WO2010057844A1 - Conduit de circulation d'un fluide - Google Patents

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WO2010057844A1
WO2010057844A1 PCT/EP2009/065211 EP2009065211W WO2010057844A1 WO 2010057844 A1 WO2010057844 A1 WO 2010057844A1 EP 2009065211 W EP2009065211 W EP 2009065211W WO 2010057844 A1 WO2010057844 A1 WO 2010057844A1
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WO
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duct
conduit
section
fluid
raised surfaces
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/065211
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English (en)
Inventor
Jean-Pierre Blanc
Alain Goering
Original Assignee
Compagnie Mediterraneenne Des Cafes
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47J—KITCHEN EQUIPMENT; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; APPARATUS FOR MAKING BEVERAGES
    • A47J31/00—Apparatus for making beverages
    • A47J31/44—Parts or details or accessories of beverage-making apparatus
    • A47J31/54—Water boiling vessels in beverage making machines
    • A47J31/542—Continuous-flow heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation

Definitions

  • the present invention relates to a conduit for the circulation of a fluid. It is particularly applicable to appliances heating devices. This includes in particular machines for the preparation of beverages by infusion of material such as ground coffee or chopped tea leaves or by solubilization of material including granules. A preferred application is the production of espresso type coffee machines.
  • the fluid in this case water
  • the fluid must be heated to levels ensuring optimal extraction of aromatic substances ground coffee.
  • Devices known as boilers are provided for this purpose and commonly have a transit circuit for the water to be heated and heating means in particular in the form of electrical resistance.
  • the water can change from an inlet temperature of 20 ° Celsius to an outlet temperature of 70 to 100 ° Celsius.
  • One of the disadvantages of traditional boilers is the time required for the temperature rise of the water passing through the circuit. Indeed, the inertia of conventional boilers consumes a large amount of electricity which is all the more penalizing for appliances that are turned on and off repeatedly. This happens particularly in the field of coffee machines where users turn off and on again several times a day. In addition to the problems of energy consumption, traditional boilers, slow to heat up, induce a waiting time that can hinder the consumer.
  • the present invention is part of this framework and proposes for this purpose an improved flow conduit of a fluid which comprises means for turbulence of the fluid flowing in its interior volume.
  • the most recent boilers show limitations insofar as the flow of the fluid is relatively fast which, in combination with violent heating means, induces the formation of a plurality of layers in the fluid flow so that the temperature gradient between the part of the fluid near the heating zone and the part of the furthest fluid is very high.
  • the invention ensures turbulence at least in certain parts of the circulating fluid conduit. Then operates a mixture whose tendency is to homogenize the temperature inside the conduit.
  • the fluid circulation ducts usually water
  • turbulence on this scale may be of interest. is not obvious since laminar flow problems would generally be considered as inapplicable to these dimensions.
  • this conduit is such that:
  • the means of turbulence comprise raised surfaces on the inner wall of the duct
  • the raised surfaces comprise surfaces projecting towards the interior volume of the duct
  • the projecting surfaces comprise studs
  • the shape of the studs is chosen from cylindrical, frustoconical, pyramidal shapes,
  • the raised surfaces comprise hollow surfaces in the internal wall of the duct
  • the raised surfaces have variations in section of the duct
  • the change of section comprises a variation in width and / or depth
  • the change of section comprises a succession of sections of different shapes
  • the duct comprises at least two zones, one of the zones being wider and shallower than the other zone,
  • the zones have a rectangular section, the two zones are connected by a transition portion in width and depth,
  • the transition portion in width a transition zone in width and a transition zone in depth, the raised surfaces are regularly spaced along the conduit,
  • the raised surfaces comprise inclined faces
  • the inclined faces have an inclination between 20 and 60 °
  • the inner wall comprises a heat exchange part capable of cooperating with heating means and in which the raised surfaces are formed outside the heat exchange part,
  • At least a portion of the raised surfaces is configured to deflect the fluid towards the heat exchange portion
  • the heat exchange part is in the form of a plate having a screen-printed resistance on its external face;
  • the duct is formed by assembling parts comprising a base piece with a recessed conduit layout and a part; cover formed by the plate,
  • the duct has an overall serpentine shape with turns
  • the device constitutes a heating device for a machine for the preparation of drinks by infusion
  • the section of the duct is less than 10 mm 2 .
