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EP4471349A1 - Appareil de chauffage thermodynamique d'une cuve de liquide et procede de pose correspondant - Google Patents

Appareil de chauffage thermodynamique d'une cuve de liquide et procede de pose correspondant Download PDF

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Publication number
EP4471349A1
EP4471349A1 EP24179408.0A EP24179408A EP4471349A1 EP 4471349 A1 EP4471349 A1 EP 4471349A1 EP 24179408 A EP24179408 A EP 24179408A EP 4471349 A1 EP4471349 A1 EP 4471349A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tank
tube
coil
shaped
condenser
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
EP24179408.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Valentin MEZACHE
Vincent PIROT
Nicolas Bertholier
Frédéric BONNARDOT
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 EP4471349A1 publication Critical patent/EP4471349A1/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
    • 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
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/04—Condensers
    • 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
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00—Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/06—Heat exchangers
    • 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 invention relates generally to thermodynamic liquid tank heating apparatus, such as thermodynamic water heaters.
  • thermodynamic heating devices which are used to heat a tank filled with liquid, for example water.
  • These devices include a heat pump system containing a refrigerant.
  • a condenser Around the tank is a part of the refrigeration circuit, called a condenser, which heats the liquid in the tank.
  • the fluid condenses in the circuit around the tank in order to heat the liquid in the tank by heat transfer.
  • Thermal paste may be present between the condenser and the tank in order to optimize heat exchanges.
  • thermodynamic water heater condenser which is formed by a tube placed by manual or semi-automatic spiral winding around the tank as illustrated in the Figure 1 .
  • thermodynamic water heater 1' comprises a tank 2 and a condenser 3' which comprises a tube wound in turns around the peripheral wall 20 of the tank 2.
  • belt-shaped condensers such as belts with micro-channels or so-called “roll bond” belts.
  • the extruded aluminum tubes are welded together on vertical collectors. Welding the tubes to the collectors increases the risk of refrigerant leakage. Furthermore, the welding process requires the installation of specific ovens and the manual installation of the tubes on the collector, reducing the repeatability of the manufacturing process. Finally, the volume of the collectors increases the amount of refrigerant used, without the refrigerant present in the collector participating in the heat exchange between the tank and the condenser.
  • roll-bond belts are made by a cold welding process by rolling two metal sheets and then pressurizing to form the circuit.
  • These roll-bond belts are difficult to manufacture because the material used may not withstand the forming pressure and it is difficult to design a circuit that is sufficiently resistant to the operating pressure.
  • this type of belt requires good cylindricity and a good surface condition of the tank, which is difficult to obtain, to ensure good contact and good heat exchange between the belt and the tank.
  • the rigidity of the panel formed by the metal sheets makes it difficult to apply it around the tank, so that there is a risk of degradation of the condenser and a loss of performance.
  • the aim of the present invention is to propose a new thermodynamic heating device and a corresponding condenser installation method making it possible to at least partially overcome all or part of the problems set out above.
  • thermodynamic heating device for this purpose, the invention relates to a thermodynamic heating device according to claim 1.
  • Such a conformation of the extruded tube - which in flat configuration is in the form of a serpentine - makes it possible to automatically apply this serpentine against the peripheral wall of the tank and to press this serpentine against the tank at the same time as the latter rotates one turn on itself to encircle the tank with the serpentine.
  • This operation of installing the condenser on the tank can be carried out on a production line of the device, that is to say in the cycle time of the production line, preferably less than 45 seconds, without having to temporarily store the tank outside the production line to carry out the application of the condenser on the tank.
  • each winding element extends around a part of the circumference of the tank, around the longitudinal axis of the tank (and likewise for the second portion) being followed by an internal U-shaped return, and that this internal U-shaped return of each winding element extends in a plane orthogonal to the plane in which the first or second tube portion extends, makes it possible to obtain a configuration of the condenser thanks to which the heat exchanges between the condenser and the tank are improved and this in a simple manner.
  • such a configuration of the condenser allows the refrigerant fluid to travel around the upper part of the tank over a long winding distance before reaching the lower part of the tank, which allows generating a stratification of the water, so as to have hot water. in the upper part at the level from which the water is drawn while the (cold) water inlet is located at the bottom in a water heater.
  • the heating appliance such as a thermodynamic water heater, may also include one or more of the following characteristics taken in any technically admissible combination.
  • the condenser tube through which the refrigerant is intended to circulate is made of a single piece without connecting several sections of tubes.
  • the winding elements and the U-shaped connecting returns are formed by a single tube without connection, such as welding, which is shaped to obtain, when flat, a serpentine which, in the state applied against the tank, forms the winding elements and the connecting returns between the winding elements.
  • the inlet is formed by a straight tube portion which extends parallel to the longitudinal axis of the tank, and which is extended by the first winding element.
  • the outlet is formed by another straight portion of the tube which extends parallel to the longitudinal axis while being further away from the longitudinal axis than the inlet.
  • the extruded tube is made of aluminum or copper.
  • the tube has a circular or D-shaped section.
  • the internal U-shaped return of each winding element extends in a plane orthogonal to the plane in which the first or second tube portion extends.
  • the winding elements and the connecting returns form, in flat configuration, a coil, called the main coil, which, in the state applied against the peripheral wall of the tank, forms a belt, one end of which is formed by the connecting returns located on one side. same first side of the coil, and whose opposite end is formed by the returns located on the same second side of the coil, opposite the first side.
  • the curved extruded tube of the condenser also comprises an additional coil, the straight parts of which are, in the flat configuration of the tube, orthogonal to the straight parts of the main coil, the additional coil being arranged between the outlet and the main coil, and being applicable to the bottom wall of the tank considered in a vertical position in the configuration of use of the tank.
  • thermodynamic heating apparatus comprises a holding system configured to keep said portions of the winding elements of the tube spaced apart from each other so as to maintain the shape of the belt.
  • the thermodynamic heating apparatus comprises clamping means for bringing the ends of the belt formed by the curved extruded tube towards each other, to clamp the belt against the tank.
  • the clamping means are fixed to the holding system.
  • the clamping means comprise hooks and springs.
  • each of the first and second portions of each winding element develops along an arc of a circle around the longitudinal axis of the tank.
  • the diameter of each of said arcs of a circle is greater than the radius of curvature of the U-shaped return.
  • each of the first and second portions of each winding element is of a length greater than the length of the U-shaped return which connects them.
  • each of the first and second portions of at least part of the, preferably each, winding elements extends around the longitudinal axis over a circular arc of more than 180°, preferably over a circular arc of more than 270°, advantageously of more than 330°.
  • At least one part, preferably each of the first and second portions, is of a length greater than the U-shaped return which connects them.
  • the length of each of the first and second portions of each winding element is greater than the cumulative length of the U-shaped returns of the winding elements.
  • each of the first and second portions of each winding element develops in a plane transverse to the longitudinal axis of the tank.
  • the first and second portions of each winding element extend in planes parallel to each other.
  • the first and second portions of each winding element extend in planes parallel to the planes in which the first and second portions of each other winding element extend.
  • the tank comprising a water inlet in the lower part of the tank and a water draw-off zone in the upper part of the tank, the winding element closest to the refrigerant inlet relative to the other winding elements is located in the upper part of the tank (in other words, on the side of the water draw-off zone of the tank).
  • the refrigerant thus flows through the winding elements from top to bottom, first heating the upper part of the tank.
  • the physical hot water outlet of the tank (corresponding to a zone for connecting the tank to a domestic hot water circuit) may be located like said water draw-off zone in the upper part of the tank or be positioned in the lower part (bottom) of the tank, being connected by a tube to said water draw-off zone in the upper part of the tank.
  • the winding element closest to the refrigerant outlet is located in the lower part of the tank (in other words, on the side of the cold water inlet).
  • the distance between the refrigerant inlet and a winding element, as well as the distance between a winding element and the refrigerant outlet, means the distance that the refrigerant must travel between said winding element and said refrigerant inlet or outlet.
  • the invention also relates to a method for automatically installing a curved extruded condenser tube on a tank of a thermodynamic heating appliance, the method being in accordance with claim 15.
  • thermodynamic heating device as proposed above.
