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EP4471348A1 - Dispositif de chauffage thermodynamique - Google Patents

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Publication number
EP4471348A1
EP4471348A1 EP24175303.7A EP24175303A EP4471348A1 EP 4471348 A1 EP4471348 A1 EP 4471348A1 EP 24175303 A EP24175303 A EP 24175303A EP 4471348 A1 EP4471348 A1 EP 4471348A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flat portion
tube
millimeters
tank
less
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24175303.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Francois BOURGOUIN
Valentin MEZACHE
Fabien Delavaud
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Atlantic Industrie SAS
Original Assignee
Atlantic Industrie SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Atlantic Industrie SAS filed Critical Atlantic Industrie SAS
Publication of EP4471348A1 publication Critical patent/EP4471348A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H4/00—Fluid heaters characterised by the use of heat pumps
    • F24H4/02—Water heaters
    • F24H4/04—Storage heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/18—Arrangement or mounting of grates or heating means
    • F24H9/1809—Arrangement or mounting of grates or heating means for water heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/06—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with the heat-exchange conduits forming part of, or being attached to, the tank containing the body of fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0034—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D2020/0065—Details, e.g. particular heat storage tanks, auxiliary members within tanks
    • F28D2020/0078—Heat exchanger arrangements

Definitions

  • the present disclosure relates to a thermodynamic heating device comprising a tank and a heat pump configured to heat a fluid in the tank.
  • the present disclosure relates more particularly to a thermodynamic water heater.
  • thermodynamic heating device provides satisfaction.
  • the present disclosure aims to reduce as much as possible the manufacturing cost, the cost of use and/or to further increase the robustness. and environmental friendliness compared to existing thermodynamic heating devices.
  • thermodynamic heating device allows a reduced refrigerant mass and good energy efficiency, namely in particular a reduced pressure loss and a good heat exchange between the refrigerant and the fluid to be heated via the tube.
  • the area is preferably less than 25 square millimeters, more preferably less than 20 square millimeters.
  • the amount of refrigerant can be reduced or the bearing length of the outer tube surface in contact with the outer tank surface can be increased, without significantly increasing the pressure losses due to friction against the inner tube surface.
  • the amount of refrigerant can be reduced or the heat exchange between the refrigerant and the fluid to be heated can thus be further increased.
  • the support length is preferably greater than 6 millimeters, more preferably greater than 7 millimeters.
  • the heat exchange between the refrigerant and the fluid to be heated can be further increased, without significantly increasing the pressure losses due to friction against the inner surface of the tube, nor the quantity of refrigerant.
  • the outer surface of the tube has in cross section an outer circle portion, the outer circle portion is opposite the outer flat portion and connects to the outer flat portion.
  • the wall thickness can be relatively low while avoiding substantial deformation of the tube under the pressure of the refrigerant.
  • the outer circle portion preferably represents less than 1/4 of a circle.
  • the ratio between the area and the support length can be reduced and therefore the pressure losses of the refrigerant against the inner surface can be reduced.
  • the inner tube surface has an inner flat portion separated from the outer flat portion by the tube wall, the inner circle portion faces the inner flat portion and connects directly to the inner flat portion.
  • the outer flat portion forms a first outer flat portion
  • the outer tube surface has a second outer flat portion
  • the second outer flat portion is opposite the first outer flat portion, parallel to the first outer flat portion and connects to the first outer flat portion
  • the passage has a substantially constant width between the first external flat portion and the second external flat portion, which makes it possible to increase the heat exchange with the external surface of the tank at constant support length and area.
  • thermodynamic heating device 1 is a storage water heater.
  • thermodynamic heating device could in particular be a central heating system intended to heat a home.
  • the thermodynamic heating device 1 essentially comprises a tank 2 and a heat pump 10.
  • the tank 2 has an interior volume 4, an inlet orifice 6 and an outlet orifice 8.
  • a fluid to be heated enters the interior volume 4 through the inlet orifice 6 and leaves it through the outlet orifice 8.
  • the tank 2 has an exterior tank surface 3 which is cylindrical, of circular section, and extends in a longitudinal direction X.
