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Title:
DEVICE FOR RECOVERING HEAT FROM WASTEWATER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/138467
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for recovering heat from the wastewater of a sanitary facility such as a shower, including: a first plate heat exchanger (50), through which two separate fluid flows pass, one of the inlets of the exchanger being placed in hydraulic communication with the drain opening (22) of the receiver (20) so as to create a first flow (600) and another inlet of the exchanger being placed in hydraulic communication with a cold water pipe (30) upstream from the mixing valve (40) so as to create a second flow; a second heat exchanger (150) through which two separate fluid flows (30a, 30b, 31a) pass, a first flow receiving as an input the second flow (30a) of the first exchanger (50) and flowing out (30b) at the inlet of the hot water production device (120), and a second flow having has an input the hot water output (31a) of a production device (120), the outlet of which is in hydraulic communication with the inlet of the mixing valve (40)on the hot water side.

Inventors:
DUROU HUGO (FR)
CALMETTES BASTIEN (FR)
RICOU THOMAS (FR)
Application Number:
PCT/EP2011/057437
Publication Date:
November 10, 2011
Filing Date:
May 09, 2011
Export Citation:
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Assignee:
ENERGY HARVESTING TECH (FR)
DUROU HUGO (FR)
CALMETTES BASTIEN (FR)
RICOU THOMAS (FR)
International Classes:
E03C1/00; F24D17/00; F28D9/00; F28F19/00
Foreign References:
DE202006001996U12006-06-29
DE3813288A11989-11-09
EP1630510A12006-03-01
DE10109394A12002-09-12
DE1010939B1957-06-27
Attorney, Agent or Firm:
HAMANN, JEAN-CHRISTOPHE (FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1. Dispositif pour la production d'un jet (33) d'eau chaude comprenant : une canalisation (30) d'eau froide en communication hydraulique avec un réseau de distribution d'eau froide ; une canalisation (31 ) d'eau chaude, en communication hydraulique avec un dispositif (120) de production d'eau chaude ; un receveur (20) apte à recevoir ledit jet (33), ledit receveur (20) comportant un orifice (22) d'écoulement des eaux récupérées ; un robinet mitigeur (40) en liaison hydraulique avec les canalisations (30, 31 ) d'eau chaude sanitaire et d'eau froide et dont le jet (33) se déverse dans le receveur (20) ; un premier échangeur thermique (50) à plaques, traversé par deux flux fluides (300, 600) séparés, l'une des entrées (53) de l'échangeur étant placée en communication hydraulique avec l'orifice (22) d'écoulement du receveur (20) de sorte à créer un premier flux (600) et une autre entrée (51 ) de l'échangeur étant placée en communication hydraulique avec la canalisation (30) d'eau froide en amont du mitigeur (40) de sorte à créer un second flux (300). lequel dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend un second échangeur (150) thermique, traversé par deux flux (30a, 30b, 31 a) fluides séparés, un premier flux recevant en entrée le second flux (30a) du premier échangeur (50) et se déversant en sortie (30b) à l'entrée du dispositif (120) de production d'eau chaude, et un second flux ayant en entrée la sortie d'eau chaude (31 a) du dispositif (120) de production d'eau chaude et dont la sortie est en communication hydraulique avec l'entrée du mitigeur (40) côté eau chaude.

2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend second mitigeur (140), de type thermostatique, ayant en entrées d'une part le second flux en sortie du second échangeur (150) et d'autre part l'eau chaude (31 b) en sortie du dispositif (120) de production, et se déversant à l'entrée côté eau chaude (31 ) du premier mitigeur (40).

3. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le premier échangeur thermique (50) comprend : un empilement de plaques d'échange (500) parallèles disposées selon une distance de passage 'd' sensiblement constante entre deux plaques successives ; lesdites plaques étant embossées de sorte à créer à leur surface un motif en relief (510) de hauteur 'h', ladite hauteur 'h' étant supérieure ou égale à la moitié de la distance de passage 'd' ; l'épaisseur des plaques étant choisie de sorte qu'en condition d'utilisation nominale de l'échangeur une différence de pression provoque une déformation (f) des plaques (500) sensiblement égale à la moitié de la hauteur (h) d'embossage de sorte que deux plaques (500) successives soient en contact l'une de l'autre au niveau de leurs reliefs (510) sur au moins une partie de la surface desdites plaques.

4. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le premier échangeur thermique (50) contient une garde d'eau de 50 mnn au moins.

5. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le motif en relief (510) des plaques (500) du premier échangeur thermique (50) dessine des chevrons selon un axe de symétrie sensiblement parallèle au flux de fluide (500, 600) entre les plaques.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'angle (γ) au sommet des chevrons formant le motif en relief (510) des plaques de l'échangeur thermique est compris entre 40° et 120°.

7. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend dans l'orifice (22) d'écoulement des eaux usées une bonde (202) comprenant des moyens (220, 221 , 605, 615) aptes à orienter alternativement l'écoulement des eaux usées vers un circuit (61 ) ne passant pas par le premier échangeur thermique ou un circuit (60) passant par ledit échangeur (50).

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend dans l'orifice (22) d'écoulement des eaux usées une bonde (202) laquelle comprend des moyens (625) aptes à connecter un conduit d'adduction de fluide sous pression en communication avec l'entrée (53) des eaux usées dans le premier échangeur (50).

Description:
DISPOSITIF DE RECUPERATION DE LA CHALEUR DES EAUX USEES

L'invention concerne un dispositif pour la production d'un jet fluide chaud économe en énergie. Plus particulièrement, le dispositif objet de l'invention permet de récupérer la chaleur d'un jet, notamment d'eau chaude, aboutissant dans un receveur à eaux usées tel qu'un receveur de douche, un lavabo, un évier, une baignoire ou tout autre receveur. Le terme receveur regroupe tout dispositif de récupération des eaux usées, les exemples ci- dessus et dans la suite de ce texte concernent des applications sanitaires, mais l'invention est aussi applicable dans les domaines agricoles, industriels ou vétérinaires, par exemple pour des lavages de pièces, d'animaux, de cuves de transport de produits ou des stations de lavage automobile sans que cette liste ne soit limitative.

Une partie importante de l'énergie utilisée pour chauffer un jet fluide destiné notamment à des applications de lavage est tout simplement perdue par l'écoulement à l'égout du fluide, notamment de l'eau, ainsi chauffée. C'est par exemple le cas dans une douche : de l'eau à plus de 30 °C passe presque directement de la sortie de la pomme de douche à l'écoulement, dissipant la quasi-totalité de sa chaleur dans le circuit d'évacuation et d'assainissement.

Le document DE10109394 décrit un ensemble sanitaire comprenant : une canalisation d'eau froide et une canalisation d'eau chaude sanitaire reliées à leurs réseaux de distribution respectifs ; un receveur sanitaire dont le fond comprend un orifice d'écoulement des eaux usées ; - un robinet mitigeur en liaison hydraulique avec les canalisations d'eau chaude sanitaire et d'eau froide et dont le jet se déverse dans le receveur sanitaire ; un échangeur thermique à plaques traversé par deux flux fluides séparés, placé en communication hydraulique d'une part avec l'orifice d'écoulement du receveur, de sorte à créer un premier flux, et d'autre part avec la canalisation d'eau froide en amont du mitigeur de sorte à créer un second flux.

Ainsi l'eau froide arrivant au mitigeur est réchauffée par l'eau chaude de l'écoulement. Ce document décrit deux variantes de cet ensemble sanitaire, représentées schématiquement figures 13 et 14 relatives à l'art antérieur.

Figure 13, selon une première variante, l'eau froide réchauffée (30a) par le flux d'écoulement est envoyée directement dans le mitigeur (40) alimentant la douche. Figure 14, selon une deuxième variante de cet art antérieur, l'eau froide, ainsi réchauffée (30a) par l'eau d'écoulement, est envoyée vers le ballon d'eau chaude (120) ou la chaudière où elle est alors réchauffée avant d'être renvoyée dans le circuit (31 ) d'eau chaude sanitaire.

Ces solutions de l'art antérieur ne sont cependant pas appliquées dans le grand public car elles souffrent d'inconvénients majeurs qui en limitent fortement l'utilité. Tout d'abord, l'utilisation d'échangeurs à plaques connus de l'art antérieur, rend ceux-ci sensibles à l'encrassement et au colmatage du fait de la faible distance de passage entre les plaques. Ce colmatage, même s'il ne conduit pas au bouchage, réduit le rendement de l'échangeur par la présence de dépôts gras et isolants thermiquement sur les plaques. Une telle installation nécessite ainsi une maintenance fréquente de l'échangeur, notamment pour procéder à son décolmatage plus particulièrement si le dispositif est utilisé dans des conditions véhiculant des eaux usées particulièrement souillées, telle que pour des applications agricoles, industrielles ou vétérinaires du dispositif. Ces inconvénients suffisent, à eux seuls, à impacter défavorablement le ratio économie-coût d'une telle installation.