  • the coil has portions of different sections, said portions of the coil being obtained for example by end-to-end assembly of several portions of tube of different sections or by deformation of portions of the coil.
  • a tank 2 of a thermodynamic heating appliance contains liquid, for example water, which is intended to be heated by a refrigeration circuit of a heat pump system (HP) of the appliance which will be described later.
  • HP heat pump system
  • the appliance is a water heater.
  • thermodynamic heating appliance comprising a liquid tank.
  • the tank 2 filled with water extends along a longitudinal dimension which, here, is taken along the vertical axis since the tank is arranged vertically.
  • a tank arranged horizontally (horizontal longitudinal dimension) or inclined also applies to a tank arranged horizontally (horizontal longitudinal dimension) or inclined.
  • the tank comprises a wall 20 which is here generally cylindrical and is closed at its two opposite ends by two bottoms or caps and substantially elliptical.
  • the tank 2 has a peripheral wall 20 which extends around a longitudinal axis A2.
  • the tank 2 also has a bottom wall 22 which forms the bottom of the tank and which extends the peripheral wall 20 in the lower part of the tank.
  • the tank also has a top wall 21 which forms the top of the tank and which extends the peripheral wall in the upper part of the tank.
  • the water heater also includes a heat pump system 6 which includes a refrigeration circuit, a part of which is applied to the tank 2 and which contains a refrigerant fluid, for example r134a.
  • the part of the refrigeration circuit which is applied around the tank forms the condenser of the circuit.
  • the condenser 3 according to the invention, examples of which are illustrated in Figures 2 And 4 , is distinguished from the 3' condenser of the Figure 1 known from the state of the art because, in the Figure 1 , the condenser 3' is formed by a spiral winding around the tank, whereas in the invention and as illustrated for example in the Figure 2 and to the Figure 4 , the condenser 3 presents - in flat configuration and as visible in the Figure 4 - a serpentine shape 38, which is applied laterally against the tank 2 in the manner of a belt, as illustrated in Figure 2 .
  • the condenser 3 comprises an extruded tube which forms a refrigerant circulation circuit which comprises an inlet 301 and an outlet 399.
  • the tube is for example made of aluminum or copper.
  • the application of the condenser 3 according to the invention on the tank 2 requires only a single rotation of the tank around its axis A2 to laterally press the serpentine shape (presented below) according to which a part of the tube is shaped, and thus surround the tank, whereas the production of the spiral winding of the condenser 3' of the Figure 1 around the tank requires as many rotations of the tank as there are turns.
  • thermodynamic water heater 1 of simple and reliable design is thus proposed, the condenser 3 of which comprises an extruded refrigerant circulation tube which is curved so that at least part of the tube is shaped into a coil 38, which is flat before application to the tank, which makes it possible to easily apply the flat shape of this coil 38 of the condenser to the peripheral wall of the tank 2 of the water heater, in particular on a water heater production line.
  • the condenser tube which contains the refrigerant is in thermal contact with the external face of the wall of the tank.
  • the condenser tube 3 comprises straight parts 310, 312, 320, 322, 330, 332 connected between them by bends 311, 321, 331, 313, 323, 333 (U-shaped return) with alternating direction of concavity from one bend to another.
  • a given bend is obtained by bending the tube in one direction
  • the next bend is obtained by bending the tube in the other direction.
  • the condenser tube thus bent forms said coil 38, called the main coil, which comprises straight parts parallel to each other and bends between these straight parts.
  • the condenser inlet communicates with one end of the coil and the condenser outlet communicates with the other end of the coil.
  • the winding elements 31, 32, 33 are connected to each other by elbows or returns 313, 323, 333, called connecting elbows or returns curved in the opposite direction to the internal elbows or returns of the winding elements.
  • the coil 38 may have portions of different sections. Said portions of the coil 38 may be obtained by end-to-end assembly of several portions of tube of different sections or by deformation of portions of the coil.
  • the tube of the condenser 3 also comprises an additional coil 39, the straight parts of which are, in flat configuration, orthogonal to the straight parts of the main coil 38.
  • the additional coil 39 is arranged between the outlet 399 and the main coil 38, and can be applied to the bottom wall 22 of the tank 2 considered in a vertical position in the configuration of use of the water heater.
  • the additional coil 39 is connected by a part 340, 333 of the tube to the main coil 38 formed by the winding elements 31, 32, 33.
  • the tube of the condenser 3 comprises a first winding element 31 which comprises a first portion 310 extending around at least part of the circumference of the tank (around the longitudinal axis A2 of the tank 2), followed by a U-shaped return 311 (elbow).
  • the U-shaped return 311 is such that the bending axis A311 around which the tube is bent to obtain the U-shaped return (i.e. the axis of the through opening defined by the elbow - U-shaped return) is transverse, preferably orthogonal, to the longitudinal axis A2 of the tank 2.
  • the U-shaped return 311 extends in a plane orthogonal to the plane in which the first portion 310 extends around the tank.
  • the bending axis of the U-shaped return i.e. the axis of the through opening defined between the two branches of the U is orthogonal to said plane in which the tube extends before application to the tank.
  • the U-shaped return 311 is extended by a second portion 312 which develops parallel to the first portion 311, around at least part of the circumference of the tank 2, in the opposite direction to the first portion 310 (for reference a direction of travel of the tube from the inlet towards the outlet of the tube).
  • the condenser 3 comprises several winding elements 32, 33 produced like the winding part 31, and which are connected to each other by U-shaped returns.
  • each connecting return 313 between two winding elements 31, 32 is such that the bending axis A313 around which the tube is bent to obtain the U-shaped return (i.e. the axis of the through opening defined by the elbow - U-shaped return) is transverse, preferably orthogonal, to the longitudinal axis A2 of the tank.
  • each U-shaped connecting return extends in a plane orthogonal to the plane in which each of the portions 312, 320 of winding elements 31, 32 that are connected to each other by said connecting return 313 develops.
  • the bending axis A313 of a U-shaped connection return 313, i.e. the axis of the through opening defined between the two branches of the U, is orthogonal to said plane in which the tube extends before application to the tank.
  • the winding elements and the U-shaped connecting returns are formed from a single extruded tube.
  • the condenser tube that extends around the tank and through which a refrigerant fluid is intended to circulate is a single tube without any connection such as welding, which is shaped to obtain at least the coil that forms the winding elements and the connecting returns between the winding elements.
  • the U-shaped connections may be different from each other, for example to generate a variable spacing.
  • the inlet 301 may be formed by a straight tube portion extended by the first winding element.
  • the first winding element 310 which extends the inlet 301 is located in the upper part of the tank.
  • the tank has a water draw-off zone which is also located in the upper part of the tank while the cold water inlet (arrival) is located in the lower part.
  • the drawn water may exit through a water outlet which may be located in the upper part of the tank like the draw-off zone or which may be located in the lower part of the tank by being connected to the draw-off zone by a tube.
  • the tank is thus configured so that the hot water present in the tank is drawn from the upper part of the tank while cold water enters in the lower part.
  • the refrigerant can thus circulate in the condenser tube from the first winding element 310 located in the upper part of the tank, descending towards the lower part of the tank through the other winding elements 312, 320, 322, located below each other.
  • Such a design makes it possible to obtain efficient heat exchanges between the condenser fluid which first passes through the winding elements located in the upper part of the tank and the upper part of the tank where the water to be heated is located which is intended to be taken during use of the water heater.
  • Such an arrangement of the condenser makes it possible to obtain and maintain a stratification of the water in the tank with hotter water in the upper part than in the lower part, which makes it possible to reliably and efficiently obtain hot water at the outlet of the tank since the water used at the outlet is taken from the upper part of the tank.
  • the water outlet of the tank is intended to be connected to a domestic hot water (DHW) circuit.
  • DHW domestic hot water
  • the outlet 399 may be formed by a straight portion of tube which extends the last winding element or the remaining portion 39 of the tube which extends between the last winding element and the outlet 399.
  • the outlet 399 extends upwards (considering the direction of fluid circulation in the water heater usage configuration).
  • the remaining portion 39 of the tube may comprise a portion of an additional winding element, which has only a first winding portion as in the example of the Figure 2 , and/or a portion of a corrugated or serpentine tube intended to come around and/or against the external face of the lower bottom of the tank (i.e. the lower wall of the tank).
