EP3848659A1 - Echangeur thermique partitionné, unité de valorisation d'énergie thermique et dispositif de stérilisation associé - Google Patents

Echangeur thermique partitionné, unité de valorisation d'énergie thermique et dispositif de stérilisation associé Download PDF

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EP3848659A1
EP3848659A1 EP21150572.2A EP21150572A EP3848659A1 EP 3848659 A1 EP3848659 A1 EP 3848659A1 EP 21150572 A EP21150572 A EP 21150572A EP 3848659 A1 EP3848659 A1 EP 3848659A1
Authority
EP
European Patent Office
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fluid
circuit
main
fluidic circuit
storage
Prior art date
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Granted
Application number
EP21150572.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP3848659B1 (fr
Inventor
Sébastien VESIN
Jérôme POUVREAU
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • 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
    • 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
    • F28D7/0058—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 the conduits for only one medium being tubes having different orientations to each other or crossing the conduit for the other heat exchange medium
    • 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
    • F28D7/0075—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids with particular circuits for the same heat exchange medium, e.g. with the same heat exchange medium flowing through sections having different heat exchange capacities or for heating or cooling the same heat exchange medium at different temperatures

Definitions

  • the present invention relates to the field of energy recovery and optimization of the use of thermal energy. It finds a particularly advantageous application in the field of sterilizers using heat discontinuously for the implementation of a sterilization cycle.
  • sterilization devices and processes are major consumers of energy and water, most of which is not recycled.
  • the device of this document comprises a sterilization chamber in which the products to be sterilized are deposited.
  • the sterilization chamber is connected to a primary fluid circuit.
  • the products to be sterilized in the sterilization chamber are sprayed with hot water coming from the primary fluid circuit.
  • the fluid is heated or cooled by means of a heat exchanger.
  • This first heat exchanger comprising for this purpose a steam inlet, a supply line for a cooling medium, a return line for the cooling medium and a condensate drain.
  • a second heat exchanger is arranged in series on the primary fluid circuit and is connected to a secondary fluid circuit. The second exchanger makes it possible to heat or cool the primary fluid circuit using a secondary fluid circuit.
  • the device also includes a laminated storage tank.
  • the energy of the primary fluid circuit is therefore transmitted via the second heat exchanger to the secondary fluid circuit and can be stored in the stratified storage tank.
  • the primary fluid circuit is cooled via the supply line of a cooling medium in the first heat exchanger until the target temperature is reached.
  • the hot fluid is removed in a temperature stratified manner from the storage tank stratified to the primary fluid circuit via the second heat exchanger as long as heat transfer to the primary fluid circuit is possible, then the primary fluid circuit is heated via the steam line in the first heat exchanger to until the target temperature is reached.
  • This device presents a loss of efficiency due to the use of each exchanger for a stage of the cycle.
  • the device does not allow recovery of the optimized stored thermal energy.
  • the heat exchanger of the invention makes it possible to reduce or increase the exchange surface of the heat exchanger according to the storage or energy requirements. thermal. The sizing of the exchanger is thus facilitated and advantageously reduced.
  • the modularity of the heat exchanger makes it possible to size the heat exchanger according to the most restrictive functionality.
  • the two-part structure of the heat exchanger and the presence of circulation means which can advantageously be controlled as a function of needs makes it possible to use a single optimized exchanger.
  • the exchanger is able to be fluidly connected to a thermal energy storage module, more precisely the first fluidic circuit and the second fluidic circuit are able to be fluidly connected to the energy storage module so that the the thermal energy exchanged by the exchanger can be stored towards or removed from the storage module.
  • the invention relates to a recovery unit comprising a heat exchanger as described above and a thermal energy storage module fluidly connected to the first fluidic circuit and to the second fluidic circuit so as to be capable of storing and remove the secondary fluid from storage.
  • the invention relates to a sterilization device comprising a sterilizer and an upgrading unit as described above, the main fluid being used as sterilization fluid in the sterilization device.
  • the recovery unit thus makes it possible to store the thermal energy of the main fluid by the secondary fluid in the storage module at the end of the sterilization cycle and to release the thermal energy stored in the storage module to heat or at least preheat. the main fluid for use in the sterilization device.
  • the invention relates to the use of an upgrading unit as described above in a sterilizer.
  • the invention makes it possible to envisage a single partitioned heat exchanger which is suitable for different hot and cold sources such as condensing steam, two-phase source or cooling water, single-phase source or hot or cold water. 'a thermal storage module, single-phase source.
  • the heat exchanger is a plate heat exchanger, preferably with welded plates.
  • the first fluidic circuit 6 and the second fluidic circuit 8 are able to be connected to a hot source and to a cold source, so as to ensure heating of the main fluid alternately by the thermal energy stored in the storage module or by a heat source or by a combination of the thermal energy stored in the storage module and by the heat source and so as to ensure cooling of the main fluid alternately by the thermal energy stored in the storage module or by a cold source or by a combination of thermal energy stored in the storage module and by the cold source.
  • the hot source is steam from a boiler
  • the cold source is water from a cold network.
  • the upgrading unit comprises a module for controlling the circulation of the main fluid and of the secondary fluid, the latter being in particular the hot source, the cold source and / or the storage fluid.
  • the circulation control module advantageously comprising a plurality of valves.
  • the flow of fluids, main fluid and secondary fluid, observed between the inlet and outlet terminals is similar either to a cross-current flow, or to a counter flow. current, or to a co-current flow.
  • Upstream and downstream at a given point are taken with reference to the direction of flow of the fluid in the circuit.
  • the heat exchanger 1 shown in figures 1 to 7 is advantageously suitable for use in combination with a storage module (not shown) and advantageously with a sterilization device also called sterilizer or autoclave.
  • a sterilization device is a device intended to sterilize products in particular by spraying hot water or hot water vapor.
  • the operation of the sterilization devices is cyclical with the successive stages: heating, temperature maintenance, then cooling in a continuous cycle.
  • the load inside the autoclave undergoes a thermal cycle provided by heating by a hot source such as a boiler and by cooling by a cold source such as water. city.
  • the heat discharged into the tap water during sterilization cycles represents a significant energy deposit which can amount to around 300 kWh (contained in 7 m 3 of water) per sterilization cycle carried out with one of the best-selling models. . Knowing that on some industrial sites, sterilizers perform up to 20 cycles per day, discharges are greater than 2 TWh and 50,000 m 3 of water per year and per sterilizer.
  • the sterilization process is clocked by batch, also called “batch”, which does not allow the use of a simple heat exchanger to preheat the water entering the boiler.
  • Recourse to the use of a storage means to recover and store the fatal heat with a view to its recovery during a following cycle makes it possible to avoid the fact that the heating and cooling phases are out of phase and intervene at different times.
  • the thermal energy storage module is chosen from sensible heat storage which can be combined with latent heat storage.
  • the storage module can be laminated, that is to say laminated in temperature.
  • the storage module comprises a reservoir partitioned into several variable volumes.
  • each volume is at a homogeneous temperature different from the others volumes.
  • the variable volumes are physically separated by deformable membranes.
  • the heat exchanger according to the invention advantageously makes it possible to divide into two parts, a first part 7 and a second part 9 distinct, the heat exchanger, more precisely a main circulation zone 2.
  • the term “distinct” is understood to mean in particular that the exchanger consists of a single enclosure, the two parts of which do not overlap.
  • the exchanger comprises an enclosure in which are arranged a first fluidic circuit and a second fluidic circuit, advantageously not superimposed and not overlapping.
  • the heat exchanger that is to say the first part 7 and the second part 9, is thus fluidly connected and therefore supplied by a hot source such as for example a steam network, by a cold source such as for example a cooling network and / or by a storage fluid stored in the storage module.
  • a hot source such as for example a steam network
  • a cold source such as for example a cooling network and / or by a storage fluid stored in the storage module.
  • the invention thus makes it possible to improve the valorization of thermal energy by making more lasting use of the heat returned by the heat storage which is used to first heat the main fluid and then secondly to preheat the main fluid intended. to the sterilizer.
  • the heat exchanger and the recovery unit according to the invention are intended for use in a sterilization device.
  • the main fluid of the exchanger being the sterilization fluid.
  • the heat exchanger 1 is of the tube-shell type for ease of illustration.
  • the heat exchanger has welded plates.
  • the local heat exchange between the circulating fluids is advantageously carried out in cross flow, which may be in countercurrent or cocurrent orientation.
  • the heat exchanger 1 comprises a main circulation zone 2, advantageously defined in an enclosure, intended to receive a main fluid 5.
  • the main circulation zone 2 comprises an inlet 3 to allow the entry of the main fluid 5 into the exchanger. thermal 1 and an outlet 4 to allow the outlet of the main fluid 5 from the heat exchanger 1.
  • the main fluid 5 circulates in the main circulation zone 2 between the inlet 3 and the outlet 4.
  • the main circulation zone 2 comprises a first part 7 and a second part 9.
  • the first part 7 and the second part 9 are preferably arranged in series according to the circulation of the main fluid 5.
  • the main circulation zone 2 defines an exterior volume, corresponding to the figures 1 to 7 to an enclosure, and in the case of a plate heat exchanger around the outer assembly of the plates.
  • the heat exchanger 1 comprises circulation means comprising a first fluid circuit 6 capable of receiving a secondary fluid.
  • the first fluidic circuit 6 is arranged in the first part 7 of the exchanger 1. It is understood that the first fluidic circuit 6 is arranged in the first part 7 in that the first fluidic circuit 6 is arranged in the volume of the first part 7 and in particular in contact with the first part 7 of the main circulation zone 2.
  • the first fluidic circuit 6 is intended to ensure the heat exchange between the main fluid 5 circulating in the first part 7 and the secondary fluid circulating in said first fluidic circuit 6.
  • the first fluidic circuit 6 comprises a first pipe 10 intended for the inlet and / or the outlet of the secondary fluid and a second pipe 11 intended for the inlet and / or the outlet of the secondary fluid.
  • the secondary fluid circulates in the first fluid circuit 6 between the first pipe 10 intended for the inlet of the secondary fluid and the second pipe 11 intended for the secondary fluid outlet or vice versa between the second pipe 11 intended for the inlet of the secondary fluid and the first pipe 10 intended for secondary fluid outlet.
  • the main fluid 5 and the secondary fluid circulate in the first part 7 according to a cross current in co-current or against the current.
  • the heat exchanger 1 comprises circulation means comprising a second fluid circuit 8 capable of receiving a secondary fluid.
  • the second fluidic circuit 8 is arranged in the second part 9 of the exchanger 1. It is understood that the second fluidic circuit 8 is arranged in the second part 9 in that the second fluidic circuit 8 is arranged in the volume of the second part 8 and in particular in contact with the second part 8 of the main circulation zone 2.
  • the second fluidic circuit 8 is intended to ensure the heat exchange between the main fluid 5 circulating in the second part 9 and the secondary fluid circulating in said second fluidic circuit 8.
  • the second fluidic circuit 8 comprises a first pipe 12 intended for the inlet and / or the outlet of the secondary fluid and a second pipe 13 intended for the inlet and / or the outlet of the secondary fluid.
  • the secondary fluid circulates in the second fluid circuit 8 between the first pipe 12 intended for the inlet of the secondary fluid and the second pipe 13 intended for the secondary fluid outlet or vice versa between the second pipe 13 intended for the inlet of the secondary fluid and the first pipe 12 intended for secondary fluid outlet.
  • the main fluid 5 and the secondary fluid circulate in the second part 9 according to a cross current in cocurrent or countercurrent.
  • the secondary fluid is chosen from a hot source, a cold source and / or a storage fluid.
  • the secondary fluid circulating in the first fluidic circuit 6 is identical to the secondary fluid circulating in the second fluidic circuit 8 or else the secondary fluid circulating in the first fluidic circuit 6 is different from the secondary fluid circulating in the second circuit fluidics 8.
