FR2974885A1 - Recuperateur de chaleur pour installation sanitaire - Google Patents

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Abstract

Installation sanitaire comprenant une alimentation en eau froide (EF) et une alimentation en eau chaude (EC) à partir d'une chaudière (1) et intégrant, en amont de celles-ci, un récupérateur de chaleur (2) des eaux usées, dites « grises », du type constitué par un échangeur thermique (3), comprenant un premier circuit d'eau (EF) initialement froide, à réchauffer en amont de la chaudière (1), en vue de sa distribution, et un second circuit collectant les eaux usées (EUC) encore chaudes, les premier et second circuits (EF-EUC) étant disposés l'un dans l'autre pour échanger leurs calories, de manière à fournir une eau réchauffée (EFR) à la chaudière (1), caractérisée en ce que l'échangeur (3) formé par les premier et second circuits (EF-EUC) l'un dans l'autre est enroulé sur lui-même, à la manière d'un serpentin, selon un nombre de spires circulaires ou elliptiques de dimensions prédéterminées, de manière à disposer d'une longueur d'échange plus importante, pour un encombrement donné.

Description

RECUPERATEUR DE CHALEUR POUR INSTALLATION SANITAIRE
La présente invention concerne une installation sanitaire permettant de faire des économies d'énergie dans les locaux d'habitation, de travail ou encore de loisirs, et en particulier pour l'énergie dépensée au chauffage de l'eau sanitaire.
Des moyens sont actuellement mis en application et concernent l'isolation des locaux, l'optimisation des moyens de chauffage, l'utilisation d'énergies renouvelables, etc.
En ce qui concerne le chauffage de l'eau sanitaire, les solutions sont essentiellement le chauffage par panneaux solaires et plus récemment, les chauffe-eaux thermo-dynamiques utilisant une pompe à chaleur.
Mais ces différents systèmes présentent l'inconvénient de devoir envisager un investissement important, nécessitant l'intervention d'un professionnel de par leur complexité.
Il a déjà été remarqué qu'une source de gaspillage importante de l'énergie consistait à envoyer les eaux usées dites « grises », issues des douches, machines à laver, lave-vaisselle, lavabos, éviers, etc. à l'égout, eaux se trouvant à une température entre 30 et 50°.
Il a donc déjà été imaginé de récupérer les calories des eaux usées et de les recycler pour le préchauffage de l'eau sanitaire, réalisant ainsi une économie sur la consommation d'eau chaude.
Il est connu par le brevet américain N° 4 619 311 de récupérer les calories des eaux usées par l'intermédiaire d'un échangeur composé d'une chambre externe dans laquelle circule l'eau froide devant être préchauffée, et à l'intérieur de laquelle est disposé concentriquement un tuyau dans lequel circulent les eaux usées encore chaudes.
Un tel dispositif a un mauvais rendement du fait que les deux parties concentriques des deux tuyaux sont d'une faible longueur, ou alors devraient être d'une longueur très importante, donc encombrante, pour avoir un meilleur rendement, du fait qu'ils sont linéaires.
La présente invention se rapporte à une installation sanitaire comprenant une alimentation en eau froide et une alimentation en eau chaude à partir d'une chaudière et intégrant, en amont de celles-ci, un récupérateur de chaleur des eaux usées, dites « grises », du type constitué par un échangeur thermique, comprenant un premier circuit d'eau initialement froide, à réchauffer en amont de la chaudière, en vue d'une distribution à partir de celle-ci à des appareils tels que douche, baignoire, lavabo, évier, électroménager, et un second circuit collectant les eaux usées encore chaudes à partir desdits appareils, pour les véhiculer vers un réseau d'évacuation, les premier et second circuits étant disposés l'un dans l'autre pour échanger leurs calories, de manière à fournir une eau préchauffée à la chaudière.
