FR3077621A1 - Appareil de chauffage thermodynamique d'une cuve a condenseur optimise - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un appareil (40) de chauffage thermodynamique d'une cuve de liquide, comprenant : -une cuve (42) de liquide verticale, -une pompe à chaleur (44) comprenant un circuit frigorifique à fluide frigorigène. Le condenseur comprend une pluralité d'enroulements (e1-e16) entourant la cuve, dans lesquels circule le fluide et qui sont en contact thermique avec la paroi de la cuve. Les enroulements sont espacés les uns des autres et répartis suivant la hauteur de la cuve de manière à ce que des enroulements soient disposés autour de la partie supérieure (zh) de la cuve afin de transférer de l'énergie calorifique du fluide gazeux en phase de désurchauffe au liquide situé en partie supérieure de la cuve et prélevé en premier.
Description
APPAREI L DE CHAUFFAGE THERMODYNAMI QUE D’UNE CUVE A CONDENSEUR OPTI Ml SE
La présente invention est relative à un appareil de chauffage thermodynamique d’une cuve de liquide.
On connaît des appareils de chauffage thermodynamique qui servent à chauffer une cuve remplie de liquide, par exemple de l’eau. Lorsque la cuve du chauffe-eau est agencée verticalement, le liquide chauffé est prélevé par le haut de la cuve tandis que du liquide non chauffé est introduit par le bas de la cuve. Le liquide de la cuve est par exemple de l’eau. Les propos qui vont suivre concernent l’eau mais s’appliquent à tout autre liquide.
Ces appareils comprennent un système de pompe à chaleur qui comporte un circuit frigorifique dont une partie est enroulée autour de la cuve sous la forme de spires et qui contient un fluide frigorigène. Le fluide se condense dans la partie du circuit enroulée autour de la cuve afin de chauffer l’eau de la cuve par transfert thermique.
Traditionnellement, les concepteurs de ce type d’appareils cherchent à maximiser le transfert thermique dans la partie basse de la cuve en y concentrant les spires du circuit frigorifique afin de transférer l’énergie à l’eau la plus froide.
Toutefois, ce type d’appareils présente l’inconvénient de devoir chauffer l’ensemble de la cuve pour atteindre la température de consigne fixée. Par conséquent, la durée d’attente pour l’utilisateur avant d’obtenir un volume d’eau suffisant à la bonne température est importante, car la chauffe est globale et non locale.
Par ailleurs, en cas de soutirage partiel de la cuve un brassage de l’eau se trouvant dans la cuve s’opère, ce qui induit une stagnation, voire une diminution ponctuelle du volume d’eau disponible à la température de consigne (ex : 40°C).
Compte tenu de ce qui précède, il serait donc utile de pouvoir disposer d’un nouvel appareil de chauffage thermodynamique qui permette de disposer d’eau chaude (plus généralement de liquide chaud) en sortie de cuve, plus rapidement qu’auparavant.
Un objet de la présente invention concerne ainsi un appareil de chauffage thermodynamique d’une cuve de liquide, comprenant :
-au moins une cuve remplie de liquide disposée verticalement et dont la plus grande dimension longitudinale Z correspond à la hauteur de la cuve, du liquide chauffé étant prélevé en partie supérieure de la cuve tandis que du liquide non chauffé est introduit en partie inférieure de la cuve,
-un système de pompe à chaleur qui comprend un circuit frigorifique contenant un fluide frigorigène et dont une partie formant condenseur est enroulée autour de la cuve, caractérisé en ce que le condenseur comprend une pluralité d’enroulements dans lesquels circule le fluide frigorigène et qui sont en contact thermique avec la face externe de la paroi de la cuve, les enroulements étant espacés les uns des autres et répartis suivant la hauteur de la cuve de manière à ce que des enroulements soient disposés autour de la partie supérieure de la cuve afin de transférer de l’énergie calorifique du fluide frigorigène gazeux en phase de désurchauffe au liquide qui est situé en partie supérieure de la cuve et qui est prélevé en premier.
