions Simplifiee Ste
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/04—Heating; Cooling; Heat insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/14—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C18/16—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2210/00—Fluid
    • F04C2210/22—Fluid gaseous, i.e. compressible
    • F04C2210/221—Air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0066—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids

Definitions

  • the invention relates to an independent thermal energy recovery device for transferring heat from the oil to the water.
  • This device will find a particular application to be connected to the oil circuit of a rotary compressor with oil injection for the production of compressed air.
  • the field of the invention is that of the production of compressed air and more particularly of rotary oil-injection compressors for the production of compressed air.
  • compressors are commonly used in industry to produce compressed air which can then be used in a variety of ways, for example for blow cleaning, as conveyor means (ie fluidized bed) or as pneumatic energy for tools such as drill, screwdriver or others.
  • a rotary compressor with oil injection increases the pressure of the air through oil.
  • the compressor comprises a rotary pump which compresses a mixed fluid mixture of air and oil. This fluid thus compressed is then passed to a separator tank inside which the oil and the compressed air are separated. This compressed air can then be stored in a compressed air tank. During the compression step, the temperature of the oil is greatly increased.
  • the compressor comprises in an integrated manner on the oil circuit, consecutively an oil / water exchanger and an oil / air exchanger in parallel to the circuit, respectively supplied via two thermostatic valves.
  • Each thermostatic valve makes it possible to direct the oil towards the corresponding exchanger (oil / water or oil / air) only if the oil is hot and to short-circuit the exchanger if the oil is cold.
  • Some compressors have only the oil / air exchanger to cool the oil, and are not equipped with oil / water exchanger.
  • the object of the present invention is to overcome the aforementioned drawbacks by proposing an independent energy recovery device for transferring heat from the oil to the water and intended to be connected, on the one hand, to the circuit of oil of a rotary compressor with oil injection for the production of compressed air and, secondly, the water circuit requiring a heat input for the purpose of recovering thermal energy.
  • Another object of the invention is to provide such an autonomous device that can be installed quickly or moved as needed.
  • Another object of the present invention is to provide such a device that can be connected to several oil compressors for heating the water of a circuit requiring a heat input.
  • Another object of the present invention is to provide such a device that allows to heat the water of a sanitary water circuit safely, without risk of cross-contamination between the oil of the oil injection compressor and the water from the sanitary water network.
  • Another object of the present invention is to provide such a device that makes it possible to control the correct operation, and in particular the power recovered.
  • the invention also relates to the use of the independent thermal energy recovery device according to the invention for the recovery of thermal energy generated by a rotary compressor with oil injection intended for the production of compressed air, the device being connected to the oil circuit of said compressor.
  • This compressor 2 comprises a rotary pump 26 which makes it possible to compress a fluid mixture of oil and air.
  • the pump 26 has an inlet for the oil, supplied by an oil circuit 22, and an inlet 27 for air.
  • the oil / air mixture thus compressed is then led to a separator tank 23 inside which the compressed air and the oil are separated.
  • the compressed air is led out of the tank 23 by a pipe 29, while the oil is recycled by the circuit 22 to the pump 26.
  • an oil / water exchanger 25 is provided, fed by a thermostatic valve 33 and, consequently, an oil / air exchanger 24, supplied by a thermostatic valve 28;
  • the oil can be cooled only by means of an air / oil exchanger (not shown), the compressor having no oil / water exchanger.
  • the invention relates to a device 1 for independent thermal energy recovery.
  • independent means that the thermal energy recovery device is autonomous and is not integrated with the rotary oil-injection compressor 2 to which it is intended to be connected but is a separate element.
  • This device 1 is intended for the transfer of heat from the oil to the water and is intended to be connected, on the one hand, to the oil circuit 22 of a rotary compressor 2 with oil injection for the production of oil. compressed air, especially in parallel via a thermostatic valve 3, and, secondly, to a water circuit 4 requiring a heat input.
  • the energy recovery device comprises a heat exchanger system 5 for heating cold water entering the device from the hot oil inlet of the device and producing hot water and the cold oil at the end of the device.
  • This heat exchanger system 5 comprises at least one oil / water exchanger 51; 52, 53; 54; 55, having a primary circuit 6 for oil and a secondary circuit 7; 71, 72 for water, and at least one circulation pump 8 for circulating the water of the secondary circuit of said oil / water exchanger 51; 52, 53; 54; 55.
  • This device 1 whose housing can have the following dimensions (about 1 m high, 60 cm wide, 40 cm deep), can be moved and connected easily, as needed, for example to preheat the water of a heating circuit of a building, upstream of the return of a boiler, or to preheat domestic hot water, upstream of the return of a boiler or heat the water of an industrial process.
  • the device can make it possible to recover up to 70% of the thermal energy lost by the rotary oil-injection compressor 2.
  • the device may comprise a first temperature probe t1 of the cold water at the inlet of the device, and a second temperature probe of the hot water t2 at the outlet of the device.
  • the device 1 may have electronics for calculating and displaying the power or energy recovered by the device.
  • a display screen 20 can display the temperature of the cold water at the inlet of the device and the hot water at the outlet of the device, or even the power or energy recovered by said device. device.