Cette invention a pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur et se caractérise en ce que l'échangeur formé par les premier et second circuits l'un dans l'autre est enroulé sur lui-même, à la manière d'un serpentin, selon un nombre de spires circulaires ou elliptiques de dimensions prédéterminées, de manière à disposer d'une longueur d'échange plus importante, pour un encombrement donné.
La présente invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre, et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniques possibles.
Cette description donnée à titre d'exemple non limitatif, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée en référence aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 représente schématiquement et partiellement en coupe une vue latérale de l'installation équipée d'un échangeur selon l'invention. La figure 2 représente schématiquement et partiellement en coupe une vue de dessus de l'installation équipée d'un échangeur selon l'invention. La figure 3 représente en coupe une variante de réalisation de l'entrée de l'échangeur.
La figure 4 est une vue agrandie de l'extrémité d'entrée de l'échangeur, selon le détail A de la figure 1. La figure 5 est une section selon la ligne V-V de la figure 2, selon le premier exemple de réalisation. La figure 6 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 3, selon le deuxième exemple de réalisation.
L'installation sanitaire schématiquement représentée sur les figures 1 et 2 comprend, de manière connue, une alimentation en eau froide « EF » et une alimentation chaudière 1 récupérateur « grises », thermique 3, initialement chaudière 1, celle-ci à des appareils 4 tels que douche, baignoire, lavabo, évier, électroménager, , et un second circuit collectant les eaux usées « EUC » encore chaudes à partir desdits appareils 4, pour les véhiculer vers un réseau d'évacuation, les premier et second circuits « EF » - « EUC » étant disposés l'un dans l'autre pour échanger leurs calories, de manière à fournir une eau réchauffée « EFR » à la chaudière 1.
Selon l'invention, l'échangeur 3 formé par les premier et second circuits « EF » - « EUC » l'un dans l'autre est enroulé sur lui-même, à la manière d'un serpentin, selon un nombre de spires circulaires ou en eau chaude « EC » à partir d'une et intégrant, en amont de celles-ci, un de chaleur 2 des eaux usées, dites du type constitué par un échangeur comprenant un premier circuit d'eau « EF » froide, à réchauffer en amont de la en vue d'une distribution à partir de elliptiques de dimensions prédéterminées, de manière à disposer d'une longueur d'échange plus importante, pour un encombrement donné.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le premier des circuits « EF » formant l'échangeur 3, alimenté en eau froide à réchauffer, est disposé au coeur de l'échangeur 3, le second circuit externe « EUC » de plus grande section délimitant, avec le premier, un espace 5 dans lequel circule les eaux usées encore chaudes « EUC ».
Préférentiellement, le premier circuit interne « EF » de l'échangeur 3 est en cuivre recuit, et en ce que le second tuyau externe « EUC » est en matière plastique souple.
Mais on peut également prévoir que les tuyaux des premier et second circuits de l'échangeur 3 soient en matière plastique.
Les fluides en présence dans les premier et second circuits « EF » « EUC » circulent en sens inverse, pour un rendement optimum. La circulation des fluides dans les premier et second circuits « EF » « EUC » s'effectue naturellement, sans apport d'énergie extérieure.
30 Selon le premier exemple des figures 1, 2 et 5, les premier et second circuits « EF » « EUC » véhiculant respectivement l'eau froide à réchauffer et25 les eaux usées encore chaudes sont constitués par deux tuyaux de section circulaire 6,7, de diamètre respectivement plus petit et plus grand, disposés l'un dans l'autre, délimitant entre eux un espace 8 dans lequel circulent les eaux usées chaudes « EUC ».
Selon une variante de réalisation représentée sur les figures 3 et 6, les premier et second circuits « EF » « EUC » véhiculant l'eau froide à réchauffer et les eaux usées sont constitués respectivement par au moins deux tuyaux 9,10 d'eau froide, raccordés en dérivation, de manière a augmenter la surface d'échange, et par un troisième tuyau d'eaux usées, de plus grand diamètre, dans lequel sont disposés les tuyaux d'eau froide avec lesquels il délimite un espace 8 dans lequel circulent lesdites eaux usées chaudes « EUC ».