  • the duct section is between 3 and 6 mm 2 .
  • the invention also relates to a device for heating the fluid for household appliances comprising at least one duct according to the invention.
  • the accompanying drawings are given by way of example and are not limiting of the invention. They represent only one embodiment of the invention and will make it easy to understand.
  • FIG. 1 shows schematically the flow of a fluid in a traditional conduit.
  • FIG. 2 schematizes the technological jump made by the implementation of the invention in terms of the temperature level obtained in an application to an espresso coffee machine boiler.
  • Figures 3 and 4 show a first embodiment of the invention.
  • Figures 5 and 6 illustrate another variant of the invention and Figure 7 shows a slight modification.
  • Figures 8 and 9 show another embodiment.
  • Figures 10 to 12 show another variant with a section of duct varying along its length.
  • Figure 15 is a sectional view of a boiler comprising a pair of ducts according to the invention.
  • Figure 16 shows, in longitudinal section, another possibility of forming the conduit and Figure 17 shows a top view of the recessed portion of the conduit.
  • Figure 18 illustrates in perspective perspective a boiler part incorporating a conduit.
  • FIG. 1 there is shown a traditional conduit with walls defining an interior volume in which the fluid, including water, circulates during a heating phase.
  • the heating is produced by transfer of heat energy through one of the walls of the duct.
  • it is the upper wall which has this function and the heat exchange is shown schematically by slightly curved arrows.
  • This figure also schematizes the flow type of the flow currently observed with a velocity gradient following the height of the duct from the boundary layers (those situated at the level of the contact with the edges of the duct) towards the center of the duct where the maximum velocity is .
  • the Applicant noted with surprise that, despite the rapidity of flow and the convective effects that can be expected as a result of severe warming, stratification of the fluid occurs. In particular, a temperature difference of the order of 40 ° Celsius is noted between the fluid layers near the heating zone and the furthest strata. As a result, the average temperature of the heated fluid suffers from serious limitations.
  • FIG. 2 illustrates, in the form of time / temperature curves, the fluid heating events observed on the one hand with traditional configuration (it is the curves L1, L2, L3) and secondly with the invention (it is the curve L4).
  • the conventional ducts reach their technical limitation before 65 ° Celsius while the invention has made it possible to obtain average temperatures of 95 ° Celsius.
  • Curve L1 corresponds to a duct of rectangular section S1 having the largest height and the smallest width.
  • curve L3 corresponds to a rectangular section conduit S3 having the lowest height and the largest width.
  • the curve L2 relates to an intermediate case in relation width / height.
  • Curve L4 corresponds to a section duct of the general type of L3 (section S3) but with means for turbulence of the flow. Even if the reduction in the height of the duct improves the outlet temperature, as can be seen from the L1, L2 and L3 curves, a limitation is reached at about 65 ° C. It is very clear from the temperature jump between L3 and L4 that the turbulence induced by the invention cause a rupture of the stratification and result in better capture of the heat energy by the fluid.
  • the term leads means a portion of a fluid circuit.
  • the conduit may constitute the entire fluidic circuit or only one or more of it. For example, it may be located in the zone of maximum heating of the fluid and not be present in the zones of entry and exit of the fluid in the circuit.
  • Different conduits according to the invention can also be distributed along the circuit.
  • each constituting a wall of the duct each constituting a wall of the duct.
  • four pieces can form the four borders of a rectangular duct.
  • a duct of global shape ensuring a rectilinear circulation of the fluid, or in a coil with turns, in a helix or in a spiral.
  • the invention realizes turbulence of the flow.
  • the aim is to break the stratification that the applicant has found on existing devices.
  • the expression "relief surface” is broadly understood as any variation in shape on the internal walls of the duct 1 capable of creating a geometrical discontinuity.
  • a preferred embodiment is to provide turbulence means with raised surfaces on the inner wall of the conduit.