  • the third connector 16 and said fourth connector 17 are provided on the secondary circuit 7; 71; 72 of said oil / water heat exchanger 51; 52; 53; 55.
  • the circulation pump 8 makes it possible to circulate the water of the water circuit 4 requiring a heat input such as in particular that of the return of the sanitary water of a boiler or that of the circuit of water from a building heater upstream of the boiler.
  • the heat exchanger system 5 comprises not only said oil / water exchanger 54 but, in addition, a water / water exchanger 56 safety, provided in series.
  • the secondary circuit 7 of the oil / water exchanger 54 is common to the primary circuit 61 of said water / water exchanger 56 called the safety circuit.
  • An expansion vessel 82 is provided on the safety circuit 61.
  • the pump 8 allows the circulation of the water of the safety circuit 61.
  • Another pump 81 allows the circulation of water in the secondary circuit 73 of said water / water exchanger 56.
  • This embodiment illustrated in figure 6 is particularly applicable in the case where it is necessary to heat the domestic water, to avoid cross-contamination between compressor oil and domestic water.
  • the embodiment of the figure 4 is a device 1 for energy recovery connected on the one hand to the oil circuit 22 of a rotary compressor 2 with oil injection and, on the other hand, to a water circuit 4 requiring a heat input.
  • the device is connected to the compressor oil circuit 22 oil injection in parallel with said circuit 22 via a thermostatic valve 3 positioned on the oil circuit 22 of said compressor.
  • This thermostatic valve 3 makes it possible to divert the oil towards said device when the oil is hot, and otherwise, when the oil is cold, to deflect the oil by short-circuiting device.
  • the device is connected to the oil circuit 22 between the separator tank 23 of the compressor 2 and the oil / air exchanger cooler 24 integrated in the rotary compressor with oil injection.
  • the heat exchanger system 5 of the device 1 of the figure 4 is a single oil / water exchanger 51 system.
  • the primary circuit 6 of said heat exchanger receives the oil from the compressor 2 which enters hot through the first connector 10 at the input of the device and leaves by the second connector 13 at the output of the device.
  • a pipe allows the return of the cold oil at the outlet of the device on the circuit 22 of the compressor, upstream of the oil / water heat exchanger cooler 24 integrated with said compressor 2.
  • the secondary circuit 7 of said heat exchanger 5 receives the cold water that enters the third connector 16 at a cold temperature and hot spring at the fourth connection 17.
  • a circulation pump 8 allows the circulation of water in the secondary circuit 7.
  • a first temperature probe t1 makes it possible to target the cold water upstream of the exchanger 5 and a second temperature probe t2 makes it possible to target the hot water downstream of said exchanger 5.
  • the embodiment of the device illustrated in figure 5 is intended to be connected to two separate oil circuits 22 of two compressors 2 and 2 'rotary oil injection for the production of compressed air.
  • the heat exchanger system 5 of the device comprises two oil / water exchangers 52; 53 in parallel.
  • Each of the exchangers 52; 53 oil / water has a first connection 11 or 12 for the hot oil input of the device and a second connection 14 or 15 for the cold oil output of the device. This first connection and this second connection are provided on the primary circuit 6 of said corresponding oil / water exchanger 52 or 53.
  • the third connector 16 for the cold water inlet of the device is provided on a common cold water inlet of the respective secondary circuits 71 and 72 of said two oil / water exchangers 52, 53.
  • the fourth connection 17 intended for the hot water at the outlet of the device is provided on a common hot water outlet of the respective secondary circuits 71 and 72 of said two oil / water exchangers 52 and 53.
  • the device 1 according to the invention according to the figure 5 can thus be connected to two separate rotary compressors in order to recover the energy of these compressors to heat the water of a single water circuit 4.
  • This principle can be generalized to connect the device to a number N of rotary compressors with oil injection by providing as many oil / water exchangers in parallel as the number of compressors to be connected.
  • the device may have means for adjusting, in particular equalizing, the flow rates of water in the secondary circuits 71, 72, said exchangers 52, 53 comprising for each secondary circuit a flow control valve 18.
  • each of the secondary circuits 71, 72 may have stop valves 91, 92 for closing one of the secondary circuits 71, 72 in the case where the device 1 is connected to a single compressor. .
  • stop valves 91, 92 for closing one of the secondary circuits 71, 72 in the case where the device 1 is connected to a single compressor.
  • the embodiment of the device 1, in accordance with the example of figure 6 is particularly suitable for connection between the oil circuit of a compressor 2 and a sanitary water network.
  • it comprises in addition to said oil / water exchanger 54, a water / water exchanger 56 safety provided in series.
  • the secondary circuit 7 of said oil / water exchanger is common to the primary circuit 61 of said water / water exchanger 56 called safety circuit.
  • This safety circuit 61 may comprise an expansion vessel 82 and the pump 8. Another pump 81 is provided for circulation on the secondary circuit 73 of said water / water exchanger 56. This arrangement makes it possible to avoid any cross-contamination between the compressor oil 2 and the water in particular the water circuit 4.
  • the embodiment of device 1 of the figure 7 is also suitable for connection to a compressor 2 and a sanitary water circuit.
  • the oil / water exchanger is a double-skinned safety exchanger 55.