Ceci permet aussi de réduire la vitesse d'écoulement de l'eau, donc d'améliorer le rendement du système.
Une pièce 11 est usinée de manière à permettre le passage de plusieurs tuyaux en cuivre et le vissage des presse-étoupes 32,33 qui assurent l'étanchéité.
On remarquera qu'on trouve, à l'entrée de l'échangeur 3, l'entrée de l'eau froide à réchauffer « EF » et la sortie des eaux usées refroidies « EUF », alors qu'on trouve, à sa sortie, une sortie d'eau froide réchauffée « EFR » et l'entrée d'eaux usées chaudes « EUC ».
A noter également que l'eau froide réchauffée « EFR » recueillie à la sortie de l'échangeur 3 peut être dirigée vers la chaudière 1, fournissant ainsi une eau chaude « EC » ayant dû nécessiter moins de puissance pour l'obtenir, mais l'eau froide réchauffée « EFR » pourrait être également dirigée telle qu'elle, directement vers un point de distribution (voir figure 2).
Comme on le voit sur les figures 1 et 2, la sortie de l'échangeur 3 comporte une culotte 12 constituant un embranchement, dont une branche 13 est destinée à la sortie du/des tuyau(x) 6-9,10 d'eau froide « EFR » ayant été réchauffée, à diriger dans un sens F1 vers la chaudière 1, l'autre branche 14 recevant les eaux usées chaudes « EUC » dans l'autre sens F2.
Selon une autre caractéristique de l'invention, après la branche 13 de la culotte 12 destinée au(x) tuyau(x) 6-9,10 d'eau froide ayant été réchauffée « EFR » par l'échangeur 3, une dérivation 15 à effet de purge est disposée entre le(s)dit(s) tuyau(x) 6-9,10 et le circuit 7 d'eaux usées chaudes « EUC », par l'intermédiaire d'une seconde culotte 16 dont la branche 17 raccordée aux eaux usées EUC » est libre, l'autre branche 18 raccordée à l'eau froide réchauffée « EFR » étant assujettie à un clapet anti-retour 19 et à une vanne d'ouverture-fermeture 20.
Ce système de purge permet, par simple manoeuvre d'une vanne 20, de nettoyer l'échangeur 3 en cas d'encrassement et l'évacuation des éventuels résidus au point bas de l'installation. Le clapet de sécurité 19 évite tout risque de pollution des eaux sanitaires par les eaux usées. Le clapet 19 évite toute remontée des eaux usées dans le bac à douche, par exemple, pendant la phase de purge. Le Té 21 est un piquage sur le réseau d'eau pour permettre cette purge occasionnelle.
Le presse-étoupe 22 constituant le couvercle du clapet 19 est usiné pour y visser un raccord apte à assurer ainsi l'étanchéité entre le presse-étoupe 22 et le tuyau en cuivre 15a de la dérivation 15, et permettant ainsi de venir injecter de l'eau à la pression du réseau dans le circuit des eaux usées lors des phases de purge.
De même, mais dans un sens inversé, l'entrée de l'échangeur 3 comporte une culotte 23 constituant un embranchement dont une branche 24 est destinée à l'entrée du/des tuyau(x) 6-9,10 d'eau froide « EF » à réchauffer, à diriger dans un sens F1 vers l'échangeur 3, l'autre branche 25 évacuant les eaux usées froides « EUF » dans l'autre sens F2, après échange thermique avec le (s) tuyau(x) 6-9,10.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les culottes 12,23 comportent, dans leurs branches 13,24 destinées respectivement à la sortie d'eau froide réchauffée « EFR » et à l'entrée d'eau froide « EF », des pièces de forme 28,26, collées, traversées par le tube 6 d'eau froide réchauffée « EFR » ou froide « EF », lesdites pièces 28,26 formant autour dudit tube 6 des bouchons destinés à assurer l'étanchéité entre les eaux usées chaudes « EUC » ou refroidies « EUF », et l'eau froide réchauffée « EFR » ou froide « EF », en association avec des presse-étoupes 29,27 vissés aux extrémités des branches 13,24.