  • the conduit comprises a heat exchange part 4, for example in the form of a plate with a screen-printed resistance on its external face, a flow 3 flowing in the volume Inside 2 of the duct 1.
  • the turbulence means are raised surfaces and more particularly surfaces projecting towards the interior of the volume 2.
  • These are elements of triangular section (this form is not limiting) able to form inclined faces 9 configured to deflect the flow 3.
  • the deviation obtained is illustrated by the arrows in Figure 3.
  • the turbulence is shown schematically by the shape of the arrows.
  • FIGS. 5 and 6 Another possibility of projecting surface 5 is illustrated in FIGS. 5 and 6 in the form of studs extending towards the internal volume 2 of the duct from a wall thereof opposite to the heat exchange part 4. Again, the plots ensure a turbulence capable of breaking the stratification of the flow.
  • the studs are cylindrical but shape variants are possible such as that illustrated in FIG. 7 in the form of a semi-conical boss. It can be expected that the studs extend over at least half the height of the conduit.
  • Figures 8 to 9 show a variant with projecting surfaces 5 of pyramidal shape.
  • the hollow surfaces 6 are formed on at least a portion of the walls of the duct 1 and an example is shown in Figure 10.
  • the recessed portions 6 and the projecting surfaces 5 are alternated. so as to produce sharp enlargements of the duct section 1.
  • Fig. 11 shows an area of the length where the section is maximum and
  • Fig. 12 shows an area of the length where the section is narrowed.
  • the section change is performed with a discontinuity so that the enlargement or narrowing is abrupt to promote turbulence. In particular, it is possible to provide right angles at the level of section changes.
  • Figures 13 and 14 show a variant of the previous case with alternating conical shaped enlargements and inclined transition faces between the wide sections and the narrowed sections. This configuration promotes a helical flow path inside the conduit.
  • section change is here represented with substantially rectangular section conduits but this case is not limiting.
  • the change of section can intervene in width, in height (still called further depth) or in combination of both.
  • the section change also includes a succession of sections of different shapes. According to one possibility, it is sought to preserve a certain dimensional continuity for the duct section. This is useful for avoiding areas of constriction or excessive pressure variations along the duct.
  • a duct section of between 3 mm 2 and 10 mm 2 is advantageous.
  • the section is of the order of 4 to 6 mm 2 , particularly 4.5 mm 2 .
  • the aforementioned dimensions are in agreement with the flow of water passing through the boiler of an espresso machine.
  • the volume of water flowing in the channel thus defined corresponds to the volume of infused beverage contained in a cup, ie between 10 ml and 150 ml.
  • the production time of this volume of beverage does not exceed one minute.
  • the flow rate is between 100 and 200 ml per minute and more particularly of the order of 150 ml / minute.
  • a duct pattern appears in its context of the heater.
  • FIG. 15 shows a device of the boiler type provided with a body provided with two flanges 11 joined by assembly means 12 and delimiting an intermediate volume. In this volume, a flattened central portion 23 is interposed and the flanges 11 are placed on either side of this part.
  • the central portion 23 comprises, in the illustrated case and not limitation, a recess on each face for the integration of a plate
  • each plate 13 The outer face 15 of each plate 13 is oriented towards the face of the central portion 23.
  • the inner face 14 of each plate is oriented opposite. It is at this level that the heat exchange part 4 described above is made.
  • a preferred embodiment consists in providing the plate 13 with a screen-printed resistance on its external face 15. The thermal conduction is effected through the plate 13 so as to heat the internal volume of the duct 1.
  • the volume of the duct 1 is in turn created hollow in the corresponding flange.
  • FIG. 15 The visible components in FIG. 15 are implanted symmetrically along the median plane of the central portion 23, but this situation is not limiting.
  • FIGS. 16 and 17 illustrate in more detail the hollow shape of the duct 1. While the internal face 14 of the plate 13 is advantageously constituted by a smooth plane, the other walls of the duct 1 have variations of shape capable of creating the means of turbulence. For the remainder of the description, depth is understood to mean the dimension of the duct 1 oriented perpendicularly to the internal face 14. The length or longitudinal direction is the dimension oriented in the direction of flow of the fluid to be heated. Finally, the width corresponds to the remaining dimension. It is easily understood that the width and the depth determine the section of the duct 1 at a given place of its length.