Même en relativisant cet aspect, d'autres inconvénients subsistent. En effet, le dispositif n'est pas immédiatement efficace et n'a pas d'effet tant que la température de l'eau d'écoulement n'atteint pas un certain niveau. Or, dans de nombreuses installations sanitaires domestiques, une quantité importante d'eau chaude sanitaire est consommée avant même que l'installation ne soit effectivement utilisée, c'est-à-dire, quand l'eau délivrée atteint une température de confort adéquate, aux environs de 38 °C.

Figure 13, et comme dans tous les exemples de réalisation :

- le mitigeur (40) délivre en sortie, par exemple vers une douche, un jet (33) selon un débit Q3 à une température T3 ;

- le dispositif (120) de production d'eau chaude (31 ) délivre un débit Q2 à une température T2 et l'alimentation en eau froide (30) un débit Q1 à une température T1 ;

- l'échangeur (50) thermique est traversé par le flux d'eau usée (60, 61 ) à un débit Q3 et par le flux d'eau réchauffée (30,30a) à un débit

Q4 et une température T4 en sortie d'échangeur.

La puissance thermique de chacun de ces flux est proportionnelle au produit de son débit par sa température soit QiTi où i est un indice. Ainsi, il est par exemple possible de définir un ratio R comparant la puissance thermique du flux en sortie de douche, soit le produit Q3T3, avec la puissance dépensée pour le chauffage de l'eau chaude soit 02ΔΤ, ΔΤ étant l'augmentation de température de l'eau réalisée lors de son passage dans le dispositif (120) de production. Ainsi, R = Q2AT/Q3T3, compare le confort obtenu avec la dépense énergétique. De manière plus évidente, la quantité (1 -R) définit l'efficacité énergétique du dispositif et s'apparente à un rendement.

En prenant le cas standard, sans échangeur thermique (50), c'est-à- dire sans récupération de la chaleur des eaux usées, soit Q4 = 0, l'efficacité énergétique (1 -R) peut être calculée pour un point de fonctionnement donné en considérant que Q1 T1 + Q2T2 = Q3T3, avec Q3 = Q1 + Q2, et ΔΤ = (T2- T1 ). Ainsi,

( Τ3 - Τ\ λ

02 = 01

(T2 - T3

En prenant comme base, T3 = 40 °C, température de confort pour une douche, T1 = 10 °C, température usuelle d'adduction d'eau froide et T2 = 60 °C, température usuelle de production d'eau chaude, alors - Q2 = 0,6.Q3 ;

- R = 0,75 et (1 -R) = 0,25.

En se plaçant dans le cas de la première variante de réalisation de l'art antérieur, figure 13, en régime établi et en négligeant les pertes ; en considérant de plus un rendement de 1 pour l'échangeur (50) thermique et que le mitigeur thermostatique (40) peut basculer tout le débit d'alimentation du jet (33) sur l'une ou l'autre de ses entrées :

- Q1 = Q4 ;

T4 = T3 : - Q3 = Q4 ;

- Q2 = 0.

Ainsi, dans ce cas idéal, en régime établi, R = 0 et (1 -R) = 1 ce qui signifie que potentiellement, en régime établi idéal, l'efficacité énergétique est totale. En pratique, l'échangeur possède un rendement et il existe des pertes, toutefois, cet exemple montre que le premier mode de réalisation décrit dans le document DE1010939 utilisant une alimentation directe, côté eau froide du mitigeur, par de l'eau froide réchauffée (30a) par l'écoulement des eaux usées, présente un excellent rendement et une prise d'efficacité rapide. Cependant, cette configuration n'est pas autorisée par la législation de nombreux pays. En effet, ce dispositif conserve, après l'utilisation, une quantité d'eau à plus de 25 °C dans l'échangeur (50) et dans la canalisation (30a) reliant l'échangeur au mitigeur (40) côté eau froide. Ces conditions de stockage de l'eau sont susceptibles de provoquer une prolifération bactérienne dans celle-ci, de sorte que l'eau alimentant le côté eau froide dudit mitigeur (40) ne répond plus aux normes sanitaires concernant l'eau froide.

Pour résoudre cet inconvénient, le deuxième mode de réalisation décrit dans le document DE1010939, renvoie l'eau froide réchauffée (30a) vers le dispositif (120) de production d'eau chaude.