  • the tank 2 also comprises a first cap 5 and a second cap 7 opposite one another in the longitudinal direction X and between which the exterior tank surface 3 extends.
  • the inlet orifice 6 and the outlet orifice 8 are arranged substantially at opposite ends of the tank in the longitudinal direction X.
  • the inlet orifice 6 is arranged in the exterior tank surface 3 in the vicinity of the first cap 5 and the outlet orifice 8 is arranged in the exterior tank surface 3 in the vicinity of the second cap 7.
  • longitudinal direction X is generally vertical, the first cap 5 being located at the bottom and the second cap 7 being located at the top.
  • the longitudinal direction X can also be horizontal, rarely oblique.
  • the outer surface of the tank 3 has, transversely to the longitudinal direction X, a diameter preferably between 40 centimeters and 60 centimeters, in particular 45 centimeters or 50 centimeters.
  • the internal volume 4 of the tank 2 is preferably between 80 liters and 300 liters.
  • the heat pump 10 is configured to heat the fluid contained in the interior volume 4 of the tank 2.
  • the heat pump 10 comprises a condenser 11, an expansion valve 12, an evaporator 13, a compressor 14 and a refrigeration circuit 15.
  • the refrigeration circuit 15 contains a refrigerant.
  • the condenser 11, the expansion valve 12, the evaporator 13 and the compressor 14 are arranged successively in the refrigerant circuit 15 and therefore crossed by the refrigerant.
  • the refrigerant is compressed, preferably in the gaseous state, in the compressor 14. As a result, the temperature of the fluid refrigerant is increased by the compressor 14.
  • the condenser 11 the refrigerant transfers its heat to the fluid to be heated contained in the interior volume 4 of the tank 2.
  • the refrigerant condenses in the condenser 11, in order to transfer in particular heat of change of state to the fluid to be heated contained in the interior volume 4 of the tank 2.
  • the pressure of the refrigerant preferably in the liquid state at the inlet of the expansion valve 12, decreases in the expansion valve 12. Consequently, the temperature of the refrigerant decreases in the expansion valve 12.
  • the refrigerant is in heat exchange with the environment to draw heat energy from the environment, the environment being able to be the air, the ground or a water source.
  • the heat energy of the environment is transferred to the fluid to be heated contained in the interior volume 4 of the tank 2, by means of the refrigerant fluid, by supplying, generally with electrical energy, the compressor 14.
  • the condenser 11 comprises a tube 20 extending between a first end 20a and a second end 20b.
  • the tube 20 is wound around the outer surface of the tank 3.
  • the tube 20 comprises a succession of turns extending around the outer surface of the tank 3.
  • the tube 20 comprises ten turns between the first end 20a through which the refrigerant enters the condenser 11 and the second end 20b through which the refrigerant exits the condenser 11.
  • the pitch of each turn is preferably between 30 millimeters and 100 millimeters, advantageously the pitch of the turns is 48 millimeters ⁇ 10%.
  • the tube 20 has an inner tube surface 22 and an outer tube surface 24 delimiting between them a tube wall 21.
  • the inner tube surface 22 delimits a passage 25 constituting a part of the refrigeration circuit and containing the refrigerant fluid.
  • the passage 25 is unique.
  • the outer tube surface 24 has an outer flat portion 24a.
  • the outer flat portion 24a is flat and continuously in abutment against the outer tank surface 3 between the first end 20a and the second end 20b.
  • the outer flat portion 24a extends in the longitudinal direction X over a bearing length d.
  • the bearing length is preferably equal to 8.3 millimeters ⁇ 10%.
  • the inner tube surface 22 has an inner flat portion 22a parallel to the outer flat portion 24a and separated from the outer flat portion 24a by the tube wall 21.
  • the passage 25 extends in the longitudinal direction X over a distance D advantageously greater than 5.4 millimeters, preferably greater than 6.4 millimeters, more preferably greater than 7.4 millimeters. Ideally, the distance D is equal to 8.7 millimeters ⁇ 10%.
  • the passage 25 has a cross-sectional area A.
  • the area A is preferably equal to 16 mm 2 ⁇ 10% (square millimeters to within ten percent).