  • the outlet 399 extends substantially parallel to the inlet 301.
  • the outlet 399 which rises from the last winding element, or the remaining portion of the tube which extends between the last winding element and the outlet 399, preferably extends at a distance from the winding elements of the tube to avoid heat exchanges between the winding elements and said outlet.
  • the extruded tube is also shaped to form the inlet and outlet, which are preferably in the form of straight portions, and to form the possible remaining portion 39 between the outlet and the winding elements.
  • the tube with which the condenser is formed is produced by connection, for example welding of several parts together. It can thus be provided that different parts of the condenser tube are formed separately and then connected together, while having a part which, in the flat state, forms a serpentine while being deformable to be applicable around the peripheral wall of the tank in the manner of a belt and possibly on the lower part of the tank.
  • the condenser tube may have a circular or elongated section with a flat part, for example D-shaped.
  • the section may vary along the tube.
  • the tube shaped so that the winding elements 31, 32, 33 form - in flat configuration - a serpentine 38 can be used as a belt, one end of which is formed by the returns 311, 321, 331 (or elbows) located on the same first side of the serpentine, and the opposite end of which is formed by the returns 313, 323, 333 (or elbows) located on the same second side of the serpentine, opposite the first side.
  • the initially flat belt formed by the bent extruded tube can then be applied and deformed (bent) against the tank to come against and around the peripheral wall of the tank so as to encircle it.
  • an additional part of the condenser which extends the main coil and which forms an additional coil can come against the lower part of the tank.
  • a fastening system 4 is preferably provided to allow the ends of the belt to be brought together or interlocked, which are formed, on the one hand, by the connecting elbows 313, 323 which connect the winding elements. 31, 32, 33 between them and, on the other hand, by the internal elbows 311, 321, 331 of each winding element 31, 32, 33.
  • the fastening system 4 makes it possible to tighten the belt formed by the condenser tube 3 against the tank 2.
  • the fastening system 4 acts on the condenser tube 3 in the direction of reducing the diameter of the winding elements around the tank to enable them to come as close as possible to the peripheral wall of the tank, preferably to press them against the tank.
  • the attachment system 4 comprises, for example, attachment devices each comprising two hooks connected together by a spring. One of the hooks is attached to one end of the belt and the other to the other end of the belt.
  • the belt formed by the main coil 38 of the tank can be mechanically tensioned around the tank by other clamping elements, such as clamps.
  • the belt it is possible to provide for the belt to be fixed around the tank by welding, or by screwing if necessary.
  • the condenser tube 3 is provided with a spacing holding device 5 which is fixed to the condenser tube 3 and which is configured to hold apart from each other the portions 310, 312, 320, 322, 330 of the winding elements 31, 32, 33, which are straight in the flat state of the bent tube, and which extend parallel to each other.
  • the spacing support device 5 may comprise bars which form uprights extending orthogonally to the straight portions of the condenser winding elements. These uprights of the spacing support device 5 may be hollow but are not traversed by a refrigerant fluid.
  • the spacing holding device 5 may comprise fixing elements assembled to the condenser tube by clipping, welding, friction, etc.
  • the holding system may also comprise an adhesive film, an aluminum sheet or a net.
  • the attachment system 4 can be attached to the spacing holding device 5.
  • the invention thus makes it possible to obtain a condenser by deformation (bending) of an extruded tube to obtain at least one part which has a flat serpentine shape with the aim of placing the condenser around the tank by lateral supply of the condenser serpentine and pressing it against the peripheral wall of the tank in order, with a single rotation of the tank, to surround the tank with the condenser (unlike the solution of the technique where a spiral winding of a tube around the tank would require as many rotations of the tank as there are turns to be made).
  • the condenser tube can be preformed as explained above to present - in flat configuration - a main serpentine part - which makes it possible to apply one face of the serpentine against the peripheral wall of the tank and to make the opposite lateral parts of this serpentine defined by the sets of elbows curved in opposite directions meet or come closer together, by application of the condenser against the tank, so as to surround the tank with the condenser.
  • Such an operation of applying the preformed condenser tube can be carried out in production flow, at the rate of the water heater production line.
  • the same tube reference can be used to flat preform different sizes of condenser coil depending on the size or shape of the tanks to be equipped with the condenser.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un appareil de chauffage thermodynamique comprenant un condenseur (3) disposé contre la cuve (2). Le condenseur comprend un tube extrudé, par exemple en aluminium ou en cuivre, qui forme une ceinture autour de la cuve. Le tube comprend plusieurs éléments d'enroulement (31) comprenant chacun une première portion (310) de tube s'étendant autour d'une partie de la circonférence de la cuve, suivie par un retour en U (311), appelé retour interne, formé par cintrage du tube. Le retour en U (311) est prolongé par une deuxième portion (312) qui se développe, autour d'une partie de la circonférence de la cuve (2) en sens inverse de la première portion (310). Chaque élément d'enroulement (31) est relié à un autre élément d'enroulement (32) par un retour de liaison en U (313) cintré en sens opposé du sens de cintrage de chacun des retours interne en U des éléments d'enroulements.

Description

    DOMAINE DE L'INVENTION
  • La présente invention concerne de manière générale les appareils de chauffage thermodynamique de cuve de liquide, tels que les chauffe-eaux thermodynamiques.
    • ART ANTERIEUR
  • On connaît des appareils de chauffage thermodynamique qui servent à chauffer une cuve remplie de liquide, par exemple de l'eau.
  • Ces appareils comprennent un système de pompe à chaleur contenant un fluide frigorigène. Autour de la cuve se trouve une partie du circuit frigorifique, appelée condenseur, permettant de chauffer le liquide de la cuve. Le fluide se condense dans le circuit autour de la cuve afin de chauffer le liquide de la cuve par transfert thermique. De la pâte thermique peut être présente entre le condenseur et la cuve afin d'optimiser les échanges thermiques.
  • Il est connu notamment du brevet FR3077622 , de réaliser un condenseur de chauffe-eau thermodynamique qui est formé par un tube posé par enroulement spiroïdal manuel ou semi-automatique autour de la cuve comme illustré à la Figure 1.
  • Ainsi, dans l'exemple illustré à la Figure 1, le chauffe-eau thermodynamique 1' comprend une cuve 2 et un condenseur 3' qui comprend un tube enroulé par spires autour de la paroi périphérique 20 de la cuve 2.
  • L'opération d'enroulement par spire du tube de condenseur autour de la cuve prend plusieurs minutes et ne permet pas sa réalisation dans le temps de cycle habituel d'une ligne de production de chauffe-eaux qui est de l'ordre de 30 à 45 secondes. L'opération d'enroulement spiroïdal est donc réalisée hors du flux de la ligne de production, ce qui nécessite de prévoir des stocks d'attente et une organisation de production complexe.
  • Par ailleurs, il existe d'autres type de condenseurs sous forme de ceintures, telles que des ceintures comportant des micro-canaux ou des ceintures dites "roll bond" (termes anglais se traduisant littéralement par liaison par enroulement).
  • Cependant, pour les ceintures à micro-canaux, les tubes extrudés en aluminium sont assemblés par soudure sur des collecteurs verticaux. L'assemblage par soudure des tubes avec les collecteurs augmente le risque de fuite de fluide réfrigérant. Par ailleurs, le procédé de soudure nécessite la mise en place de fours spécifiques et la mise en place manuelle des tubes sur le collecteur, diminuant la répétabilité du procédé de fabrication. Enfin, le volume des collecteurs augmente la quantité de réfrigérant utilisée, sans que le réfrigérant présent dans le collecteur participe à l'échange thermique entre la cuve et le condenseur.
  • En ce qui concerne les ceintures de type roll-bond, ces ceintures sont réalisées par un processus de soudure à froid par laminage de deux feuilles métalliques puis mise sous pression pour formage du circuit. Ces ceintures roll-bond sont difficiles à fabriquer du fait que le matériau utilisé risque de ne pas résister à la pression de formage et qu'il est difficile de concevoir un circuit suffisamment résistant à la pression de fonctionnement. De plus, ce type de ceinture nécessite une bonne cylindricité et un bon état de surface de la cuve, ce qui est difficile à obtenir, pour assurer un bon contact et un bon échange thermique entre la ceinture et la cuve. La rigidité du panneau formé par les feuilles métalliques rend difficile son application autour de la cuve, de sorte qu'il existe un risque de dégradation du condenseur et une perte de performance.