En disposant une partie des enroulements du condenseur en partie supérieure de la cuve, à savoir la partie du condenseur dans laquelle se produit la désurchauffe (première partie du condenseur), la température du liquide situé en partie haute et qui est prélevé en premier est augmentée rapidement par cet apport d’énergie de désurchauffe localisé. Ainsi, du liquide chaud à prélever est disponible plus rapidement qu’auparavant puisqu’il n’est pas nécessaire d’attendre de chauffer tout le volume de la cuve pour disposer de liquide chaud. On notera que les enroulements situés en partie supérieure sont généralement disposés à proximité de la sortie de liquide chaud (piquage de départ du liquide chaud).
Selon d’autres caractéristiques possibles:
-les enroulements disposés en partie supérieure de la cuve totalisent entre 5% et 30% du nombre total d’enroulements autour de la cuve ; généralement la désurchauffe occupe 10 à 15% du volume du condenseur ;
-la partie supérieure de la cuve correspond au tiers supérieur de la hauteur de la cuve ;
-les enroulements du condenseur sont formés suivant l’une des configurations suivantes :
un conduit enroulé autour de la cuve à la manière d’une hélice en formant des spires écartées les unes des autres suivant la hauteur Z de la cuve, une pluralité de bandes de canaux enroulées chacune à la manière d’une ceinture, chaque bande comprenant plusieurs canaux adjacents parallèles entre eux ;
-les enroulements de la pluralité d’enroulement sont espacés les uns des autres suivant la hauteur de la cuve de telle manière que deux enroulements consécutifs suivant cette dimension sont écartés l’un de l’autre d’une distance supérieure ou égale à 2D où D représente le diamètre hydraulique de l’enroulement dans lequel circule le fluide frigorigène ; en écartant suffisamment les enroulements les uns des autres la surface d’échange entre le fluide frigorigène qui circule dans chaque enroulement et le liquide de la cuve est augmenté de manière significative ; la chaleur provenant du fluide frigorigène de chaque enroulement est dissipée, non seulement au niveau de la portion de l’enroulement en contact thermique avec la face externe de la paroi de la cuve, mais également latéralement le long de cette paroi (c’est-à-dire verticalement); la paroi se comporte ainsi comme un radiateur muni d’ailettes, les ailettes correspondant aux zones de la paroi qui sont situées, le long de la verticale, de part et d’autre des portions d’enroulements en contact thermique avec la paroi ; la résistance thermique de la paroi est toujours présente dans la direction radiale par rapport à la cuve, mais la paroi est désormais utilisée comme élément conducteur entre les portions d’enroulement (l’espacement est contrôlé entre les portions d’enroulement consécutives), dans la direction longitudinale (verticale), afin d’améliorer la surface d’échange équivalente de l’échangeur ;
-les enroulements sont répartis suivant la hauteur de la cuve en tenant compte des implantations locales d’équipements sur la face extérieure de la paroi de la cuve et donc de la surface laissée libre sur cette face pour y positionner des enroulements.
D’autres caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
-la figure 1 représente de manière schématique une cuve de liquide d’un appareil de chauffage thermodynamique selon un mode de réalisation de l’invention ;
-les figures 2a et 2b sont des vues schématiques comparatives en coupe longitudinale entre une configuration de l’art antérieur (fig. 2a) et une configuration selon un mode de réalisation de l’invention (fig. 2b) ;
-la figure 2c est une vue schématique de face, partielle et agrandie, de la partie haute de la cuve et de plusieurs enroulements espacés verticalement dans cette partie;
-la figure 3 est une vue schématique d’une configuration possible d’enroulements répartis autour d’une cuve entre la partie haute et la partie basse de celle-ci selon un mode de réalisation de l’invention ;
-la figure 4 est une vue schématique d’une autre configuration possible d’enroulements répartis autour d’une cuve entre la partie haute et la partie basse de celle-ci selon un autre mode de réalisation de l’invention.
Comme représenté de manière très schématique sur la figure 1, une cuve 10 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’une 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 à chauffer.
La cuve 10 remplie d’eau s’étend suivant une dimension longitudinale Z qui, ici, est prise suivant l’axe vertical V dans la mesure où la cuve est disposée verticalement.