  • the ratio between the area A and the support length d is less than 2, preferably equal to 1.81 mm ⁇ 10%.
  • the tube wall 21 has a substantially constant thickness e.
  • the thickness e is advantageously between 0.8 millimeters and 2 millimeters, preferably the thickness e is between 1.1 millimeters and 1.6 millimeters.
  • the thickness e is defined to be greater than or equal to a minimum thickness below which the tube risks undergoing plastic deformation at the nominal operating pressure (in general, at the maximum water temperature in the tank).
  • a margin between the thickness e and said minimum thickness improves the robustness of the device by reducing the risk of increase in the volume of the exchanger due to the pressure cycles that the tube 22 undergoes during its life.
  • the ratio A/(d.e) is preferably less than or equal to 1.5, more preferably less than 1.4.
  • the tube 20 is preferably extruded and then wound into turns.
  • the tube 20 is preferably made of aluminum or aluminum alloy.
  • the refrigerant has a global warming potential (GWP), in other words a ratio between the tonne of CO2 equivalent of the refrigerant and the tonne of refrigerant, of less than 50.
  • GWP global warming potential
  • the refrigerant is propane (R290) whose global warming potential (GWP) is substantially equal to 3.
  • the outer surface of tube 24 has in cross section, in addition to the outer flat portion 24a, an outer circle portion 24b which is opposite (opposite) the outer flat portion 24a.
  • the inner tube surface 22 has in cross section, in addition to the inner flat portion 22a, an inner circle portion 22b which connects directly to the inner flat portion 22a.
  • the inner circle portion 22b is parallel to the outer circle portion 24b and separated from the outer circle portion 24b by the wall 21.
  • the inner circle portion 22b and the outer circle portion 22b each represent a portion of angle ⁇ between 60 degrees and 90 degrees.
  • Rounded fillets 22d of a radius less than 1 millimeter, preferably about 0.4 millimeter radius connect the inner flat portion 22a and the inner circle portion 22b.
  • the inner circle portion 22b is separated from the inner flat portion 22a by a distance at the apex I preferably equal to 2.3 mm ⁇ 10%.
  • the outer flat portion 24a forms a first outer flat portion and the outer tube surface 24 further has, in cross section, a second outer flat portion 24c which is opposite the first outer flat portion 24a, in other words opposite the first outer flat portion 24a.
  • the inner flat portion 22a forms a first inner flat portion separated from the first outer flat portion 24a by the wall 21.
  • the inner tube surface 22 further has, in cross section, a second inner flat portion 22c which is opposite the first inner flat portion 22a and parallel to the first inner dough portion 22a.
  • the second inner flat portion 22c is distant from the first inner flat portion 22a preferably by 1.8 mm ⁇ 10%.
  • the second outer flat portion 22c is connected to the first inner flat portion 22a by two semi-circular fillets preferably of 0.9 mm ⁇ 10% radius.
  • the bearing length is preferably equal to 8.3 millimeters ⁇ 10% and the area A is preferably equal to 16 mm 2 ⁇ 10% (square millimeters to within ten percent).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Dispositif (1) de chauffage thermodynamique comprenant :une cuve (2) présentant un volume intérieur (4), un orifice d'entrée (6), un orifice de sortie (8) et une surface extérieure de cuve (3),une pompe à chaleur (10) comprenant un tube (20) enroulé autour de la surface extérieure de cuve (3), ledit tube (20) présente une surface intérieure de tube (22) et une surface extérieure de tube (24), la surface intérieure de tube (22) délimite un passage (25) et la surface extérieure de tube (24) présente une portion plate extérieure (24a) en appui contre la surface extérieure de cuve (3), le passage (25) présente une section transversale ayant les caractéristiques suivantes :une aire (A) inférieure à 35 millimètres carrés,la portion plate extérieure (24a) s'étend sur une longueur d'appui (d) supérieure à 5 millimètres, etun rapport entre l'aire (A) et la longueur d'appui (d) est inférieur à 2 millimètres.