  • the hot source is a fluid intended to provide thermal energy in the heat exchanger 1.
  • the hot source is advantageously hot water or hot water vapor, preferably coming from a heating means such as for example a gas, oil, electric or biomass boiler.
  • the cold source is a fluid intended to recover thermal energy in the heat exchanger 1.
  • the cold source is advantageously city water from a cold network, cooled by a cooling tower, a refrigeration unit or by heat exchange with groundwater, from a river.
  • the storage fluid is advantageously a heat transfer fluid chosen to operate at the temperature of the application, in this case for a sterilization device.
  • the storage fluid is water thus facilitating the successive circulation of the storage fluid, the hot source and the cold source in the first fluidic circuit 6 and the second fluidic circuit 8.
  • the water remains the most advantageous storage fluid.
  • the water is preferably pressurized and potentially overheated.
  • Other fluids can be considered, such as thermal oil.
  • the first fluidic circuit 6 is advantageously fluidly connected to an outlet of the storage module 17, so that the secondary fluid, being the storage fluid, is released from the storage module and enters the first fluidic circuit 6.
  • the first fluidic circuit 6 is also advantageously fluidically connected to a hot source outlet 16 so that the secondary fluid, being a hot source, enters the first fluidic circuit 6.
  • the first fluidic circuit 6 is also advantageously fluidly connected to a cold source return 23 so that the secondary fluid being a cold source leaves the first fluidic circuit 6.
  • the first fluidic circuit 6 is fluidly connected to an outlet of the storage module 17, to a hot source outlet 16, and to a cold source return 23 by three separate fluidic connections. According to another possibility shown in the figures, the first fluidic circuit 6 is fluidly connected to an outlet of the storage module 17, to a hot source outlet 16 and to a cold source return 23 by a first common pipe 10.
  • the first fluidic circuit 6 is advantageously fluidly connected to a return to the storage module 18, so that the secondary fluid being the storage fluid is stored in the storage module on leaving the first fluidic circuit 6.
  • the first fluidic circuit 6 is advantageously fluidly connected to a hot source return 21, so that the secondary fluid being a hot source leaves the first fluidic circuit 6 and advantageously returns to the heating means.
  • the first fluidic circuit 6 is also advantageously fluidly connected to the second fluidic circuit 8 so as to fluidly connect the first fluidic circuit 6 and the second fluidic circuit 8.
  • the first fluidic circuit 6 is fluidly connected to a return to the storage module 18, to a hot source return 21 and to the second fluidic circuit 8, by three separate fluidic connections. According to another possibility shown in the figures, the first fluidic circuit 6 is fluidly connected to a return to the storage module 18, to a hot source return 21 and to the second fluidic circuit 8, by a second common pipe 11.
  • the second fluidic circuit 8 is advantageously fluidly connected to a return to the storage module 20, so that the secondary fluid being the storage fluid is stored in the storage module on leaving the second fluidic circuit 8.
  • the second fluidic circuit 8 is advantageously also fluidically connected to a hot source outlet 19 so that the secondary fluid, being a hot source, enters the second fluidic circuit 8.
  • the second fluidic circuit 8 is advantageously also fluidically connected to a cold source outlet 24 so that the secondary fluid, being a cold source, enters the second fluidic circuit 8.
  • the second fluidic circuit 8 is fluidly connected to a return to the storage module 20, to a hot source outlet 19 and to a cold source outlet 24 by three separate fluidic connections.
  • the first fluidic circuit 8 is fluidly connected to a return to the storage module 20, to a hot source outlet 19 and to a cold source outlet 24 by a first common pipe 12.
  • the second fluidic circuit 8 is advantageously fluidly connected to a hot source return 21, so that the secondary fluid being a hot source leaves the second fluidic circuit 8.
  • the second fluidic circuit 8 is advantageously fluidly connected to a cold source return 25, so that the secondary fluid being a cold source leaves the second fluidic circuit 8 and advantageously returns either to the cooling network or to an intermediate cooling module. .
  • the second fluidic circuit 8 is also advantageously also fluidly connected to the first fluidic circuit 6 so as to fluidly connect the first fluidic circuit 6 and the second fluidic circuit 8.
  • the second fluidic circuit 8 is fluidly connected to a hot source return 21, to a cold source return 25 and to the first fluidic circuit 6 by three separate fluidic connections.
  • the first fluidic circuit 8 is fluidly connected to a hot source return 21, to a cold source return 25 and to the first fluidic circuit 6 by a second common pipe 13.
  • the heat exchanger 1 comprises a module for controlling the circulation of the main fluid 5 and of the secondary fluid being the hot source, the cold source and / or the storage fluid and comprising a plurality of valves.
  • the heat exchanger comprises a module for measuring physical parameters of the heat exchanger, such as the temperature T STW, from the main fluid 5 at the inlet 3 of the main circulation zone 2 and / or the temperature T STW, to main fluid 5 at the outlet 4 of the main circulation zone 2 and / or the temperature T R, 1 of the secondary fluid at the inlet of the first fluid circuit 6.
  • the figures 1 to 3 illustrate the heat exchanger 1 in operation during the heating phase of the main fluid, each figure corresponds to a time of this heating phase.
  • the figure 1 illustrates a heat exchanger 1 in the heating phase of the main fluid 5 only by discharging the thermal energy stored in the storage module.
  • thermal energy storage module is loaded with thermal energy.
  • the storage module has been loaded beforehand by recovering the heat during a cooling phase of a previous cycle.
  • the thermal energy restored by the thermal storage module is at a temperature level sufficient to allow the main fluid 5 intended to supply the sterilization device to follow a set temperature.
  • the temperature T R, 1 of the storage fluid at the outlet of the storage module is greater than the temperature T STW, from of the main fluid 5 at the inlet 3 of the main circulation zone 2 of the heat exchanger 1.
  • the fluid main 5 is heated only by thermal energy from the storage module.
  • the storage fluid leaves the storage module through the outlet of the storage module 17, advantageously connected fluidly to the first pipe 10 of the first fluidic circuit 6.
  • the storage fluid enters the first fluidic circuit 6 and circulates to exchange with the main fluid 5 circulating the first part of the main circulation zone 2 between the inlet 3 and the outlet 4.
  • the exchange between the storage fluid and the main fluid 5 is carried out locally by cross flow with a co-current orientation,
  • the storage fluid leaves the first fluid circuit 6, advantageously via the second pipe 11.
  • the second pipe 11 of the first fluidic circuit 6 is fluidly connected to the second pipe 13 of the second fluidic circuit 8 so that the first fluidic circuit 6 and the second fluidic circuit 8 are fluidly connected by a fluidic connection 22
  • the storage fluid also circulates in the second fluidic circuit 8 to exchange with the main fluid 5, before leaving, preferably via the first pipe 12, the second fluidic circuit 8.
  • the exchange between the storage fluid and the main fluid 5 is carried out locally by cross-current with a co-current orientation, the storage fluid returns to the storage module via the return 20.
  • the circulation control module advantageously comprises a stock valve V, from intended to control the outlet of the storage fluid out of the storage module preferably arranged on the outlet of the storage module e 17.
  • the circulation control module advantageously comprises a bypass valve V intended to fluidly connect the first fluidic circuit 6 and the second fluidic circuit 8 preferably arranged on the fluidic connection 22.
  • the circulation control module advantageously comprises a valve V stock, to intended to put in fluidic connection the first pipe 12 of the second fluidic circuit 8 with the storage module to allow return of the fluid from storage from the second fluid circuit 8 to the storage module, preferably arranged on the return to the storage module 20.
  • the valves V stock, from , V bypass , V stock, to are open in the configuration of the figure 1 . According to this first possibility, the two parts, the first part 7 and the second part 9, of the heat exchanger, more precisely of the main circulation zone 2, are used which has the advantage of exploiting a larger surface. exchange.
  • the second pipe 11 of the first fluidic circuit 6 is not fluidly connected to the second pipe 13 of the second fluidic circuit 8, so that the storage fluid circulates in the first fluidic circuit 6 and emerges therefrom. ci by the second pipe 11 fluidly connected to the storage module so that the storage fluid returns to the storage module, without circulating in the second fluidic circuit 8.
  • This configuration is implemented for example when the temperature T R, 1 is very high compared to the temperature T STW, from and compared to the set point temperature. This configuration thus avoids causing unnecessary pressure drops in the storage fluid when its circulation only in the first fluid circuit 6 is sufficient for heating the main fluid 5.
  • the valve V stock, from is controlled as a function of the acquisition of the temperature T STW, to of the main fluid at the outlet 4 of the main circulation zone 2, so that the temperature T STW, to reaches a set point temperature.
  • the heat exchanger As soon as the temperature of the storage fluid and therefore the thermal energy returned by the storage module no longer allows the main fluid 5, intended to be used by the sterilization device, to follow a set temperature then, the heat exchanger according to the invention operates according to the figure 2 .
  • the mode of operation of the figure 2 is thus implemented when the temperature T R, 1 of the storage fluid at the outlet of the storage module is greater than the temperature T STW, from the main fluid at the inlet 3 of the main circulation zone 2, but the temperature T STW, to is lower than a set point temperature.
  • the thermal energy restored by the storage module thus allows the preheating of the main fluid intended to supply the sterilization device by using the first part 7 of the partitioned heat exchanger.
  • the second part 9 of the heat exchanger is supplied by a hot source, preferably a steam network, and thus provides additional heat to the main fluid 5 leaving the first part. 7.
  • the main fluid 5 is preheated by the thermal energy of the storage module at the level of the first fluidic circuit 6.
  • the storage fluid leaves the storage module. by the departure of the storage module 17 fluidly connected to the first fluidic circuit 6, preferably by the first pipe 10.
  • the storage fluid enters the first fluidic circuit 6 and circulates to exchange, advantageously in cross-current, with the main circulating fluid 5 in the first part 7 of the main circulation zone 2 between the inlet 3 and the outlet 4.
  • the storage fluid leaves the first fluid circuit 6, advantageously via the second pipe 11, to return to the storage module via the return 18.
  • the circulation control module advantageously comprises a valve V stock, to 2 intended to place the second pipe 11 of the first fluidic circuit 6 in fluid connection with the storage module to allow the return of the storage fluid from the first fluidic circuit 6. to the storage module.
  • the stock valve V to 2, preferably arranged on the return to the storage module 18, is open.
  • the bypass valve V is closed so that the fluidic connection 22 between the first fluidic circuit 6 and the second fluidic circuit 8 is inactive.
  • the first fluidic circuit 6 and the second fluidic circuit 8 are fluidically independent.
  • the main fluid 5 is then heated by the hot source in the second part 9 of the heat exchanger.
  • the second fluid circuit 8 is fluidly connected to the hot source outlet 19, preferably by the first pipe 12.
  • the circulation control module advantageously comprises a valve V vap, 2 intended to put the first pipe 12 of the second circuit in fluid connection. fluidic 8 with the hot source to allow the hot source, for example from heating means, to enter the second fluidic circuit 8 preferably via the first pipe 12.
  • the valve V vap, 2 preferably arranged on a hot source outlet 19 is open.
  • the hot source is advantageously water vapor, for example coming from heating means such as a boiler.
  • the hot source circulates in the second fluidic circuit 8 and transmits thermal energy to the main fluid 5 circulating in the second part 9 of the main circulation zone 2 in the direction of the outlet 4.
  • the hot source leaves the second fluidic circuit 8, preferably by the second pipe 13 fluidly connected to a hot source return 21, preferably connected to the heating means such as a boiler.
  • the hot source from the second fluid circuit is steam condensate.
  • the circulation control module advantageously comprises a valve V cond arranged on the return of the hot source 21 which is open to allow the return of the condensate to the heating means.
  • Valve V vap, 2 is controlled as a function of the acquisition of the temperature T STW, to so that this temperature T STW, to is equal to a setpoint temperature.
  • the storage module stops supplying the heat exchanger.
