La présente invention concerne un dispositif thermique économiseur d'énergie antilégionellose , anti-virus et anti-bactérien destiné à protéger notamment les réseaux d'eau chaude sanitaire et les réseaux de tours de refroidissement de l'infection par les légionelles.
On connaît déjà des dispositifs permettant de stériliser les réseaux d'eau chaude sanitaire par injection de produits chimiques ; ces systèmes ne peuvent être utilisés en permanence car ils nécessitent un rinçage des circuits avant utilisation de l'eau chaude.
On connaît également des systèmes permettant d'élever au-delà de 60[deg]C la température de distribution d'eau chaude, les bactéries sont effectivement détruites par la chaleur mais le procédé est très coûteux en énergie car la distribution d'eau chaude sanitaire et le bouclage éventuel de maintien thermique est à haute température ; ce procédé ne peut d'ailleurs pas être utilisé avec une production d'eau chaude solaire ou thermodynamiques et présente en outre des risques importants de brûlures.
C'est d'une manière générale un but de l'invention de proposer un dispositif thermique permettant la destruction des légionelles tout en distribuant l'eau de bouclage à une température de l'ordre de 45[deg]C et ne consommant que 3 à 15% de l'énergie pour assurer le réchauffage temporaire des eaux de bouclage de 45[deg]C à 70.C le procédé ne présentant pas les défauts des installations connues.
C'est en particulier un but de l'invention de fournir un dispositif très compact permettant de stériliser thermiquement l'eau chaude sanitaire devant être distribuée vers les différents points de puisage.
C'est encore un but de l'invention de fournir un dispositif évitant la prolifération des légionelles pouvant s'adapter à tout type de production d'eau chaude sanitaire thermodynamique, solaire, fioul, gaz ou électrique tout en n'imposant pas des températures de stockage supérieures à 50[deg]C.
C'est encore un but de l'invention de proposer un dispositif permettant de pasteuriser de façon continue l'eau en circulation dans les circuits de bouclage d'eau chaude sanitaire ou de refroidissement avec aéroréfrigérants.
L'invention sera bien comprise par la description qui suit faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 est un schéma d'une installation selon l'invention.
. La figure 2 représente un exemple de réalisation de l'invention . La figure 3 représente un système selon l'invention avec utilisation d'une pompe à chaleur pour la récupération d'énergie et le chauffage, * La figure 4 est un schéma représentant les flux thermiques et l'évolution des niveaux de température dans les appareils selon l'invention.
* La figure 5 est un exemple de montage d'une installation selon l'invention sur un circuit d'aéroréfrigérant atmosphérique.
La figure 6 est un exemple de montage d'une installation selon l'invention sur un circuit de bouclage d'eau chaude sanitaire, La figure 7 représente le système selon l'invention avec une enveloppe isotherme. Une installation selon l'invention figure 1 comporte une entrée (E) d'eau à pasteuriser et une sortie d'eau traitée thermiquement (S).Le système comporte un échangeur de chaleur (10) comportant une tubulure d'entrée primaire (11) et une tubulure de sortie primaire (13) l'eau à traiter est admise dans l'échangeur en (11) puis réchauffée dans l'échangeur pour ressortir en (13), l'eau est ensuite admise dans un réchauffeur (12) comportant un élément chauffant (16) permettant de chauffer l'eau à une température supérieure à 70[deg]C permettant ainsi de détruire les légionelles, le réchauffeur (12) pourra être tout simplement un chauffe eau électrique ou un réservoir avec échangeur de chauffage à partir de tout type d'énergie. Une période de passage de quelques secondes à 70[deg]C permet de détruire les bactéries. Une sonde de température (17) permet de réguler la température du système.L'eau à 70[deg]C est ensuite dirigée par la tubulure d'entrée (14) dans le secondaire de l'échangeur (10). L'eau est ensuite refroidie dans l'échangeur pour ressortir par la tubulure (15) afin d'être distribuée en (S). La chaleur transférée par l'échangeur permet de réduire de plus de 90% l'énergie requise pour chauffer l'eau de sa température d'entrée en (E) jusqu'à 70[deg]C, température de destruction des légionelles. L'énergie réduite nécessaire au chauffage apportée par l'élément chauffant (16) peut être soit assurée par une résistance électrique, soit par un échangeur chauffé directement ou indirectement par une chaudière fioul, gaz ou par de la vapeur ou tout autre moyen comme notamment une pompe à chaleur, ce qui sera décrit ultérieurement.