Description

    Domaine de la divulgation
  • La présente divulgation concerne un dispositif de chauffage thermodynamique comprenant une cuve et une pompe à chaleur configurée pour chauffer un fluide dans la cuve. La présente divulgation concerne plus particulièrement un chauffe-eau thermodynamique.
    • Etat de la technique
  • Il est connu du document FR 3 077 622 A1 un dispositif de chauffage thermodynamique comprenant :
    • une cuve, ladite cuve présentant un volume intérieur, un orifice d'entrée, un orifice de sortie et une surface extérieure de cuve, le volume intérieur est configuré pour renfermer un fluide à chauffer destiné à entrer dans le volume intérieur par l'orifice d'entrée et sortir du volume intérieur par l'orifice de sortie, la surface extérieure de cuve s'étend suivant une direction longitudinale, et
    • une pompe à chaleur (configurée pour chauffer le fluide à chauffer dans le volume intérieur), la pompe à chaleur présente un circuit frigorifique dans lequel est destiné à circuler un fluide frigorigène, la pompe à chaleur comprend un condenseur, le condenseur comporte un tube, le tube est enroulé autour de la surface extérieure de cuve, ledit tube présente une surface intérieure de tube et une surface extérieure de tube, la surface intérieure de tube et la surface extérieure de tube délimitent entre elles une paroi de tube (d'épaisseur sensiblement constante), la surface intérieure de tube délimite un passage unique renfermant le fluide frigorigène, la surface extérieure de tube présente une portion plate extérieure en appui contre la surface extérieure de cuve (le tube est configuré pour être en échange de chaleur avec la surface extérieure cylindrique de cuve).
  • Un tel dispositif de chauffage thermodynamique apporte satisfaction. Toutefois, la présente divulgation vise à réduire autant que possible le coût de fabrication, le coût d'utilisation et/ou à accroitre encore la robustesse et le respect de l'environnement par rapport aux dispositifs de chauffage thermodynamique existants.
    • Exposé de la divulgation
  • Pour atteindre certains au moins des objectifs précités, conformément à la divulgation, le passage présente une section transversale (sensiblement constante) ayant les caractéristiques suivantes :
    • une aire inférieure à 35 millimètres carrés,
    • la portion plate extérieure s'étendant suivant la direction longitudinale sur une longueur d'appui supérieure à 5 millimètres, et
    • un rapport entre l'aire et la longueur d'appui inférieur à 2 millimètres.
  • Ainsi, le dispositif de chauffage thermodynamique permet une masse de réfrigérant réduite et une bonne efficacité énergétique, à savoir en particulier une perte de charge réduite et un bon échange thermique entre le fluide frigorigène et le fluide à chauffer par l'intermédiaire du tube.
  • Selon une caractéristique complémentaire conforme à la présente divulgation, l'aire est de préférence inférieure à 25 millimètres carrés, plus préférentiellement inférieure à 20 millimètres carrés.
  • Ainsi, soit la quantité de fluide frigorigène peut être réduite, soit la longueur d'appui de la surface extérieure de tube en contact avec la surface extérieure de cuve peut être augmentée, sans augmenter notablement les pertes de charges dues au frottement contre la surface intérieure de tube. Autrement dit, la quantité de fluide frigorigène peut être réduite ou l'échange thermique entre le fluide frigorigène et le fluide à chauffer peut ainsi être encore accru.
  • Selon une autre caractéristique conforme à l'invention, la longueur d'appui est de préférence supérieure à 6 millimètres, plus préférentiellement supérieure à 7 millimètres.
  • Ainsi, l'échange thermique entre le fluide frigorigène et le fluide à chauffer peut encore être accru, sans augmenter notablement les pertes de charges dues au frottement contre la surface intérieure de tube, ni la quantité de fluide frigorigène.
  • Selon une autre caractéristique conforme à la présente divulgation, de préférence la surface extérieure de tube présente en section transversale une portion de cercle extérieure, la portion de cercle extérieure est en regard de la portion plate extérieure et se raccorde à la portion plate extérieure.
  • Ainsi, l'épaisseur de la paroi peut être relativement faible tout en évitant une déformation substantielle du tube sous la pression du fluide frigorifique.