  • the heating of the main fluid 5 is then provided only by the hot source, preferably the steam network, supplying, according to the embodiment, one part or both parts of the heat exchanger.
  • the heat exchanger operates according to the figure 3 .
  • the temperature T R, 1 of the storage fluid at the outlet of the storage module is lower than the temperature T STW, from the main fluid 5 at the inlet 3 of the main circulation zone 2.
  • the valves V vap1 , V vap2 , V bypass and V cond are open.
  • the first fluidic circuit 6 is fluidly connected, preferably by the first pipe 10, to the outlet of hot source 16.
  • the circulation control module advantageously comprises a valve V vap1 arranged on the outlet of hot source 16, which is open so to allow the entry of the hot source, preferably steam into the first fluidic circuit 6.
  • the hot source circulates in the first fluidic circuit 6, preferably up to the second pipe 11.
  • the hot source exchanges thermal energy towards the main fluid 5 by exchange, advantageously by cross-flow.
  • the hot source leaves the first fluid circuit 6, preferably via the second pipe 11, fluidly connected to a hot source return 21, the valve V cond arranged on the hot source return 21 is open.
  • the main fluid 5 is also heated in the second part 9 of the heat exchanger.
  • the second fluid circuit 8 is fluidly connected, preferably by the first pipe 12, to the hot source outlet 19, the valve V vap2 arranged on the hot source outlet 19 is open so as to allow the hot source to enter, preferably of vapor, in the second fluidic circuit 8.
  • the hot source circulates in the second fluidic circuit 8, preferably up to the second pipe 13.
  • the hot source exchanges its thermal energy towards the main fluid 5, advantageously by exchange in cross current.
  • the hot source leaves the second fluid circuit 8 preferably via the second pipe 13, fluidly connected to a hot source return 21, the valve V cond arranged on the hot source return 21 is open.
  • the second pipe 11 of the first fluidic circuit 6 and the second pipe 13 of the second fluidic circuit 8 are advantageously fluidly connected by the fluid connection 22, the bypass valve V being open.
  • the hot source returns respectively from the first fluidic circuit 6 and from the second fluidic circuit 8 are fluidly connected to ensure a common return of the condensates from the hot source to, for example, the boiler.
  • the figures 4 to 7 illustrate the heat exchanger 1 in operation during the cooling phase of the main fluid, each figure corresponding to a time of this cooling phase.
  • the cooling phase of the sterilization device corresponds to the phase during which the thermal storage module is charged with thermal energy.
  • the figure 4 corresponds to the start of cooling of the main fluid 5, that is to say after the heating phase and optionally of maintaining the temperature of the sterilization device.
  • the temperature T R, 1 of the storage fluid at the outlet of the storage module is lower than the temperature T STW, from of the main fluid 5 at the inlet 3 of the main circulation zone 2.
  • the valves V stock, from , V stock, to1 , V bypass are open.
  • the main fluid 5 is cooled only by the storage fluid.
  • the first fluidic circuit 6 is fluidly connected, preferably by the first pipe 10, from the storage module 17, the valve V stock, from , allowing the storage fluid to leave the storage module and to enter the first fluidic circuit 6, is open.
  • the storage fluid circulates in the first fluidic circuit 6 and exchanges with the main fluid 5 circulating in the first part 7 by local exchange, advantageously by cross flow, or by cocurrent as illustrated in figure 4 , or by counter-current as illustrated in figure 7 .
  • the counter-current circulation of the storage fluid and of the main fluid 5 is defined as a function of the cycles of the sterilization device, in this case, the embodiment illustrated in figure 7 with counter-current circulation is chosen when the main fluid 5 is cooled by the storage fluid itself directly cooled in the storage module by a cold source.
  • the main fluid 5 transfers its thermal energy to the storage fluid.
  • the storage fluid leaves the first fluidic circuit 6, preferably via the second pipe 11, preferably fluidly connected to the second pipe 13 of the second fluidic circuit 8 via the fluidic connection 22, the bypass valve V being open.
  • the storage fluid enters the second fluidic circuit 8, preferably via the second pipe 13, and circulates in the second fluidic circuit 8.
  • the storage fluid exchanges with the main fluid 5 circulating in the second part 9.
  • the main fluid 5 gives way.
  • the storage fluid leaves the second fluid circuit 8, preferably by the first pipe 12.
  • the second fluid circuit 8 is fluidly connected, preferably by the first pipe 12, to a storage return 20, a valve V stock, to being open.
  • the valve V stock, from is controlled as a function of the acquisition of the temperature T STW, to so that this temperature T STW, to is equal to a set point temperature.
  • the thermal energy that can be captured by the storage fluid thus makes it possible to pre-cool the main fluid 5 at the outlet of the sterilization device by using the first part 7 of the partitioned heat exchanger.
  • the second part 9 of the heat exchanger is supplied by a cold source, preferably a cooling network, and thus provides in the second part 9 the cooling necessary for the main fluid 5 exiting from the first part 7 of the heat exchanger.
  • the pre-cooling of the main fluid 5 is provided by the storage fluid.
  • the first fluidic circuit 6 is fluidly connected, preferably by the first pipe 10, from the storage module 17, the valve V stock, from allowing the storage fluid to leave the storage module and to enter the first fluidic circuit 6 is open.
  • the storage fluid circulates in the first fluidic circuit 6 and exchanges with the main fluid 5 by local exchange, advantageously by cross flow, against the current particularly if the heat exchanger is composed of welded plates.
  • the main fluid 5 circulating in the first part 7, preferably gives up its thermal energy to the storage fluid.
  • the storage fluid leaves the first fluidic circuit 6 through the second pipe 11.
  • the second pipe 11 is fluidly connected to the return to the storage module 18.
  • the first fluidic circuit 6 and the second fluidic circuit 8 are fluidly independent, the bypass valve V being closed. Fluidic connection 22 is inactive.
  • the second fluid circuit 8 is fluidly connected, preferably by the first pipe 12, from a cold source 24.
  • a V cool valve in arranged on the cold source 24 being open to allow the entry of the cold source. preferably city water in the second fluidic circuit 8, preferentially via the first pipe 12.
  • the cold source circulating in the second fluidic circuit 8 recovers the thermal energy given up by the main fluid 5 circulating in the second part 9 preferably in cross flow, against the current particularly if the heat exchanger is composed of welded plates.
  • the cold source emerges from the second fluid circuit 8, preferably via the second pipe 13 fluidly connected to a cold source return 25, a valve V cool, out2 arranged on the cold source return 25 being open.
  • the valve V cool in is controlled as a function of the acquisition of the temperature T STW, to so that this temperature T STW, to is equal to a setpoint temperature.
  • the storage fluid does not no longer ensures the cooling of the main fluid 5.
  • the storage module stops supplying the heat exchanger.
  • the exchanger then operates according to the embodiment illustrated in figure 6 .
  • the cooling of the main fluid 5 is provided only by the cold source, preferably the city water network, supplying according to the embodiment one part or both parts of the heat exchanger.
  • the circulation of the cold source takes place successively in the second part 9 then in the first part 7 of the heat exchanger.
  • This circulation of the cold source makes it possible to ensure a local exchange by cross-current with a counter-current orientation improving the heat exchange between the cold source and the main fluid 5.
  • the cold source enters the second fluid circuit 8, preferably by the second pipe 12 fluidly connected to the outlet of the cold source 24, the valve V cool, in being open to allow the entry of the cold source, preferably city water, into the second fluid circuit 8, preferably by the first pipe 12.
  • the cold source circulating in the second fluidic circuit 8 recovers the thermal energy transferred by the main fluid 5 circulating in the second part 9, preferably in cross-current with counter-current orientation.
  • the cold source emerges from the second fluidic circuit 8, preferably via the second conduit 13 fluidly connected to the second conduit 11 of the first fluidic circuit 6 via the fluidic connection 22, the bypass valve V being open.
  • the cold source enters the first fluidic circuit 6 through which it circulates before exiting through the first pipe 10.
  • the first pipe 10 being fluidly connected to a cold source return 23, the valve V cool, out1 being open.
  • the valve V cool in is controlled as a function of the acquisition of the temperature T STW, to so that this temperature T STW, to is equal to a setpoint temperature.

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Abstract

Echangeur thermique partitionné, unité de valorisation d'énergie thermique et dispositif de stérilisation associéL'invention concerne un échangeur thermique (1) comprenant:- une zone de circulation principale (2) apte à recevoir un fluide principal (5), et -des moyens de circulation aptes à recevoir un fluide secondaire et configurés assurer un échange thermique avec la zone de circulation principale (2), caractérisé en ce que en ce que :- la zone de circulation principale (2) comprend une première partie (7) et une deuxième partie (9) distincte, et- les moyens de circulation comprennent• un premier circuit fluidique (6) agencé au contact de la première partie (7) de l'échangeur thermique (1) et destiné à recevoir le fluide secondaire de sorte à assurer un échange thermique entre le fluide secondaire et le fluide principal (5) circulant dans la première partie (7),• un deuxième circuit fluidique (8) agencé dans au contact de la deuxième partie (9) de l'échangeur thermique (1) et destiné à recevoir le fluide secondaire, de sorte à assurer un échange thermique entre le fluide secondaire et le fluide principal (5) circulant dans la deuxième partie (9),- le premier circuit fluidique (6) et le deuxième circuit fluidique (8) étant configurés pour être alternativement indépendants fluidiquement ou être connectés fluidiquement l'un à l'autre.La présente invention concerne le domaine de la récupération d'énergie et de l'optimisation de l'utilisation de l'énergie thermique. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse le domaine des stérilisateurs utilisant de la chaleur de manière discontinue pour la mise en œuvre d'un cycle de stérilisation.

Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • La présente invention concerne le domaine de la récupération d'énergie et de l'optimisation de l'utilisation de l'énergie thermique. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse le domaine des stérilisateurs utilisant de la chaleur de manière discontinue pour la mise en oeuvre d'un cycle de stérilisation.
    • ÉTAT DE LA TECHNIQUE
  • L'optimisation écologique des appareils et process industriels est une démarche dans laquelle les industriels s'engagent de plus en plus. L'optimisation écologique, en plus d'avoir un effet positif sur l'environnement, contribue à l'image de l'entreprise. L'optimisation écologique passe couramment par une optimisation énergétique permettant une réduction des coûts.
  • Parmi les process industriels pouvant être optimisés, les dispositifs et procédés de stérilisation sont des grands consommateurs d'énergie et d'eau dont une majeure partie n'est pas recyclée.
  • On connait le document US 9,566,356 B2 décrivant un dispositif de stérilisation à récupération d'énergie.
  • Le dispositif de ce document comprend une chambre de stérilisation dans laquelle les produits à stériliser sont déposés. La chambre de stérilisation est reliée à un circuit de fluide primaire. Les produits à stériliser dans la chambre de stérilisation sont pulvérisés avec de l'eau chaude issue du circuit de fluide primaire. Dans ledit circuit de fluide primaire, le fluide est chauffé ou refroidi au moyen d'un échangeur de chaleur. Ce premier échangeur de chaleur comprenant à cet effet une entrée de vapeur, une conduite d'alimentation d'un agent de refroidissement, une conduite de retour de l'agent de refroidissement et un drain de condensat. Un second échangeur de chaleur est agencé en série sur le circuit de fluide primaire et est connecté à un circuit de fluide secondaire. Le deuxième échangeur permet de chauffer ou de refroidir le circuit de fluide primaire grâce à un circuit de fluide secondaire. Le dispositif comprend également un réservoir de stockage stratifié. Lors d'un cycle de refroidissement du circuit de fluide primaire, l'énergie du circuit de fluide primaire est donc transmise via le deuxième échangeur de chaleur au circuit de fluide secondaire et peut être stockée dans le réservoir de stockage stratifié. Lorsque le refroidissement par transfert thermique au circuit de fluide secondaire n'est plus possible alors le circuit de fluide primaire est refroidi via la conduite d'alimentation d'un agent de refroidissement dans le premier échangeur de chaleur jusqu'à ce que la température cible soit atteinte. Lors d'un prochain chauffage de la chambre, le fluide chaud est déstocké de manière stratifiée en température depuis le réservoir de stockage stratifié vers le circuit de fluide primaire via le deuxième échangeur de chaleur tant que le transfert de chaleur vers le circuit de fluide primaire est possible, ensuite le circuit de fluide primaire est chauffé via la conduite de vapeur dans le premier échangeur de chaleur jusqu'à ce que la température cible soit atteinte.