Une installation selon l'invention figure 2 comporte un échangeur de chaleur (10) avantageusement à plaques brasées. Le réchauffeur (12) sera constitué par exemple dans un cylindre en acier dans lequel viendra se visser une résistance électrique (16) commandée par un thermostat de régulation (17). Le volume du cylindre (12) sera au moins égal au débit d'eau circulant dans le dispositif divisé par les quelques secondes requises pour détruire les légionelles. Un purgeur d'air (19) assurera le dégazage du système. A titre indicatif la résistance électrique aura une puissance de 2000 Watt et l'échangeur (10) une puissance de 18000 Watt , ce qui permet de réchauffer de 45 à 70[deg]C un débit total d'eau de 690 litres par heure en ne consommant que 2000 Watt, ce dispositif économise 90% de l'énergie du réseau de bouclage.
La figure 3 est une variante particulièrement économique et intéressante de l'invention puisqu'elle fait appel à une pompe à chaleur pour assurer le chauffage de l'eau et son refroidissement final. L'installation comporte une entrée (E) d'eau à pasteuriser et une sortie d'eau traitée thermiquement (S). Le système comporte un échangeur de chaleur (10) comportant une tubulure d'entrée primaire (11) et une tubulure de sortie primaire (52) l'eau à traiter est admise dans l'échangeur en (11) puis réchauffée dans l'échangeur pour ressortir en (52), l'eau est ensuite admise dans un réservoir (50) comportant un condenseur (58) permettant de chauffer l'eau à une température supérieure à 70[deg]C afin de détruire les légionelles. Une sonde de température, non représentée, permet de réguler la température du réservoir (50).L'eau à 70[deg]C est ensuite dirigée par la tubulure d'entrée (51) dans le secondaire de l'échangeur (10). L'eau est ensuite refroidie dans l'échangeur pour ressortir par la tubulure (53) afin d'être refroidie dans l'évaporateur (54) de la pompe à chaleur avant de ressortir par la tuyauterie (55) pour être distribuée en (S). La pompe à chaleur est constituée principalement du condenseur (58), du compresseur (56), de l'évaporateur (54) et du détendeur (57). Le fluide frigorigène de travail de la pompe à chaleur sera bien sûr adapté aux températures élevées de fonctionnement, ce pourra être du R-134a ou des fluides à température d'ébullition normale plus élevée comme les fluides de substitution du R-113.L'intérêt fondamental de la pompe à chaleur est de limiter de façon très importante la consommation d'énergie tout en refroidissant en fin de traitement le liquide à traiter. A titre indicatif, sur un bouclage d'eau chaude sanitaire, les conditions de fonctionnement suivantes d'une installation très performante pourront être observées : l'eau est réchauffée gratuitement dans l'échangeur (10) de 45[deg]C à 67.5[deg]C, le condenseur (58) la chauffe ensuite à 70[deg]C pendant le temps nécessaire à la destruction des légionelles, l'eau est ensuite refroidie jusqu'à 47.5[deg]C dans le secondaire de l'échangeur (10), puis enfin refroidie à 45.5[deg]C dans l'évaporateur (54).La consommation d'énergie de la pompe à chaleur, pour assurer le traitement décrit ci avant ne sera que de 400 Watt soit 50 fois moins qu'avec les dispositifs classiques et 5 fois moins que celle de la version de l'invention avec résistance électrique. Le système de pompe à chaleur pourra aussi être de type à absorption, à réaction chimique solide gaz, à effet Peltier pour les petites puissances ou encore à éjection ou autre. La figure 4 est un schéma représentant les flux thermiques et l'évolution des niveaux de température dans l'appareil selon l'invention. On se référera aux figures 1 et 4 pour l'explication ci-après. L'eau pénètre en (E) à la température Te, elle se réchauffe dans l'échangeur (10) de la température Te à la température Ter .L'eau est ensuite portée de la température Ter à la température Tsr dans le réchauffeur (12) ou le condenseur (58) grâce à l'apport thermique de l'élément chauffant, on notera que Tsr sera supérieur à la température de destruction des bactéries. L'eau ainsi réchauffée se refroidit de la température Tsr à la température Ts dans le secondaire de l'échangeur (10). L'eau pourra être sous refroidie dans le cas d'une installation avec pompe à chaleur de la température Ts à la température Tsc, l'eau ainsi traitée est ensuite distribuée. La puissance calorifique échangée (PE) dans l'échangeur (10) est égale au débit masse d'eau multipliée par la chaleur massique de l'eau et par l'écart de température Ter-Te. Notons que Ter-Te = Tsr-Ts.