Dans la cuve 10 de l’eau chauffée est prélevée en partie supérieure de la cuve, notamment à une extrémité supérieure 10a de la cuve tandis que de l’eau non chauffée est introduite en partie inférieure de la cuve, notamment à une extrémité inférieure opposée 10b 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 12 qui est ici globalement cylindrique et est fermée à ses deux extrémités opposées par deux fonds ou calottes 14 et 16 sensiblement hémisphériques.
Le chauffe-eau comprend également, de manière non représentée, un système de pompe à chaleur qui comprend un circuit frigorifique dont une partie est enroulée autour de la cuve 10 et qui contient un fluide frigorigène par exemple du r134a.
La partie du circuit frigorifique qui est enroulée autour de la cuve forme généralement le condenseur du circuit. Il comprend une pluralité d’enroulements dans chacun desquels circule le fluide frigorigène et qui sont en contact thermique avec la face externe de la paroi de la cuve.
Chaque enroulement correspond à une partie du condenseur qui s’étend ici sur toute la circonférence de la cuve (l’enroulement entoure la cuve sur 360°) excepté pour les enroulements d’extrémité qui ne font pas un tour complet de la cuve car ils doivent être raccordés à un composant du système de PAC de l’appareil. L’enroulement peut prendre la forme ;
- soit d’un conduit de fluide (appelé aussi spire dans le présent contexte) qui s’enroule autour de la cuve à la manière d’une hélice (chaque enroulement ne constitue qu’une portion d’hélice qui s’étend suivant un pas de l’hélice et il fait donc un tour complet) ; les conduits de fluide ou spires sont illustrés sur les figures 2c et 3 ;
-soit d’une bande qui comprend une pluralité de canaux de fluide adjacents et parallèles entre eux, la bande s’enroulant autour de la cuve sur la quasi-totalité de la circonférence de la cuve, à la manière d’une ceinture annulaire ; des exemples de bandes sont illustrés sur la figure 4.
Selon l’invention, une partie des enroulements entoure la partie supérieure de la cuve afin de chauffer localement l’eau située en partie haute de la cuve et qui est prélevée en premier lorsque l’utilisateur soutire de l’eau.
On notera que les différentes configurations d’enroulements décrites ci-après ne constituent que des exemples possibles. En outre, la forme des enroulements, leur espacement et leur nombre peuvent varier.
Plus particulièrement, ces enroulements ainsi disposés permettent de transférer de l’énergie calorifique du fluide frigorigène gazeux en phase de désurchauffe à l’eau située en partie supérieure de la cuve.
La figure 2a illustre une configuration d’enroulements de l’art antérieur (vue suivant une coupe longitudinale partielle de la cuve et des enroulements) selon laquelle les enroulements 20a, 20b, 20c sont disposés côte à côte contre la face externe de la paroi cylindrique 22 de la cuve. La flèche S1 représente l’amplitude de la surface d’échange thermique entre chaque enroulement et l’eau, notée E, située derrière la paroi (côté face interne de la paroi), vue suivant la dimension longitudinale de la cuve. L’amplitude de la surface d’échange thermique est ainsi limitée à la largeur (ou hauteur si l’on considère la cuve positionnée verticalement) de chaque enroulement.
La figure 2b illustre une nouvelle configuration possible d’enroulements qui peut s’appliquer à l’invention afin de procurer un chauffage amélioré de la partie supérieure de la cuve selon un mode de réalisation de l’invention. La description qui suit de la figure 2b s’applique indépendamment de la forme des enroulements, de leur espacement et de leur nombre. Les enroulements 24a,
24b, 24c sont disposés contre la face externe de la paroi cylindrique 26 de la cuve en étant espacés les uns des autres d’une distance d, suivant la dimension longitudinale de la cuve. La distance d, qui n’est pas nécessairement la même entre tous les enroulements consécutifs, est supérieure ou égale à 2D, où D représente le diamètre hydraulique de chaque enroulement dans lequel circule le fluide frigorigène. Même si, comme c’est le cas ici, la section de passage offerte au fluide n’est pas de forme circulaire, il est toujours possible de définir la section de passage circulaire équivalente dont le diamètre interne dans lequel circule le fluide correspond au diamètre hydraulique précité. La flèche S2 représente l’amplitude de la surface d’échange thermique entre chaque enroulement et l’eau située derrière la paroi, vue suivant la dimension longitudinale de la cuve. La surface d’échange thermique S2 est plus étendue que la surface S1 de la figure 2a, ce qui favorise davantage les échanges thermiques entre le fluide circulant dans chaque enroulement du condenseur et l’eau de la cuve.