  • Ce dispositif présente une perte de rendement du fait de l'utilisation de chaque échangeur pour une étape du cycle. Le dispositif ne permet pas une valorisation de l'énergie thermique stockée optimisée.
  • Il existe donc le besoin d'améliorer la valorisation de l'énergie thermique récupérée et utilisée.
  • Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.
    • RÉSUMÉ
  • Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation on prévoit un échangeur thermique comprenant :
    • une zone de circulation principale apte à recevoir un fluide principal, et
    • des moyens de circulation aptes à recevoir un fluide secondaire et configurés pour assurer un échange thermique avec la zone de circulation principale, caractérisé en ce que la zone de circulation principale comprend une première partie et une deuxième partie, avantageusement distincte, et que les moyens de circulation comprennent
      • un premier circuit fluidique agencé en contact de la première partie de l'échangeur thermique et plus précisément de la zone de circulation principale et destiné à recevoir le fluide secondaire de sorte à assurer un échange thermique entre le fluide secondaire et le fluide principal circulant première partie, et
      • un deuxième circuit fluidique agencé en contact d'une deuxième partie de la zone de circulation principale et destiné à recevoir le fluide secondaire, de sorte à assurer un échange thermique entre le fluide secondaire et le fluide principal circulant dans la deuxième partie, et
      que le premier circuit fluidique et le deuxième circuit fluidique étant configurés pour être alternativement indépendant fluidiquement ou être connectés fluidiquement l'un à l'autre.
  • L'échangeur thermique de l'invention permet de réduire ou augmenter la surface d'échange de l'échangeur thermique en fonction des besoins en stockage ou en énergie thermique. Le dimensionnement de l'échangeur est ainsi facilité et avantageusement réduit. La modularité de l'échangeur thermique permet de dimensionner l'échangeur thermique suivant la fonctionnalité la plus contraignante. La structure en deux parties de l'échangeur et la présence de moyens de circulation pouvant avantageusement être pilotés en fonction des besoins permet d'utiliser un seul échangeur optimisé.
  • De manière facultative, l'échangeur est apte à être connecté fluidiquement à un module de stockage d'énergie thermique plus précisément le premier circuit fluidique et le deuxième circuit fluidique sont aptes à être connectés fluidiquement au module de stockage d'énergie de sorte que le l'énergie thermique échangée par l'échangeur puisse être stockée vers ou déstockée depuis le module de stockage.
  • L'invention concerne selon un autre aspect une unité de valorisation comprenant un échangeur thermique tel que décrit ci-dessus et un module de stockage d'énergie thermique connecté fluidiquement au premier circuit fluidique et au deuxième circuit fluidique de sorte à être apte à stocker et déstocker le fluide secondaire.
  • L'invention concerne selon un autre aspect un dispositif de stérilisation comprenant un stérilisateur et une unité de valorisation telle que décrite ci-dessus, le fluide principal étant utilisé comme fluide de stérilisation dans le dispositif de stérilisation. L'unité de valorisation permet ainsi de stocker l'énergie thermique du fluide principal par le fluide secondaire dans le module de stockage en fin de cycle de stérilisation et de déstocker l'énergie thermique stockée dans le module de stockage pour chauffer ou au moins préchauffer le fluide principal destiné à être utilisé dans le dispositif de stérilisation.
  • L'invention concerne l'utilisation d'une unité de valorisation telle que décrite ci-dessus dans un stérilisateur.
  • Un autre aspect concerne un procédé de valorisation de l'énergie thermique par une unité de valorisation telle que décrite ci-dessus dans lequel lors d'une étape de chauffage du fluide principal pour que la température TSTW,to, du fluide principal en sortie de zone de circulation principale atteigne une température de consigne :
    • quand la température du fluide de stockage en sortie du module de stockage TR,1 est supérieure à la température TSTW, from du fluide principal en entrée de la zone de circulation principale, le premier circuit fluidique et le deuxième circuit fluidique sont connectés fluidiquement, le fluide de stockage circule successivement dans le premier circuit fluidique puis le deuxième circuit fluidique de sorte à assurer un échange thermique du fluide de stockage vers le fluide principal dans la première partie et dans la deuxième partie, ou
    • quand la température du fluide de stockage en sortie du module de stockage TR,1 est supérieure à la température TSTW, from du fluide principal en entrée de la zone de circulation principale, et que la température TSTW, to du fluide principal en sortie de la zone de circulation principale est inférieure à une température de consigne), le premier circuit fluidique et le deuxième circuit fluidique sont indépendants fluidiquement, le premier circuit fluidique assure le préchauffage du fluide principal par le fluide de stockage déstocké du module de stockage et circulant dans le premier circuit fluidique et le deuxième circuit fluidique assure le chauffage du fluide principal par une source chaude circulant dans le deuxième circuit fluidique, ou
    • quand la température du fluide de stockage en sortie du module de stockage TR,1 est inférieure à la température TSTW, from du fluide principal en entrée de la zone de circulation principale, le premier circuit fluidique et le deuxième circuit fluidique sont indépendants fluidiquement, le premier circuit fluidique assure le préchauffage du fluide principal par une source chaude et le deuxième circuit fluidique assure le chauffage du fluide principal par une source chaude. Selon une possibilité, les retours des sources chaudes respectivement du premier circuit fluidique et du deuxième circuit fluidique sont connectées fluidiquement pour assurer un retour commun des condensats de la source chaude vers par exemple la chaudière.
  • Un autre aspect concerne un procédé de valorisation de l'énergie thermique par une unité de valorisation telle que décrite ci-dessus dans lequel lors d'une étape de refroidissement du fluide principal pour que la température TSTW, to, du fluide principal en sortie de zone de circulation principale atteigne une température de consigne :
    • quand la température du fluide de stockage en sortie du module de stockage TR,1 est inférieure à la température TSTW, from du fluide principal en entrée de la zone de circulation principale, le premier circuit fluidique et le deuxième circuit fluidique sont connectés fluidiquement, le fluide de stockage circule successivement dans le premier circuit fluidique puis le deuxième circuit fluidique de sorte à refroidir le fluide principal et stocker l'énergie thermique dans le module de stockage,
    • quand la température du fluide de stockage en sortie du module de stockage TR,1 est inférieure à la température TSTW, from du fluide principal en entrée de la zone de circulation principale, le premier circuit fluidique et le deuxième circuit fluidique sont indépendants fluidiquement, le premier circuit fluidique assure le prérefroidissement du fluide principal par le fluide de stockage déstocké du module de stockage et le deuxième circuit fluidique assure le refroidissement du fluide principal par une source froide,
    • quand la température du fluide de stockage en sortie du module de stockage TR,1 est supérieure à la température TSTW, from du fluide principal en entrée de la zone de circulation principale, le premier circuit fluidique et le deuxième circuit fluidique sont connectés fluidiquement, la source froide circulant successivement dans le deuxième circuit fluidique puis dans le premier circuit fluidique.
  • L'invention permet d'envisager un seul échangeur thermique partitionné qui soit adapté à différentes sources chaudes et froides tel que de la vapeur se condensant, source diphasique ou de l'eau de refroidissement, source monophasique ou de l'eau chaude ou froide d'un module de stockage thermique, source monophasique.
    • BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
  • Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée d'un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d'accompagnement suivants dans lesquels :
    • La figure 1 représente l'unité de valorisation selon l'invention en mode chauffage du fluide principal par décharge du module de stockage d'énergie thermique
    • La figure 2 représente l'unité de valorisation selon l'invention en mode chauffage du fluide principal par décharge du module de stockage d'énergie thermique et appoint d'une source chaude
    • La figure 3 représente l'unité de valorisation selon l'invention en mode chauffage du fluide principal par la source chaude
    • La figure 4 représente l'unité de valorisation selon l'invention en mode refroidissement du fluide principal par la charge du module de stockage d'énergie thermique
    • La figure 5 représente l'unité de valorisation selon l'invention en mode refroidissement du fluide principal par la charge du module de stockage d'énergie thermique et appoint d'une source froide
    • La figure 6 représente l'unité de valorisation selon l'invention en mode refroidissement du fluide principal par la source froide
    • La figure 7 représente l'unité de valorisation selon l'invention en mode refroidissement du fluide principal selon la figure 4 dans laquelle le fluide principal circule à contre-courant. Dans ce mode de refroidissement, le fluide principal est refroidi par le module de stockage d'énergie thermique, dans une configuration où ce dernier est directement refroidi par une source froide. En somme, la source froide ne refroidit pas directement le fluide principal, mais refroidit une partie du module de stockage, qui refroidit à son tour le fluide principal.
  • Les dessins sont donnés à titre d'exemple et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques.
    • DESCRIPTION DÉTAILLÉE
  • Avant d'entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l'invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement.
  • Avantageusement, l'échangeur thermique est un échangeur à plaques, préférentiellement à plaques soudées.
  • Avantageusement, le premier circuit fluidique 6 et le deuxième circuit fluidique 8 sont aptes à être connectés à une source chaude et à une source froide, de sorte à assurer un chauffage du fluide principal alternativement par l'énergie thermique stockée dans le module de stockage ou par une source de chaleur ou par combinaison de l'énergie thermique stockée dans le module de stockage et par la source de chaleur et de sorte à assurer un refroidissement du fluide principal alternativement par l'énergie thermique stockée dans le module de stockage ou par une source froide ou par combinaison de l'énergie thermique stockée dans le module de stockage et par la source froide.
  • Avantageusement, le premier circuit fluidique est configuré pour être connecté fluidiquement, préférentiellement par la première conduite 10 :
    • à un départ du module de stockage de sorte à permettre l'entrée du fluide secondaire étant un fluide de stockage dans le premier circuit fluidique,
    • à une arrivée de source chaude de sorte à permettre l'entrée du fluide secondaire étant une source chaude dans le premier circuit fluidique,
    • à un retour de source froide de sorte à permettre la sortie du fluide secondaire étant une source froide hors du premier circuit fluidique.
  • Avantageusement, le premier circuit fluidique est configuré pour être connecté fluidiquement, préférentiellement par une deuxième conduite 11 :
    • à un retour au module de stockage d'énergie thermique de sorte à permettre la sortie du fluide secondaire étant le fluide de stockage hors du premier circuit fluidique et permettre le stockage d'énergie thermique dans le module de stockage d'énergie thermique
    • à la deuxième conduite 13 du deuxième circuit fluidique de sorte à mettre en connexion fluidique le premier circuit fluidique et le deuxième circuit fluidique,
    • à un retour de la source chaude de sorte à permettre la sortie du fluide secondaire étant la source chaude hors du premier circuit fluidique.
  • Avantageusement, le deuxième circuit fluidique est configuré pour être connecté fluidiquement, préférentiellement par une première conduite 12 :
    • à une arrivée d'une source chaude de sorte à permettre l'entrée du fluide secondaire étant la source chaude dans le deuxième circuit fluidique
    • à un retour vers le module de stockage d'énergie thermique de sorte à permettre la sortie du fluide secondaire étant le fluide de stockage hors du deuxième circuit fluidique et permettre le stockage d'énergie thermique dans le module de stockage d'énergie thermique
    • à un départ d'une source froide de sorte à permettre l'entrée du fluide secondaire étant la source froide dans le deuxième circuit fluidique.