Avantageusement, les pièces de forme 28,26 formant bouchon, disposées dans les branches 13,24 des culottes 12,23, présentent, sur leurs faces 28a,26a dirigées vers les eaux usées chaudes « EUC » ou refroidies « EUF », des plans biseautés dans l'alignement de l'autre branche 14 ou 25 véhiculant ces eaux, de manière à faciliter leur écoulement, tout en évitant leur rétention.
Ceci afin d'éviter l'accumulation des résidus tels que les cheveux.
Le raccordement des eaux usées « EUC » et « EUF » se fait par un manchon de dilatation avec joint qui permet une installation aisée sans collage.
Le raccordement des flexibles 30,31 sur la tuyauterie sanitaire d'eau froide se fait par raccords vissés, ce qui permet une installation sans soudure du présent système.
Le flexible 30 correspond à l'arrivée d'eau froide à réchauffer « EF », et le flexible 31 correspond à la sortie de l'eau froide réchauffée « EFR », ayant transité par l'échangeur 3.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'échangeur 3 est placé en dessous du niveau « N » de la branche d'évacuation 25 des eaux usées froides « EUF » de la culotte 23, de manière que le (s) tuyau (x) 6-9,10 d'eau froide à réchauffer « EF » soi(en)t immergé(s) en permanence dans les eaux usées chaudes « EUC » ou tiédies de l'autre tuyau 7, afin de favoriser l'échange thermique.
Ainsi est permise une récupération maximum des calories, en particulier pendant les phases d'interruption de la douche (savonnage ou intervalle entre deux douches successives).
L'ensemble ainsi constitué fonctionnera comme un siphon permettant l'évacuation des eaux usées au fur et à mesure.
L'ensemble est isolé thermiquement pour minimiser les pertes de calories pendant et entre les phases d'utilisation. Le ou les tubes en cuivre ne devront pas comporter de soudure, ni de raccord à l'intérieur du tuyau souple des eaux grises, pour éviter tout risque de fuite d'eau sanitaire dans les eaux usées.
Dans le cas où il y a plusieurs tuyaux en cuivre utilisés pour l'échangeur, ceux-ci seront raccordés ensemble par soudure, à l'extérieur du tuyau souple, comme le montre la figure 3, pour la même raison.30 La pression de l'eau sanitaire supérieure à l'eau usée empêche toute possibilité de pollution de l'eau sanitaire.
De par sa conception et les raccordements prévus, le présent dispositif peut venir s'ajouter simplement sur une installation existante.
L'installation du dispositif se fera dans les sous-sols ou vides-sanitaires des bâtiments, là où se trouvent habituellement les tuyaux d'évacuation des eaux usées ainsi que ceux d'alimentation en eau sanitaire.
Deux types d'installations sont possibles: - Sous le bac à douche, avec récupération des eaux usées de la douche (et éventuellement lavabos de salle de bain) et réchauffage de l'eau froide alimentant la douche (et éventuellement les lavabos).
Pendant les phases d'utilisation de la douche, l'échange se fera en continu et l'eau préchauffée qui alimente la douche nécessitera un moindre complément d'eau chaude pour obtenir le mélange à la température souhaitée (environ 38°c). Dans ce cas, la douche devra être munie d'un mitigeur pour limiter les variations de température pour l'utilisateur. - En Point central avec récupération centralisée des eaux usées de la douche et du lave vaisselle (et éventuellement lavabos), et réchauffage de l'eau froide alimentant le chauffe eau. Dans ce cas, il sera souhaitable de brancher l'alimentation du lave vaisselle sur l'eau chaude plutôt que sur l'eau froide, ce qui permettra de récupérer encore plus de calories et de réduire la consommation électrique du lave-vaisselle.
Le choix entre les deux solutions se fera en fonction de la configuration de l'installation existante et de la disposition des pièces.
