FR3038974A1 - Systeme de recuperation de calories sur des eaux usees, procede de mise en oeuvre - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un système (1) de récupération de calories sur des eaux usées comportant un circuit primaire d'eaux usées et au moins un circuit secondaire (3) de circulation de fluide caloporteur, les eaux usées du circuit primaire pouvant circuler dans une cuve à échange de chaleur (2), le fluide caloporteur du circuit secondaire (3) circulant dans un échangeur de chaleur (9) disposé à l'intérieur de la cuve à échange de chaleur (2), les circuits primaire et secondaire (3) étant sans communication fluidique. Les eaux usées résultent du mélange d'eaux grises et d'eaux noires et les eaux usées arrivent par une connexion haute, dite d'entrée, disposée dans une partie haute de la cuve à échange de chaleur (2) et quittent ladite cuve par une connexion basse, dite de sortie, disposée dans une partie basse de ladite cuve (2). Le fond de la cuve 10 est en forme d'entonnoir. Un procédé de mise en œuvre complète l'invention.

Description

Domaine technique auquel se rapporte l'invention
La présente invention concerne de manière générale le domaine des économies d’énergie par récupération de la chaleur des eaux usées. Elle concerne plus particulièrement un système de récupération de calories sur des eaux usées qui résultent du mélange d’eaux grises et noires.
Arriere-plan technologique
On connaît des systèmes de récupération de la chaleur résiduelle des eaux des douches ou de lavage, dites eaux grises. Ce type de système comporte un échangeur de chaleur avec des circuits ayant une surface de contact étendue entre un circuit primaire d’eaux grises et un circuit secondaire récupérant la chaleur dans un fluide caloporteur. En général, le fluide caloporteur circule dans un serpentin métallique noyé/au sein des eaux grises.
Ces eaux grises, ne comportent généralement pas de déchets solides volumineux pouvant conduire à des obstructions et/ou dépôts, en particulier lorsque le circuit d’écoulement comporte des chicanes, obstacles partiels ou est contourné, contrairement aux eaux noires qui comportent, elles, des déchets plus ou moins solides.
Du fait de ce risque de colmatage ou de perte d’efficacité à cause de dépôts plus ou moins solides, la récupération de chaleur des eaux noires ne s’est pas développée.
Or, il est apparu qu’il était possible de faire passer les eaux noires dans un échangeur de chaleur, tout en réduisant les risques signalés, en diluant ces eaux noires avec les eaux grises. Le demandeur a donc développé un système de récupération des calories des eaux usées dans lequel les eaux usées utilisées sont le mélange des eaux grises et noires. Ces eaux grises et noires proviennent de préférence d’habitations humaines. En outre, une configuration particulière de la cuve à échange de chaleur du circuit des eaux usées permet de réduire les risques évoqués.
Objet de l’invention
Afin de remédier aux risques évoqués ou d’autres, la présente invention propose un système de récupération de calories sur des eaux usées comportant un circuit primaire d’eaux usées et au moins un circuit secondaire de circulation de fluide caloporteur, les eaux usées du circuit primaire pouvant circuler dans une cuve à échange de chaleur, le fluide caloporteur du circuit secondaire circulant dans un échangeur de chaleur disposé à l’intérieur de la cuve à échange de chaleur, les circuits primaire et secondaire étant sans communication fluidique.
Plus particulièrement, on propose selon l’invention un système dans lequel les eaux usées résultent du mélange d’eaux grises et d’eaux noires et dans lequel les eaux usées arrivent par une connexion haute, dite d’entrée, disposée dans une partie haute de la cuve à échange de chaleur et quittent ladite cuve par une connexion basse, dite de sortie, disposée dans une partie basse de ladite cuve.