  • Avantageusement, le deuxième circuit fluidique est configuré pour être connecté fluidiquement, préférentiellement par une deuxième conduite 13 :
    • à la deuxième conduite 9 du premier circuit fluidique de sorte à mettre en connexion fluidique le premier circuit fluidique et le deuxième circuit fluidique
    • à un retour de la source chaude de sorte à permettre la sortie du fluide secondaire étant la source chaude hors du deuxième circuit fluidique
    • à un retour de source froide de sorte à permettre la sortie du fluide secondaire étant la source froide hors du deuxième circuit fluidique.
  • Avantageusement, la source chaude est de la vapeur issue d'une chaudière
  • Avantageusement, la source froide est de l'eau issue d'un réseau froid.
  • Avantageusement, l'unité de valorisation comprend un module de contrôle de la circulation du fluide principal et du fluide secondaire, celui-ci étant notamment la source chaude, la source froide et/ou le fluide de stockage. Le module de contrôle de la circulation comprenant avantageusement une pluralité de vannes.
  • Avantageusement, suivant les différents modes de fonctionnement de cet échangeur thermique, l'écoulement des fluides, fluide principal et fluide secondaire, observé entre les bornes entrée et sortie s'apparente soit à un écoulement en courant croisé, soit à un écoulement en contre-courant, soit à un écoulement en co-courant.
  • Il est précisé que dans le cadre de la présente invention, le terme « agencé sur », ou ses équivalents signifient « en connexion fluidique ».
  • Dans la présente description, l'expression « A fluidiquement raccordé à B» est synonyme de « A est en connexion fluidique avec B » ne signifie pas nécessairement qu'il n'existe pas d'organe entre A et B. Les expressions « agencée sur » ou « sur » sont synonymes de « raccordé fluidiquement à ».
  • L'amont et l'aval en un point donné sont pris en référence au sens de circulation du fluide dans le circuit.
  • L'échangeur thermique 1 illustré aux figures 1 à 7 est avantageusement apte à être utilisé associé à un module de stockage non représenté et avantageusement à un dispositif de stérilisation également dénommé stérilisateur ou autoclave.
  • Un dispositif de stérilisation est un dispositif destiné à stériliser des produits notamment par pulvérisation d'eau chaude ou de vapeur d'eau chaude.
  • Le fonctionnement des dispositifs de stérilisation est cyclique avec comme étapes successives : chauffe, maintien en température, puis refroidissement en cycle continu.
  • Classiquement, lors d'un procédé de stérilisation, la charge à l'intérieur de l'autoclave subit un cycle thermique assuré en chauffage par une source chaude telle qu'une chaudière et en refroidissement par une source froide telle que de l'eau de ville. La chaleur évacuée dans l'eau de ville lors des cycles de stérilisation représente un gisement énergétique conséquent qui peut s'élever à environ 300 kWh (contenu dans 7 m3 d'eau) par cycle de stérilisation effectué avec un des modèles le plus vendu. Sachant que sur certains sites industriels, les stérilisateurs font jusqu'à 20 cycles par jour, les rejets sont supérieurs à 2 TWh et 50 000 m3 d'eau par an et par stérilisateur.
  • Le procédé de stérilisation est cadencé par lot, également dénommé par « batch » ne permettant pas l'utilisation d'un simple échangeur thermique pour préchauffer l'eau entrant dans la chaudière. Le recours à l'utilisation d'un moyen de stockage pour récupérer et stocker la chaleur fatale en vue de sa valorisation lors d'un cycle suivant permet de s'affranchir du fait que les phases de chauffage et de refroidissement sont déphasées et interviennent à des moments différents.
  • Le module de stockage d'énergie thermique est choisi parmi un stockage de chaleur sensible pouvant être combiné à un stockage de chaleur latente. Le module de stockage peut-être stratifié, c'est à dire stratifié en température. À titre d'exemple, le module de stockage comprend un réservoir partitionné en plusieurs volumes variables. Avantageusement, chaque volume est à une température homogène différente des autres volumes. Préférentiellement, les volumes variables sont séparés physiquement par des membranes déformables.
  • L'échangeur thermique selon l'invention permet avantageusement de partager en deux parties, une première partie 7 et une deuxième partie 9 distinctes, l'échangeur thermique, plus précisément une zone de circulation principale 2. On entend notamment par distinct que l'échangeur comprend une enceinte unique dont les deux parties ne se recoupent pas. L'échangeur comprend une enceinte dans laquelle sont agencés un premier circuit fluidique et un deuxième fluidique, avantageusement non superposés et ne se recoupant pas.
  • L'échangeur thermique, c'est-à-dire la première partie 7 et la deuxième partie 9, est ainsi connecté fluidiquement et donc alimenté par une source chaude telle que par exemple un réseau de vapeur, par une source froide telle que par exemple un réseau de refroidissement et/ou par un fluide de stockage stocké dans le module de stockage. L'invention permet ainsi d'améliorer la valorisation de l'énergie thermique en valorisant plus durablement la chaleur restituée par le stockage de chaleur qui est utilisée pour chauffer dans un premier temps le fluide principal puis dans un second temps pour préchauffer le fluide principal destiné au stérilisateur.
  • L'échangeur thermique et l'unité de valorisation selon l'invention sont destinés à être utilisés dans un dispositif de stérilisation. Le fluide principal de l'échangeur étant le fluide de stérilisation.
  • Sur les figures 1 à 7, l'échangeur thermique 1 est de type tubes - calandre pour faciliter l'illustration. Préférentiellement, l'échangeur thermique est à plaques soudées. Avantageusement, dans l'échangeur selon l'invention l'échange de chaleur local entre les fluides circulant s'effectue avantageusement en courant croisé, pouvant être à orientation à contre-courant ou à co-courant.
  • L'échangeur thermique 1 comprend une zone de circulation principale 2, avantageusement définie dans une enceinte, destinée à recevoir un fluide principal 5. La zone de circulation principale 2 comprend une entrée 3 pour permettre l'entrée du fluide principal 5 dans l'échangeur thermique 1 et une sortie 4 pour permettre la sortie du fluide principal 5 de l'échangeur thermique 1. Le fluide principal 5 circule dans la zone de circulation principale 2 entre l'entrée 3 et la sortie 4.
  • La zone de circulation principale 2 comprend une première partie 7 et une deuxième partie 9. La première partie 7 et la deuxième partie 9 sont agencées préférentiellement en série suivant la circulation du fluide principal 5. La zone de circulation principale 2 définit un volume extérieur, correspondant sur les figures 1 à 7 à une enceinte, et dans le cas d'un échangeur thermique à plaques au pourtour de l'assemblage extérieur des plaques.
  • L'échangeur thermique 1 comprend des moyens de circulation comprenant un premier circuit fluidique 6 apte à recevoir un fluide secondaire. Le premier circuit fluidique 6 est agencé dans la première partie 7 de l'échangeur 1. On entend que le premier circuit fluidique 6 est agencé dans la première partie 7 en ce que le premier circuit fluidique 6 est agencé dans le volume de la première partie 7 et en particulier au contact de la première partie 7 de la zone de circulation principale 2. Le premier circuit fluidique 6 est destiné à assurer l'échange thermique entre le fluide principal 5 circulant dans la première partie 7 et le fluide secondaire circulant dans ledit premier circuit fluidique 6. Le premier circuit fluidique 6 comprend une première conduite 10 destinée à l'entrée et/ou à la sortie du fluide secondaire et une deuxième conduite 11 destinée à l'entrée et/ou à la sortie du fluide secondaire. Le fluide secondaire circule dans le premier circuit fluidique 6 entre la première conduite 10 destinée à l'entrée du fluide secondaire et la deuxième conduite 11 destinée à la sortie fluide secondaire ou inversement entre la deuxième conduite 11 destinée à l'entrée du fluide secondaire et la première conduite 10 destinée à sortie fluide secondaire. Avantageusement, le fluide principal 5 et le fluide secondaire circulent dans la première partie 7 selon un courant croisé à co-courant ou contre-courant.
  • L'échangeur thermique 1 comprend des moyens de circulation comprenant un deuxième circuit fluidique 8 apte à recevoir un fluide secondaire. Le deuxième circuit fluidique 8 est agencé dans la deuxième partie 9 de l'échangeur 1. On entend que le deuxième circuit fluidique 8 est agencé dans la deuxième partie 9 en ce que le deuxième circuit fluidique 8 est agencé dans le volume de la deuxième partie 8 et en particulier au contact de la deuxième partie 8 de la zone de circulation principale 2. Le deuxième circuit fluidique 8 est destiné à assurer l'échange thermique entre le fluide principal 5 circulant dans la deuxième partie 9 et le fluide secondaire circulant dans ledit deuxième circuit fluidique 8. Le deuxième circuit fluidique 8 comprend une première conduite 12 destinée à l'entrée et/ou à la sortie du fluide secondaire et une deuxième conduite 13 destinée à l'entrée et/ou à la sortie du fluide secondaire. Le fluide secondaire circule dans le deuxième circuit fluidique 8 entre la première conduite 12 destinée à l'entrée du fluide secondaire et la deuxième conduite 13 destinée à la sortie fluide secondaire ou inversement entre la deuxième conduite 13 destinée à l'entrée du fluide secondaire et la première conduite 12 destinée à sortie fluide secondaire. Avantageusement, le fluide principal 5 et le fluide secondaire circulent dans la deuxième partie 9 selon un courant croisé à co- courant ou contre-courant.
  • Le fluide secondaire est choisi parmi une source chaude, une source froide et/ou un fluide de stockage. Selon les modes de réalisation, le fluide secondaire circulant dans le premier circuit fluidique 6 est identique au fluide secondaire circulant dans le deuxième circuit fluidique 8 ou bien le fluide secondaire circulant dans le premier circuit fluidique 6 est différent du fluide secondaire circulant dans le deuxième circuit fluidique 8.
  • La source chaude est un fluide destiné à apporter de l'énergie thermique dans l'échangeur thermique 1. La source chaude est avantageusement de l'eau chaude ou de la vapeur d'eau chaude, préférentiellement issue d'un moyen de chauffage tel que par exemple une chaudière au gaz, au fioul, électrique ou biomasse.
  • La source froide est un fluide destiné à récupérer de l'énergie thermique dans l'échangeur thermique 1. La source froide est avantageusement de l'eau de ville issue d'un réseau froid, refroidi par une tour aéroréfrigérante, un groupe frigorifique ou par échange thermique avec de l'eau de nappe, d'un fleuve.
  • Le fluide de stockage est avantageusement un fluide caloporteur choisi pour fonctionner dans la température de l'application, en l'espèce pour un dispositif de stérilisation. À titre d'exemple, le fluide de stockage est de l'eau facilitant ainsi la circulation successive du fluide de stockage, de la source chaude et de la source froide dans le premier circuit fluidique 6 et le deuxième circuit fluidique 8. Avantageusement, l'eau demeure le fluide stockage le plus avantageux. L'eau est préférentiellement pressurisée et potentiellement surchauffée. D'autres fluides peuvent être envisagés comme l'huile thermique.
  • Le premier circuit fluidique 6 est avantageusement connecté fluidiquement à un départ du module de stockage 17, de sorte que le fluide secondaire étant le fluide de stockage soit déstocké du module de stockage et pénètre dans le premier circuit fluidique 6.
  • Le premier circuit fluidique 6 est également avantageusement connecté fluidiquement à un départ de source chaude 16 de sorte que le fluide secondaire étant une source chaude pénètre dans le premier circuit fluidique 6.
  • Le premier circuit fluidique 6 est également avantageusement connecté fluidiquement à un retour de source froide 23 de sorte que le fluide secondaire étant une source froide ressorte du premier circuit fluidique 6.
  • Selon une possibilité non représentée aux figures, le premier circuit fluidique 6 est connecté fluidiquement à un départ du module de stockage 17, à un départ de source chaude 16, et à un retour de source froide 23 par trois connexions fluidiques distinctes. Selon une autre possibilité représentée aux figures, le premier circuit fluidique 6 est connecté fluidiquement à un départ du module de stockage 17, à un départ de source chaude 16 et à un retour de source froide 23 par une première conduite 10 commune.