En aucun cas, le dispositif ne devra recevoir d'eaux usées noires trop chargées, telles que les évacuations des toilettes.
Les avantages de l'installation qui vient d'être décrite sont les suivants : - La simplicité du présent dispositif et l'utilisation de composants standards permettent un retour d'investissement très rapide. - Le système peut s'implanter lors de la construction d'un bâtiment neuf et sur la plupart des bâtiments existants. - Le système ne consomme aucune énergie supplémentaire. - Le système ne nécessite aucun entretien. - La fiabilité est garantie par la simplicité du système. - L'installation du système est aisée, et ne nécessite pas de soudure. Les raccordements sur la tuyauterie cuivre se font par raccords vissés. Les raccordements sur la tuyauterie en PVC se font par manchons de dilatation munis de joint. - En réduisant l'apport d'énergie nécessaire au chauffage de l'eau sanitaire, l'installation de ce système augmentera le potentiel d'eau chaude du chauffe eau ou de la chaudière en place et peut, dans certain cas, en éviter le remplacement. - Ce système permet des économies d'énergie sur la consommation en eau chaude sanitaire et en conséquence, des économies financières. - Ce système permet également des économies d'électricité dans la mesure où le lave vaisselle est alimenté en eau chaude. - Ce système participe aux économies d'énergie et à la protection de l'environnement. - Ce système contribuera à rendre les logements neufs et anciens conformes aux nouvelles réglementations de respect de l'environnement.

Claims (14)

  1. REVENDICATIONS1. Installation sanitaire comprenant une alimentation en eau froide (EF) et une alimentation en eau chaude (EC) à partir d'une chaudière (1) et intégrant, en amont de celles-ci, un récupérateur de chaleur (2) des eaux usées, dites « grises », du type constitué par un échangeur thermique (3), comprenant un premier circuit d'eau (EF) initialement froide, à réchauffer en amont de la chaudière (1), en vue d'une distribution à partir de celle-ci à des appareils (4) tels que douche, baignoire, lavabo, évier, électroménager, et un second circuit collectant les eaux usées (EUC) encore chaudes à partir desdits appareils (4), pour les véhiculer vers un réseau d'évacuation, les premier et second circuits (EF-EUC) étant disposés l'un dans l'autre pour échanger leurs calories, de manière à fournir une eau réchauffée (EFR) à la chaudière (1), caractérisée en ce que l'échangeur (3) formé par les premier et second circuits (EF-EUC) l'un dans l'autre est enroulé sur lui-même, à la manière d'un serpentin, selon un nombre de spires circulaires ou elliptiques de dimensions prédéterminées, de manière à disposer d'une longueur d'échange plus importante, pour un encombrement donné.
  2. 2. Installation sanitaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier des circuits (EF) formant l'échangeur (3), alimenté en eau froide à réchauffer, est disposé au coeur de l'échangeur (3), le second circuit externe (EUC) de plus grande sectiondélimitant, avec le premier, un espace (5) dans lequel circule les eaux usées encore chaudes (EUC).
  3. 3. Installation sanitaire selon la revendication 2, caractérisée en ce que le premier circuit interne (EF) de l'échangeur (3) est en cuivre recuit, et en ce que le second tuyau externe (EUC) est en matière plastique souple.
  4. 4. Installation sanitaire selon la revendication 2, caractérisée en ce que les tuyaux des premier et second circuits de l'échangeur (3) sont en matière plastique.
  5. 5. Installation sanitaire selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les fluides en présence dans les premier et second circuits (EF-EUC) circulent en sens inverse, pour un rendement optimum. 20
  6. 6. Installation sanitaire selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la circulation des fluides dans les premier et second circuits (EF-EUC) s'effectue naturellement, sans apport 25 d'énergie extérieure.
  7. 7. Installation sanitaire selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les premier et second circuits (EF-EUC) véhiculant 30 respectivement l'eau froide à réchauffer et les eaux usées sont constitués par deux tuyaux de section circulaire (6,7), de diamètre respectivement plus petit 15et plus grand, disposés l'un dans l'autre, délimitant entre eux un espace (8) dans lequel circulent les eaux usées chaudes (EUC).