  • La présente invention a pour but de proposer un nouvel appareil de chauffage thermodynamique et un procédé de pose de condenseur correspondant permettant de pallier au moins partiellement tout ou partie des problèmes exposés ci-dessus.
    • RESUME DE L'INVENTION
  • A cet effet, l'invention a pour objet un appareil de chauffage thermodynamique selon la revendication 1.
  • Une telle conception du condenseur formé à partir d'un tube extrudé qui est cintré de manière à former, à l'état appliqué sur la cuve et grâce aux éléments d'enroulement du tube qui présentent des retours internes cintrés en sens opposé aux retours de liaison qui relient les éléments d'enroulement entre eux, permet d'appliquer aisément et rapidement le condenseur autour de la cuve à la manière d'une ceinture. Une telle conformation du tube extrudé - qui en configuration à plat se présente sous la forme d'un serpentin - permet d'appliquer automatiquement ce serpentin contre la paroi périphérique de la cuve et plaquer ce serpentin contre la cuve en même temps que celle-ci tourne d'un tour sur elle-même pour ceinturer la cuve avec le serpentin. Cette opération de pose du condenseur sur la cuve peut s'effectuer sur une ligne de production de l'appareil, c'est-à-dire dans le temps de cycle de la ligne de production, de préférence inférieur à 45 secondes, sans avoir à stocker temporairement la cuve hors de la ligne de production pour réaliser l'application du condenseur sur la cuve.
  • La forme en serpentin - considérée à plat avant application autour de la cuve - formée par la succession des éléments d'enroulement du tube, permet d'amener latéralement cette forme de serpentin plat du condenseur sur la cuve pour la ceinturer, ce qui permet l'application du condenseur sur la cuve en une opération simple d'application sur la cuve et de fixation ou serrage l'une vers l'autre des deux extrémités de la ceinture autour de la cuve.
  • Le fait qu'une première portion de tube de chaque élément d'enroulement s'étend autour d'une partie de la circonférence de la cuve, autour de l'axe longitudinal de la cuve (et de même pour la deuxième portion) en étant suivie par un retour interne en U, et que ce retour interne en U de chaque élément d'enroulement s'étende dans un plan orthogonal au plan dans lequel s'étend la première ou la deuxième portion de tube, permet d'obtenir une configuration du condensateur grâce à laquelle les échanges thermiques entre le condenseur et la cuve sont améliorés et ce de manière simple.
  • En particulier, une telle configuration du condenseur permet un parcours du fluide frigorifique autour de la partie supérieure de la cuve sur une longue distance d'enroulement avant d'atteindre la partie inférieure de la cuve, ce qui permet de générer une stratification de l'eau, de manière à avoir de l'eau chaude en partie supérieure au niveau de laquelle est tirée l'eau alors que l'arrivée d'eau (froide) se situe en bas dans un chauffe-eau.
  • L'appareil de chauffage, tel qu'un chauffe-eau, thermodynamique peut aussi comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises dans toute combinaison techniquement admissible.
  • Préférentiellement le tube du condenseur à travers lequel le fluide frigorigène est destiné à circuler est réalisé d'une seule pièce sans raccord de plusieurs tronçon de tubes.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, les éléments d'enroulement et les retours de liaison en U sont formés par un unique tube sans raccord, tel que soudure, qui est conformé pour obtenir, à plat, un serpentin qui, à l'état appliqué contre la cuve, forme les éléments d'enroulement et les retours de liaison entre les éléments d'enroulement.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, l'entrée est formée par une portion de tube droite qui s'étend parallèlement à l'axe longitudinal de la cuve, et qui est prolongée par le premier élément d'enroulement.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, la sortie est formée par une autre portion droite du tube qui s'étend parallèlement à l'axe longitudinal en étant plus écartée de l'axe longitudinal, que l'entrée.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, le tube extrudé est en aluminium ou en cuivre.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, le tube présente une section circulaire ou en forme de D.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, le retour interne en U de chaque élément d'enroulement s'étend dans un plan orthogonal au plan dans lequel s'étend la première ou la deuxième portion de tube.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, les éléments d'enroulement et les retours de liaison forment, en configuration à plat, un serpentin, appelé serpentin principal, qui, à l'état appliqué contre la paroi périphérique de la cuve forme une ceinture dont une extrémité est formée par les retours de liaison situés d'un même premier côté du serpentin, et dont l'extrémité opposée est formée par les retours situés d'un même deuxième côté du serpentin, opposé au premier côté.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, le tube extrudé cintré du condenseur comprend aussi un serpentin supplémentaire , dont les parties droites sont, en configuration à plat du tube, orthogonales aux parties droites du serpentin principal, le serpentin supplémentaire étant disposé entre la sortie et le serpentin principal, et étant applicable sur la paroi de dessous de la cuve considérée en position verticale en configuration d'utilisation de la cuve.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, l'appareil de chauffage thermodynamique comprend un système de maintien configuré pour maintenir écarté entre elles lesdites portions des éléments d'enroulement du tube de manière à maintenir la forme de la ceinture.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, l'appareil de chauffage thermodynamique comprend des moyens de serrage pour amener les extrémités de la ceinture formée par le tube extrudé cintré l'une contre vers l'autre, pour serrer la ceinture contre la cuve.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de serrage sont fixés sur le système de maintien.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de serrage comprennent des crochets et des ressorts.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, chacune des première et deuxième portions de chaque élément d'enroulement se développent suivant un arc de cercle autour de l'axe longitudinal de la cuve. Préférentiellement, le diamètre de chacun desdits arcs de cercle est supérieur au rayon de courbure du retour en U. Avantageusement, chacune des première et deuxième portions de chaque élément d'enroulement est de longueur supérieure à la longueur du retour en U qui les relie.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, chacune des première et deuxième portions d'au moins une partie des, de préférence de chacun, éléments d'enroulement s'étend autour de l'axe longitudinal sur un arc de cercle de plus de 180°, de préférence sur un arc de cercle de plus de 270°, avantageusement de plus de 330°.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, au moins une partie, de préférence chacune des première et deuxième portions est de longueur supérieure au retour en U qui les relie.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, la longueur de chacune des première et deuxième portions de chaque élément d'enroulement est supérieure à la longueur cumulée des retours en U des éléments d'enroulement.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, chacune des première et deuxième portions de chaque élément d'enroulement se développent dans un plan transversal à l'axe longitudinal de la cuve.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, les première et deuxième portions de chaque élément d'enroulement s'étendent dans des plans parallèles entre eux.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, les première et deuxième portions de chaque élément d'enroulement s'étendent dans des plans parallèles entre aux plans dans lesquels s'étendent les première et deuxième portions de chaque autre élément d'enroulement.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, la cuve comprenant une entrée d'eau en partie inférieure de la cuve et une zone de puisage d'eau en partie supérieure de la cuve, l'élément d'enroulement le plus proche de l'entrée de fluide frigorigène par rapport aux autres éléments d'enroulement, est situé en partie supérieure de la cuve (autrement dit, du côté de la zone de puisage d'eau de la cuve). Le fluide frigorigène parcourt ainsi les éléments d'enroulement de haut en bas en chauffant d'abord la partie supérieure de la cuve. La sortie physique d'eau chaude de la cuve (correspondant à une zone de raccordement de la cuve à un circuit d'eau chaude sanitaire) peut se situer comme ladite zone de puisage d'eau en partie supérieure de la cuve ou être positionnée en partie inférieure (bas) de la cuve en étant reliée par un tube à ladite zone de puisage d'eau en partie supérieure de la cuve.
  • Avantageusement, l'élément d'enroulement le plus proche de la sortie de fluide frigorigène est situé en partie inférieure de la cuve (autrement dit, du côté de l'entrée d'eau froide).