  • Le premier circuit fluidique 6 est avantageusement connecté fluidiquement à un retour au module de stockage 18, de sorte que le fluide secondaire étant le fluide de stockage soit stocké dans le module de stockage en sortant du premier circuit fluidique 6.
  • Le premier circuit fluidique 6 est avantageusement connecté fluidiquement à un retour de source chaude 21, de sorte que le fluide secondaire étant une source chaude sorte du premier circuit fluidique 6 et retourne avantageusement vers le moyen de chauffage.
  • Le premier circuit fluidique 6 est également avantageusement connecté fluidiquement au deuxième circuit fluidique 8 de sorte à connecter fluidiquement le premier circuit fluidique 6 et le deuxième circuit fluidique 8.
  • Selon une possibilité non représentée aux figures, le premier circuit fluidique 6 est connecté fluidiquement à un retour au module de stockage 18, à un retour de source chaude 21 et au deuxième circuit fluidique 8, par trois connexions fluidiques distinctes. Selon une autre possibilité représentée aux figures, le premier circuit fluidique 6 est connecté fluidiquement à un retour au module de stockage 18, à un retour de source chaude 21 et au deuxième circuit fluidique 8, par une deuxième conduite 11 commune.
  • Le deuxième circuit fluidique 8 est avantageusement connecté fluidiquement à un retour au module de stockage 20, de sorte que le fluide secondaire étant le fluide de stockage soit stocké dans le module de stockage en sortant du deuxième circuit fluidique 8.
  • Le deuxième circuit fluidique 8 est avantageusement également connecté fluidiquement à un départ de source chaude 19 de sorte que le fluide secondaire étant une source chaude pénètre dans le deuxième circuit fluidique 8.
  • Le deuxième circuit fluidique 8 est avantageusement également connecté fluidiquement à un départ de source froide 24 de sorte que le fluide secondaire étant une source froide pénètre dans le deuxième circuit fluidique 8.
  • Selon une possibilité non représentée aux figures, le deuxième circuit fluidique 8 est connecté fluidiquement à un retour au module de stockage 20, à un départ de source chaude 19 et à un départ de source froide 24 par trois connexions fluidiques distinctes. Selon une autre possibilité représentée aux figures, le premier circuit fluidique 8 est connecté fluidiquement à un retour au module de stockage 20, à un départ de source chaude 19 et à un départ de source froide 24 par une première conduite 12 commune.
  • Le deuxième circuit fluidique 8 est avantageusement connecté fluidiquement à un retour de source chaude 21, de sorte que le fluide secondaire étant une source chaude sorte du deuxième circuit fluidique 8.
  • Le deuxième circuit fluidique 8 est avantageusement connecté fluidiquement à un retour de source froide 25, de sorte que le fluide secondaire étant une source froide sorte du deuxième circuit fluidique 8 et avantageusement retourne soit vers le réseau de refroidissement soit vers un module de refroidissement intérmédiaire..
  • Le deuxième circuit fluidique 8 est également avantageusement également connecté fluidiquement au premier circuit fluidique 6 de sorte à connecter fluidiquement le premier circuit fluidique 6 et le deuxième circuit fluidique 8.
  • Selon une possibilité non représentée aux figures, le deuxième circuit fluidique 8 est connecté fluidiquement à un retour de source chaude 21, à un retour de source froide 25 et au premier circuit fluidique 6 par trois connexions fluidiques distinctes. Selon une autre possibilité représentée aux figures, le premier circuit fluidique 8 est connecté fluidiquement à un retour de source chaude 21, à un retour de source froide 25 et au premier circuit fluidique 6 par une deuxième conduite 13 commune.
  • L'échangeur thermique 1 comprend un module de contrôle de la circulation du fluide principal 5 et du fluide secondaire étant la source chaude, la source froide et/ou le fluide de stockage et comprenant une pluralité de vannes.
  • L'échangeur thermique comprend un module de mesure de paramètres physiques de l'échangeur thermique, tels que la température TSTW,from du fluide principal 5 en entrée 3 de la zone de circulation principale 2 et/ou la température TSTW,to du fluide principal 5 en sortie 4 de la zone de circulation principale 2 et/ou la température TR,1 du fluide secondaire en entrée du premier circuit fluidique 6.
  • La description des figures est faite pour l'application de l'échangeur thermique et de l'unité de valorisation dans un dispositif de stérilisation, mais cela peut-être adaptait à tout type de dispositif nécessitant un chauffage et un refroidissement de fluide décalés dans le temps.
  • Les figures 1 à 3 illustrent l'échangeur thermique 1 en fonctionnement lors de la phase de chauffe du fluide principal, chaque figure correspond à un temps de cette phase de chauffe.
  • La figure 1 illustre un échangeur thermique 1 en phase de chauffe du fluide principal 5 uniquement par décharge de l'énergie thermique stockée dans le module de stockage.
  • En figure 1, il est supposé que le module de stockage d'énergie thermique est chargé en énergie thermique. Le module de stockage a été préalablement chargé en récupérant la chaleur lors d'une phase de refroidissement d'un cycle précédent.
  • Au début de la chauffe du dispositif de stérilisation, l'énergie thermique restituée par le module de stockage thermique est à un niveau de température suffisant pour permettre au fluide principal 5 destiné à alimenter le dispositif de stérilisation de suivre une température de consigne. La température TR,1 du fluide de stockage au niveau du départ du module de stockage est supérieure à la température TSTW,from du fluide principal 5 en entrée 3 de la zone de circulation principale 2 de l'échangeur thermique 1. Le fluide principal 5 est chauffé uniquement par l'énergie thermique du module de stockage. Le fluide de stockage sort du module de stockage par le départ du module de stockage 17 avantageusement connecté fluidiquement à la première conduite 10 du premier circuit fluidique 6. Le fluide de stockage pénètre dans le premier circuit fluidique 6 et circule pour échanger avec le fluide principal 5 circulant la première partie de la zone circulation principale 2 entre l'entrée 3 et la sortie 4. Avantageusement, l'échange entre le fluide de stockage et le fluide principal 5 se fait localement par courant croisé avec une orientation à co-courant, Le fluide de stockage ressort du premier circuit fluidique 6 avantageusement par la deuxième conduite 11.
  • Selon une première possibilité préférée, la deuxième conduite 11 du premier circuit fluidique 6 est connectée fluidiquement à la deuxième conduite 13 du deuxième circuit fluidique 8 de sorte que le premier circuit fluidique 6 et le deuxième circuit fluidique 8 sont connectés fluidiquement par une connexion fluidique 22. Le fluide de stockage circule également dans le deuxième circuit fluidique 8 pour échanger avec le fluide principal 5, avant de ressortir, préférentiellement par la première conduite 12, du deuxième circuit fluidique 8. Avantageusement, l'échange entre le fluide de stockage et le fluide principal 5 se fait localement par courant croisé avec une orientation à co-courant, Le fluide de stockage retourne vers le module de stockage par le retour 20. Le module de contrôle de la circulation comprend avantageusement une vanne Vstock,from destinée à contrôler la sortie du fluide de stockage hors du module de stockage préférentiellement agencée sur le départ du module de stockage 17. Le module de contrôle de la circulation comprend avantageusement une vanne Vbypass destinée à connecter fluidiquement le premier circuit fluidique 6 et le deuxième circuit fluidique 8 préférentiellement agencée sur la connexion fluidique 22. Le module de contrôle de la circulation comprend avantageusement une vanne Vstock, to destinée à mettre en connexion fluidique la première conduite 12 du deuxième circuit fluidique 8 avec le module de stockage pour permettre retour du fluide de stockage depuis le deuxième circuit fluidique 8 vers le module de stockage, préférentiellement agencée sur le retour vers le module de stockage 20. Les vannes Vstock,from, Vbypass, Vstock, to sont ouvertes dans la configuration de la figure 1. Selon cette première possibilité, les deux parties, la première partie 7 et la deuxième partie 9, de l'échangeur thermique, plus précisément de la zone de circulation principale 2, sont utilisées ce qui présente l'avantage d'exploiter une plus grande surface d'échange.
  • Selon une deuxième possibilité, la deuxième conduite 11 du premier circuit fluidique 6 n'est pas connectée fluidiquement à la deuxième conduite 13 du deuxième circuit fluidique 8, de sorte que le fluide de stockage circule dans le premier circuit fluidique 6 et ressort de celui-ci par la deuxième conduite 11 connectée fluidiquement au module de stockage de sorte que fluide de stockage retour au module de stockage, sans circuler dans le deuxième circuit fluidique 8. Cette configuration est mise en place par exemple lorsque la température TR, 1 est très élevée par rapport à la température TSTW, from et par rapport à la température de consigne. Cette configuration évite ainsi d'entrainer inutilement des pertes de charge au fluide de stockage lorsque sa circulation seulement dans le premier circuit fluidique 6 suffit à la chauffe du fluide principal 5.
  • La vanne Vstock,from est pilotée en fonction de l'acquisition de la température TSTW,to du fluide principal en sortie 4 de la zone de circulation principale 2, de sorte que la température TSTW,to atteigne une température de consigne.
  • Dès l'instant où la température du fluide de stockage et donc l'énergie thermique restituée par le module de stockage ne permet plus au fluide principal 5, destiné à être utilisé par le dispositif de stérilisation, de suivre une température de consigne alors, l'échangeur thermique selon l'invention fonctionne selon la figure 2.
  • Le mode de fonctionnement de la figure 2 est ainsi mis en oeuvre lorsque la température TR,1 du fluide de stockage en sortie du module de stockage est supérieure à la température TSTW,from du fluide principal en entrée 3 de la zone de circulation principale 2, mais que la température TSTW,to est inférieure à une température de consigne.
  • L'énergie thermique restituée par le module de stockage permet ainsi le préchauffage du fluide principal destiné à alimenter le dispositif de stérilisation en utilisant la première partie 7 de l'échangeur thermique partitionné. Pour atteindre une température de consigne du fluide principal 5, la seconde partie 9 de l'échangeur thermique est alimentée par une source chaude, préférentiellement un réseau de vapeur, et apporte ainsi l'appoint de chaleur au fluide principal 5 sortant de la première partie 7.
  • Le fluide principal 5 est préchauffé par l'énergie thermique du module de stockage au niveau du premier circuit fluidique 6. Le fluide de stockage sort du module de stockage par le départ du module de stockage 17 connecté fluidiquement au premier circuit fluidique 6, préférentiellement par la première conduite 10. Le fluide de stockage pénètre dans le premier circuit fluidique 6 et circule pour échanger, avantageusement en courant croisé, avec le fluide principal 5 circulant dans la première partie 7 de la zone circulation principale 2 entre l'entrée 3 et la sortie 4. Le fluide de stockage ressort du premier circuit fluidique 6, avantageusement par la deuxième conduite 11, pour retourner au module de stockage par le retour 18. Le module de contrôle de la circulation comprend avantageusement une vanne Vstock, to 2 destinée à mettre en connexion fluidique la deuxième conduite 11 du premier circuit fluidique 6 avec le module de stockage pour permettre le retour du fluide de stockage depuis le premier circuit fluidique 6 vers le module de stockage. La vanne Vstock, to 2 préférentiellement agencée sur le retour au module de stockage 18 est ouverte. La vanne V bypass est fermée de sorte que la connexion fluidique 22 entre le premier circuit fluidique 6 et le deuxième circuit fluidique 8 est inactive. Le premier circuit fluidique 6 et le deuxième circuit fluidique 8 sont indépendants fluidiquement.