La puissance calorifique (PR) du réchauffeur (12) est très minime relativement à la puissance (PE). L'écart de température occasionné par le réchauffeur (12) permet à l'échangeur (10) de fonctionner et de transférer une très grande quantité de chaleur de façon tout à fait gratuite. Ceci sera encore plus économique bien sûr en version pompe à chaleur.
La figure5 est un exemple de montage d'une installation selon l'invention sur un circuit d'aéroréfrigérant atmosphérique. L'eau (Ae) à refroidir provenant par exemple d'un circuit de climatisation pénètre dans l'appareil (A) selon l'invention (qui pourra être du type décrit dans les figures 1 ou 3) et après traitement thermique est aspirée par la pompe (32) de l'aéroréfrigérant (30). Une vanne d'équilibrage (33) permet d'adapter le débit d'eau partiel qui pénétrera dans l'appareil (A). Le bac (31) de l'aéroréfrigérant (30) comporte souvent des bactéries légionelles, le prélèvement et la pasteurisation continue d'eau dans le système (A) va empêcher le développement des bactéries. L'eau refroidie (As) retournera vers le matériel à refroidir.Il convient de noter que le traitement thermique dans l'appareil (A) objet de l'invention devra occasionnellement être complété par un traitement chimique du circuit d'eau de l'aéroréfrigérant pour éliminer les algues entre autres.
La figure 6 est un exemple de montage d'une installation selon l'invention sur un circuit de bouclage d'eau chaude sanitaire. L'eau de bouclage est admise dans l'appareil (A) par une pompe (40). Après pasteurisation, l'eau ressort par la tuyauterie (47). L'eau chaude sanitaire est produite dans un ballon de stockage (41) et est chauffée par un dispositif (42). L'eau froide pénètre dans le ballon par la vanne (49). Après chauffage, l'eau chaude sanitaire est distribuée par la tuyauterie (45). En cycle normal, l'eau chaude sanitaire est distribuée par la tuyauterie (46) vers les points de puisage (43a, 43b,....43n). La vanne trois voies (44) est ouverte dans le sens (V1 ), ce qui a pour effet de boucler le circuit entre l'appareil (A), les tuyauteries (47, 46, 50) et la pompe (44).Toute l'eau circulant du bouclage est alors pasteurisée dans l'appareil (A) tout en se trouvant en réseau à une température comprise entre 45 et 50[deg]C ce qui induit d'importantes économies d'énergie. Le traitement antilégionellose du ballon de stockage (41) sera assuré une fois par nuit à une heure où il n'y a pas de puisage (entre 3 heures et 5 heures du matin par exemple) et lorsque le ballon aura refait son stock thermique, pour ce faire la vanne trois voies motorisée (44) est mise en position (V2), la pompe (40) aspire alors l'eau se trouvant en bas du ballon et la traite en pasteurisation tout en assurant une homogénéisation de la température du ballon.Une telle conception permet de limiter la température du stockage à une température comprise entre 50 et 55[deg]C permettant ainsi l'utilisation des énergies renouvelables pour assurer intégralement le chauffage de l'eau chaude sanitaire.