  • La distance entre l'entrée de fluide frigorigène et un élément d'enroulement, de même que la distance entre un élément d'enroulement et la sortie de fluide frigorigène, s'entend de la distance que doit parcourir le fluide frigorigène entre ledit élément d'enroulement et ladite entrée ou sortie de fluide frigorigène.
  • L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un condenseur d'un appareil de chauffage thermodynamique, ledit appareil de chauffage thermodynamique comprenant une cuve contre laquelle ledit condenseur est destiné à être appliqué, le procédé comprenant les étapes suivantes :
    • extrusion d'un tube pour former ledit condenseur ;
    • conformation du tube par cintrage de manière à obtenir plusieurs éléments d'enroulement, chaque élément d'enroulement comprenant une première portion de tube s'étendant autour d'une partie de la circonférence de la cuve, suivie par un retour en U, appelé retour interne, formé par cintrage du tube;
    • le retour en U étant prolongé par une deuxième portion qui se développe, autour d'une partie de la circonférence de la cuve en sens inverse de la première portion,
    • chaque élément d'enroulement étant relié à un autre élément d'enroulement par un retour de liaison en U cintré en sens opposé du sens de cintrage de chacun des retours interne en U des éléments d'enroulements.
  • L'invention concerne aussi un procédé de pose automatique d'un tube extrudé cintré de condenseur sur une cuve d'un appareil de chauffage thermodynamique, le procédé étant conforme à la revendication 15.
  • Le procédé permet d'obtenir un appareil de chauffage thermodynamique tel que proposé ci-dessus.
  • Selon un mode de réalisation, le serpentin présente des portions de sections différentes, lesdites portions du serpentin étant obtenues par exemple par assemblage bout à bout de plusieurs portions de tube de sections différentes ou par déformation de portions du serpentin.
    • BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels :
    • [Fig. 1] la Figure 1 est une illustration d'un appareil de chauffage thermodynamique comprenant une cuve et un condenseur qui comprend un tube enroulé en spirales autour de la cuve selon un exemple connu de l'état de la technique ;
    • [Fig. 2] la Figure 2 est une illustration d'un condenseur selon un mode de réalisation de l'invention réalisé à partir d'un tube extrudé et cintré en serpentin pour former une ceinture autour d'une cuve d'un appareil de chauffage thermodynamique selon un mode de réalisation de l'invention ;
    • [Fig. 3] la Figure 3 est une illustration d'éléments de serrage qui peuvent être utilisés pour maintenir sous tension les parties d'extrémité de la ceinture formée par le tube du condenseur afin de plaquer ladite ceinture sur la cuve d'un appareil de chauffage thermodynamique selon un mode de réalisation de l'invention, le condenseur étant par exemple celui de la Figure 2 ou de la Figure 4 ;
    • [Fig. 4] la Figure 4 est une illustration d'un tube d'un condenseur pour un appareil de chauffage thermodynamique selon un mode de réalisation de l'invention, à l'état à plat du tube, le tube étant conformé pour présenter à plat au moins une partie en forme de serpentin, avant application de la forme plane du condenseur sur la cuve de l'appareil de chauffage thermodynamique et rotation de la cuve pour ceinturer la cuve avec ledit tube, la partie basse du serpentin étant destinée à être plaquée sur une partie inférieure elliptique de ladite cuve.
    DESCRIPTION DETAILLEE
  • L'invention est décrite plus en détail ci-après avec référence aux dessins joints, sur lesquels des modes de réalisation de l'invention sont montrés. Sur les dessins, la taille et les tailles relatives des éléments peuvent être exagérées à des fins de clarté. Des numéros similaires font référence à des éléments similaires sur tous les dessins. Cependant, l'invention peut être mis en oeuvre sous de nombreuses formes différentes et ne devrait pas être interprété comme étant limité aux modes de réalisation exposés ici. La portée de l'invention est définie par les revendications.
  • Une référence dans toute la spécification à « un mode de réalisation » signifie qu'une fonctionnalité, une structure, ou une caractéristique particulière décrite en relation avec un mode de réalisation est incluse dans au moins un mode de réalisation de la présente invention. Ainsi, l'apparition de l'expression « dans un mode de réalisation » à divers emplacements dans toute la spécification ne fait pas nécessairement référence au même mode de réalisation. En outre, les fonctionnalités, les structures, ou les caractéristiques particulières peuvent être combinées de n'importe quelle manière appropriée dans un ou plusieurs modes de réalisation.
  • Comme représenté de manière schématique sur la Figure 1, une cuve 2 d'un appareil de chauffage thermodynamique renferme du liquide, par exemple de l'eau, qui est destinée à être chauffée par un circuit frigorifique d'un système de pompe à chaleur (PAC) de l'appareil qui sera décrit plus loin.
  • A titre d'exemple, l'appareil est un chauffe-eau. Bien que la description qui suit soit faite en référence à un chauffe-eau, on notera qu'elle s'applique à tout type d'appareil de chauffage thermodynamique comprenant une cuve de liquide.
  • La cuve 2 remplie d'eau s'étend suivant une dimension longitudinale qui, ici, est prise suivant l'axe vertical dans la mesure où la cuve est disposée verticalement. Toutefois, la description qui suit s'applique également à une cuve disposée horizontalement (dimension longitudinale horizontale) ou inclinée.
  • Usuellement, dans la cuve 2, de l'eau chauffée est prélevée à un bout ou extrémité supérieure de la cuve tandis que de l'eau non chauffée est introduite à un bout ou extrémité inférieure opposée de la cuve. Les différents piquages pour l'injection d'eau et son prélèvement ne sont pas représentés par souci de clarté. La cuve comprend une paroi 20 qui est ici globalement cylindrique et est fermée à ses deux extrémités opposées par deux fonds ou calottes et sensiblement elliptique.
  • Comme illustré à la Figure 1, la cuve 2 présente une paroi périphérique 20 qui s'étend autour d'un axe longitudinal A2. La cuve 2 présente aussi une paroi de dessous 22 qui forme le fond de la cuve et qui prolonge la paroi périphérique 20 en partie inférieure de la cuve. La cuve présente aussi une paroi de dessus 21 qui forme le dessus de la cuve et qui prolonge la paroi périphérique en partie supérieure de la cuve.
  • Le chauffe-eau comprend également un système de pompe à chaleur 6 qui comprend un circuit frigorifique dont une partie est appliquée sur la cuve 2 et qui contient un fluide frigorigène par exemple du r134a. La partie du circuit frigorifique qui est appliquée autour de la cuve forme le condenseur du circuit.
  • Il est à noter que comme détaillé ci-après, le condenseur 3 selon l'invention, dont des exemples sont illustrés aux Figures 2 et 4, se distingue du condenseur 3 ' de la Figure 1 connu de l'état de la technique du fait que, dans la Figure 1, le condenseur 3' est formé par un enroulement spiralé autour de la cuve, alors que dans l'invention et comme illustré par exemple à la Figure 2 et à la Figure 4, le condenseur 3 présente - en configuration à plat et comme visible à la Figure 4- une forme de serpentin 38, qui est appliqué latéralement contre la cuve 2 à la manière d'une ceinture, comme illustré à la Figure 2.
  • Le condenseur 3 comprend un tube extrudé qui forme un circuit de circulation de fluide frigorigène qui comprend une entrée 301 et une sortie 399. Le tube est par exemple en aluminium ou en cuivre.
  • L'application du condenseur 3 selon l'invention sur la cuve 2 ne nécessite qu'une seule rotation de la cuve autour de son axe A2 pour plaquer latéralement la forme de serpentin (présentée ci-après) selon laquelle une partie du tube est conformée, et ainsi ceinturer la cuve, alors que la réalisation de l'enroulement spiralé du condenseur 3' de la Figure 1 autour de la cuve nécessite autant de rotation de la cuve que de spires.
  • Il est ainsi proposé un chauffe-eau thermodynamique 1 de conception simple et fiable, dont le condenseur 3 comprend un tube extrudé de circulation de fluide frigorigène qui est cintré de sorte qu'au moins une partie du tube est conformée en un serpentin 38, qui est plan avant application sur la cuve, ce qui permet d'appliquer aisément la forme plane de ce serpentin 38 du condenseur sur la paroi périphérique de la cuve 2 du chauffe-eau, en particulier sur une ligne de production du chauffe-eau. Le tube du condenseur qui contient le fluide frigorigène est en contact thermique avec la face externe de la paroi de la cuve.