  • Le fluide principal 5 est ensuite chauffé par la source chaude dans la deuxième partie 9 de l'échangeur thermique. Le deuxième circuit fluidique 8 est connecté fluidiquement au départ de source chaude 19, préférentiellement par la première conduite 12. Le module de contrôle de la circulation comprend avantageusement une vanne Vvap,2 destinée à mettre en connexion fluidique la première conduite 12 du deuxième circuit fluidique 8 avec la source chaude pour permettre à la source chaude par exemple depuis des moyens de chauffage de pénétrer dans le deuxième circuit fluidique 8 préférentiellement par la première conduite 12. La vanne Vvap,2 préférentiellement agencée sur un départ départ de source chaude 19 est ouverte. La source chaude est avantageusement de la vapeur d'eau, par exemple issue de moyens de chauffage tel qu'une chaudière. La source chaude circule dans le deuxième circuit fluidique 8 et transmet l'énergie thermique au fluide principal 5 circulant dans la deuxième partie 9 de la zone de circulation principale 2 en direction de la sortie 4. La source chaude sort du deuxième circuit fluidique 8, préférentiellement par la deuxième conduite 13 connectée fluidiquement à un retour de source chaude 21, préférentiellement connecté au moyen de chauffage tel qu'une chaudière. La source chaude issue du deuxième circuit fluidique est un condensat de vapeur. Le module de contrôle de la circulation comprend avantageusement une vanne Vcond agencée sur le retour de la source chaude 21 qui est ouverte pour permettre le retour du condensat vers le moyen de chauffage. La vanne Vvap,2 est pilotée en fonction de l'acquisition de la température TSTW,to de sorte que cette température TSTW,to soit égale à une température de consigne.
  • Dès l'instant où l'énergie thermique restituée par le module de stockage est inférieure à la température du fluide principal 5 en entrée de l'échangeur thermique, le module de stockage cesse d'alimenter l'échangeur thermique. Le chauffage du fluide principal 5 est alors assuré uniquement par la source chaude, préférentiellement le réseau de vapeur, alimentant selon le mode de réalisation une partie ou les deux parties de l'échangeur thermique. L'échangeur thermique fonctionne selon la figure 3.
  • À la figure 3, la température TR,1 du fluide de stockage en sortie du module de stockage est inférieure à la température TSTW,from du fluide principal 5 en entrée 3 de la zone de circulation principale 2. Les vannes Vvap1, Vvap2, Vbypass et Vcond sont ouvertes.
  • Le premier circuit fluidique 6 est connecté fluidiquement, préférentiellement par la première conduite 10, au départ de source chaude 16. Le module de contrôle de la circulation comprend avantageusement une vanne Vvap1 agencée sur le départ de source chaude 16, qui est ouverte de sorte à permettre l'entrée de la source chaude préférentiellement de la vapeur dans le premier circuit fluidique 6. La source chaude circule dans le premier circuit fluidique 6, préférentiellement jusqu'à la deuxième conduite 11. La source chaude échange de l'énergie thermique vers le fluide principal 5 par échange avantageusement par courant croisé. La source chaude sort du premier circuit fluidique 6, préférentiellement par la deuxième conduite 11, connectée fluidiquement à un retour de source chaude 21, la vanne Vcond agencée sur le retour de source chaude 21 est ouverte.
  • Selon une possibilité, le fluide principal 5 est également chauffé dans la deuxième partie 9 de l'échangeur thermique. Le deuxième circuit fluidique 8 est connecté fluidiquement, préférentiellement par la première conduite 12, au départ de source chaude 19, la vanne Vvap2 agencée sur le départ de source chaude 19 est ouverte de sorte à permettre l'entrée de la source chaude, préférentiellement de vapeur, dans le deuxième circuit fluidique 8. La source chaude circule dans le deuxième circuit fluidique 8, préférentiellement jusqu'à la deuxième conduite 13. La source chaude échange son énergie thermique vers le fluide principal 5, avantageusement par échange en courant croisé. La source chaude sort du deuxième circuit fluidique 8 préférentiellement par la deuxième conduite 13, connectée fluidiquement à un retour de source chaude 21, la vanne Vcond agencée sur le retour de source chaude 21 est ouverte. Selon cette possibilité, la deuxième conduite 11 du premier circuit fluidique 6 et la deuxième conduite 13 du deuxième circuit fluidique 8 sont avantageusement connectées fluidiquement par la connexion fluidique 22, la vanne Vbypass étant ouverte. De cette manière, les retours de source chaude respectivement du premier circuit fluidique 6 et du deuxième circuit fluidique 8 sont connectées fluidiquement pour assurer un retour commun des condensats de la source chaude vers par exemple la chaudière.
  • Les figures 4 à 7 illustrent l'échangeur thermique 1 en fonctionnement lors de phase de refroidissement du fluide principal, chaque figure correspondant à un temps de cette phase de refroidissement.
  • La phase de refroidissement du dispositif de stérilisation correspond à la phase durant laquelle le module de stockage thermique se charge en énergie thermique.
  • La figure 4 correspond au début du refroidissement du fluide principal 5 c'est-à-dire après la phase de chauffe et éventuellement de maintien en température du dispositif de stérilisation. La température TR,1 du fluide de stockage en sortie du module de stockage est inférieure à la température TSTW,from du fluide principal 5 en entrée 3 de la zone de circulation principale 2. Les vannes Vstock,from, Vstock,to1, Vbypass sont ouvertes.
  • Le refroidissement du fluide principal 5 est assuré uniquement par le fluide de stockage. Le premier circuit fluidique 6 est connecté fluidiquement, préférentiellement par la première conduite 10, au départ du module de stockage 17, la vanne Vstock,from, permettant au fluide de stockage de sortir du module de stockage et de pénétrer dans le premier circuit fluidique 6, est ouverte. Le fluide de stockage circule dans le premier circuit fluidique 6 et échange avec le fluide principal 5 circulant dans la première partie 7 par échange local, avantageusement par courant croisé, soit par co-courant comme illustré à la figure 4, soit par contre-courant comme illustré à la figure 7. La circulation à contre-courant du fluide de stockage et du fluide principal 5 est définie en fonction des cycles du dispositif de stérilisation, en l'espèce, le mode de réalisation illustré à la figure 7 avec une circulation à contre-courant est choisi lorsque le fluide principal 5 est refroidi par le fluide de stockage lui-même directement refroidi dans le module de stockage par une source froide. Le fluide principal 5 cède son énergie thermique au fluide de stockage. Le fluide de stockage ressort du premier circuit fluidique 6, préférentiellement par la deuxième conduite 11 connectée fluidiquement préférentiellement à la deuxième conduite 13 du deuxième circuit fluidique 8 par la connexion fluidique 22, la vanne Vbypass étant ouverte. Le fluide de stockage pénètre dans le deuxième circuit fluidique 8 , préférentiellement par la deuxième conduite 13, et circule dans le deuxième circuit fluidique 8. Le fluide de stockage échange avec le fluide principal 5 circulant dans la deuxième partie 9. Le fluide principal 5 cède son énergie thermique au fluide de stockage. Le fluide de stockage ressort du deuxième circuit fluidique 8 , préférentiellement par la première conduite 12. Le deuxième circuit fluidique 8 est connecté fluidiquement, préférentiellement par la première conduite 12, à un retour de stockage 20, une vanne Vstock, to étant ouverte. La vanne Vstock,from est pilotée en fonction de l'acquisition de la température TSTW,to de sorte que cette température TSTW,to soit égale à une température de consigne.
  • Dès l'instant où TSTW,to devient supérieure à une température de consigne, le fluide de stockage ne permet plus d'assurer à lui seul le refroidissement du fluide principal 5. L'échangeur fonctionne alors selon le mode de réalisation illustré à la figure 5.
  • L'énergie thermique pouvant être captée par le fluide de stockage permet ainsi de prérefroidir le fluide principal 5 en sortie du dispositif de stérilisation en utilisant la première partie 7 de l'échangeur thermique partitionné. Pour atteindre une température de consigne du fluide principal 5, la seconde partie 9 de l'échangeur thermique est alimentée par une source froide, préférentiellement un réseau de froid, et apporte ainsi dans la deuxième partie 9 le refroidissement nécessaire au fluide principal 5 sortant de la première partie 7 de l'échangeur thermique.
  • Le pré refroidissement du fluide principal 5 est assuré par le fluide de stockage. Le premier circuit fluidique 6 est connecté fluidiquement, préférentiellement par la première conduite 10, au départ du module de stockage 17, la vanne Vstock,from permettant au fluide de stockage de sortir du module de stockage et de pénétrer dans le premier circuit fluidique 6 est ouverte. Le fluide de stockage circule dans le premier circuit fluidique 6 et échange avec le fluide principal 5 par échange local avantageusement par courant croisé, à contre-courant particulièrement si l'échangeur thermique est composé de plaques soudées. Le fluide principal 5 circulant dans la première partie 7, préférentiellement cède son énergie thermique au fluide de stockage. Le fluide de stockage ressort du premier circuit fluidique 6 par la deuxième conduite 11. La deuxième conduite 11 est connectée fluidiquement au retour au module de stockage 18. Le fluide de stockage retournant vers le module de stockage sans circuler dans le deuxième circuit fluidique 8. Le premier circuit fluidique 6 et le deuxième circuit fluidique 8 sont indépendants fluidiquement, la vanne Vbypass étant fermée. La connexion fluidique 22 est inactive.
  • Le deuxième circuit fluidique 8 est connecté fluidiquement, préférentiellement par la première conduite 12, au départ d'une source froide 24. Une vanne Vcool,in agencée sur le départ de source froide 24 étant ouverte pour permettre l'entrée de la source froide préférentiellement de l'eau de ville dans le deuxième circuit fluidique 8, préférentiellement par la première conduite 12. La source froide circulant dans le deuxième circuit fluidique 8 récupère l'énergie thermique cédée par le fluide principal 5 circulant dans la deuxième partie 9 préférentiellement en courant croisé, à contre-courant particulièrement si l'échangeur thermique est composé de plaques soudées. La source froide ressort de deuxième circuit fluidique 8, préférentiellement par la deuxième conduite 13 connectée fluidiquement un retour de source froide 25, une vanne Vcool,out2 agencée sur le retour de source froide 25 étant ouverte.
  • La vanne Vcool,in est pilotée en fonction de l'acquisition de la température TSTW,to de sorte que cette température TSTW,to soit égale à une température de consigne.
  • Dès l'instant où la température TR,1 du fluide de stockage en sortie du module de stockage est supérieure à la température TSTW,from du fluide principal 5 en entrée 3 de la zone de circulation principale 2, le fluide de stockage ne permet plus d'assurer le refroidissement du fluide principal 5. Le module de stockage cesse d'alimenter l'échangeur thermique. L'échangeur fonctionne alors selon le mode de réalisation illustré à la figure 6.
  • Le refroidissement du fluide principal 5 est assuré uniquement par la source froide, préférentiellement le réseau d'eau de ville, alimentant selon le mode de réalisation une partie ou les deux parties de l'échangeur thermique.
  • Selon une première possibilité, la circulation de la source froide se fait successivement dans la deuxième partie 9 puis dans la première partie 7 de l'échangeur thermique. Cette circulation de la source froide permet d'assurer un échange local par courant croisé avec une orientation à contre-courant améliorant l'échange thermique entre la source froide et le fluide principal 5. La source froide pénètre dans le deuxième circuit fluidique 8 , préférentiellement par la deuxième conduite 12 connectée fluidiquement au départ de source froide 24, la vanne Vcool,in étant ouverte pour permettre l'entrée de la source froide préférentiellement de l'eau de ville dans le deuxième circuit fluidique 8 , préférentiellement par la première conduite 12. La source froide circulant dans le deuxième circuit fluidique 8 récupère l'énergie thermique cédée par le fluide principal 5 circulant dans la deuxième partie 9 préférentiellement en courant croisé avec orientation à contre-courant. La source froide ressort de deuxième circuit fluidique 8 , préférentiellement par la deuxième conduite 13 connectée fluidiquement à la deuxième conduite 11 du premier circuit fluidique 6 par la connexion fluidique 22, la vanne Vbypass étant ouverte. La source froide pénètre dans le premier circuit fluidique 6 au travers duquel elle circule avant de ressortir par la première conduite 10. La première conduite 10 étant connectée fluidiquement à un retour de source froide 23, la vanne Vcool,out1 étant ouverte.