La figure 7 représente l'invention très compacte équipée d'une isolation thermique. Une enveloppe extérieure (20) permet de maintenir l'isolant thermique (21) constitué par exemple par de laine de verre ou par de la mousse de polyuréthane. Cette isolation réduira les pertes thermiques de l'échangeur (10) et du réchauffeur (12). Un système complet en version résistance électrique de puissance calorifique totale 20 kiloWatt aura un diamètre de l'ordre de 30 cm et une hauteur totale de 50 cm, des appareils plus ou moins puissants peuvent aussi être réalisés.
Une application particulièrement intéressante de l'invention est son utilisation dans les réseaux de bouclage d'eau chaude sanitaire des hôpitaux ou des hôtels, entre autres, en raison du traitement anti-légionellose qu'il apporte mais surtout en raison de l'importance considérable des économies d'énergie qu'il apporte pour assurer cette fonction et de la température de distribution d'eau chaude empêchant les brûlures.
Une autre application est le traitement de l'eau de refroidissement des aéroréfrigérants atmosphériques.
Une autre application peut être le traitement thermique du sang contaminé par le virus du sida qui pourrait déboucher vers un appareil portatif assurant le nettoyage du sang des malades.
D'une manière générale et non limitative, l'invention s'applique dans tous systèmes de transfert énergétique requérant la montée en température puis le refroidissement d'un liquide.The present invention relates to an anti-legionellosis, anti-virus and anti-bacterial energy-saving thermal device intended in particular to protect domestic hot water networks and cooling tower networks from infection by legionella.
Devices are already known for sterilizing domestic hot water networks by injecting chemicals; these systems cannot be used permanently because they require rinsing the circuits before using hot water.
Systems are also known which make it possible to raise the hot water distribution temperature above 60 [deg] C, the bacteria are effectively destroyed by heat but the process is very costly in energy because the distribution of hot water sanitary and any thermal holding loop is at high temperature; this process can also not be used with solar hot water or thermodynamic production and also presents significant risks of burns.
It is generally an object of the invention to provide a thermal device allowing the destruction of legionella while distributing the loop water at a temperature of the order of 45 [deg] C and consuming only 3 at 15% of the energy to temporarily heat the loop water from 45 [deg] C to 70.C the process does not have the faults of known installations.
It is in particular an object of the invention to provide a very compact device making it possible to thermally sterilize domestic hot water to be distributed to the various draw-off points.
It is also an object of the invention to provide a device preventing the proliferation of legionella which can adapt to any type of production of thermodynamic, solar, fuel oil, gas or electric sanitary hot water while not imposing temperatures storage above 50 [deg] C.
It is also an object of the invention to propose a device making it possible to pasteurize continuously the water circulating in the circulation circuits for sanitary hot water or for cooling with air coolers.
The invention will be better understood from the following description given by way of example and with reference to the appended drawings in which:
Figure 1 is a diagram of an installation according to the invention.
. FIG. 2 represents an exemplary embodiment of the invention. FIG. 3 represents a system according to the invention with the use of a heat pump for energy recovery and heating, * FIG. 4 is a diagram representing the heat fluxes and the evolution of the temperature levels in the devices according to the invention.
* Figure 5 is an example of mounting an installation according to the invention on an atmospheric air cooler circuit.
Figure 6 is an example of mounting an installation according to the invention on a domestic hot water circulation circuit, Figure 7 shows the system according to the invention with an insulated jacket. An installation according to the invention in FIG. 1 comprises an inlet (E) for water to be pasteurized and an outlet for heat-treated water (S). The system comprises a heat exchanger (10) comprising a primary inlet pipe (11 ) and a primary outlet pipe (13) the water to be treated is admitted into the exchanger at (11) then reheated in the exchanger to exit at (13), the water is then admitted into a preheater (12) comprising a heating element (16) making it possible to heat the water to a temperature above 70 [deg] C thus making it possible to destroy the legionella, the heater (12) could simply be an electric water heater or a tank with heat exchanger from any type of energy. A period of passage of a few seconds at 70 [deg] C makes it possible to destroy the bacteria. A temperature probe (17) is used to regulate the temperature of the system. The water at 70 [deg] C is then directed through the inlet pipe (14) in the secondary of the exchanger (10). The water is then cooled in the exchanger to exit through the tube (15) in order to be distributed in (S). The heat transferred by the exchanger makes it possible to reduce by more than 90% the energy required to heat the water from its inlet temperature in (E) to 70 [deg] C, the temperature of destruction of legionella. The reduced energy required for heating provided by the heating element (16) can either be provided by an electrical resistance, or by an exchanger heated directly or indirectly by an oil, gas or steam boiler or by any other means such as in particular a heat pump, which will be described later.