  • the device can be used for the recovery of thermal energy generated by a rotary compressor 2 with oil injection for the production of compressed air, the device being connected to the oil circuit 22 of said compressor.
  • the device is connected to the oil circuit 22 of said oil injection compressor in parallel with said circuit 22, a thermostatic valve 3 being positioned on the oil circuit 22 of said compressor 2 so as to deviate the oil to said device when the oil is hot and if not, when the oil is cold to deflect the oil by short circuit, the oil does not pass through the device 1.
  • the device according to the invention is connected to the oil circuit 22 between the air / oil separator tank 23 of the compressor 2 and the oil / air exchanger cooler 24 of said compressor 2 which is itself provided. in parallel of the circuit 22 by via a thermostatic valve 28.
  • the heat exchanger system 5 of the device 1 is therefore added to the oil / air exchanger cooler 24 specific to the compressor 2 which is kept in order to guarantee the cooling of the hot oil of the compressor 2.

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Description

  • L'invention est relative à un dispositif de récupération d'énergie thermique, indépendant, destiné au transfert de chaleur de l'huile vers l'eau.
  • Ce dispositif trouvera une application particulière pour être raccordé au circuit d'huile d'un compresseur rotatif à injection d'huile pour la production d'air comprimé.
  • Le domaine de l'invention est celui de la production d'air comprimé et plus particulièrement des compresseurs rotatifs à injection d'huile pour la production d'air comprimé.
  • Ces compresseurs sont couramment utilisés dans l'industrie pour produire de l'air comprimé qui peut être ensuite utilisé de manière diverse, par exemple pour le nettoyage par soufflage, comme moyen de convoyage (i.e. lit fluidisé) ou encore comme énergie pneumatique pour les outils tels que perceuse, visseuse ou autres.
  • Un compresseur rotatif à injection d'huile permet d'augmenter la pression de l'air par l'intermédiaire d'huile. A cet effet, le compresseur comprend une pompe rotative qui comprime un fluide mixte mélange d'air et d'huile. Ce fluide ainsi comprimé est ensuite conduit vers un ballon séparateur à l'intérieur duquel on sépare l'huile et l'air comprimé. Cet air comprimé peut être ensuite stocké dans un réservoir d'air comprimé. Lors de l'étape de compression, la température de l'huile est fortement augmentée.
  • L'huile chaude du ballon est ensuite recyclée vers la pompe pour servir à nouveau de média de compression. Afin d'alimenter à nouveau la pompe, il est toutefois nécessaire d'abaisser la température de l'huile. A cet effet, le compresseur comprend de manière intégrée sur le circuit d'huile, consécutivement un échangeur huile/eau et un échangeur huile/air en parallèle au circuit, alimentés respectivement via deux vannes thermostatiques. Chaque vanne thermostatique permet de diriger l'huile vers l'échangeur correspondant (huile/eau ou huile/air) seulement si l'huile est chaude et de court-circuiter l'échangeur si l'huile est froide. Certains compresseurs présentent uniquement l'échangeur huile/air pour refroidir l'huile, et ne sont pas équipés d'échangeur huile/eau.
  • Un problème majeur de ce type de compresseur rotatif à injection d'huile est son faible rendement énergétique, une bonne partie de l'énergie consommée par la pompe étant perdue en chaleur. En théorie, l'échangeur huile/eau intégré au compresseur pourrait être utilisé pour chauffer l'eau d'un process industriel, ou une autre application dans le but d'éviter les pertes. En pratique, toutefois cet échangeur huile/eau intégré au compresseur nécessiterait d'être complété de divers équipements pour cette application. De ce fait, on constate généralement une non-réutilisation de cette énergie perdue.
  • Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients précités en proposant un dispositif de récupération d'énergie, indépendant, destiné au transfert de chaleur de l'huile vers l'eau et destiné à être raccordé, d'une part, au circuit d'huile d'un compresseur rotatif à injection d'huile pour la production d'air comprimé et, d'autre part, au circuit d'eau nécessitant un apport calorifique dans le but de récupérer l'énergie thermique.
  • Un autre but de l'invention est de proposer un tel dispositif autonome qui puisse être installé rapidement, voire déplacé selon les besoins.
  • Un autre but de la présente invention est de proposer un tel dispositif qui puisse être raccordé à plusieurs compresseurs d'huile pour chauffer l'eau d'un circuit nécessitant un apport calorifique.
  • Un autre but de la présente invention est de proposer un tel dispositif qui permet de chauffer l'eau d'un circuit d'eau sanitaire en toute sécurité, sans risque de contamination croisée entre l'huile du compresseur à injection d'huile et l'eau du réseau d'eau sanitaire.
  • Un autre but de la présente invention est de proposer un tel dispositif qui permet de contrôler le bon fonctionnement, et notamment la puissance récupérée.
  • D'autres buts et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter.