Ce mode de réalisation est décrit figure 14. Dans ces conditions, le débit Q2 d'arrivée d'alimentation (31 ) en eau chaude est le même que le débit Q4 arrivant au dispositif (120) de production d'eau chaude. Cependant, pour obtenir une température T3 de jet (33) adaptée, alors que l'eau chaude (31 ) arrive au mitigeur (40) à la température T2, il est nécessaire de mélanger cette eau chaude avec de l'eau froide (30), à la température T1 , de sorte que, comme dans le cas sans échangeur :

La dépense énergétique pour réchauffer le flux d'eau chaude au niveau du dispositif (120) de production est, dans ce cas idéal, ΔΤ = (T2-T4) et T4 = T3.

Ainsi, pour le cas de températures évoqué précédemment où

T1 = 10 °C, T3 = 40 °C = T4 et T2 = 60 °C :

- Q2 = 0,6.Q3

- R = 0,3 et (1 -R) = 0,7

Ce qui signifie que cette variante ne permet pas, même dans des conditions idéalisées, d'atteindre une efficacité énergétique supérieure à 0,7.

L'invention vise à résoudre les inconvénients de l'art antérieur et propose à cette fin un dispositif de production d'un jet d'eau chaude comprenant : une canalisation d'eau froide en communication hydraulique avec un réseau de distribution d'eau froide ; une canalisation d'eau chaude, en communication hydraulique avec un dispositif de production d'eau chaude ; un receveur apte à recevoir ledit jet, ledit receveur comportant un orifice d'écoulement des eaux récupérées ; un robinet mitigeur en liaison hydraulique avec les canalisations d'eau chaude sanitaire et d'eau froide et dont le jet se déverse dans le receveur ; un premier échangeur thermique à plaques traversé par deux flux fluides séparés, l'une des entrées de l'échangeur étant placée en communication hydraulique avec l'orifice d'écoulement du receveur de sorte à créer un premier flux et une autre entrée de l'échangeur étant placée en communication hydraulique avec la canalisation d'eau froide en amont du mitigeur de sorte à créer un second flux. un second échangeur thermique traversé par deux flux fluides séparés, un premier flux recevant en entrée le second flux du premier échangeur et se déversant en sortie à l'entrée du dispositif de production d'eau chaude, et un second flux ayant en entrée la sortie d'eau chaude du dispositif de production d'eau chaude dont la sortie est en communication hydraulique avec l'entrée du mitigeur côté eau chaude.

Ainsi, par la présence de ce deuxième échangeur, l'efficacité énergétique du dispositif objet de l'invention n'est plus limitée par le débit de l'eau réchauffée, et ladite efficacité (1 -R) peut atteindre, selon un cas idéal, la valeur de 1 , tout en évitant la conservation, même temporaire, d'eau froide à une température supérieure à 25 °C au niveau de l'alimentation en eau froide du mitigeur. L'invention peut être mise en œuvre selon les modes de réalisations exposés ci-après, lesquels peuvent être considérés individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante.

Avantageusement, le dispositif objet de l'invention comprend un second mitigeur, de type thermostatique, ayant en entrées d'une part le second flux en sortie du second échangeur et d'autre part l'eau chaude en sortie du dispositif de production d'eau chaude, et se déversant en sortie à l'entrée côté eau chaude du premier mitigeur. Ce second mitigeur, de type thermostatique, permet d'atteindre plus rapidement l'équilibre thermique du système en augmentant progressivement la part d'eau provenant du flux de sortie du deuxième échangeur jusqu'à ce que cette part atteigne 100 % du débit du jet d'eau chaude.

Selon un mode de réalisation avantageux du dispositif objet de l'invention, le premier échangeur thermique comprend : un empilement de plaques d'échange parallèles disposées selon une distance de passage 'd' sensiblement constante entre deux plaques successives ; lesdites plaques étant embossées de sorte à créer à leur surface un motif en relief de hauteur 'h', ladite hauteur 'h' étant supérieure ou égale à la moitié de la distance de passage 'd' ; l'épaisseur des plaques étant choisie de sorte qu'en condition d'utilisation nominale de l'échangeur une différence de pression provoque une déformation des plaques sensiblement égale à la moitié de la hauteur d'embossage de sorte que deux plaques successives soient en contact l'une de l'autre au niveau de leurs reliefs (510) sur au moins une partie de la surface desdites plaques.