An installation according to the invention in FIG. 2 comprises a heat exchanger (10) advantageously with brazed plates. The heater (12) will be constituted for example in a steel cylinder into which will be screwed an electrical resistance (16) controlled by a regulating thermostat (17). The volume of the cylinder (12) will be at least equal to the flow of water circulating in the device divided by the few seconds required to destroy the legionella. An air vent (19) will degas the system. As an indication the electrical resistance will have a power of 2000 Watt and the exchanger (10) a power of 18000 Watt, which allows to heat from 45 to 70 [deg] C a total flow of water of 690 liters per hour in consuming only 2000 watts, this device saves 90% of the energy of the loop network.
Figure 3 is a particularly economical and interesting variant of the invention since it uses a heat pump to heat the water and its final cooling. The installation includes an inlet (E) for water to be pasteurized and an outlet for heat-treated water (S). The system comprises a heat exchanger (10) comprising a primary inlet pipe (11) and a primary outlet pipe (52) the water to be treated is admitted into the exchanger at (11) then reheated in the exchanger to come out in (52), the water is then admitted into a tank (50) comprising a condenser (58) making it possible to heat the water to a temperature above 70 [deg] C in order to destroy the legionella. A temperature sensor, not shown, regulates the temperature of the tank (50). The water at 70 [deg] C is then directed by the inlet pipe (51) in the secondary of the exchanger (10) . The water is then cooled in the exchanger to exit through the tubing (53) to be cooled in the evaporator (54) of the heat pump before coming out through the piping (55) to be distributed in (S ). The heat pump consists mainly of the condenser (58), the compressor (56), the evaporator (54) and the expansion valve (57). The working refrigerant of the heat pump will of course be adapted to the high operating temperatures, it could be R-134a or fluids with a higher normal boiling temperature like the substituting fluids of R-113. fundamental interest of the heat pump is to limit very significantly the energy consumption while cooling the liquid to be treated at the end of treatment. As an indication, on a domestic hot water circulation, the following operating conditions of a very efficient installation can be observed: the water is heated free of charge in the exchanger (10) from 45 [deg] C to 67.5 [ deg] C, the condenser (58) then heats it to 70 [deg] C for the time necessary for the destruction of the legionella, the water is then cooled to 47.5 [deg] C in the secondary of the exchanger ( 10), then finally cooled to 45.5 [deg] C in the evaporator (54). The energy consumption of the heat pump, to ensure the treatment described above will only be 400 Watt or 50 times less than with conventional devices and 5 times less than that of the version of the invention with electrical resistance. The heat pump system can also be of the absorption, chemical solid gas, Peltier effect type for small powers, or ejection or other. FIG. 4 is a diagram representing the heat fluxes and the evolution of the temperature levels in the apparatus according to the invention. Reference is made to FIGS. 1 and 4 for the explanation below. The water enters (E) at temperature Te, it heats up in the exchanger (10) from temperature Te to temperature Ter. The water is then brought from temperature Ter to temperature Tsr in the heater ( 12) or the condenser (58) thanks to the thermal contribution of the heating element, it will be noted that Tsr will be higher than the destruction temperature of the bacteria. The water thus heated cools from temperature Tsr to temperature Ts in the secondary of the exchanger (10). The water may be sub-cooled in the case of an installation with a heat pump from the temperature Ts to the temperature Tsc, the water thus treated is then distributed. The heat capacity exchanged (PE) in the exchanger (10) is equal to the mass flow of water multiplied by the mass heat of the water and by the temperature difference Ter-Te. Note that Ter-Te = Tsr-Ts.