  • Selon une caractéristique complémentaire, la portion de cercle extérieure représente de préférence moins de 1/4 de cercle.
  • Ainsi, le rapport entre l'aire et la longueur d'appui peut être réduit et donc les pertes de charges du fluide frigorigène contre la surface intérieure peuvent être réduites.
  • Selon une autre caractéristique conforme à la divulgation, lequel la surface intérieure de tube présente une portion plate intérieure séparée de la portion plate extérieure par la paroi de tube, la portion de cercle intérieure est en regard de la portion plate intérieure et se raccorde directement à la portion plate intérieure.
  • Selon une caractéristique alternative conforme à la présente divulgation, de préférence la portion plate extérieure forme une première portion plate extérieure, la surface extérieure de tube présente une deuxième portion plate extérieure, la deuxième portion plate extérieure est en regard de la première portion plate extérieure, parallèle à la première portion plate extérieure et se raccorde à la première portion plate extérieure.
  • Ainsi, le passage présente une largeur sensiblement constante entre la première portion plate extérieure et la deuxième portion plate extérieure, ce qui permet d'augmenter l'échange de chaleur avec la surface extérieure de cuve à longueur d'appui et aire constantes.
  • Dans divers modes de réalisation du dispositif selon la divulgation, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
    • le circuit frigorifique renferme moins de 160 grammes de fluide frigorigène ;
    • le fluide frigorigène a un potentiel de réchauffement global (PRG) inférieur à 50 ;
    • le fluide frigorigène est du propane ;
    • la paroi de tube présente une épaisseur comprise entre 0,8 millimètres et 2 millimètres, de préférence entre 1,1 millimètres et 1,6 millimètres ;
    • le rapport entre l'aire et le produit de la longueur d'appui et de l'épaisseur est de préférence inférieur ou égal à 1,5, plus préférentiellement inférieur à 1,4 ;
    • le tube est en aluminium ou alliage d'aluminium ;
    • le tube est extrudé ;
    • la surface extérieure de cuve est cylindrique de section circulaire ;
    • le volume intérieur de la cuve est compris entre 80 litres et 300 litres ;
    • le dispositif est un chauffe-eau à accumulation.
    Brève description des figures
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente divulgation apparaîtront dans la description détaillée suivante, se référant aux dessins annexés dans lesquels :
    • la figure 1 représente schématiquement un dispositif de chauffage thermodynamique,
    • la figure 2 représente en coupe transversale à échelle agrandie la zone repérée Il à la figure 1, selon un premier mode de réalisation,
    • la figure 3 représente en coupe transversale à échelle agrandie la zone repérée Il à la figure 1, selon un deuxième mode de réalisation.
    Description détaillée de la divulgation
  • Les figures illustrent un dispositif de chauffage thermodynamique 1. Dans les modes de réalisation illustrés, le dispositif de chauffage thermodynamique est un chauffe-eau à accumulation. En variante, le dispositif de chauffage thermodynamique pourrait notamment être un chauffage central destiné à chauffer un logement.
  • Le dispositif de chauffage thermodynamique 1 comprend essentiellement une cuve 2 et une pompe à chaleur 10.
  • La cuve 2 présente un volume intérieur 4, un orifice d'entrée 6 et un orifice de sortie 8. Un fluide à chauffer, dans le mode de réalisation illustré de l'eau, entre dans le volume intérieur 4 par l'orifice d'entrée 6 et en sort par l'orifice de sortie 8. La cuve 2 présente une surface extérieure de cuve 3 qui est cylindrique, de section circulaire, et s'étend suivant une direction longitudinale X. La cuve 2 comprend également une première calotte 5 et une deuxième calotte 7 opposée l'une à l'autre suivant la direction longitudinale X et entre lesquelles s'étend la surface extérieure de cuve 3. L'orifice d'entrée 6 et l'orifice de sortie 8 sont disposés sensiblement à des extrémités opposées de la cuve suivant la direction longitudinale X. L'orifice d'entrée 6 est disposé dans la surface extérieure de cuve 3 à proximité de la première calotte 5 et l'orifice de sortie 8 est disposé dans la surface extérieure de cuve 3 à proximité de la deuxième calotte 7. La direction longitudinale X est généralement verticale, la première calotte 5 étant située en bas et la deuxième calotte 7 étant située en haut. La direction longitudinale X peut également être horizontale, rarement oblique. La surface extérieure de cuve 3 présente, transversalement à la direction longitudinale X, un diamètre de préférence compris entre 40 centimètres et 60 centimètres, en particulier 45 centimètres ou 50 centimètres. Le volume intérieur de 4 de la cuve 2 est de préférence compris entre 80 litres et 300 litres.