Dans divers modes de mise en œuvre de l’invention, les moyens suivants pouvant être utilisés seuls ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont employés : - la cuve à échange de chaleur comporte un trop plein se déversant dans une canalisation en aval de la connexion basse, - une conduite d’arrivée de diamètre nominal compris entre 150 et 200 mm est reliée à la connexion haute d’entrée de la cuve à échange de chaleur, - une conduite de départ de diamètre nominal compris entre 150 et 200 mm est reliée à la connexion basse de sortie de la cuve à échange de chaleur, - la partie basse de la cuve à échange de chaleur comporte une trémie en forme d’entonnoir et la connexion basse de sortie est reliée à la partie basse centrale de la trémie en forme d’entonnoir, - la cuve à échange de chaleur comporte en outre intérieurement un moyen de lavage interne par jets d’eau, de préférence de jets d’eau propre potable ou non, - la cuve à échange de chaleur comporte en outre intérieurement un moyen de lavage interne par jets d’air sous pression et/ou jets d’eau, de préférence de jets d’eau propre potable ou non, - le moyen de lavage interne comporte des buses, les buses étant disposées le long de la paroi interne de la cuve à échange de chaleur et, de préférence réparties sur la hauteur de ladite cuve, - la cuve à échange de chaleur est cylindrique à trémie de fond en forme d’entonnoir et repose sur un sol par l’intermédiaire de pieds supports, - la cuve à échange de chaleur comporte un couvercle de fermeture à son extrémité supérieure, - le couvercle comporte au moins une trappe de visite, - ledit au moins un circuit secondaire de circulation de fluide caloporteur passe dans la cuve à échange de chaleur à travers le couvercle de fermeture, - le moyen de lavage interne caloporteur passe dans la cuve à échange de chaleur à travers le couvercle de fermeture, - le couvercle comporte un moyen de dégazage destiné à empêcher ou limiter une surpression à l’intérieur de la cuve à échange de chaleur, - l’échangeur de chaleur disposé dans la cuve à échange de chaleur est un échangeur en inox ou en cuivre, - l’échangeur de chaleur disposé dans la cuve à échange de chaleur est à serpentin, - le serpentin est plein, cylindrique, - le système comporte en outre une pompe à chaleur et un dispositif électronique de contrôle dudit système, ladite pompe à chaleur étant reliée d’une part au circuit secondaire et d’autre part à un circuit tertiaire d’ECS relié à un ballon de stockage d’eau chaude sanitaire (ECS), - le système comporte en outre une vanne de sortie à commande électrique disposée en sortie des eaux usées de la cuve à échange de chaleur, ladite vanne de sortie étant contrôlée par le dispositif électronique de contrôle, - la vanne de sortie est à passage intégral, - la pompe à chaleur comporte un compresseur frigorifique et un détendeur, - une vanne d’entrée est disposée en entrée des eaux usées de la cuve à échange de chaleur, - la vanne d’entrée est à passage intégral, - la vanne d’entrée est électrique ou à commande manuelle, ladite vanne d’entrée électrique étant contrôlée par le dispositif électronique de contrôle, - la vanne de sortie est électrique ou à commande manuelle, ladite vanne de sortie électrique étant contrôlée par le dispositif électronique de contrôle, - le système comporte en outre un échangeur de chaleur sur air relié au circuit secondaire, en parallèle de l’échangeur de chaleur de l’intérieur de la cuve à échange de chaleur, - le circuit tertiaire comporte une pompe de charge et un compteur d’énergie restituée, - la cuve à échange de chaleur comporte au moins un capteur de niveau dont un capteur de niveau nominal configuré pour détecter un niveau nominal d’eaux usées dans la cuve à échange de chaleur qui recouvre l’échangeur de chaleur et qui est inférieur à la hauteur de débordement ou de remplissage maximal de ladite cuve, ledit capteur de niveau nominal étant relié au dispositif électronique de contrôle et ce dernier étant configuré afin de maintenir le niveau des eaux usées dans la cuve à échange de chaleur sensiblement au niveau nominal par contrôle au moins de la vanne de sortie, - la cuve à échange de chaleur comporte au moins un capteur de niveau d’alarme disposé au-dessus du capteur de niveau nominal et détectant un niveau d’eaux usées supérieur au niveau nominal et inférieur à la hauteur de débordement ou de remplissage maximal de la cuve, - un capteur de température est disposé dans la cuve à échange de chaleur, relié au dispositif électronique de contrôle et le système est configuré pour contrôler l’ouverture et la fermeture au moins de la vanne de sortie en fonction de la température des eaux usées dans ladite cuve, - la pompe à chaleur comporte en outre des moyens de configuration de son fonctionnement et des moyens d’affichage notamment de l’état du système et des consommations. L’invention concerne également un procédé de mise en oeuvre d’un système de récupération de calories sur des eaux usées comportant un circuit primaire d’eaux usées et au moins un circuit secondaire de circulation de fluide caloporteur, les eaux usées du circuit primaire pouvant circuler dans une cuve à échange de chaleur, le fluide caloporteur du circuit secondaire circulant dans un échangeur de chaleur disposé à l’intérieur de la cuve à échange de chaleur, les circuits primaire et secondaire étant sans communication fluidique.