  • Aussi, l'invention concerne un dispositif de récupération d'énergie thermique, indépendant, destiné au transfert de chaleur de l'huile vers l'eau, destiné à être raccordé, d'une part au circuit d'un compresseur rotatif à injection d'huile pour la production d'air comprimé, notamment en parallèle via une vanne thermostatique, et d'autre part un circuit d'eau nécessitant un apport calorique,
    ledit dispositif de récupération d'énergie thermique comprend :
    • un système d'échangeur thermique permettant de réchauffer de l'eau froide en entrée dudit dispositif à partir de l'huile chaude en entrée dudit dispositif et de produire de l'eau chaude et de l'eau froide en sortie du dispositif, ledit système comprenant au moins un échangeur huile/eau présentant un circuit primaire pour de l'huile et un circuit secondaire pour de l'eau et au moins une pompe de circulation pour la mise en circulation de l'eau du circuit secondaire dudit échangeur huile/eau,
    • un boîtier intégrant ledit système d'échangeur thermique,
    • au moins un premier raccord destiné pour l'huile chaude en entrée du dispositif et au moins un deuxième raccord pour l'huile froide en sortie du dispositif prévu sur le circuit primaire dudit échangeur huile/eau,
    • un troisième raccord destiné pour l'eau froide en entrée dudit dispositif et un quatrième raccord pour l'eau chaude en sortie dudit dispositif.
  • Selon l'invention, le dispositif est destiné à être raccordé au moins à deux circuits d'huile distincts, appartenant à autant de compresseurs rotatifs à injection d'huile pour la production d'air comprimé, dans lequel dispositif ledit système d'échangeur thermique comprend au moins deux échangeurs huile/eau, en parallèle, chacun des échangeurs huile/eau présentant undit premier raccord et undit second raccord prévus sur le circuit primaire dudit échangeur huile/eau correspondant, ledit troisième raccord étant prévu sur une entrée commune en eau froide des circuits secondaires desdits au moins deux échangeurs huile/eau et le quatrième raccord étant prévu sur une sortie commune des circuits secondaires desdits au moins deux échangeurs huile/eau, lesdits circuits secondaires desdits échangeurs huile/eau, indépendants l'un de l'autre, étant disposés en parallèle, ledit dispositif présentant des moyens pour ajuster les débits d'eau dans les circuits secondaires desdits échangeurs huile/eau comprenant pour chaque circuit secondaire une vanne de réglage de débit ;
    • chacun desdits circuits secondaires desdits échangeurs huile/eau présente des vannes d'arrêt ;
    • ledit au moins un échangeur huile/eau est un échangeur de sécurité à double peau ;
    • le dispositif présente une première sonde de température de l'eau froide en entrée dudit dispositif et une deuxième sonde de température de l'eau chaude en sortie dudit dispositif ;
    • le dispositif présente des moyens d'affichage des températures de l'eau froide et de l'eau chaude, en entrée et en sortie du dispositif, de la première sonde de température et de la deuxième sonde de température ;
    • le dispositif présente des moyens de calcul et d'affichage de la puissance eau/énergie récupérée par ledit dispositif ;
    • le dispositif présente un coffret électrique alimenté sous tension secteur et comprenant tout ou partie des éléments suivants :
      • un voyant indiquant que le dispositif est sous tension,
      • un voyant indiquant que le dispositif est en fonctionnement de récupération d'énergie,
      • un voyant indiquant la présence d'un défaut,
      • un interrupteur - sectionneur pour la mise hors tension dudit dispositif.
  • L'invention concerne également l'utilisation du dispositif de récupération d'énergie thermique, indépendant conforme à l'invention pour la récupération d'énergie thermique générée par un compresseur rotatif à injection d'huile destiné pour la production d'air comprimé, le dispositif étant raccordé au circuit d'huile dudit compresseur.
  • Selon des caractéristiques optionnelles prises seules ou en combinaison :
    • le dispositif est raccordé au circuit d'huile dudit compresseur à injection d'huile, en parallèle, une vanne thermostatique étant positionnée sur le circuit d'huile dudit compresseur de telle façon :
    • à dévier l'huile vers ledit dispositif conforme à l'invention lorsque l'huile est chaude, et sinon lorsque l'huile est froide,
    • à dévier l'huile en court-circuitant ledit dispositif conforme à l'invention, l'huile ne passant pas par ledit dispositif ;
    • ledit dispositif conforme à l'invention est raccordé sur le circuit d'huile entre un ballon séparateur huile/air et un refroidisseur échangeur huile/air dudit compresseur rotatif à injection d'huile.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée des dessins en annexe parmi lesquels :
    • la figure 1 est une vue en perspective du dispositif conforme à l'invention de l'avant,
    • la figure 2 est une vue en perspective arrière du dispositif tel qu'illustré à la figure 1,
    • la figure 3 est une illustration schématique d'un compresseur à injection d'huile pour la production d'air comprimé tel que connu de l'état de la technique,
    • la figure 4 est une vue d'un dispositif conforme à l'invention raccordé, d'une part, au circuit d'huile d'un compresseur rotatif à injection d'huile pour la production d'air comprimé, et d'autre part, un circuit d'eau nécessitant un apport calorifique,
    • la figure 5 est une vue d'un dispositif de récupération d'énergie thermique conforme à l'invention selon un second mode de réalisation, raccordé d'une part, via deux échangeurs huile/eau distincts à deux compresseurs à injection huile, et d'autre part un circuit d'eau nécessitant un apport calorifique,
    • la figure 6 est une vue d'un dispositif de récupération d'énergie thermique selon un troisième mode de réalisation, présentant un circuit de sécurité raccordé d'une part au circuit d'huile d'un compresseur à injection d'huile, et d'autre part à un circuit d'eau sanitaire,
    • la figure 7 est une vue d'un dispositif de récupération d'énergie thermique selon un quatrième mode de réalisation, raccordé d'une part au circuit d'huile d'un compresseur rotatif à injection d'huile, et d'autre part un circuit d'eau sanitaire, le dispositif comprenant un échangeur de sécurité à double peau.