  • La pompe à chaleur 10 est configurée pour chauffer le fluide contenu dans le volume intérieur 4 de la cuve 2. La pompe à chaleur 10 comprend un condenseur 11, un détendeur 12, un évaporateur 13, un compresseur 14 et un circuit frigorifique 15. Le circuit frigorifique 15 renferme un fluide frigorigène. Le condenseur 11, le détendeur 12, l'évaporateur 13 et le compresseur 14 sont disposés successivement dans le circuit frigorigène 15 et donc traversés par le fluide frigorigène.
  • Le fluide frigorigène est compressé, de préférence à l'état gazeux, dans le compresseur 14. En conséquence, la température du fluide frigorigène est augmentée par le compresseur 14. Dans le condenseur 11, le fluide frigorigène transfert sa chaleur au fluide à chauffer contenu dans le volume intérieur 4 de la cuve 2. Le fluide frigorigène se condense dans le condenseur 11, afin de transférer notamment de la chaleur de changement d'état au fluide à chauffer contenu dans le volume intérieur 4 de la cuve 2. La pression du fluide frigorigène, de préférence à l'état liquide à l'entrée du détendeur 12, diminue dans le détendeur 12. En conséquence, la température du fluide frigorigène diminue dans le détendeur 12. Dans l'évaporateur 13, le fluide frigorigène est en échange de chaleur avec l'environnement pour puiser de l'énergie calorifique de l'environnement, l'environnement pouvant être l'air, le sol ou une source d'eau.
  • Ainsi, l'énergie calorifique de l'environnement est transférée au fluide à chauffer contenu dans le volume intérieur 4 de la cuve 2, par l'intermédiaire du fluide frigorigène, en alimentant, généralement en énergie électrique, le compresseur 14.
  • Tel qu'illustré à la figure 1, le condenseur 11 comprend un tube 20 s'étendant entre une première extrémité 20a et une deuxième extrémité 20b. Le tube 20 est enroulé autour de la surface extérieure de cuve 3. Le tube 20 comprend une succession de spires s'étendant autour de la surface extérieure de cuve 3. Dans le mode de réalisation illustré, le tube 20 comprend dix spires entre la première extrémité 20a par laquelle le fluide frigorigène entre dans le condenseur 11 et la deuxième extrémité 20b par laquelle le fluide frigorigène sort du condenseur 11. Le pas de chaque spire est de préférence compris entre 30 millimètres et 100 millimètres, avantageusement le pas des spires est de 48 millimètres ±10%.
  • Tel qu'illustré aux figures 2 et 3, le tube 20 présente une surface intérieure de tube 22 et une surface extérieure de tube 24 délimitant entre elles une paroi de tube 21. La surface intérieure de tube 22 délimite un passage 25 constituant une partie du circuit frigorifique et renfermant le fluide frigorigène. Le passage 25 est unique. La surface extérieure de tube 24 présente une portion plate extérieure 24a. La portion plate extérieure 24a est plate et continûment en appui contre la surface extérieure de cuve 3 entre la première extrémité 20a et la deuxième extrémité 20b.
  • La portion plate extérieure 24a s'étend suivant la direction longitudinale X sur une longueur d'appui d. La longueur d'appui est de préférence égale à 8,3 millimètres ±10%.
  • La surface intérieure de tube 22 présente une portion plate intérieure 22a parallèle à la portion plate extérieure 24a et séparée de la portion plate extérieure 24a par la paroi de tube 21.