    • Condenseur
  • Dans une configuration à plat et comme illustré à la Figure 4, le tube du condenseur 3 comprend des parties droites 310, 312, 320, 322, 330, 332 reliées entre elles par des coudes 311, 321, 331, 313, 323, 333 (retour en U) avec alternance du sens de concavité d'un coude à un autre. Autrement dit un coude donné est obtenu par cintrage du tube dans un sens, et le coude suivant est obtenu par cintrage du tube dans l'autre sens. Le tube du condenseur ainsi cintré forme ledit serpentin 38, appelé serpentin principal, qui comprend des parties droites parallèles entre elles et des coudes entre ces parties droites. L'entrée du condenseur communique avec une extrémité du serpentin et la sortie du condenseur communique avec l'autre extrémité du serpentin.
  • Chaque ensemble de deux parties droites 310, 312 ; 320, 322 ; 330, 332 reliées entre elles par un coude ou retour, appelé coude ou retour interne 311, 321, 331, forme un élément d'enroulement 31, 32, 33. Les éléments d'enroulement 31, 32, 33 sont reliés entre eux par des coudes ou retour 313, 323, 333, appelés coudes ou retour de liaison cintré en sens opposé des coudes ou retour internes des éléments d'enroulement.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention particulier, le serpentin 38 peut présenter des portions de sections différentes. Lesdites portions du serpentin 38 peuvent être obtenues par assemblage bout à bout de plusieurs portions de tube de sections différentes ou par déformation de portions du serpentin.
  • On peut prévoir que le tube du condenseur 3 comprend aussi un serpentin 39 supplémentaire, dont les parties droites sont, en configuration à plat, orthogonales aux parties droites du serpentin 38 principal. Le serpentin 39 supplémentaire est disposé entre la sortie 399 et le serpentin 38 principal, et peut être appliqué sur la paroi de dessous 22 de la cuve 2 considérée en position verticale en configuration d'utilisation du chauffe-eau. Dans l'exemple de la Figure 4, le serpentin 39 supplémentaire est relié par une partie 340, 333 du tube au serpentin 38 principal formé par les éléments d'enroulement 31, 32, 33.
    • Eléments d'enroulement
  • Comme illustré à la Figure 2, à l'état appliquée du condenseur 3 autour de la cuve 2, le tube du condenseur 3 comprend un premier élément d'enroulement 31 qui comprend une première portion 310 s'étendant autour d'au moins une partie de la circonférence de la cuve (autour de l'axe longitudinal A2 de la cuve 2), suivie par un retour 311 en U (coude).
  • A l'état appliqué du condenseur 3 sur la cuve 2, le retour 311 en U est tel que l'axe de cintrage A311 autour duquel le tube est cintré pour obtenir le retour en U (i.e. l'axe de l'ouverture traversante définie par le coude - retour en U) est transversal, de préférence orthogonal, à l'axe longitudinal A2 de la cuve 2. Autrement dit, le retour 311 en U s'étend dans un plan orthogonal au plan dans lequel s'étend la première portion 310 autour de la cuve.
  • En configuration à plat du tube dans un plan, i.e. avant application sur la cuve, l'axe de cintrage du retour en U, i.e. l'axe de l'ouverture traversante définie entre les deux branches du U est orthogonale audit plan dans lequel s'étend le tube avant application sur la cuve.
  • Le retour 311 en U est prolongé par une deuxième portion 312 qui se développe parallèlement à la première portion 311, autour d'au moins une partie de la circonférence de la cuve 2, en sens inverse de la première portion 310 (par référence un sens de parcours du tube depuis l'entrée en direction de la sortie du tube).
  • Le condenseur 3 comprend plusieurs éléments d'enroulement 32, 33 réalisés comme la partie d'enroulement 31, et qui sont reliées entre eux par des retours en U. En particulier, la deuxième portion 312 d'un premier élément d'enroulement 31, situé (en configuration d'utilisation du chauffe-eau) au-dessus d'un deuxième élément d'enroulement 32, est reliée à la première portion 321 d'un deuxième élément d'enroulement 32 par un retour 313 en U.
  • Chaque retour en U 313, 323 appelé retour de liaison, qui relie entre eux deux éléments d'enroulement 31, 32, 33 présente une concavité opposée aux retours 311, 321, 331 en U internes des éléments d'enroulement.
  • De manière similaire au retour en U interne d'un élément d'enroulement, chaque retour 313 de liaison entre deux éléments d'enroulement 31, 32 est tel que l'axe de cintrage A313 autour duquel le tube est cintré pour obtenir le retour en U (i.e. l'axe de l'ouverture traversante définie par le coude - retour en U) est transversal, de préférence orthogonal, à l'axe longitudinal A2 de la cuve. Autrement dit, Chaque retour de liaison en U s'étend dans un plan orthogonal au plan dans lequel se développe chacune des portions 312, 320 d'éléments d'enroulement 31, 32 que relient entre elles ledit retour de liaison 313.
  • Autrement dit et de manière similaire au retour en U d'un élément d'enroulement, en configuration à plat du tube cintré, i.e. avant application sur la cuve, l'axe de cintrage A313 d'un retour de liaison 313 en U, i.e. l'axe de l'ouverture traversante définie entre les deux branches du U, est orthogonal audit plan dans lequel s'étend le tube avant application sur la cuve.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention préféré, les éléments d'enroulement et les retours de liaison en U sont formés à partir d'un même tube extrudé. Autrement dit le tube du condenseur qui s'étend autour de la cuve et à travers lequel un fluide frigorigène est destiné à circuler est un unique tube sans raccord tel que soudure, qui est conformé pour obtenir au moins le serpentin qui forme les éléments d'enroulement et les retours de liaison entre les éléments d'enroulement. Les liaisons en U peuvent être différentes les unes par rapport aux autres, par exemple pour générer un écartement variable.
    • Entrée et sortie
  • L'entrée 301 peut être formée par une portion de tube droite prolongée par le premier élément d'enroulement. Le premier élément d'enroulement 310 qui prolonge l'entrée 301, est situé en partie supérieure de la cuve. La cuve présente une zone de puisage d'eau qui est aussi située en partie supérieure de la cuve tandis que l'entrée (arrivée) d'eau froide est située en partie inférieure. L'eau puisée peut sortir par une sortie d'eau qui peut être située en partie supérieure de la cuve comme la zone de puisage ou qui peut être située en partie inférieure de la cuve en étant reliée à la zone de puisage par un tube. La cuve est ainsi configurée de sorte que l'eau chaude présente dans la cuve est prélevée en partie supérieure de la cuve tandis que de l'eau froide rentre en partie inférieure. Le fluide frigorigène peut ainsi circuler dans le tube du condenseur depuis le premier élément d'enroulement 310 situé en partie supérieure de la cuve, en descendant vers la partie inférieure de la cuve à travers les autres éléments d'enroulement 312, 320, 322, situés en dessous les uns des autres.
  • Une telle conception permet d'obtenir des échanges thermiques efficaces entre le fluide du condenseur qui traverse d'abord les éléments d'enroulement situés en partie supérieure de la cuve et la partie supérieure de la cuve où se situe l'eau à chauffer qui est destinée à être prélevée lors d'une utilisation du chauffe-eau. Un tel agencement du condenseur permet d'obtenir et conserver une stratification de l'eau dans la cuve avec de l'eau plus chaude en partie supérieure qu'en partie basse, ce qui permet d'obtenir de manière fiable et efficace de l'eau chaude en sortie de la cuve puisque l'eau utilisée en sortie est prélevée en partie supérieure de la cuve. La sortie d'eau de la cuve est destinée à être raccordée à un circuit d'eau chaude sanitaire (ECS).
  • La sortie 399 peut être formée par un portion de tube droite qui prolonge le dernier élément d'enroulement ou la partie restante 39 du tube qui s'étend entre le dernier élément d'enroulement et la sortie 399. La sortie 399 s'étend vers le haut, (en considérant le sens de circulation de fluide en configuration d'utilisation du chauffe-eau).