Ainsi, le relief de surface des plaques permet d'augmenter la surface développée en contact avec le fluide pour une même longueur de plaque, et, à rendement égal, de réduire le nombre de plaques et par conséquent d'augmenter la distance de passage, de sorte à réduire la perte de charge des flux traversant l'échangeur. La flexibilité des plaques permet de décoller les particules qui tendent à adhérer sur celles-ci, lesdites plaques se déformant de manière significative selon la différence de pression entre les flux traversant l'échangeur, jusqu'à ce que les reliefs d'embossage de deux plaques successives se touchent et forment ainsi des canaux dans lesquels s'écoulent les fluides. Lesdits canaux se croisent régulièrement provoquant un régime d'écoulement turbulent qui limite la formation de dépôts et améliore le transfert convectif. Ces caractéristiques permettent d'adapter le dispositif objet de l'invention à différents types d'installations, y compris à des installations dont les eaux usées évacuées sont particulièrement souillées.

Le motif de surface permet avantageusement d'orienter les flux vers les bords des plaques de sorte à profiter de toute la surface d'échange.

Avantageusement, le premier échangeur thermique contient une garde d'eau de 50 mm au moins. Ainsi il n'est pas indispensable de placer un siphon sous le receveur dans le cas d'une utilisation pour une installation sanitaire l'échangeur thermique assurant cette fonction, ce qui permet de limiter la perte de charge dans l'écoulement des eaux usées en amont de l'échangeur thermique, mais également, en maintenant celui-ci sous eau, d'éviter la formation de dépôts secs sur les parois lesquels seraient préjudiciables au rendement de l'échangeur.

Avantageusement également, le dispositif objet de l'invention comprend un aimant permanent placé sur la canalisation d'eau froide en amont du premier échangeur thermique. La présence de cet aimant permet de favoriser la cristallisation des ions CaCO 3 en solution dans l'eau et d'éviter que le calcaire ne se dépose sur les plaques de l'échangeur.

Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le dispositif objet de l'invention comprend des moyens pour accélérer le flux d'eaux usées à l'entrée du premier échangeur thermique, lesdits moyens tirant leur énergie du flux d'eau froide. Ces moyens permettent de compenser la perte de charge engendrée par la traversée de l'échangeur thermique par les eaux usées et d'accélérer l'évacuation de celles-ci.

Avantageusement, le dispositif objet de l'invention comprend, dans l'orifice d'écoulement des eaux usées, une bonde permettant alternativement d'orienter l'écoulement des eaux usées vers un circuit ne passant pas par le premier échangeur thermique ou un circuit passant par ledit échangeur. Ainsi en cas de colmatage dudit échangeur thermique, l'ensemble peut continuer à être utilisé sans risque de débordement.

Selon un mode de réalisation avantageux le receveur du dispositif objet de l'invention comprend, dans l'orifice d'écoulement des eaux usées, une bonde, laquelle comprend des moyens aptes à connecter un conduit d'adduction d'un fluide sous pression en communication avec l'entrée des eaux usées du premier échangeur. Ainsi, il est possible d'injecter dans l'échangeur, un jet de fluide sous pression pour décrasser ou décolmater celui-ci.

Avantageusement, le motif en relief des plaques du premier échangeur dessine des chevrons selon un axe de symétrie sensiblement parallèle au flux de fluide entre les plaques, l'angle au sommet de ces chevrons est avantageusement compris entre 40° et 120° et préférentiellement proche de 70°. Cette configuration permet d'obtenir dans l'échangeur un écoulement turbulent à grand nombre de reynolds et ainsi de limiter son encrassement.

Avantageusement, les plaques du premier échangeur thermique sont constituées d'un acier inoxydable austénitique. L'acier inoxydable est compatible avec un usage alimentaire. Par ailleurs, sa résistance à la corrosion permet, si nécessaire, l'emploi de produits de débouchage basiques ou acides afin de décolmater l'échangeur sans risque de dégradation de celui-ci. Finalement, le module élastique et la résistance mécanique de cet acier permettent un bon compromis entre la capacité de déformation des plaques, l'encombrement et le rendement de l'échangeur.

Ce type d'acier permet également d'obtenir un relief de surface des plaques en embossage, de manière économique, par estampage à froid desdites plaques.

L'invention est exposée ci-après selon ses modes de réalisation préférés, nullement limitatifs, et en référence aux figures 1 à 14, dans lesquelles :

- la figure 1 est une vue en synoptique d'un exemple de réalisation de l'invention intégrant un second échangeur thermique ;

- la figure 2 représente en vue perspective et de face de la partie intégrant le receveur et le premier échangeur thermique un mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 3 montre en perspective et de face un détail de cette installation au niveau de l'évacuation des eaux usées ;

- la figure 4 présente une vue en éclaté et en perspective d'un exemple d'échangeur à plaques pouvant être utilisé pour la mise en œuvre du dispositif objet de l'invention comme premier échangeur thermique ;

- la figure 5 représente une plaque de l'échangeur selon un exemple de réalisation de l'invention ;