  • Le passage 25 s'étend suivant la direction longitudinale X sur une distance D avantageusement supérieure à 5,4 millimètres, de préférence supérieure à 6,4 millimètres, plus préférentiellement supérieure à 7,4 millimètres. Idéalement, la distance D est égale à 8,7 millimètres ±10%.
  • Tel qu'illustré aux figures 2 et 3, le passage 25 présente en section transversale une aire A. L'aire A est de préférence égale à 16 mm2±10% (millimètres carrés à dix pourcents près).
  • Le rapport entre l'aire A et la longueur d'appui d est inférieur à 2, de préférence égal à 1,81 mm ± 10%.
  • Ainsi, on réalise un compromis visant à :
    • limiter la perte de charge du fluide frigorigène contre la surface intérieure de tube 22, ce qui tend notamment à augmenter l'aire A,
    • assurer une bonne conduction thermique entre le tube 20 et fluide à réchauffer contenu dans le volumen intérieur 4 de la cuve 2, ce qui tend à augmenter la longueur d'appui d,
    • limiter la charge de fluide frigorigène, ce qui tend à réduire l'aire A.
  • La paroi de tube 21 présente une épaisseur e sensiblement constante. L'épaisseur e est avantageusement comprise entre 0,8 millimètre et 2 millimètres, de préférence l'épaisseur e est comprise entre 1,1 millimètres et 1,6 millimètres. L'épaisseur e est définie pour être supérieure ou égale à une épaisseur minimale en-dessous de laquelle le tube risque de subir une déformation plastique à la pression nominale d'utilisation (en général, à la température d'eau maximale dans la cuve). Une marge entre l'épaisseur e et ladite épaisseur minimale améliore la robustesse du dispositif en réduisant le risque d'augmentation du volume de l'échangeur dû aux cycles en pression que le tube 22 subit au cours de sa vie.
  • Le rapport A/(d.e) est de préférence inférieur ou égal à 1,5, plus préférentiellement inférieur à 1,4.
  • Le tube 20 est de préférence extrudé, puis enroulé en spires. Le tube 20 est de préférence en aluminium ou en alliage d'aluminium.
  • Le fluide frigorigène a un potentiel de réchauffement global (PRG), autrement dit un rapport entre la tonne d'équivalent CO2 du fluide frigorigène et la tonne de fluide frigorigène, inférieur à 50. De préférence, le fluide frigorigène est du propane (R290) dont le potentiel de réchauffement global (PRG) est sensiblement égal à 3.
  • Dans le mode de réalisation illustré à la figure 2, la surface extérieure de tube 24 présente en section transversale, outre la portion plate extérieure 24a, une portion de cercle extérieure 24b qui est en regard de (opposée à) la portion plate extérieure 24a.
  • La surface intérieure de tube 22 présente en section transversale, outre la portion plate intérieure 22a, une portion de cercle intérieure 22b qui se raccorde directement à la portion plate intérieure 22a. La portion de cercle intérieure 22b est parallèle à la portion de cercle extérieure 24b et séparée de la portion de cercle extérieure 24b par la paroi 21.
  • La portion de cercle intérieure 22b et la portion de cercle extérieure 22b représentent chacune une portion d'angle α comprise entre 60 degrés et 90 degrés.
  • Des congés arrondis 22d d'un rayon inférieur à 1 millimètre, de préférence environ 0,4 millimètre de rayon relient la portion plate intérieure 22a et la portion de cercle intérieure 22b.
  • Au sommet (au milieu) de la portion de cercle intérieure 22b, la portion de cercle intérieure 22b est séparée de la portion plate intérieure 22a d'une distance au sommet I de préférence égale à 2,3 mm ± 10%.
  • Dans le mode de réalisation illustré à la figure 3, la portion plate extérieure 24a forme une première portion plate extérieure et la surface extérieure de tube 24 présente en outre, en section transversale, une deuxième portion plate extérieure 24c qui est en regard de la première portion plate extérieure 24a, autrement dit opposée à la première portion plate extérieure 24a.