  • La vanne Vcool,in est pilotée en fonction de l'acquisition de la température TSTW,to de sorte que cette température TSTW,to soit égale à une température de consigne.
    • LISTE DES REFERENCES
    • 1 Echangeur thermique
    • 2 Zone de circulation principale
    • 3 Entrée fluide principal
    • 4 Sortie fluide principal
    • 5 Fluide principal
    • 6 Premier circuit fluidique
    • 7 Première partie
    • 8 Deuxième circuit fluidique
    • 9 Deuxième partie
    • 10 Première conduite
    • 11 Deuxième conduite
    • 12 Première conduite
    • 13 Deuxième conduite
    • 16 Départ source chaude
    • 17 Départ module de stockage
    • 18 Retour module de stockage
    • 19 Départ source chaude
    • 20 Retour module de stockage
    • 21 Retour source chaude
    • 22 Connexion fluidique entre premier circuit fluidique et deuxième circuit fluidique
    • 23 Retour source froide
    • 24 Départ source froide
    • 25 Retour source froide
    • Vvap,1 vanne contrôlant l'entrée de la source chaude dans la première conduite du premier circuit fluidique
    • Vvap2 vanne contrôlant l'entrée de la source chaude dans la première conduite du deuxième circuit fluidique
    • Vstock,from vanne contrôlant l'entrée du fluide de stockage dans la première conduite du premier circuit fluidique
    • Vstock,to1 vanne contrôlant la sortie du fluide de stockage par la première conduite du deuxième circuit fluidique
    • Vstock, to2 vanne contrôlant la sortie du fluide de stockage par la deuxième conduite du premier circuit fluidique
    • Vcool, in, vanne contrôlant l'entrée de la source froide par la première conduite du deuxième circuit fluidique
    • Vcond vanne contrôlant la sortie de la source chaude par la deuxième conduite du deuxième circuit fluidique
    • Vcool, out1 vanne contrôlant la sortie de la source froide par la première conduite du premier circuit fluidique
    • Vcool, out2 vanne contrôlant la sortie de la source froide par la deuxième conduite du deuxième circuit fluidique
    • TR,1 température du fluide de stockage en sortie du module de stockage en entrée du premier circuit fluidique
    • TSTW, from température du fluide principal en entrée de la zone de circulation principale
    • TSTW, to température du fluide principal en sortie de la zone de circulation principale

Claims (15)

  1. Echangeur thermique (1) comprenant :
    - une zone de circulation principale (2) apte à recevoir un fluide principal (5), et
    - des moyens de circulation aptes à recevoir un fluide secondaire et configurés pour assurer un échange thermique avec la zone de circulation principale (2),
    Caractérisé en ce que en ce que :
    - la zone de circulation principale (2) comprend une première partie (7) et une deuxième partie (9), et
    - les moyens de circulation comprennent
    • un premier circuit fluidique (6) agencé en contact de la première partie (7) de l'échangeur thermique (1) et destiné à recevoir le fluide secondaire de sorte à assurer un échange thermique entre le fluide secondaire et le fluide principal (5) circulant dans la première partie (7),
    • un deuxième circuit fluidique (8) agencé en contact de la deuxième partie (9) de l'échangeur thermique (1) et destiné à recevoir le fluide secondaire, de sorte à assurer un échange thermique entre le fluide secondaire et le fluide principal (5) circulant dans la deuxième partie (9),
    • le premier circuit fluidique (6) et le deuxième circuit fluidique (8) étant configurés pour être alternativement indépendants fluidiquement ou être connectés fluidiquement l'un à l'autre.
  2. Echangeur thermique (1) selon la revendication précédente dans lequel l'échangeur est un échangeur à plaques.
  3. Unité de valorisation comprenant un échangeur thermique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes et un module de stockage d'énergie thermique connecté fluidiquement au premier circuit fluidique (6) et au deuxième circuit fluidique (8) de sorte à être apte à stocker et déstocker le fluide secondaire.
  4. Unité de valorisation selon la revendication précédente dans laquelle le premier circuit fluidique (6) et le deuxième circuit fluidique (8) sont aptes à être connectés à une source chaude et à une source froide , de sorte à assurer un chauffage du fluide principal (5) alternativement par l'énergie thermique stockée dans le module de stockage ou par une source de chaleur ou par combinaison de l'énergie thermique stockée dans le module de stockage et par la source de chaleur et de sorte à assurer un refroidissement du fluide principal (5) alternativement par l'énergie thermique stockée dans le module de stockage ou par une source froide ou par combinaison de l'énergie thermique stockée dans le module de stockage et par la source froide.
  5. Unité de valorisation selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4 dans laquelle le premier circuit fluidique (6) est configuré pour être connecté fluidiquement :
    - à un départ du module de stockage (17) de sorte à permettre l'entrée du fluide secondaire étant un fluide de stockage dans le premier circuit fluidique (6),
    - à une arrivée de source chaude (16) de sorte à permettre l'entrée du fluide secondaire étant une source chaude dans le premier circuit fluidique (6),
    - à un retour de source froide (23) de sorte à permettre la sortie du fluide secondaire étant une source froide hors du premier circuit fluidique (6).
  6. Unité de valorisation de l'énergie selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 dans laquelle le premier circuit fluidique (6) est configuré pour être connecté fluidiquement :
    - à un retour au module de stockage d'énergie thermique (18) de sorte à permettre la sortie du fluide secondaire étant le fluide de stockage hors du premier circuit fluidique (6) et permettre le stockage d'énergie thermique dans le module de stockage d'énergie thermique
    - à une deuxième conduite (13) du deuxième circuit fluidique (8)de sorte à mettre en connexion fluidique le premier circuit fluidique (6) et le deuxième circuit fluidique (8),
    - à un retour de la source chaude (21) de sorte à permettre la sortie du fluide secondaire étant la source chaude hors du premier circuit fluidique (6).
  7. Unité de valorisation selon l'une quelconque des revendications 3 à 6 dans laquelle le deuxième circuit fluidique (8) est configuré pour être connecté fluidiquement :
    - à une arrivée d'une source chaude (19) de sorte à permettre l'entrée du fluide secondaire étant la source chaude dans le deuxième circuit fluidique (8)
    - à un retour vers le module de stockage d'énergie thermique (20) de sorte à permettre la sortie du fluide secondaire étant le fluide de stockage hors du deuxième circuit fluidique (8) et permettre le stockage d'énergie thermique dans le module de stockage d'énergie thermique,
    - à un départ d'une source froide (24) de sorte à permettre l'entrée du fluide secondaire étant la source froide dans le deuxième circuit fluidique (8).
  8. Unité de valorisation de l'énergie selon l'une quelconque des revendications 3 à 7 dans laquelle le deuxième circuit fluidique (8) est configuré pour être connecté fluidiquement à
    - une deuxième conduite (11) du premier circuit fluidique (6) de sorte à mettre en connexion fluidique le premier circuit fluidique (6) et le deuxième circuit fluidique (8)
    - à un retour de la source chaude (21) de sorte à permettre la sortie du fluide secondaire étant la source chaude hors du deuxième circuit fluidique (8)
    - à un retour de source froide (25) de sorte à permettre la sortie du fluide secondaire étant la source froide hors du deuxième circuit fluidique (8).
  9. Unité de valorisation selon l'une quelconque des revendications 3 à 8 dans laquelle la source chaude est de la vapeur issue d'une chaudière.
  10. Unité de valorisation selon l'une quelconque des revendications 3 à 9 dans laquelle la source froide est de l'eau issue d'un réseau froid.
  11. Unité de valorisation selon l'une quelconque des revendications 3 à 10 comprenant un module de contrôle de la circulation du fluide principal et du fluide secondaire, le fluide secondaire étant la source chaude, la source froide et/ou le fluide de stockage, comprenant une pluralité de vannes.
  12. Dispositif de stérilisation comprenant un stérilisateur et une unité de valorisation selon l'une quelconque des revendications 3 à 11, le fluide principal étant utilisé comme fluide de stérilisation dans le dispositif de stérilisation.
  13. Utilisation d'une unité de valorisation selon l'une quelconque des revendications 3 à 11 dans un stérilisateur.
  14. Procédé de valorisation de l'énergie thermique par une unité de valorisation selon l'une quelconque des revendications 3 à 11 dans lequel lors d'une étape de chauffage du fluide principal (5) pour que la température TSTW, to, du fluide principal (5) en sortie (4) de zone de circulation principale (2) atteigne une température de consigne:
    - quand la température du fluide de stockage en sortie du module de stockage TR,1 est supérieure à la température TSTW, from du fluide principal (5) en entrée (3) de la zone de circulation principale (2), le premier circuit fluidique (6) et le deuxième circuit fluidique (8) sont connectés fluidiquement, le fluide de stockage circule successivement dans le premier circuit fluidique (6) puis le deuxième circuit fluidique (8) de sorte à assurer un échange thermique du fluide de stockage vers le fluide principal (5), ou
    - quand la température du fluide de stockage en sortie du module de stockage TR,1 est supérieure à la température TSTW, from du fluide principal (5) en entrée (3) de la zone de circulation principale (2) et que la température TSTW, to du fluide principal (5) en sortie (4) de la zone de circulation principale (2) est inférieure à une température de consigne, le premier circuit fluidique (6) et le deuxième circuit fluidique (8) sont indépendants fluidiquement, le premier circuit fluidique (6) assure le préchauffage du fluide principal (5) par le fluide de stockage déstocké du module de stockage et circulant dans le premier circuit fluidique (6) et le deuxième circuit fluidique (8) assure le chauffage du fluide principal (5) par une source chaude circulant dans le deuxième circuit fluidique (8), ou
    - quand la température du fluide de stockage en sortie du module de stockage TR,1 est inférieure à la température TSTW, from du fluide principal (5) en entrée (3) de la zone de circulation principale (2), le premier circuit fluidique (6) et le deuxième circuit fluidique (8) sont indépendants fluidiquement, le premier circuit fluidique (6) assure le préchauffage du fluide principal (5) par une source chaude et le deuxième circuit fluidique (8) assure le chauffage du fluide principal (5) par une source chaude.
  15. Procédé de valorisation de l'énergie thermique par une unité de valorisation selon l'une quelconque des revendications 3 à 11 dans lequel lors d'une étape de refroidissement du fluide principal pour que la température TSTW, to, du fluide principal en sortie de zone de circulation principale atteigne une température de consigne:
    - quand la température du fluide de stockage en sortie du module de stockage TR,1 est inférieure à la température TSTW, from du fluide principal (5) en entrée (3) de la zone de circulation principale (2), le premier circuit fluidique (6) et le deuxième circuit fluidique (8) sont connectés fluidiquement, le fluide de stockage circule successivement dans le premier circuit fluidique (6) puis le deuxième circuit fluidique (8) de sorte à refroidir le fluide principal (5) et stocker l'énergie thermique dans le module de stockage,
    - quand la température du fluide de stockage en sortie du module de stockage TR,1 est inférieure à la température TSTW, from du fluide principal (5) en entrée (3) de la zone de circulation principale (2), le premier circuit fluidique (6) et le deuxième circuit fluidique (8) sont indépendants fluidiquement, le premier circuit fluidique (6) assure le prérefroidissement du fluide principal (5) par le fluide de stockage déstocké du module de stockage et le deuxième circuit fluidique (8) assure le refroidissement du fluide principal (5) par une source froide,
    - quand la température du fluide de stockage en sortie du module de stockage TR,1 est supérieure à la température TSTW, from du fluide principal (5) en entrée (3) de la zone de circulation principale (2), le premier circuit fluidique (6) et le deuxième circuit fluidique (8) sont connectés fluidiquement, la source froide circulant successivement dans le deuxième circuit fluidique (8) puis dans le premier circuit fluidique (6).
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