Le contrôle ou l’ajustement de la distance d entre les enroulements consécutifs (cette distance peut varier suivant la dimension longitudinale d la cuve) permet d’utiliser la paroi de la cuve comme un dissipateur thermique en dotant chaque enroulement de deux ailes de radiateur qui s’étendent latéralement ou transversalement par rapport à la direction d’extension locale de l’enroulement autour de la cuve. En d’autres termes la paroi de la cuve est transformée en radiateur. Les deux ailes de dissipation thermique 26a et 26b pour l’enroulement 24b (fig. 2b) ont une surface au moins égale à la surface de contact entre l’enroulement 24b et la paroi de la cuve (contact avec la portion de paroi 26c).
Le nombre d’enroulements de la configuration de la figure 2b peut donc être diminué par rapport au nombre d’enroulements de la configuration de la figure 2a. Cette diminution peut ainsi s’accompagner d’une réduction du volume de fluide frigorigène nécessaire pour le circuit frigorifique car c’est généralement le condenseur qui renferme la plus grande quantité de fluide (environ 70%) de tous les composants du circuit (évaporateur...). A titre d’exemple, le nombre d’enroulements qui peut être compris entre 30 et 40 dans les configurations conventionnelles, peut de manière générale, avec la configuration de la figure 2b, être divisée par deux, et par exemple être égal à
16. La quantité de fluide frigorigène peut ainsi dans certaines circonstances passer de 1,3kg à 0,850kg, ce qui représente une économie substantielle de produit et s’inscrit davantage dans les évolutions des normes énergétiques auxquelles doivent de plus en plus satisfaire les nouveaux appareils.
La figure 2c illustre en vue de face (par exemple en position verticale), plusieurs enroulements agencés autour de la partie supérieure de la paroi 26 de la cuve, par exemple les enroulements 24a-c de la figure 2b, et les flux de dissipation thermique qui se propagent dans la paroi, à partir de chaque enroulement, sensiblement transversalement ou latéralement par rapport à l’axe suivant lequel s’étend l’enroulement. Les flux se propagent ainsi dans la paroi 26 suivant la dimension longitudinale de la cuve dans deux directions opposées, en s’écartant de chaque enroulement. Ces flux se propagent sur toute la longueur de l’enroulement, ce qui permet de dissiper uniformément la chaleur dans toute la région de la paroi de la cuve entourée par les enroulements (notamment dans la partie supérieure de la paroi grâce aux enroulements disposés dans cette partie), dans les zones situées entre les enroulements ainsi que sur les bords des zones de la paroi qui sont entourées par le premier et le dernier enroulement de la pluralité d’enroulements. Ce dernier cas correspond par exemple à l’enroulement 24c qui est ici le premier enroulement de la pluralité d’enroulements. Les flux de dissipation thermique se propagent ainsi vers le haut à partir de l’enroulement 24c, c’est-à-dire vers une zone non couverte par les enroulements.
Le chauffe-eau 40 de la figure 3 comprend une cuve 42 remplie d’eau, disposée verticalement (axe vertical V) et autour de laquelle sont enroulés des enroulements (spires) d’un condenseur 50 de circuit frigorifique d’un système de PAC qui fait partie du chauffe-eau.
Les autres composants du circuit frigorifique de la pompe à chaleur, à savoir l’évaporateur, le compresseur et le détendeur, sont bien connus en eux mêmes et ne seront pas davantage décrits. Ils sont schématiquement illustrés par le module 44 agencé au-dessus de la cuve.
La cuve comporte un piquage 46 situé en zone haute de la cuve, notée zh, pour le prélèvement d’eau chaude et un piquage 48 situé en zone basse de la cuve, notée zb, pour l’injection d’eau froide (à chauffer) dans la cuve.
Dans ce mode de réalisation les enroulements du condenseur 50 sont répartis suivant la hauteur de la cuve. En particulier, des enroulements sont agencés autour de la partie supérieure de la cuve fin de chauffer directement l’eau située dans cette partie de la cuve.