- La figure 6 montre en perspective l'assemblage de deux plaques de l'échangeur avec, en détail (Z), le positionnement de leurs reliefs ;

- la figure 7 illustre par une vue en coupe le positionnement des plaques d'échange dans le premier échangeur thermique lorsqu'aucune pression différentielle n'est appliquée entre les plaques ;

- la figure 8 représente la même vue que la figure 7 mais en présence d'une pression différentielle entre les plaques ;

- La figure 9 montre par une vue en coupe un détail d'une bonde et un exemple de sa connexion avec le premier échangeur ; - la figure 10 représente en coupe et de profil le receveur du dispositif objet de l'invention, selon un de ses modes de réalisation, comprenant une bonde permettant de réorienter le flux d'eaux usées et un détail (X) montrant une vue de dessus de ladite bonde ;

- la figure 1 1 est une vue de dessus et en perspective d'un échangeur thermique comprenant des moyens d'accélération du flux d'eaux usées en sortie d'échangeur ;

- la figure 12 est une vue en coupe d'un exemple de réalisation des moyens d'accélération du flux d'eaux usées ;

- la figure 13, relative à l'art antérieur, montre selon un synoptique, un exemple de réalisation dans lequel l'eau réchauffée en sortie d'un échangeur thermique connecté à l'évacuation des eaux usées collectées par le receveur est dirigée directement à l'entrée du mitigeur produisant le jet collecté par ledit receveur ;

- et la figure 14, relative à l'art antérieur également, montre selon un synoptique, un exemple de réalisation dans lequel, l'eau froide réchauffée par l'écoulement des eaux usées est envoyée vers le dispositif de production d'eau chaude sanitaire ;

Figure 1 , selon un synopsis de réalisation du dispositif objet de l'invention, le jet (33), s'écoulant selon un débit Q3 à une température T3, est collecté par un receveur (22) et traverse, selon un premier flux (60), un premier échangeur (50) à plaques avant de poursuivre (61 ) vers le circuit d'assainissement. Ce premier échangeur est traversé par un second flux, avec, en entrée, une arrivée d'eau froide (30) et en sortie de l'eau (30a) initialement froide mais réchauffée par échange thermique avec le flux d'eaux usées dans l'échangeur (50). Ce second flux est d'un débit Q4 pour une température T4. Il pénètre dans un second échangeur (150) thermique, préférentiellement à plaques, et en ressort, toujours au débit Q4, en alimentation (30b) du dispositif (120) de production d'eau chaude. Le second flux traversant ce second échangeur (150) est constitué par une alimentation (31 a) en eau chaude issue du dispositif de production (120) et en sortie est connecté à une entrée d'un mitigeur (140), dit second mitigeur. L'autre entrée de ce second mitigeur (140) est directement reliée à l'eau chaude (31 b) issue des moyens de production (120). La sortie (31 ) de ce second mitigeur est connectée à l'entrée, côté eau chaude, du premier mitigeur (40), lequel premier mitigeur produit le jet (33) chaud se déversant dans le receveur (20). L'autre entrée de ce premier mitigeur (40) est connectée à l'arrivée (30) d'eau froide du réseau de distribution. L'entrée, côté eau chaude, dans le premier mitigeur (40) est réalisée sous un débit Q2 à une température T2. L'entrée, côté eau froide, est réalisée sous une température T1 et un débit Q1 .

Dans des conditions idéalisées, sans perte et avec des rendements parfaits des deux échangeurs (50, 150), lorsque le régime thermique stationnaire est établi :

- T3 = T2 = T4 ;

- Q2 = Q3 = Q4 ;

- Q1 = 0 ;

- ΔΤ=0 ; - R = 0 et (1 -R) = 1 .

Ainsi, le dispositif objet de l'invention résout le problème de l'art antérieur : l'efficacité énergétique n'est pas limitée par les conditions de débit de l'eau (30a) réchauffée, sans pour autant conserver de l'eau chaude ou tiède dans le circuit côté eau froide.

Les mitigeurs (40, 140) sont avantageusement de type thermostatique. La présence du second mitigeur (140) permet d'atteindre rapidement le régime stationnaire, en dosant la quantité d'eau chaude (31 b) alimentant directement le jet (33). Ainsi, dans l'exemple où T1 = 10 °C, T2 = 60 °C et T3 = 40 °C, au démarrage du jet (33), la température et le débit dudit jet sont obtenus en mélangeant 60 % d'eau chaude avec 40 % d'eau froide. À mesure que la température T4 augmente, la proportion d'eau froide (Q1 ) dans le jet (33) diminue. Ainsi, le second mitigeur (140) est avantageusement réglé pour délivrer un flux de sortie à une température de consigne proche et légèrement supérieure à T3.