  • Nous commençons par décrire brièvement le principe du compresseur rotatif à injection d'huile 2 pour la production d'air comprimé tel qu'il est connu de l'état de la technique, illustré à la figure 3.
  • Ce compresseur 2 comprend une pompe rotative 26 qui permet de compresser un fluide mélange d'huile et d'air A cet effet, la pompe 26 présente une entrée pour l'huile, alimentée par un circuit d'huile 22, et une entrée 27 pour de l'air. Le mélange huile/air ainsi compressé est ensuite conduit jusqu'à un ballon séparateur 23 à l'intérieur duquel l'air comprimé et l'huile sont séparés.
  • L'air comprimé est conduit hors du ballon 23 par une conduite 29, tandis, que l'huile est recyclée par le circuit 22 jusqu'à la pompe 26. En parallèle de ce circuit 22, est prévu un échangeur huile/eau 25, alimenté par une vanne thermostatique 33 et, consécutivement, un échangeur huile/air 24, alimenté par une vanne thermostatique 28 ; Dans certains cas, l'huile peut être refroidie uniquement grâce à un échangeur air/huile (non illustré), le compresseur ne présentant pas d'échangeur huile/eau.
  • L'invention concerne un dispositif 1 de récupération d'énergie thermique indépendant.
  • On entend par « indépendant », le fait que le dispositif de récupération d'énergie thermique est autonome et n'est pas intégré au compresseur rotatif à injection d'huile 2 auquel il est destiné à être raccordé mais est un élément distinct.
  • Ce dispositif 1 est destiné au transfert de chaleur de l'huile vers l'eau et est destiné à être raccordé, d'une part, au circuit d'huile 22 d'un compresseur 2 rotatif à injection d'huile pour la production d'air comprimé, notamment en parallèle via une vanne thermostatique 3, et, d'autre part, à un circuit d'eau 4 nécessitant un apport calorifique.
  • Le dispositif de récupération d'énergie comprend un système d'échangeur thermique 5 permettant de réchauffer de l'eau froide en entrée du dispositif à partir de l'huile chaude en entrée du dispositif et de produire de l'eau chaude et de l'huile froide en sortie du dispositif.
  • Ici, les termes « chaude » et « froide » sont à être interprétés relativement l'un par rapport à l'autre, selon l'échange de chaleur.
  • Ce système d'échangeur thermique 5 comprend au moins un échangeur huile/eau 51 ; 52, 53 ; 54 ; 55, présentant un circuit primaire 6 pour de l'huile et un circuit secondaire 7 ; 71, 72 pour de l'eau, ainsi qu'au moins une pompe de circulation 8 pour la mise en circulation de l'eau du circuit secondaire dudit échangeur huile/eau 51 ; 52, 53 ; 54 ; 55.
  • En outre, le dispositif 1 comprend :
    • un boîtier 9 intégrant le système d'échangeur thermique,
    • au moins un premier raccord 10 ; 11 ; 12 pour l'huile chaude en entrée du dispositif et au moins un deuxième raccord 13 ; 14 ; 15 pour l'huile froide en sortie du dispositif, prévus sur le circuit primaire 6 dudit échangeur huile/eau,
    • un troisième raccord 16 pour l'eau froide en entrée dudit dispositif et un quatrième raccord 17 pour l'eau chaude en sortie dudit dispositif 1.
  • Ce dispositif 1, dont le boîtier peut présenter les dimensions suivantes (environ 1 m de hauteur, 60cm de largeur, 40 cm de profondeur), peut être déplacé et raccordé facilement, selon les besoins, pour par exemple préchauffer l'eau d'un circuit de chauffage d'un bâtiment, en amont du retour d'une chaudière, ou encore pour préchauffer de l'eau chaude sanitaire, en amont du retour d'une chaudière ou encore chauffer l'eau d'un processus industriel.
  • Ainsi, le dispositif peut permettre de récupérer jusqu'à 70 % de l'énergie thermique perdue par le compresseur rotatif à injection d'huile 2.
  • Le dispositif peut comprendre une première sonde de température t1 de l'eau froide en entrée du dispositif, et une deuxième sonde de température de l'eau chaude t2 en sortie du dispositif.
  • En connaissant le débit de l'eau dans le circuit 7 ; 71 ; 72, 73 associé aux sondes t1 et t2, il est possible de connaître la puissance récupérée. Ce débit peut être connu, soit par la présence d'un capteur de débit placé sur ce circuit, soit en connaissant le débit de la pompe 8 ; 81 associé à ce circuit.
  • Le dispositif 1 peut présenter une électronique permettant le calcul et l'affichage de la puissance ou énergie récupérée par le dispositif.
  • A cet effet, un écran d'affichage 20 peut permettre l'affichage de la température de l'eau froide en entrée du dispositif et de l'eau chaude en sortie du dispositif, voire de la puissance ou de l'énergie récupérée par ledit dispositif.