En particulier, des enroulements, par exemple e1 à e4 (ce nombre peut toutefois varier), du condenseur sont disposés dans la partie supérieure ou zone haute zh de la cuve afin de transférer de l’énergie calorifique du fluide frigorigène gazeux (en phase de désurchauffe) à l’eau qui est située en zone haute de la cuve et qui est prélevée en premier. Ainsi, la disponibilité d’eau chaude dans cette zone de la cuve est favorisée, ce qui permet de minimiser la durée d’attente de l’eau chaude pour l’utilisateur
De manière générale, les enroulements disposés en partie haute de la cuve peuvent totaliser entre 5% et 30% du nombre total d’enroulements autour de la cuve.
Le ou les premiers enroulements concernés par la phase de désurchauffe sont disposés à proximité du piquage 46 afin de favoriser la disponibilité d’eau chaude dans cette zone. Dans la mesure où la phase de désurchauffe occupe 5 à 15% du volume du condenseur, au moins 5% des enroulements sont disposés dans cette zone. Ici deux enroulements e1 et e2 sont dans cette zone.
On peut considérer que la partie supérieure ou zone haute zh de la cuve s’étend par exemple sur une dimension correspondant au maximum au tiers supérieur de la hauteur de la cuve.
De manière générale, la distance entre les enroulements consécutifs disposés suivant la hauteur de la cuve (dans toute la ou les zones entourées par les enroulements) est ici adaptée en fonction des zones ou strates du condenseur où se produisent différents types d’échanges thermiques pour le fluide frigorigène (ex : désurchauffe, condensation, sous-refroidissement). Les enroulements sont ainsi distribués en fonction de ces zones ou strates (favorisation de la stratification dans la cuve par une distribution appropriée des enroulements) en contrôlant en outre l’écartement entre les enroulements comme décrit par exemple ci-dessus en référence aux figures 2a-c, ce qui permet d’augmenter les surfaces d’échange thermique entre le fluide frigorigène et l’eau à chauffer et donc l’efficacité des échanges thermiques.
La distribution des enroulements en fonction des zones ou strates du condenseur se poursuit ici par le positionnement d’enroulements e5-e9 dans la partie inférieure ou zone basse zb de la cuve afin de transférer de l’énergie calorifique du fluide frigorigène liquide en phase de sous-refroidissement à l’eau qui est située en zone basse de la cuve. Généralement, les enroulements sont positionnés le plus bas possible autour de la cuve (en tenant compte des contraintes locales d’implantation d’équipements sur la cuve ou de géométries locales limitant ou empêchant l’aménagement local d’enroulements) de façon à éviter que la cuve ne contienne de l’eau non chauffée dans sa partie basse. Si les enroulements ne sont pas positionnés de façon appropriée, l’eau de cette zone sera très difficilement chauffée.
De manière générale, les enroulements disposés en zone basse de la cuve peuvent totaliser environ 10% du nombre total d’enroulements autour de la cuve et, dans certaines circonstances, peuvent totaliser jusqu’à environ 20% du nombre total d’enroulements autour de la cuve .
Le nombre d’enroulements dédié au sous-refroidissement est généralement minimisé afin de minimiser le volume de fluide frigorigène ainsi que le volume d’eau qui est soumis à des échanges thermiques de plus faible intensité que dans la phase de désurchauffe ou de condensation.
On peut considérer que la partie inférieure ou zone basse zb de la cuve dans laquelle sont positionnés les enroulements de sous-refroidissement s’étend par exemple sur une dimension correspondant au maximum au quart de la hauteur de la cuve (quart inférieur de la hauteur de la cuve).
En pratique, les enroulements sont plus espacés dans la zone du condenseur où a lieu la désurchauffe que dans la zone du condenseur où a lieu le sous-refroidissement en raison de la température du fluide frigorigène dans ces zones : en désurchauffe la température est très élevée et il est donc possible de se contenter d’un écartement plus élevé entre les enroulements qu’en sous-refroidissement où la température du fluide en phase liquide est bien moins élevée.
En positionnant des enroulements en zone haute pour la désurchauffe, comme décrit précédemment et des enroulements en zone basse pour le sousrefroidissement, comme décrit précédemment, le temps d’attente pour l’obtention d’eau chaude à la sortie de la cuve est réduit et le volume d’eau chaude disponible est maximisé. Les mouvements convectifs au sein de la cuve sont ainsi limités.