Dans ledit procédé on met en oeuvre le système de l’invention et on mélange des eaux grises et des eaux noires pour produire les eaux usées et on envoi lesdites eaux usées dans la cuve à échange de chaleur par une connexion haute, dite d’entrée, disposée dans une partie haute de la cuve à échange de chaleur, les dites eaux usées quittant ladite cuve par une connexion basse, dite de sortie, disposée dans une partie basse de ladite cuve.
Dans divers modes de mise en œuvre du procédé de l’invention, les moyens suivants pouvant être utilisés seuls ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont employés : - on met en œuvre un capteur de température dans la cuve à échange de chaleur, relié au dispositif électronique de contrôle et on contrôle l’ouverture et la fermeture au moins de la vanne de sortie en fonction de la température des eaux usées dans ladite cuve.
Description detaillee d’un exemple de réalisation
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.
Sur les dessins annexés : - la Figure 1 représente un schéma simplifié d’un système de récupération des calories d’eaux usées avec une cuve à échange de chaleur entre un circuit primaire d’eaux usées et au moins un circuit secondaire de circulation de fluide caloporteur, une pompe à chaleur et un circuit tertiaire de circulation d’ECS vers un ballon de stockage d’eau chaude sanitaire complétant le système, - la Figure 2 représente une vue de dessus de la cuve à échange de chaleur du circuit primaire, et - la Figure 3 qui représente une variante de réalisation avec pompe à chaleur sur VMC combinée. A la base, la présente invention consiste à faire passer des eaux usées d’un circuit primaire et qui sont un mélange d’eaux grises et d’eau noires dans une cuve à échange de chaleur 2 au sein de laquelle est disposé un échangeur de chaleur 9 ou, encore dit, évaporateur 9, dans lequel circule un fluide caloporteur d’un circuit secondaire 3. Le circuit primaire comporte également un détendeur 16. Le système 1 comporte donc, d’une part, une cuve à échange de chaleur 2 entre un circuit primaire et un circuit secondaire 3 et, d’autre part, une pompe à chaleur 4 entre le circuit secondaire 3 et un circuit tertiaire 5 d’ECS, le circuit tertiaire 5 permettant de chauffer de l’eau qui est stockée dans un ballon de stockage 6 ECS. Le circuit tertiaire 5 d’ECS est réchauffée par un condenseur à eau à double enveloppe 33. La cuve à échange de chaleur 2 est globalement à parois 7 cylindriques et comporte vers le bas un fond qui est une trémie en forme d’entonnoir 10. Grâce à cette forme en entonnoir du fond de la cuve 2, les matières solides sont évacuées facilement et le risque de colmatage de la cuve ou de dépôt sur l’échangeur de chaleur 9 est particulièrement réduit. La cuve 2 repose sur le sol par l’intermédiaire de pieds supports 11. L’extrémité supérieure de la cuve est fermée par un couvercle 8. Des moyens d’aération et de trop plein (non représentés) sont mis en œuvre afin d’éviter toute surpression ou débordement de ladite cuve 2. Côté connexion haute d’entrée du circuit primaire sur la cuve à échange de chaleur 2, une vanne 15 motorisée à commande électrique et passage intégral permet de contrôler l’arrivée des eaux usées de la canalisation d’amont 14. Côté connexion basse de sortie du circuit primaire sur la cuve à échange de chaleur 2, une vanne 12 motorisée à commande électrique et passage intégral permet de contrôler la sortie des eaux usées vers la canalisation d’aval 13. Les canalisations d’amont 14 et d’aval 13 ont typiquement un diamètre nominal compris entre 150 mm et 200 mm. Ces vannes motorisées 15 et 12 sont doublées par des vannes d’isolement de cuve respectivement 25 et 26 et de préférence à commande manuelle. Une vanne de by-pass 27, de préférence à commande manuelle, est disposée sur une canalisation de by-pass 28 entre les canalisations amont 14 et aval 13.