The calorific power (PR) of the heater (12) is very minimal relative to the power (PE). The temperature difference caused by the heater (12) allows the exchanger (10) to operate and transfer a very large amount of heat completely free of charge. This will be even more economical of course in the heat pump version.
FIG. 5 is an example of mounting an installation according to the invention on an atmospheric air cooler circuit. The water (Ae) to be cooled, coming for example from an air conditioning circuit, enters the device (A) according to the invention (which may be of the type described in Figures 1 or 3) and after heat treatment is sucked up by the air cooler pump (32) (30). A balancing valve (33) makes it possible to adapt the partial water flow which will enter the device (A). The tank (31) of the air cooler (30) often contains legionella bacteria, the continuous collection and pasteurization of water in the system (A) will prevent the development of bacteria. The cooled water (As) will return to the equipment to be cooled. It should be noted that the heat treatment in the device (A) object of the invention must occasionally be supplemented by a chemical treatment of the water circuit of the air cooler to remove algae among others.
Figure 6 is an example of mounting an installation according to the invention on a domestic hot water circulation circuit. The loop water is admitted into the device (A) by a pump (40). After pasteurization, water comes out through the piping (47). Domestic hot water is produced in a storage tank (41) and is heated by a device (42). Cold water enters the tank through the valve (49). After heating, the domestic hot water is distributed through the piping (45). In normal cycle, the domestic hot water is distributed by the piping (46) towards the points of drawing (43a, 43b, .... 43n). The three-way valve (44) is open in the direction (V1), which has the effect of closing the circuit between the device (A), the pipes (47, 46, 50) and the pump (44). the water flowing from the loop is then pasteurized in the device (A) while being in a network at a temperature between 45 and 50 [deg] C which induces significant energy savings. The antilegionellosis treatment of the storage tank (41) will be provided once a night at an hour when there is no drawing (between 3 am and 5 am for example) and when the tank has restored its thermal stock, to do this the motorized three-way valve (44) is placed in position (V2), the pump (40) then sucks the water from the bottom of the flask and treats it in pasteurization while ensuring homogenization of the temperature of the flask .Such a design makes it possible to limit the storage temperature to a temperature between 50 and 55 [deg] C thus allowing the use of renewable energies to fully ensure the heating of domestic hot water.
Figure 7 shows the invention very compact equipped with thermal insulation. An outer casing (20) makes it possible to maintain the thermal insulator (21) constituted for example by glass wool or by polyurethane foam. This insulation will reduce heat losses from the exchanger (10) and the heater (12). A complete system in electric resistance version with total heating power 20 kiloWatt will have a diameter of around 30 cm and a total height of 50 cm, more or less powerful devices can also be produced.
A particularly interesting application of the invention is its use in domestic hot water circulation systems in hospitals or hotels, among others, because of the anti-legionella treatment which it provides but above all because of the considerable importance the energy savings it provides to perform this function and the hot water distribution temperature preventing burns.
Another application is the treatment of the cooling water of atmospheric air coolers.
Another application can be the thermal treatment of blood contaminated by the AIDS virus which could lead to a portable device ensuring the cleaning of the blood of patients.
In general and without limitation, the invention applies in all energy transfer systems requiring the rise in temperature then the cooling of a liquid.
REVENDICATIONS
1. Installation de pasteurisation d'un liquide comportant un échangeur de chaleur (10) où le liquide (E) à traiter est réchauffé au primaire de l'échangeur puis est ensuite admis dans un réservoir comportant un élément chauffant dont le rôle est de chauffer le liquide à une température permettant de détruire les bactéries ou virus, le liquide étant ensuite refroidi au secondaire de l'échangeur (10) puis éventuellement sous refroidi avant d'être distribué en (S). 1. Installation for pasteurizing a liquid comprising a heat exchanger (10) where the liquid (E) to be treated is heated at the primary of the exchanger and then is admitted into a tank comprising a heating element whose role is to heat the liquid at a temperature making it possible to destroy the bacteria or viruses, the liquid then being cooled at the secondary of the exchanger (10) then possibly sub-cooled before being distributed in (S).