La distribution des enroulements du condenseur peut concerner également la partie située entre les zones haute et basse, notée zm, et qui regroupe les enroulements e10 à e16. La condensation du fluide gazeux a préférentiellement lieu dans cette zone. Toutefois, la zone dans laquelle la condensation se produit fluctue au cours de la chauffe et inclut un nombre plus ou moins important d’enroulements suivant les conditions de température.
De manière générale, on notera qu’en fonction de la température de l’eau les enroulements dans lesquels se produisent respectivement la désurchauffe, la condensation et le sous-refroidissement ne sont pas toujours les mêmes.
Les enroulements ne sont donc généralement pas dédiés de manière définitive à un état du fluide (désurchauffe, condensation, sousrefroidissement...) car la zone des enroulements où le fluide est dans un état donné est susceptible de varier au cours du temps. Il n’est donc pas possible d’affirmer que, quelle que soit la température de l’eau, tous les enroulements de la zone zh sont dédiés à la désurchauffe, tous les enroulements de la zone zm sont dédiés à la condensation et tous les enroulements de la zone zb sont dédiés au sous-refroidissement.
A titre d’exemple, le nombre d’enroulements dédiés à la désurchauffe dans le cas d’une cuve d’eau froide (il en est de même pour le sousrefroidissement) n’est pas le même que pour une cuve d’eau partiellement chauffée.
Les enroulements situés entre les zones haute et basse de la cuve sont par exemple répartis suivant la hauteur de la cuve de manière à être espacés deux à deux d’une distance fixe ou croissante du bas vers le haut.
On notera que l’écartement entre les enroulements où la condensation se produit généralement n’est pas nécessairement le même que celui entre les enroulements où le sous-refroidissement se produit généralement. C’est ainsi que l’écartement entre les enroulements de la zone zm (respectivement de la zone zb) est généralement largement inférieur à celui des enroulements de la zone zh.
De manière générale, les enroulements dédiés à la condensation permettent de transférer de l’énergie calorifique à une partie de l’eau de la cuve qui est généralement peu chaude, voire froide lorsqu’une grande quantité d’eau a été préalablement soutirée. Les besoins calorifiques dans une telle partie de la cuve sont donc importants et, dans cet exemple, le nombre d’enroulements est plus élevé dans cette zone qu’ailleurs.
Comme représenté sur la figure 3, les enroulements peuvent être répartis suivant la hauteur de la cuve 42 en tenant également compte des implantations locales d’équipements sur la face extérieure de la paroi de la cuve et donc de la surface laissée libre pour y positionner des enroulements. La partie centrale de la cuve 42 comporte ici en effet une trappe d’accès 52 qui gêne le passage d’éventuels enroulements. Les enroulements épargnent ainsi cette partie centrale et sont disposés au-dessus et en-dessous de cette partie centrale. En l’absence de cette trappe, les enroulements e10 à e16 peuvent s’étendre sur une plus grande dimension longitudinale (ici hauteur).
Tout ce qui a été décrit ci-dessus avec un nombre donné d’enroulements s’applique avec un nombre d’enroulements différent qui peuvent en outre avoir des formes différentes. Cela s’applique notamment à des enroulements en forme de bandes agencées sous la forme de ceintures annulaires autour de la cuve et qui comprennent chacune une pluralité de canaux adjacents, par exemple des micro-canaux qui ont un diamètre de 0,4 à 1 millimètres.
La figure 4 illustre un autre mode de réalisation d’un chauffe-eau 60 selon une vue analogue à celle de la figure 3. Le chauffe-eau comporte une cuve 62 autour de laquelle sont enroulées plusieurs bandes 64, comprenant chacune une pluralité de canaux adjacents parallèles entre eux, par exemple des micro-canaux tels que décrits ci-dessus.
Les bandes 64 sont enroulées autour de la cuve 62 à la manière de ceintures annulaires qui ne s’étendent pas sur toute la circonférence de la cuve et qui sont disposées à des cotes différentes les unes des autres. En particulier, des bandes sont disposées autour de la partie supérieure 64a de la cuve afin de transférer de l’énergie calorifique du fluide frigorigène gazeux en phase de désurchauffe à l’eau qui est située en partie supérieure de la cuve et qui est prélevée en premier.