Une pompe de charge ou de circulation 17 permet la circulation de l’eau chaude sanitaire (ECS) dans le circuit tertiaire. Un compteur d’énergie restituée (non représenté) est disposé sur le circuit tertiaire 5. La pompe à chaleur 4 comporte un compresseur frigorifique 30 et un dispositif électronique de contrôle 31 dudit système permettant le contrôle des vannes sur le circuit primaire et de la pompe de charge 17 pour la circulation de l’ECS.
Un capteur de niveau nominal 21 ainsi qu’un capteur de niveau d’alarme 22, disposé au-dessus du précédent, sont installés à la partie supérieure de la cuve 2 et sont reliés au dispositif électronique de contrôle 31. Un capteur de niveau bas 23 est installé à la partie inférieure de la cuve 2 et est relié au dispositif électronique de contrôle 31.
En complément, un réchauffeur 29 pour le ballon de stockage 6 est mis en œuvre pour le chauffage de l’eau à chauffer, en complément ou supplétif à la pompe à chaleur. Ce réchauffeur peut être électrique, à eau chaude ou vapeur produite par ailleurs.
Un moyen de lavage interne périphérique de la cuve est mis en œuvre sous forme de buses 20 disposées en périphérie de la cuve, sur sa paroi périphérique 7, alimentées par un circuit de lavage 19 à l’eau propre, potable ou non. Un moyen de lavage interne central, disposé au centre de l’échangeur de chaleur 9 qui est typiquement un serpentin, est également mis en œuvre avec des buses 20’ alimentées par un circuit de lavage 19’ à l’eau propre, potable ou non. Des vannes 24 et 24’ sur les circuits de lavage 19 et 19’ respectifs permettent de commander le lavage interne périphérique et/ou central respectivement. De préférence, ces vannes 24 et 24’ sont motorisées afin de permettre un lavage automatisé ou semi-automatisé.
Tel que représenté Figure 2, le couvercle 8 comporte deux trappes de visite 18 de part et d’autre des passages du circuit secondaire 3 et de l’arrivée du circuit de lavage 19’ interne central qui passe à l’intérieur de la cuve pour alimenter les buses de lavage 20’.
En ce qui concerne le procédé de fonctionnement, on peut en fonction du débit disponible des eaux usées, prévoir un arrêt des eaux usées dans la cuve à échange de chaleur, un débit de traversée de ladite cuve plus ou moins réduit, continu ou non par action sur au moins la vanne de sortie. Toutefois, sauf à prévoir un trop plein de débit suffisant, notamment avec « by-pass » de la cuve à échange de chaleur, la priorité sera donnée au détecteur de niveau afin d’éviter un débordement de ladite cuve et de rester avec un niveau nominal d’eaux usées dans ladite cuve. Le débit d’eaux usées dans la cuve à échange de chaleur peut également être rendu dépendant de la température des eaux usées. Pour le lavage interne de la cuve à échange de chaleur, de préférence, on la vide de ses eaux usées et on envoi de l’eau propre dans les moyens de lavage interne, l’eau étant projetée par les buses et détachant les éventuels dépôts. Dans le cas où l’eau propre est de l’eau potable, le circuit de lavage est relié au réseau de distribution de l’habitation par un clapet sans retour afin d’éviter des contaminations en retour. On comprend que le système proposé permet d’autres modalités de fonctionnement et/ou être combiné à d’autres dispositifs d’économie d’énergie comme par exemple un autre échangeur de chaleur sur circuit de VMC de l’immeuble.