  • FIGS. 15 to 18 shows an example where variations in width and depth are associated. In addition to the fact that one plays on these two dimensions to optimize the modification of the flow regime of the fluid, one can take advantage of this double variation to limit the variations of size of section or to maintain constant this size, along the conduit 1.
  • wide zones 17 and deep zones 18 are alternated along the length of the duct 1.
  • the wide zones 17 and deep zones 18 are alternated along the length of the duct 1.
  • the wide zones 17 and deep zones 18 are alternated along the length of the duct 1.
  • transition zone 19 advantageously in the form of an inclined plane entering the duct.
  • transition zone at depth 20 also advantageously in the form of an inclined plane, opening out into a deep zone 18.
  • a single transition zone, combining variation in width and depth, is nevertheless also within the scope of the invention.
  • This type of duct 1 can be implanted in the device of FIG. 15 in a serpentine circuit whose hollow shape is formed in a flange.
  • the flange 11 is visible in Figure 18.
  • the flange 11 has an assembly periphery defining an inner zone where is formed the conduit 1.
  • a seal 16 seals (see Figure 15).
  • the duct zones 1 equipped with turbulence means may be limited to certain sections along the length of the duct. It is also possible to regularly space the turbulence means inside the conduit.

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Abstract

La présente invention concerne un conduit 1 de circulation d'un fluide pour un dispositif de chauffage d'un appareil électroménager, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de mise en turbulence du fluide circulant dans son volume intérieur 2. Applications aux appareils électroménagers disposant d'un dispositif de chauffage.

Description

"Conduit de circulation d'un fluide"
La présente invention concerne un conduit de circulation d'un fluide. Elle s'applique particulièrement à des dispositifs de chauffage d'appareils électroménagers. Cela inclut notamment des machines de préparation de boissons par infusion de matière telle de la mouture de café ou des feuilles de thé hachées ou par solubilisation de matière notamment en granulés. Une application préférée est la réalisation de machines à café de type espresso.
Dans ce dernier domaine indicatif, le fluide, en l'occurrence de l'eau, doit être chauffée à des niveaux assurant une extraction optimale des substances aromatiques du café moulu. Des dispositifs appelés chaudières sont prévus à cet effet et disposent communément d'un circuit de transit de l'eau à chauffer et des moyens de chauffage notamment sous forme de résistance électrique. L'eau peut par exemple passer d'une température d'entrée de 20° Celsius à une température de sortie comprise entre 70 et 100° Celsius. Un des inconvénients des chaudières traditionnelles est le temps nécessaire à la montée en température de l'eau transitant dans le circuit. En effet, l'inertie des chaudières classiques consomme une grande quantité d'électricité ce qui est d'autant plus pénalisant pour des appareils électroménagers que l'on met en marche et que l'on désactive de façon répétée. Cela arrive particulièrement dans le domaine des machines à café où les utilisateurs éteignent et rallument les machines plusieurs fois dans la journée. Outre les problèmes de consommation énergétique, les chaudières traditionnelles, lentes à s'échauffer, induisent un temps d'attente pouvant gêner le consommateur.
Des chaudières plus perfectionnées ont récemment été proposées avec des moyens d'échauffement plus rapides de sorte qu'une montée en température est produite généralement en moins de 10 secondes. En particulier, des techniques utilisant des résistances sérigraphiées assurent une réponse quasi immédiate des moyens de chauffage de la chaudière. Cependant, on a constaté des limitations techniques notamment quant aux températures de consigne que l'on peut obtenir.
Il existe donc un besoin d'améliorer la capacité d'échauffement d'un fluide circulant dans un conduit de sorte à obtenir un rapport temps de chauffage / température de sortie optimum.
La présente invention s'inscrit dans ce cadre et propose à cet effet un conduit amélioré de circulation d'un fluide qui comporte des moyens de mise en turbulence du fluide circulant dans son volume intérieur.