Les bandes sont disposées de manière espacée les unes des autres suivant la dimension longitudinale de la cuve en respectant ici la condition de distance minimale de 2D entre deux bandes consécutives. D représente le diamètre hydraulique de l’ensemble des canaux d’une bande dans lesquels circule le fluide frigorigène.
Dans cet exemple les bandes sont identiques mais peuvent être différentes (au moins pour certaines) dans une variante.
Les bandes sont ici réparties de manière contrôlée entre la partie haute 64a et la partie basse 64b de la cuve, en particulier en étant plus espacées les unes des autres en partie haute qu’en partie basse. Tout ce qui a été décrit ci-dessus concernant les enroulements des modes de réalisation et variantes précédents (nombre, espacement, localisation...) s’applique également au mode de la figure 4.
Dans cet exemple les bandes sont toutes reliées à chacune de leurs deux extrémités opposées à un collecteur vertical respectif 64c, 64d.
Des systèmes d’attache conventionnels 64e, 64f et 64g (ce nombre peut toutefois varier) sont répartis suivant la hauteur de la cuve pour attacher ensemble les deux collecteurs qui sont espacés l’un de l’autre suivant la circonférence de la cuve.
Claims (6)
- REVENDI CATI ONS1. Appareil de chauffage thermodynamique d’une cuve de liquide, comprenant :-au moins une cuve (42) remplie de liquide disposée verticalement et dont la plus grande dimension longitudinale (Z) correspond à la hauteur de la cuve, du liquide chauffé étant prélevé en partie supérieure (46) de la cuve tandis que du liquide non chauffé est introduit en partie inférieure (48) de la cuve,-un système de pompe à chaleur (44) qui comprend un circuit frigorifique contenant un fluide frigorigène et dont une partie formant condenseur (50) est enroulée autour de la cuve, caractérisé en ce que le condenseur comprend une pluralité d’enroulements (e1-e16) dans lesquels circule le fluide frigorigène et qui sont en contact thermique avec la face externe de la paroi de la cuve, les enroulements étant espacés les uns des autres et répartis suivant la hauteur de la cuve de manière à ce que des enroulements (e1-e4) soient disposés autour de la partie supérieure (zh) de la cuve afin de transférer de l’énergie calorifique du fluide frigorigène gazeux en phase de désurchauffe au liquide qui est situé en partie supérieure de la cuve et qui est prélevé en premier.
- 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les enroulements (e1-e4) disposés en partie supérieure de la cuve totalisent entre 5% et 30% du nombre total d’enroulements autour de la cuve.
- 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie supérieure (zh) de la cuve correspond au tiers supérieur de la hauteur de la cuve.
- 4. Appareil selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les enroulements (e1-e16) du condenseur sont formés suivant l’une des configurations suivantes :-un conduit (50) enroulé autour de la cuve à la manière d’une hélice en formant des spires écartées les unes des autres suivant la hauteur (Z) de la cuve,-une pluralité de bandes (64) de canaux enroulées chacune à la manière 5 d’une ceinture, chaque bande comprenant plusieurs canaux adjacents parallèles entre eux.
- 5. Appareil selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les enroulements (e1-e16) de la pluralité d’enroulements sont espacés les uns des autres suivant la hauteur de la cuve de telle manière que deux10 enroulements consécutifs suivant cette dimension sont écartés l’un de l’autre d’une distance supérieure ou égale à 2D où D représente le diamètre hydraulique de l’enroulement dans lequel circule le fluide frigorigène.
- 6. Appareil selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les15 enroulements (e1-e16) sont répartis suivant la hauteur de la cuve en tenant compte des implantations locales d’équipements sur la face extérieure de la paroi de la cuve et donc de la surface laissée libre sur cette face pour y positionner des enroulements.
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Citations (6)
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| GB1466980A (en) * | 1975-05-21 | 1977-03-16 | Cromarty A | Fluid-storage heat-exchangers particularly for heat recovery from vapour compression refrigeration systems |
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2018
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