  • La partie restante 39 du tube peut comprendre une partie d'un élément d'enroulement supplémentaire, qui présente seulement une première partie d'enroulement comme dans l'exemple de la Figure 2, et/ou une partie de tube de forme ondulée ou serpentin destinée à venir autour et/ou contre la face externe du fond inférieur de la cuve (i.e. la paroi inférieure de la cuve).
  • Préférentiellement, la sortie 399 s'étend sensiblement parallèlement à l'entrée 301.
  • La sortie 399 qui remonte depuis le dernier élément d'enroulement, ou la partie restante du tube qui s'étend entre le dernier élément d'enroulement et la sortie 399, s'étend de préférence à écartement des éléments d'enroulement du tube pour éviter les échanges thermiques entre les éléments d'enroulement et ladite sortie.
    • Tube
  • Selon un mode de réalisation de l'invention préféré et comme proposé ci-dessus, les éléments d'enroulement et les retours de liaison sont formés d'une seule pièce les uns avec les autres. Autrement dit, les éléments d'enroulement sont dépourvus de soudure ou raccord entre eux. Les éléments d'enroulement sont formés par un tube extrudé qui est conformé, de préférence par cintrage :
    • pour former les retours en U qui relient entre eux les éléments d'enroulement,
    • et pour former, pour chaque élément d'enroulement, les retours en U qui relient entre eux les première et deuxième portion d'un élément d'enroulement.
  • Le tube extrudé est aussi conformé pour former l'entrée et la sortie, qui se présente de préférence sous la forme de portions droites, et pour former l'éventuelle partie restante 39 entre la sortie et les éléments d'enroulement.
  • Selon une variante de réalisation, moins avantageuse, on peut prévoir que le tube avec lequel est formé le condenseur soit réalisé par raccord, par exemple soudure de plusieurs parties entre elles. On peut ainsi prévoir que différentes parties du tube du condenseur soit formées séparément puis raccordées entre elles, tout en présentant une partie qui, à l'état à plat, forme un serpentin en étant déformable pour être applicable autour de la paroi périphérique de la cuve à la manière d'une ceinture et éventuellement sur la partie inférieure de la cuve.
  • Le tube du condenseur peut présenter une section circulaire ou allongée avec une partie plate, par exemple en D. La section peut varier le long du tube.
    • Ceinture
  • Le tube conformé de sorte que les éléments d'enroulement 31, 32, 33 forment - en configuration à plat - un serpentin 38 peut être utilisé comme une ceinture dont une extrémité est formée par les retours 311, 321, 331 (ou coudes) situés d'un même premier côté du serpentin, et dont l'extrémité opposée est formée par les retours 313, 323, 333 (ou coudes) situés d'un même deuxième côté du serpentin, opposé au premier côté.
  • La ceinture initialement plate formée par le tube extrudé cintré peut alors être appliquées et déformée (courbée) contre la cuve pour venir contre et autour de la paroi périphérique de la cuve de manière à la ceinturer. Eventuellement, une partie supplémentaire du condenseur qui prolonge le serpentin principal et qui forme un serpentin supplémentaire peut venir contre la partie inférieure de la cuve.
    • Système d'attache
  • Il est de préférence prévu un système d'attache 4 pour permettre de faire se rapprocher ou s'imbriquer les extrémités de la ceinture qui sont formées, d'une part, par les coudes de liaison 313, 323 qui relient les éléments d'enroulement 31, 32, 33 entre eux et, d'autre part, par les coudes 311, 321, 331 internes de chaque élément d'enroulement 31, 32, 33.
  • Le système d'attache 4 permet de serrer la ceinture formée par le tube du condenseur 3 contre la cuve 2. Autrement dit, le système d'attache 4 agit sur le tube du condenseur 3 dans le sens d'une réduction du diamètre des éléments d'enroulement autour de la cuve pour leur permettre de venir au plus près de la paroi périphérique de la cuve, de préférence pour les plaquer contre la cuve.
  • Le système d'attache 4 comprend par exemple des dispositifs d'accrochage comprenant chacun deux crochets reliés entre eux par un ressort. L'un des crochets est accroché à une extrémité de la ceinture et l'autre à l'autre extrémité de la ceinture.
  • En variante, la ceinture formée par le serpentin principal 38 de la cuve peut être mise sous tension mécanique autour de la cuve grâce à d'autres éléments de serrage, tels que colliers de serrage. On peut en variante ou en combinaison, prévoir que la ceinture soit fixée autour de la cuve par soudure, ou encore par vissage si nécessaire.
    • Dispositif de maintien à écartement
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, le tube du condenseur 3 est muni d'un dispositif de maintien à écartement 5 qui est fixé au tube du condenseur 3 et qui est configuré pour maintenir écarté entre elles les portions 310, 312, 320, 322, 330 des éléments d'enroulement 31, 32, 33, qui sont droites à l'état à plat du tube cintré, et qui s'étendent parallèlement les unes aux autres.
  • Le dispositif de maintien à écartement 5 peut comprendre des barres qui forment des montants s'étendant orthogonalement aux portions droites des éléments d'enroulement du condenseur. Ces montants du dispositif de maintien à écartement 5 peuvent être creux mais ne sont pas traversés par un fluide frigorigène.
  • Le dispositif de maintien à écartement 5 peut comprendre des éléments de fixation assemblés au tube du condenseur par clipsage, soudure, friction etc...Le système de maintien peut aussi comprendre un film adhésif, une feuille aluminium ou un filet).
  • Comme illustré à la Figure 3, le système d'attache 4 peut être fixé au dispositif de maintien à écartement 5.
    • Exemple de réalisation du condenseur
  • Selon un mode de réalisation de l'invention et comme illustré à la Figure 4, en vue à plat, le tube du condenseur peut être formé de manière à présenter, depuis l'entrée jusqu'à la sortie :
    • une portion droite formant l'entrée 301 ;
    • plusieurs éléments d'enroulement 31, 32, 33 dans le prolongement les uns des autres de manière à former un serpentin principal. La portion droite de l'entrée s'étendant perpendiculairement aux parties droites des éléments d'enroulement 31, 32, 33 ;
    • une partie inférieure 39 en forme de serpentin supplémentaire dont les portions droites sont perpendiculaires aux portions droites des éléments d'enroulement 31, 32, 33,
    • une portion droite formant la sortie 399 qui s'étend parallèlement à l'entrée 301 et remonte depuis partie inférieure 39 jusqu'au niveau de l'entrée 301 (au-dessus du premier élément d'enroulement 31 du serpentin).
  • Bien entendu d'autres formes sont possibles.
  • L'invention permet ainsi d'obtenir un condenseur par déformation (cintrage) d'un tube extrudé pour obtenir au moins une partie qui présente une forme en serpentin à plat dans le but de mettre en place le condenseur autour de la cuve par amenée latérale du serpentin du condenseur et plaquage contre la paroi périphérique de la cuve pour, avec une seule rotation de cuve, ceinturer la cuve avec le condenseur (à l'inverse de la solution de la technique où un enroulement spiralé d'un tube autour de la cuve nécessiterait autant de rotations de la cuve que de spires à réaliser).
  • En effet, le tube du condenseur peut être préformé comme expliqué ci-dessus pour présenter - en configuration à plat - une partie principale en serpentin - ce qui permet d'appliquer une face du serpentin contre la paroi périphérique de la cuve et de faire se rejoindre ou se rapprocher les parties latérales opposées de ce serpentin définies par les ensembles de coudes cintrés en sens opposés, par application du condenseur contre la cuve, de manière à ceinturer la cuve avec le condenseur. Une telle opération d'application du tube du condenseur préformé peut être réalisée en flux de production, à la cadence de la ligne de production du chauffe-eau.
  • L'invention permet ainsi de :
    • obtenir un temps de cycle réduit, et ainsi un gain en productivité et en capacité de production ;
    • réaliser la production des ceintures en bord de ligne afin de simplifier et minimiser le nombre de référence de ceinture ;
    • une automatisation possible de la pose de la ceinture sur la cuve, avec un robot qui tient et applique la ceinture contre la cuve pendant que celle-ci tourne sur elle- même, ce qui apporte un gain en coût de main d'oeuvre directe ;
    • une application de la ceinture sur la cuve dans le flux de production de la cuve, ce qui permet de se passer de zone de stockage intermédiaire des cuves.