En effet, les chaudières les plus récentes montrent des limitations dans la mesure où l'écoulement du fluide est relativement rapide ce qui, en combinaison avec des moyens de chauffage violents, induit la formation d'une pluralité de couches dans l'écoulement du fluide de sorte que le gradient de température entre la partie du fluide à proximité de la zone de chauffage et la partie du fluide la plus éloignée est fort élevé. Pour contrer cette tendance, l'invention assure une mise en turbulence au moins en certaines parties du conduit du fluide en circulation. S'opère alors un mélange dont la tendance est d'homogénéiser la température à l'intérieur du conduit. Dans le cas des dispositifs du type chaudière pour machine de préparation de boissons par infusion, les conduits de circulation du fluide (généralement de l'eau) ont une faible section et imaginer qu'une mise en turbulence, à cette échelle puisse avoir un intérêt n'est pas évident puisque les problèmes d'écoulement laminaire seraient généralement considérés comme inapplicables à ces dimensions.
Le demandeur a constaté avec surprise que cette invention offrait la possibilité d'atteindre des températures de consigne nettement plus élevées.
D'autres but et avantages apparaîtront au cours de la description qui suit qui présente divers modes de réalisation de l'invention à titre non limitatifs.
Avant cette description détaillée, il est rappelé que l'invention concerne un conduit de circulation d'un fluide pour un dispositif de chauffage d'un appareil électroménager, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de mise en turbulence du fluide circulant dans son volume intérieur. Suivant des variantes préférées mais non limitatives, ce conduit est tel que :
- les moyens de mise en turbulence comprennent des surfaces en relief sur la paroi interne du conduit,
- les surfaces en relief comportent des surfaces en saillie vers le volume intérieur du conduit,
- les surfaces en saillie comprennent des plots,
- la forme des plots est choisie parmi les formes cylindriques, tronconiques, pyramidales,
- les surfaces en relief comportent des surfaces en creux dans la paroi interne du conduit,
- les surfaces en relief comportent des variations de section du conduit,
- le changement de section comprend une variation en largeur et/ou en profondeur,
- le changement de section comprend une succession de sections de formes différentes,
- le conduit comporte au moins deux zones, l'une des zones étant plus large et moins profonde que l'autre zone,
- les zones ont une section rectangulaire, - les deux zones sont reliées par une portion de transition en largeur et en profondeur,
- la portion de transition en largeur une zone de transition en largeur et une zone de transition en profondeur, - les surfaces en relief sont régulièrement espacées le long du conduit,
- les surfaces en relief comportent des pans inclinés,
- les pans inclinés ont une inclinaison entre 20 et 60°,
- la paroi interne comporte une partie d'échange thermique apte à coopérer avec des moyens de chauffage et dans lequel les surfaces en relief sont formées hors de la partie d'échange thermique,
- au moins une partie des surfaces en relief est configurée pour dévier le fluide en direction de la partie d'échange thermique,
- la partie d'échange thermique est sous la forme d'une plaque dotée d'une résistance sérigraphiée sur sa face externe, - le conduit est formé par assemblage de pièces comprenant une pièce de base avec un tracé de conduit en creux et une pièce de couverture formée par la plaque,
- le conduit a une forme globale en serpentin avec des virages,
- le dispositif constitue un dispositif de chauffage pour machine de préparation de boissons par infusion,
- la section du conduit est inférieure à 10 mm2,
- la section du conduit est comprise entre 3 et 6 mm2.
L'invention concerne également un dispositif de chauffage du fluide pour appareil électroménager comportant au moins un conduit selon invention. Les dessins ci-joints sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils représentent seulement un mode de réalisation de l'invention et permettront de la comprendre aisément.
La figure 1 présente schématiquement l'écoulement d'un fluide dans un conduit traditionnel. La figure 2 schématise le saut technologique opéré par la mise en œuvre de l'invention en terme de niveau de température obtenu dans une application à une chaudière de machine à café espresso. Les figures 3 et 4 montrent une première possibilité de réalisation de l'invention.