  8. 8. Installation sanitaire selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les premier et second circuits (EF-EUC) véhiculant l'eau froide à réchauffer et les eaux usées sont constitués respectivement par au moins deux tuyaux (9,10) d'eau froide, raccordés en dérivation, de manière à augmenter la surface d'échange, et par un troisième tuyau d'eaux usées, de plus grand diamètre, dans lequel sont disposés les tuyaux d'eau froide avec lesquels il délimite un espace (8) dans lequel circulent lesdites eaux usées chaudes (EUC).
  9. 9. Installation sanitaire selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que la sortie de l'échangeur (3) comporte une culotte (12) constituant un embranchement, dont une branche (13) est destinée à la sortie du/des tuyau(x) (6-9,10) d'eau froide (EFR) ayant été réchauffée, à diriger dans un sens (F1) vers la chaudière (1), l'autre branche (14) recevant les eaux usées chaudes (EUC) dans l'autre sens (F2).
  10. 10. Installation sanitaire selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'après la branche (13) de la culotte (12) destinée au(x) tuyau(x) (6-9,10) d'eau froide ayant été réchauffée (EFR) par l'échangeur (3), une dérivation (15) à effet de purge est disposée entre le(s)dit(s) tuyau(x) (6-9,10) et le circuit (7) d'eauxusées chaudes (EUC), par l'intermédiaire d'une seconde culotte (16) dont la branche (17) raccordée aux eaux usées (EUC) est libre, l'autre branche (18) raccordée à l'eau froide réchauffée (EFR) étant assujettie à un clapet anti-retour (19) et à une vanne d'ouverture- fermeture (20).
  11. 11. Installation sanitaire selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'entrée de l'échangeur (3) comporte une culotte (23) constituant un embranchement dont une branche (24) est destinée à l'entrée du/des tuyau(x) (6-9,10) d'eau froide (EF) à réchauffer, à diriger dans un sens (F1) vers l'échangeur (3), l'autre branche (25) évacuant les eaux usées froides (EUF) dans l'autre sens (F2), après échange thermique avec le(s) tuyau(x) (6-9,10).
  12. 12. Installation sanitaire selon l'une des revendications 9, 10 ou 11, caractérisée en ce que les culottes (12,23) comportent, dans leurs branches (13,24) destinées respectivement à la sortie d'eau froide réchauffée (EFR) et à l'entrée d'eau froide (EF), des pièces de forme (28,26), collées, traversées par le tube (6) d'eau froide réchauffée (EFR) ou froide (EF), lesdites pièces (28,26) formant autour dudit tube (6) des bouchons destinés à assurer l'étanchéité entre les eaux usées chaudes (EUC) ou refroidies (EUF), et l'eau froide réchauffée (EFR) ou froide (EF), en association avec des presse-étoupes (29,27) vissés aux extrémités des branches (13,24).
  13. 13. Installation sanitaire selon la revendication 12, caractérisée en ce que les pièces de forme (28,26) formant bouchon, disposées dans les branches (13,24) des culottes (12,23), présentent, sur leurs faces (28a,26a) dirigées vers les eaux usées chaudes (EUC) ou refroidies (EUF), des plans biseautés dans l'alignement de l'autre branche (14 ou 25) véhiculant ces eaux, de manière à faciliter leur écoulement, tout en évitant leur rétention.
  14. 14. Installation sanitaire selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que l'échangeur (3) est placé en dessous du niveau (N) de la branche d'évacuation (25) des eaux usées froides (EUF) de la culotte (23), de manière que le (s) tuyau (x) (6-9,10) d'eau froide à réchauffer (EF) soi(en)t immergé(s) en permanence dans les eaux usées chaudes (EUC) ou tiédies de l'autre tuyau (7), afin de favoriser l'échange thermique.20
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