  • Le dispositif peut ainsi présenter un coffret électrique 30 alimenté sous tension secteur et comprenant notamment tout ou partie des éléments suivants :
    • un voyant indiquant que le dispositif est sous tension,
    • un voyant indiquant que le dispositif est en fonctionnement de récupération d'énergie,
    • un voyant indiquant la présence d'un défaut,
    • un interrupteur - sectionneur 31 pour la mise hors tension dudit dispositif.
  • Selon le mode de réalisation des figures 4, 5 ou encore 7, le troisième raccord 16 et ledit quatrième raccord 17 sont prévus sur le circuit secondaire 7 ; 71 ; 72 dudit échangeur huile/eau 51 ; 52 ; 53 ; 55. Dans ces modes de réalisation, la pompe de circulation 8 permet de faire circuler l'eau du circuit d'eau 4 nécessitant un apport calorifique tel que notamment celui du retour de l'eau sanitaire d'une chaudière ou encore celui du circuit d'eau d'un chauffage de bâtiment en amont de la chaudière.
  • Selon un autre mode de réalisation, illustré à la figure 6, le système d'échangeur thermique 5 comprend non seulement ledit échangeur huile/eau 54 mais, en outre, un échangeur eau/eau 56 de sécurité, prévu en série.
  • Le circuit secondaire 7 de l'échangeur huile/eau 54 est commun au circuit primaire 61 dudit échangeur eau/eau 56 appelé circuit de sécurité. Un vase d'expansion 82 est prévu sur le circuit de sécurité 61.
  • La pompe 8 permet la circulation de l'eau du circuit de sécurité 61. Une autre pompe 81 permet la circulation de l'eau dans le circuit secondaire 73 dudit échangeur eau/eau 56.
  • Ce mode de réalisation illustré à la figure 6 trouve une application particulière dans le cas où il est nécessaire de chauffer l'eau sanitaire, afin d'éviter toute contamination croisée entre l'huile du compresseur et l'eau sanitaire.
  • Nous décrivons maintenant en détail les divers modes de réalisation des figures 4 à 7.
  • Le mode de réalisation de la figure 4 est un dispositif 1 de récupération d'énergie raccordé d'une part au circuit d'huile 22 d'un compresseur 2 rotatif à injection d'huile et, d'autre part, à un circuit d'eau 4 nécessitant un apport calorifique.
  • Le dispositif est raccordé au circuit d'huile 22 du compresseur à injection d'huile en parallèle dudit circuit 22 via une vanne thermostatique 3 positionnée sur le circuit d'huile 22 dudit compresseur. Cette vanne thermostatique 3 permet de dévier l'huile vers ledit dispositif lorsque l'huile est chaude, et sinon, lorsque l'huile est froide, de dévier l'huile en court-circuitant dispositif.
  • Tel qu'illustré, le dispositif est raccordé sur le circuit d'huile 22 entre le ballon séparateur 23 du compresseur 2 et le refroidisseur échangeur huile/air 24 intégré au compresseur rotatif à injection d'huile.
  • Le système d'échangeur thermique 5 du dispositif 1 de la figure 4 est un système à un seul échangeur 51 huile/eau.
  • Le circuit primaire 6 dudit échangeur reçoit l'huile du compresseur 2 qui entre chaude par le premier raccord 10 en entrée du dispositif et ressort par le deuxième raccord 13 en sortie du dispositif. Une conduite permet le retour de l'huile froide en sortie du dispositif sur le circuit 22 du compresseur, en amont du refroidisseur échangeur huile/eau 24 intégré audit compresseur 2.
  • Le circuit secondaire 7 dudit échangeur 5 reçoit l'eau froide qui entre froide au niveau du troisième raccord 16 et ressort chaude au niveau du quatrième raccord 17. Une pompe de circulation 8 permet la circulation de l'eau dans le circuit secondaire 7. Une première sonde de température t1 permet de cibler l'eau froide en amont de l'échangeur 5 et une deuxième sonde de température t2 permet de cibler l'eau chaude en aval dudit échangeur 5.
  • Par la connaissance du débit de la pompe 8 et des températures données par les sondes t1 et t2, il est possible de calculer la puissance et l'énergie récupérée qui peuvent être affichées sur un écran 20 du dispositif.
  • Le mode de réalisation du dispositif illustré à la figure 5 est destiné à être raccordé à deux circuits d'huile distincts 22 de deux compresseurs 2 et 2' rotatifs à injection d'huile pour la production d'air comprimé.
  • Tel qu'illustré à la figure 5, le système d'échangeur thermique 5 du dispositif comprend deux échangeurs huile/eau 52 ; 53 en parallèle. Chacun des échangeurs 52 ; 53 huile/eau présente undit premier raccord 11 ou 12 destiné pour l'huile chaude en entrée du dispositif et un second raccord 14 ou 15 pour l'huile froide en sortie du dispositif. Ce premier raccord et ce second raccord sont prévus sur le circuit primaire 6 dudit échangeur d'huile/eau correspondant 52 ou 53.