Les figures 5 et 6 illustrent une autre variante de l'invention et la figure 7 en montre une légère modification. Les figures 8 et 9 présentent un autre mode de réalisation.
Les figures 10 à 12 montrent une autre variante avec un conduit de section variant selon sa longueur.
Les figures 13 et 14 présentent une autre possibilité.
La figure 15 est une vue en coupe d'une chaudière comprenant une paire de conduits selon l'invention.
La figure 16 montre, en coupe longitudinale, une autre possibilité de formation du conduit et la figure 17 présente une vue du dessus de la partie en creux du conduit.
La figure 18 illustre en perspective en perspective une partie de chaudière incorporant un conduit.
En référence à la figure 1 , on a présenté un conduit traditionnel avec des parois délimitant un volume intérieur dans lequel le fluide, notamment de l'eau, circule durant une phase d'échauffement. L'échauffement est produit par transfert d'énergie calorifique par l'intermédiaire d'une des parois du conduit. Dans le cas représenté, c'est la paroi supérieure qui a cette fonction et l'échange de chaleur est schématisé par des flèches légèrement courbées.
Cette figure schématise également le type d'écoulement du flux actuellement constaté avec un gradient de vitesse suivant la hauteur du conduit depuis les couches limites (celles situées au niveau du contact avec les bords du conduit) vers le centre du conduit où la vitesse est maximale. Le demandeur a constaté avec surprise que, malgré la rapidité de l'écoulement et les effets convectifs auxquels on peut s'attendre du fait de réchauffement violent, une stratification du fluide se produit. En particulier, une différence de température de l'ordre de 40° Celsius est relevée entre les strates de fluide à proximité de la zone de chauffage et les strates les plus éloignées. En conséquence, la température moyenne du fluide échauffé subit de graves limitations.
La figure 2 illustre sous forme de courbes temps / température les échauffements de fluide constatés d'une part avec des conduits de configuration traditionnelle (il s'agit des courbes L1 , L2, L3) et d'autre part avec l'invention (il s'agit de la courbe L4). On note très clairement que les conduits classiques atteignent leur limitation technique avant 65° Celsius alors que l'invention a permis d'obtenir des températures moyennes de 95° Celsius. Ces constats ont été faits en prenant la température de l'eau circulant dans une chaudière de machine à café espresso à pression de 16 bars, la sonde de température étant située au milieu de la hauteur d'un conduit de section rectangulaire.
En outre, les courbes ont été obtenues avec des conduits de même section (6 mm2) et de même longueur (750 millimètres). La courbe L1 correspond à un conduit de section rectangulaire S1 ayant la hauteur la plus importante et la largeur la plus petite. A l'inverse la courbe L3 correspond à un conduit de section rectangulaire S3 ayant la plus faible hauteur et la plus grande largeur. La courbe L2 est relative à un cas intermédiaire en rapport largeur / hauteur. La courbe L4 correspond à un conduit de section du type général de L3 (section S3) mais avec des moyens de mise en turbulence du flux. Même si la réduction de la hauteur du conduit améliore la température de sortie comme cela ressort des courbes L1 , L2 et L3, on atteint une limitation aux environs de 65° C. On constate très clairement par le saut de température entre L3 et L4 que les turbulences induites par l'invention provoquent une rupture de la stratification et entraînent une meilleure captation de l'énergie calorifique par le fluide.
Dans le cadre de l'invention, le terme conduit s'entend d'une portion d'un circuit de fluide. Le conduit peut constituer l'ensemble du circuit fluidique ou seulement une ou plusieurs partie de celui-ci. Par exemple, il peut être situé dans la zone d'échauffement maximal du fluide et ne pas être présent dans les zones d'entrée et de sortie du fluide dans le circuit. Différents conduits selon l'invention peuvent être également répartis le long du circuit. Ces diverses possibilités et d'autres variantes entrent dans le cadre de l'invention. Par ailleurs, ni la forme intérieure, ni la forme extérieure et le mode de construction du conduit ne sont limitatifs de l'invention. Parmi les possibilités envisageables, on peut indiquer les options suivantes :
- conduit de section intérieure rectangulaire ou circulaire - conduit formé par assemblage de pièces par exemple avec :
- une pièce de base avec un tracé du conduit en creux et une pièce de couverture telle une plaque par laquelle par exemple peut s'opérer l'échange thermique notamment aux moyens d'une résistance sérigraphiée située sur la face de la couverture opposée au conduit.