En particulier, un échangeur de chaleur sur air extrait, sur la VMC du bâtiment, avec fluide frigorigène peut être monté dans certains cas en parallèle de l’échangeur intérieur de la cuve. Ainsi, Figure 3, un échangeur de chaleur sur air 32 est relié au circuit secondaire 3 par un circuit fluidique 3’ en parallèle de l’échangeur de chaleur de la cuve 9 par l’intermédiaire d’un détendeur 16’, cet air est extrait du bâtiment par la VMC. Afin de montrer qu’il est possible d’adapter le système aux besoins, on a mis en œuvre des variantes de réalisation dans le système de la Figure 3, notamment : le réchauffeur 29 pour le ballon de stockage 9 a été volontairement supprimé.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Système (1) de récupération de calories sur des eaux usées comportant un circuit primaire d’eaux usées et au moins un circuit secondaire (3) de circulation de fluide caloporteur, les eaux usées du circuit primaire pouvant circuler dans une cuve à échange de chaleur (2), le fluide caloporteur du circuit secondaire (3) circulant dans un échangeur de chaleur (9) disposé à l’intérieur de la cuve à échange de chaleur (2), les circuits primaire et secondaire (3) étant sans communication fluidique, caractérisé en ce que les eaux usées résultent du mélange d’eaux grises et d’eaux noires et en ce que les eaux usées arrivent par une connexion haute, dite d’entrée, disposée dans une partie haute de la cuve à échange de chaleur (2) et quittent ladite cuve par une connexion basse, dite de sortie, disposée dans une partie basse de ladite cuve (2).
  2. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie basse de la cuve à échange de chaleur (2) comporte une trémie en forme d’entonnoir (10) et en ce que la connexion basse de sortie est reliée à la partie basse centrale de la trémie en forme d’entonnoir.
  3. 3. Système selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la cuve à échange de chaleur (2) comporte en outre intérieurement un moyen de lavage interne par jets d’eau (19, 20, 20’), de préférence de jets d’eau propre potable ou non.
  4. 4. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’échangeur de chaleur (9) disposé dans la cuve à échange de chaleur est un échangeur en inox ou en cuivre.
  5. 5. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte en outre une pompe à chaleur (4) et un dispositif électronique de contrôle dudit système, ladite pompe à chaleur (4) étant reliée d’une part au circuit secondaire (3) et d’autre part à un circuit tertiaire (5) d’ECS (eau chaude sanitaire) relié à un ballon de stockage (6) d’eau chaude sanitaire, et en ce qu’une vanne de sortie (12) à commande électrique est disposée en sortie des eaux usées de la cuve à échange de chaleur (2), ladite vanne de sortie (12) étant contrôlée par le dispositif électronique de contrôle.
  6. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’une vanne d’entrée (15) est disposée en entrée des eaux usées de la cuve à échange de chaleur (2), la vanne d’entrée (15) étant électrique ou à commande manuelle, ladite vanne d’entrée (15) électrique étant contrôlée par le dispositif électronique de contrôle.
  7. 7. Système selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un échangeur de chaleur sur air (32) relié au circuit secondaire, (3) en parallèle de l’échangeur de chaleur (9) de l’intérieur de la cuve à échange de chaleur (2).
  8. 8. Système selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le circuit tertiaire (5) comporte une pompe de charge (17) et un compteur d’énergie restituée.
  9. 9. Système selon l’une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que la cuve à échange de chaleur (2) comporte au moins un capteur de niveau dont un capteur de niveau nominal (21) configuré pour détecter un niveau nominal d’eaux usées dans la cuve à échange de chaleur (2) qui recouvre l’échangeur de chaleur (9) et qui est inférieur à la hauteur de débordement ou de remplissage maximal de ladite cuve (2), ledit capteur de niveau nominal (21) étant relié au dispositif électronique de contrôle et ce dernier étant configuré afin de maintenir le niveau des eaux usées dans la cuve à échange de chaleur sensiblement au niveau nominal par contrôle au moins de la vanne de sortie (12).
  10. 10. Procédé de mise en œuvre d’un système (1) de récupération de calories sur des eaux usées comportant un circuit primaire d’eaux usées et au moins un circuit secondaire (3) de circulation de fluide caloporteur, les eaux usées du circuit primaire pouvant circuler dans une cuve à échange de chaleur (2), le fluide caloporteur du circuit secondaire (3) circulant dans un échangeur de chaleur (9) disposé à l’intérieur de la cuve à échange de chaleur (2), les circuits primaire et secondaire (2) étant sans communication fluidique, caractérisé en ce que l’on met en œuvre le système (1) de l’une quelconque des revendications précédentes et en ce qu’on mélange des eaux grises et des eaux noires pour produire les eaux usées et on envoi lesdites eaux usées dans la cuve à échange de chaleur (2) par une connexion haute, dite d’entrée, disposée dans une partie haute de la cuve à échange de chaleur (2), les dites eaux usées quittant ladite cuve par une connexion basse, dite de sortie, disposée dans une partie basse de ladite cuve (2).
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