  • La portion plate intérieure 22a forme une première portion plate intérieure séparée de la première portion plate extérieure 24a par la paroi 21. La surface intérieure de tube 22 présente en outre, en section transversale, une deuxième portion plate intérieure 22c qui est en regard de la première portion plate intérieure 22a et parallèle à la première portion pâte intérieure 22a. La deuxième portion plate intérieure 22c est distante de la première portion plate intérieure 22a de préférence de 1,8 mm ± 10%. La deuxième portion plate extérieure 22c se raccord à la première portion plate intérieure 22a par deux congés en demi-cercle de préférence de 0,9 mm ± 10% de rayon. Comme dans le mode de réalisation illustré à la figure 2, la longueur d'appui est de préférence égale à 8,3 millimètres ±10% et l'aire A est de préférence égale à 16 mm2±10% (millimètres carrés à dix pourcents près).

Claims (13)

  1. Dispositif (1) de chauffage thermodynamique comprenant :
    une cuve (2), ladite cuve (2) présentant un volume intérieur (4), un orifice d'entrée (6), un orifice de sortie (8) et une surface extérieure de cuve (3), le volume intérieur (4) est configuré pour renfermer un fluide à chauffer destiné à entrer dans le volume intérieur (4) par l'orifice d'entrée (6) et sortir du volume intérieur (4) par l'orifice de sortie (8), la surface extérieure de cuve (3) s'étend suivant une direction longitudinale (X), et
    une pompe à chaleur (10), la pompe à chaleur (10) présente un circuit frigorifique (15) dans lequel est destiné à circuler un fluide frigorigène, la pompe à chaleur (10) comprend un condenseur (11), le condenseur (11) comporte un tube (20), le tube (20) est enroulé autour de la surface extérieure de cuve (3), ledit tube (20) présente une surface intérieure de tube (22) et une surface extérieure de tube (24), la surface intérieure de tube (22) et la surface extérieure de tube (24) délimitent entre elles une paroi de tube (21), la surface intérieure de tube (22) délimite un passage (25) unique renfermant le fluide frigorigène, la surface extérieure de tube (24) présente une portion plate extérieure (24a) en appui contre la surface extérieure de cuve (3),
    ledit dispositif étant caractérisé en ce que le passage (25) présente une section transversale ayant les caractéristiques suivantes :
    une aire (A) inférieure à 35 millimètres carrés,
    la portion plate extérieure (24a) s'étendant suivant la direction longitudinale (X) sur une longueur d'appui (d) supérieure à 5 millimètres, et
    un rapport entre l'aire (A) et la longueur d'appui (d) inférieur à 2 millimètres.
  2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel l'aire (A) est inférieure à 25 millimètres carrés, de préférence inférieure à 20 millimètres carrés.
  3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la longueur d'appui (d) est supérieure à 6 millimètres, de préférence supérieure à 7 millimètres.
  4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la surface extérieure de tube (24) présente en section transversale une portion de cercle extérieure (24b), la portion de cercle extérieure (24b) est en regard de la portion plate extérieure (24a) et se raccorde à la portion plate extérieure (24a).
  5. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel la portion de cercle extérieure (24a) représente moins de 1/4 de cercle.
  6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel la portion plate extérieure (24a) forme une première portion plate extérieure, la surface extérieure de tube (24) présente une deuxième portion plate extérieure (24c), la deuxième portion plate extérieure (24c) est en regard de la première portion plate extérieure (24a), parallèle à la première portion plate extérieure (24a) et se raccorde à la première portion plate extérieure (24a).
  7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le circuit frigorifique (15) renferme moins de 160 grammes de fluide frigorigène.
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le fluide frigorigène est du propane.
  9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la paroi de tube présente une épaisseur (e) comprise entre 0,8 millimètres et 2 millimètres, de préférence entre 1,1 millimètres et 1,6 millimètres.
  10. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel le rapport (A/(d.e)) entre l'aire (A) et le produit de la longueur d'appui (d) et de l'épaisseur (e) est inférieur ou égal à 1,5, de préférence inférieur à 1,4.
  11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le volume intérieur (4) de la cuve (2) est compris entre 80 litres et 300 litres.
  12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le dispositif est un chauffe-eau à accumulation (1).
  13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le tube (20) est extrudé.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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