  • En outre, l'absence ou le nombre réduit de soudure pour réaliser le condenseur conformé par cintrage, permet une diminution du risque de fuite de réfrigérant du condenseur.
  • Une même référence de tube peut être utilisée pour préformer à plat différentes tailles de serpentin de condenseur selon la taille ou forme des cuves à équiper du condenseur.
  • L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation illustrés dans les dessins. La portée de l'invention est définie par les revendications jointes.
  • De plus, le terme « comprenant » n'exclut pas d'autres éléments ou étapes. En outre, des caractéristiques ou étapes qui ont été décrites en référence à l'un des modes de réalisation exposés ci-dessus peuvent également être utilisées en combinaison avec d'autres caractéristiques ou étapes d'autres modes de réalisation exposés ci-dessus.

Claims (16)

  1. Appareil de chauffage thermodynamique (1) comprenant :
    - une cuve (2) présentant un axe longitudinal (A2);
    - un système de pompe à chaleur comprenant un condenseur (3) présentant une entrée (301) de fluide frigorigène et une sortie dudit fluide (399), caractérisé en ce que, le condenseur comprend un tube extrudé à travers lequel le fluide frigorigène est destiné à circuler et qui forme une ceinture autour de la cuve (2), le tube comprenant plusieurs éléments d'enroulement (31, 32, 33), chaque élément d'enroulement (31, 32, 33) comprenant une première portion (310, 320, 330) de tube s'étendant autour d'une partie de la circonférence de la cuve, autour de l'axe longitudinal (A2) de la cuve (2), suivie par un retour en U (311, 321, 331), appelé retour interne, formé par cintrage du tube;
    le retour en U (311, 321, 331) interne étant prolongé par une deuxième portion (312, 322, 332) qui se développe, autour d'une partie de la circonférence de la cuve (2), autour de l'axe longitudinal (A2) de la cuve (2), en sens inverse de la première portion (310, 320, 330), chaque élément d'enroulement (31, 32, 33) étant relié à un autre élément d'enroulement (32, 33) par un retour de liaison en U (313, 323) cintré en sens opposé du sens de cintrage de chacun des retours internes (311, 321, 331) en U des éléments d'enroulements (31, 32, 33).
  2. Appareil de chauffage thermodynamique selon la revendication 1, dans lequel les éléments d'enroulement (31, 32, 33) et les retours de liaison en U (313, 323) sont formés par un unique tube sans raccord, tel que soudure, qui est conformé pour obtenir, à plat, un serpentin (38) qui, à l'état appliqué contre la cuve, forme les éléments d'enroulement (31, 32, 33) et les retours de liaison (313, 323) entre les éléments d'enroulement (31, 32, 33).
  3. Appareil de chauffage thermodynamique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'entrée (301) est formée par une portion de tube droite qui s'étend parallèlement à l'axe longitudinal (A2) de la cuve (2), et qui est prolongée par le premier élément d'enroulement (31).
  4. Appareil de chauffage thermodynamique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la sortie (399) est formée par une autre portion droite du tube qui s'étend parallèlement à l'axe longitudinal (A2) en étant plus écartée de l'axe longitudinal (A2), que l'entrée (301).
  5. Appareil de chauffage thermodynamique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le tube extrudé est en aluminium ou en cuivre.
  6. Appareil de chauffage thermodynamique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le tube présente une section circulaire ou en forme de D.
  7. Appareil de chauffage thermodynamique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le retour interne (311, 321, 331) en U de chaque élément d'enroulement (31, 32, 33) s'étend dans un plan orthogonal au plan dans lequel s'étend la première ou la deuxième portion (310, 312, 320, 322, 330, 332) de tube.
  8. Appareil de chauffage thermodynamique selon l'une quelconque des revendications précédentes, les éléments d'enroulement (31, 32, 33) et les retours de liaison (311, 321, 331) forment, en configuration à plat, un serpentin, appelé serpentin principal, qui, à l'état appliqué contre la paroi périphérique de la cuve (2) forme une ceinture dont une extrémité est formée par les retours (311, 321, 331) de liaison situés d'un même premier côté du serpentin, et dont l'extrémité opposée est formée par les retours (313, 323, 333) situés d'un même deuxième côté du serpentin, opposé au premier côté.
  9. Appareil de chauffage thermodynamique selon la revendication 8, dans lequel le tube extrudé cintré du condenseur (3) comprend aussi un serpentin supplémentaire (39), dont les parties droites sont, en configuration à plat du tube, orthogonales aux parties droites du serpentin (38) principal, le serpentin supplémentaire étant disposé entre la sortie (399) et le serpentin (38) principal, et étant applicable sur la paroi de dessous (22) de la cuve considérée en position verticale en configuration d'utilisation de la cuve.
  10. Appareil de chauffage thermodynamique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'appareil de chauffage thermodynamique comprend un système (5) de maintien configuré pour maintenir écarté entre elles lesdites portions (310, 312, 320, 322, 330, 332) des éléments d'enroulement (31, 32, 33) du tube de manière à maintenir la forme de la ceinture.
  11. Appareil de chauffage thermodynamique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'appareil de chauffage thermodynamique comprend des moyens de serrage (4) pour amener les extrémités de la ceinture formée par le tube extrudé cintré l'une contre vers l'autre, pour serrer la ceinture contre la cuve (2).
  12. Appareil de chauffage thermodynamique selon la revendication 10 et la revendication 11, dans lequel les moyens de serrage (4) sont fixés sur le système (5) de maintien.
  13. Appareil de chauffage thermodynamique selon la revendication 11 ou 12, dans lequel les moyens de serrage (4) comprennent des crochets et des ressorts.
  14. Appareil de chauffage thermodynamique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, la cuve (2) comprenant une entrée d'eau en partie inférieure de la cuve et une zone de puisage d'eau en partie supérieure de la cuve, l'élément d'enroulement (310) le plus proche de l'entrée (301) de fluide frigorigène par rapport aux autres éléments d'enroulement, est situé en partie supérieure de la cuve.
  15. Procédé de pose automatique d'un tube extrudé cintré de condenseur (3) sur une cuve (2) d'un appareil de chauffage thermodynamique (1), ladite cuve (2) présentant un axe longitudinal (A2), de préférence pendant un cycle de production sur une ligne de production de l'appareil de chauffage thermodynamique (1), le procédé comprenant les étapes suivantes :
    - fourniture, en configuration plane, d'un tube extrudé et cintré dont au moins une partie est conformée en serpentin (38);
    - amenée du serpentin (38) contre la paroi périphérique (20) de la cuve (2) ;
    - rotation de la cuve (2) et application du serpentin (38) contre la cuve lors de la rotation pour ceinturer la cuve (2) avec le serpentin (38), de sorte que, à l'état appliqué contre la cuve, le serpentin (38) du tube forme plusieurs éléments d'enroulement (31, 32, 33), chaque élément d'enroulement (31, 32, 33) comprenant une première portion (310, 320, 330) de tube s'étendant autour d'une partie de la circonférence de la cuve, autour de l'axe longitudinal (A2) de la cuve (2), suivie par un retour en U (311, 321, 331), appelé retour interne, formé par cintrage du tube;
    le retour en U (311, 321, 331) étant prolongé par une deuxième portion (312, 322, 332) qui se développe, autour d'une partie de la circonférence de la cuve (2), autour de l'axe longitudinal (A2) de la cuve (2), en sens inverse de la première portion (310, 320, 330),
    chaque élément d'enroulement (31, 32, 33) étant relié à un autre élément d'enroulement (32, 33) par un retour de liaison en U (313, 323) cintré en sens opposé du sens de cintrage de chacun des retours interne en U des éléments d'enroulements (31, 32, 33) ;
    - fixation et/ou serrage de la ceinture formée par le serpentin autour de la cuve.
  16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel le serpentin (38) présente des portions de sections différentes, lesdites portions du serpentin (38) étant obtenues par exemple par assemblage bout à bout de plusieurs portions de tube de sections différentes ou par déformation de portions du serpentin.
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