  • Le troisième raccord 16 destiné pour l'eau froide en entrée du dispositif est prévu sur une entrée commune en eau froide des circuits secondaires 71 et 72 respectifs desdits deux échangeurs huile/eau 52, 53. De même, le quatrième raccord 17 destiné pour l'eau chaude en sortie du dispositif est prévu sur une sortie commune eau chaude des circuits secondaires 71 et 72 respectifs desdits deux échangeurs huile/eau 52 et 53. Le dispositif 1 conforme à l'invention selon la figure 5 peut être ainsi raccordé à deux compresseurs rotatifs distincts en vue de récupérer l'énergie de ces compresseurs pour chauffer l'eau d'un unique circuit d'eau 4. Ce principe peut être généralisé pour raccorder le dispositif à un nombre N de compresseurs rotatifs à injection d'huile en prévoyant autant d'échangeurs huile/eau en parallèle que le nombre de compresseurs à être raccordés.
  • Selon l'exemple de la figure 5 et afin de s'assurer que l'eau soit correctement répartie entre le circuit secondaire 71 de l'échangeur 52 et le circuit 72 de l'échangeur 53, qui tels qu'illustrés sont en parallèle et indépendants l'un de l'autre, le dispositif peut présenter des moyens pour ajuster, notamment égaliser, les débits d'eau dans les circuits secondaires 71, 72, lesdits échangeurs 52, 53 comprenant pour chaque circuit secondaire une vanne de réglage de débit 18.
  • Par ailleurs et tel qu'illustré, chacun des circuits secondaires 71, 72 peut présenter des vannes d'arrêt 91,92 permettant de fermer l'un des circuits secondaire 71,72 dans le cas où le dispositif 1 serait connecté à un seul compresseur. Par exemple si l'utilisateur décide de retirer le compresseur 2', il lui suffit de fermer la vanne d'arrêt 92 sur le circuit secondaire de l'échangeur 53 pour que l'eau à réchauffer circule seulement dans le circuit secondaire 71 de l'échangeur 52.
  • Le mode de réalisation du dispositif 1, conforme à l'exemple de la figure 6, convient, particulièrement pour être raccordé entre le circuit d'huile d'un compresseur 2 et un réseau d'eau sanitaire. A cet effet, il comprend outre ledit échangeur huile/eau 54, un échangeur eau/eau 56 de sécurité prévu en série. Le circuit secondaire 7 dudit échangeur huile/eau est commun au circuit primaire 61 dudit échangeur eau/eau 56 appelé circuit de sécurité.
  • Ce circuit de sécurité 61 peut comprendre un vase d'expansion 82 ainsi que la pompe 8. Une autre pompe 81 est prévue pour la circulation sur le circuit secondaire 73 dudit échangeur eau/eau 56. Cette disposition permet d'éviter toute contamination croisée entre l'huile du compresseur 2 et l'eau notamment sanitaire du circuit d'eau 4.
  • Le mode de réalisation du dispositif 1 de la figure 7 convient également pour être raccordé à un compresseur 2 et un circuit d'eau sanitaire. A cet effet, afin d'éviter toute contamination croisée, l'échangeur huile/eau est un échangeur de sécurité à double peau 55.
  • Dans tous les exemples des figures 4 à 7, le dispositif peut être utilisé pour la récupération d'énergie thermique générée par un compresseur 2 rotatif à injection d'huile destiné pour la production d'air comprimé, le dispositif étant raccordé au circuit d'huile 22 dudit compresseur. Selon les exemples des figures, le dispositif est raccordé au circuit d'huile 22 dudit compresseur à injection d'huile en parallèle dudit circuit 22, une vanne thermostatique 3 étant positionnée sur le circuit d'huile 22 dudit compresseur 2 de telle façon à dévier l'huile vers ledit dispositif lorsque l'huile est chaude et sinon, lorsque l'huile est froide à dévier l'huile en court-circuitant le circuit, l'huile ne passant pas par le dispositif 1.
  • Dans tous les exemples précédents, le dispositif conforme à l'invention est raccordé sur le circuit d'huile 22 entre le ballon séparateur air/huile 23 du compresseur 2 et le refroidisseur échangeur huile/air 24 dudit compresseur 2 qui est lui-même prévu en parallèle du circuit 22 par l'intermédiaire d'une vanne thermostatique 28.
  • Le système d'échangeur thermique 5 du dispositif 1 vient donc s'ajouter au refroidisseur échangeur huile/air 24 propre au compresseur 2 qui est conservé afin de garantir le refroidissement de l'huile chaude du compresseur 2.
  • Naturellement, d'autres modes de réalisation auraient pu être envisagés par l'homme du métier sans pour autant sortir du cadre de l'invention définie par les revendications ci-après.