Figure 2, selon un mode réalisation du dispositif objet de l'invention, appliqué ici au cas d'une douche, l'installation sanitaire (1 ) comprend un receveur (20) au fond duquel se trouve une surface de réception (21 ) comprenant un orifice (22) pour l'évacuation des eaux usées collectées par ledit receveur. Un mitigeur (40) alimente un robinet (non représenté) qui se déverse dans le receveur (20). Ledit mitigeur, préférentiellement de type thermostatique, est alimenté en eau chaude sanitaire, depuis un dispositif (120) de production d'eau chaude, par une canalisation d'eau chaude sanitaire (31 ) et en eau froide. Le premier échangeur (50) thermique est placé sous le receveur (20), et est connecté par une canalisation (60) à l'orifice (22) d'évacuation des eaux usées. À titre d'exemple non limitatif, le dispositif de production d'eau chaude sanitaire, est un ballon d'eau chaude, dans lequel un volume d'eau est stocké à 60 °C. Cette température élevée est nécessaire pour éviter des proliférations bactériennes dans ledit ballon. En revanche, elle est trop élevée pour être utilisée à des fins sanitaires, la température idéale pour une douche ou un bain se situant vers 40 °C. Ainsi, l'eau chaude sanitaire doit être mélangée à de l'eau froide, au niveau du mitigeur.

Figure 3, les eaux usées sont amenées à une première entrée (53) du premier échangeur (50) par la canalisation (60) reliée à l'orifice (22) du receveur et en ressortent par une sortie (54) opposée, où une canalisation (61 ) les envoie à l'égout. Selon cet exemple de réalisation, le premier échangeur (50) est situé très près du fond du receveur à une distance (M1 ) inférieure ou égale à 10 cm, de sorte que l'installation de l'ensemble peut être réalisée en lieu et place d'une installation classique existante. Le profil des plaques de l'échangeur, permet d'obtenir un écoulement très turbulent dans l'échangeur malgré cette faible hauteur manométrique M1 .

Les plaques à l'intérieur de l'échangeur sont immergées en permanence, constituant une garde d'eau au moins égale à 50 mm et correspondant à la hauteur de l'échangeur. Ainsi, en conservant les dépôts humides dans l'échangeur, ceux-ci sont moins isolants thermiquement et plus facilement éliminés par décrassage chimique ou hydraulique.

L'eau froide du réseau traverse l'échangeur (50) selon un flux croisé par rapport au trajet des eaux usées, pénétrant dans l'échangeur par un orifice d'entrée (51 ) situé sous la sortie (54) des eaux usées et en sortant par un orifice de sortie (52) situé sous l'entrée (53) des eaux usées. Le croisement des flux permet de favoriser les échanges thermiques entre lesdits flux. Durant ce trajet elle reprend la chaleur des eaux usées qui s'écoulent à une température voisine de 40 °C.

Figure 4, selon un exemple de réalisation du premier échangeur (50), celui-ci comprend une pluralité de plaques (500) en acier inoxydable austénitique embossées par des motifs à chevrons (510) dont le lieu des sommets est sensiblement parallèle au flux d'eau froide (300) et au flux d'eaux usées (600). Avantageusement l'échangeur comprend 60 plaques (500) de ce type, chaque plaque ayant une épaisseur de 0,15 mm.

Les chevrons (510) permettent de créer un régime d'écoulement turbulent, pour éviter des dépôts sur les plaques, et d'orienter les flux latéralement de sorte à profiter de toute la surface d'échange desdites plaques (500). Figure 5, l'angle γ au sommet des chevrons est avantageusement proche de 70° et compris entre 40° et 120°.

Les plaques sont espacées d'une distance (d), les chevrons (510) sont obtenus par embossage sur une hauteur (h) de la plaque (500).

Figure 6, selon un premier mode de réalisation dudit échangeur (50), la distance entre les plaques (d) est égale à la hauteur d'embossage (h), de sorte que les plaques de l'échangeur sont en contact l'une de l'autre au niveau des reliefs. Ce mode de réalisation est optimal pour le rendement thermique de l'échangeur.

Figure 7, selon un mode de réalisation avantageux de cet échangeur

(50) la distance (d), en l'absence de pression différentielle de part et d'autre d'une plaque (500), est supérieure à la hauteur (h) des embossages, et avantageusement égale au double de cette hauteur d'embossage (h).

Figure 8, selon ce mode de réalisation, le flux des eaux usées (600) traversant l'échangeur (50) s'écoule par gravité sous une pression sensiblement égale à la hauteur manométrique (M1 ) de la colonne d'eau entre le fond (21 ) du receveur et l'échangeur, soit une pression de l'ordre de 1 000 Pa. L'autre flux traversant l'échangeur est connecté au réseau d'eau potable. La différence de pression entre les plaques varie selon l'ouverture du robinet du mitigeur (40). Elle est maximale et égale à la pression du réseau lorsque le robinet est fermé, minimale lorsque le robinet est totalement ouvert. Cette différence de pression entraîne une distorsion des plaques qui se déforment à la manière d'une membrane et présentent en leur centre une déformée maximale (f). Cette déformation fragilise mécaniquement les éventuels dépôts sur les plaques de l'échangeur, favorisant ainsi leur élimination, plus particulièrement pour les dépôts secs.

L'épaisseur des plaques est déterminée de sorte que la différence de pression maximale produise une flèche maximale (f) égale à la moitié de la distance de passage (d) de sorte que les plaques soient en contact au niveau de leurs reliefs d'embossage. Au besoin, un limiteur de pression (non représenté) peut être placé sur l'arrivée d'eau froide (30) en amont de l'échangeur.

Figure 9, avantageusement l'extrémité du conduit (60) reliant la bonde (202) à l'échangeur (50) comprend un raccord (625) par exemple fileté, permettant de connecter un tuyau d'arrivée de fluide sous pression sous forme liquide ou gazeuse. L'injection, dans l'échangeur (50), de ce fluide sous pression permet, en cas, par exemple, de colmatage de celui-ci par des boues, d'évacuer les dépôts empêchant le passage des eaux usées dans l'échangeur. Le raccord est avantageusement masqué dans l'épaisseur de la bonde (202). Lorsque l'échangeur est réalisé selon le mode de réalisation entraînant une déformation des plaques par la pression différentielle entre l'écoulement des eaux usées et l'arrivée d'eau sanitaire (figure 8), l'injection de ce fluide sous pression permet de déformer les plaques dans l'autre sens par rapport à leur sens de déformation en fonctionnement nominal, facilitant ainsi le décollement d'éventuels dépôts dans les embossages.

Figure 10, avantageusement la bonde (202) comprend deux orifices d'évacuation (605, 615) recouverts par un cache (220) percé d'un orifice (221 ). Un premier orifice d'évacuation des eaux usées (605) est en communication directe avec l'échangeur (50), le second (615) est en communication directe avec le conduit d'écoulement des eaux usées sans passer par l'échangeur. En fonctionnement nominal, l'orifice (221 ) du cache (220) met en communication les eaux usées avec l'échangeur. En cas de colmatage de l'échangeur, le cache (220) peut être tourné d'une portion de tour dans la bonde (202) de sorte à mettre les eaux usées en communication avec l'orifice (610) les orientant directement vers le conduit d'écoulement (61 ) à l'égout. Figure 1 1 , selon un mode de réalisation avantageux, permettant d'augmenter le débit d'évacuation des eaux usées, les conduits d'entrée des eaux usées (60) et d'entrée d'eau froide (30) du premier échangeur (50) sont rapprochés au niveau d'un coude de sorte à placer entre eux des moyens (310, 610, 360) permettant d'accélérer le flux d'écoulement des eaux usées.

Figure 12, selon un exemple de réalisation, les moyens d'accélération du débit d'eau usée sont constitués de deux hélices (610, 310) reliées par leur axe (360) de rotation. L'une des hélices (310) est placée à proximité de l'entrée dans l'échangeur dans une section réduite (320) du conduit d'eau froide de sorte à accélérer la vitesse de l'écoulement au niveau de ladite hélice. Elle est entraînée en rotation par le flux d'eau froide (300). Elle communique cette rotation à l'axe (360) qui la communique à son tour à l'hélice (610) placée dans le conduit (60) d'adduction dans l'échangeur des eaux usées, laquelle hélice (610) accélère par son action le flux d'eaux usées (600) dans ce conduit.

La description ci-avant illustre clairement que par ses différentes caractéristiques et leurs avantages, la présente invention atteint les objectifs qu'elle visait. En particulier, elle permet de récupérer la chaleur des eaux usées avec une efficacité énergétique optimale et dans le respect des contraintes sanitaires. Elle permet d'atteindre rapidement le régime stationnaire correspondant au meilleur rendement et est adaptée à des conditions d'utilisation générant des eaux usées particulièrement souillées.