Claims (15)

  1. Dispositif (1) de récupération d'énergie thermique, indépendant, destiné au transfert de chaleur de huile vers l'eau, destiné à être raccordé, d'une part, au circuit d'huile d'un compresseur (2) rotatif à injection d'huile pour la production d'air comprimé, notamment en parallèle via une vanne thermostatique (3), et d'autre part, à un circuit d'eau (4) nécessitant un apport calorifique,
    ledit dispositif de récupération d'énergie thermique comprenant :
    - un système d'échangeur thermique (5) permettant de réchauffer de l'eau froide en entrée dudit dispositif à partir de l'huile chaude en entrée dudit dispositif, et de produire de l'eau chaude et de l'huile froide en sortie du dispositif, ledit système comprenant au moins un échangeur huile/eau (51 ; 52, 53 ; 54 ; 55), présentant un circuit primaire (6) pour de l'huile et un circuit secondaire (7 ; 71, 72) pour de l'eau, et au moins une pompe de circulation (8) pour la mise en circulation de l'eau du circuit secondaire dudit échangeur huile/eau (51 ; 52, 53 ; 54 ; 55),
    - un boîtier (9) intégrant ledit système d'échangeur thermique (5),
    - au moins un premier raccord (10 ; 11, 12) destiné pour l'huile chaude en entrée dudit dispositif et au moins un deuxième raccord (13; 14, 15) pour l'huile froide en sortie du dispositif, prévus sur le circuit primaire (6) dudit échangeur huile/eau (51 ; 52, 53 ; 54 ; 55),
    - un troisième raccord (16) destiné pour l'eau froide en entrée dudit dispositif (1) et un quatrième raccord (17) pour l'eau chaude en sortie du dispositif (1), et
    ledit dispositif est destiné à être raccordé à au moins deux circuits d'huile distincts, appartenant à autant de compresseurs (2, 2') rotatifs à injection d'huile pour la production d'air comprimé, et dans lequel dispositif ledit système d'échangeur thermique (5) comprend au moins deux échangeurs huile/eau (52, 53), en parallèle,
    chacun des échangeurs (52 ; 53) huile/eau présentent undit premier raccord (11 ; 12) et undit second raccord (14; 15) prévus sur le circuit primaire (6) dudit échangeur huile/eau correspondant, ledit troisième raccord (16) étant prévu sur une entrée commune en eau froide des circuits secondaires (71, 72) desdits au moins deux échangeurs huile/eau (52, 53) et ledit quatrième raccord (17) étant prévu sur une sortie commune eau chaude des circuits secondaires (71, 72) desdits au moins deux échangeurs huile/eau (52, 53),
    caractérisé en ce que
    lesdits circuits secondaires (71, 72) desdits échangeurs huile/eau (52, 53) sont indépendants l'un de l'autre, et sont disposés en parallèle, et en ce que ledit dispositif présente des moyens pour ajuster les débits d'eau dans les circuits secondaires (71, 72) desdits échangeurs huile/eau (52, 53) comprenant pour chaque circuit secondaire une vanne de réglage de débit (18).
  2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel chacun desdits circuits secondaires (71,72) desdits échangeurs huile/eau (52, 53) présente des vannes d'arrêt (91,92)
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit au moins un échangeur huile/eau (55) est un échangeur de sécurité à double peau.
  4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 présentant une première sonde de température (t1) de l'eau froide en entrée dudit dispositif (1) et une deuxième sonde de température de l'eau chaude (t2) en sortie dudit dispositif.
  5. Dispositif selon la revendication 4, présentant des moyens d'affichage (20) des températures de l'eau froide et de l'eau chaude, en entrée et en sortie dudit dispositif, de la première sonde de température (t1) et de la deuxième sonde de température (t2).
  6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, présentant des moyens de calcul et d'affichage de la puissance/ou énergie récupérés par le dispositif (1).
  7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 présentant un coffret électrique (30), alimenté sous tension secteur, et comprenant un voyant indiquant que le dispositif est sous tension.
  8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 présentant un coffret électrique (30), alimenté sous tension secteur, et comprenant un voyant indiquant que le dispositif est en fonctionnement de récupération d'énergie.
  9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 présentant un coffret électrique (30), alimenté sous tension secteur, et comprenant un voyant indiquant la présence d'un défaut.
  10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9 présentant un coffret électrique (30), alimenté sous tension secteur, et comprenant un bouton de sécurité (31) pour la mise hors tension dudit dispositif.
  11. Utilisation du dispositif (1) de récupération d'énergie thermique, indépendant, selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 pour la récupération d'énergie thermique générée par un compresseur (2) rotatif à injection d'huile destiné pour la production d'air comprimé, ledit dispositif étant raccordé au circuit d'huile (22) dudit compresseur (2).
  12. Utilisation selon la revendication 11, dans lequel ledit dispositif (1) est raccordé au circuit d'huile dudit compresseur à injection d'huile, en parallèle, une vanne thermostatique (3) étant positionnée sur le circuit d'huile (22) dudit compresseur (2) de telle façon :
    - à dévier l'huile vers ledit dispositif (1), conforme à l'invention, lorsque l'huile est chaude, et sinon lorsque l'huile est froide ;
    - à dévier l'huile en court-circuitant ledit dispositif (1), conforme à l'invention, l'huile ne passant pas par ledit dispositif.
  13. Utilisation selon la revendication 11 ou 12, dans lequel ledit dispositif (1), conforme à l'invention, est raccordé sur le circuit d'huile (22) entre un ballon séparateur huile/air (23) et un refroidisseur échangeur huile/air (24) dudit compresseur rotatif à injection d'huile.
  14. Utilisation selon l'une des revendications 11 à 13, pour le préchauffage de l'eau sur le circuit de retour d'une chaudière.
  15. Utilisation selon l'une des revendications 11 à 14 pour le chauffage de l'eau sanitaire, ou encore le chauffage de locaux.
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