- plus de deux pièces, chacune constituant une paroi du conduit. Par exemple quatre pièces peuvent former les quatre bordures d'un conduit rectangulaire.
- un conduit de forme globale assurant une circulation rectiligne du fluide, ou en serpentin avec des virages, en hélice ou encore en spirale.
Ces exemples ne sont pas limitatifs de l'invention.
Pour obtenir des résultats d'échauffement aussi satisfaisants, l'invention réalise une mise en turbulence du flux. L'objectif est de rompre la stratification que le demandeur a constatée sur les dispositifs existants. Pour l'ensemble de la description, l'expression "surface en relief s'entend au sens large comme toute variation de forme sur les parois internes du conduit 1 apte à créer une discontinuité géométrique.
Un mode de réalisation préféré consiste à réaliser des moyens de mise en turbulence avec des surfaces en relief sur la paroi interne du conduit. Une première solution est présentée aux figures 3 et 4 au niveau desquelles le conduit comporte une partie d'échange thermique 4 par exemple sous la forme d'une plaque dotée d'une résistance sérigraphié sur sa face externe, un flux 3 circulant dans le volume intérieur 2 du conduit 1. Suivant cette possibilité, les moyens de turbulence sont des surfaces en relief et plus particulièrement des surfaces en saillie vers l'intérieur du volume 2. Il s'agit ici d'éléments de section triangulaire (cette forme n'est pas limitative) aptes à former des pans inclinés 9 configurés pour dévier le flux 3. La déviation obtenue est illustrée par les flèches en figure 3. La mise en turbulence est schématisée par la forme des flèches. Une possibilité avantageuse est de former les pans 9 de sorte que le flux 3 est dévié en direction de la partie d'échange thermique 4. Cette configuration peut accentuer la rupture de stratification du flux 3 en particulier au niveau de la couche limite. Les pans inclinés peuvent présenter une inclinaison comprise entre 20 et 60° bien que cette disposition soit purement indicative.
Une autre possibilité de surface en saillie 5 est illustrée aux figures 5 et 6 sous forme de plots s'étendant vers le volume intérieur 2 du conduit depuis une paroi de celui-ci opposé à la partie d'échange thermique 4. Là encore, les plots assurent une mise en turbulence apte à casser la stratification du flux. Dans le cas représenté, les plots sont cylindriques mais des variantes de forme sont possibles telles que celle illustrée en figure 7 sous forme de bossage semi conique. On peut prévoir que les plots s'étendent sur au moins la moitié de la hauteur du conduit.
Les figures 8 à 9 montrent une variante avec des surfaces en saillie 5 de forme pyramidale.
Dans d'autres cas, les surfaces en creux 6 sont formées sur au moins une partie des parois du conduit 1 et un exemple en est présenté en figure 10. A cette figure, on alterne les parties en creux 6 et les surfaces en saillie 5 de sorte à produire de brusques élargissements de la section du conduit 1. La figure 11 montre une zone de la longueur où la section est maximale et la figure 12 montre une zone de la longueur où la section est rétrécie. Avantageusement, le changement de section s'effectue avec une discontinuité de sorte que l'élargissement ou le rétrécissement est brusque afin de favoriser la turbulence. On peut notamment prévoir des angles droits au niveau des changements de section.
Les figures 13 et 14 montrent une variante du cas précédent avec des élargissements de forme conique alternés et des pans inclinés de transition entre les sections larges et les sections rétrécies. Cette configuration favorise un cheminement hélicoïdal du flux à l'intérieur du conduit.
A noter que le changement de section est ici représenté avec des conduits de section sensiblement rectangulaires mais ce cas n'est pas limitatif. Par ailleurs, le changement de section peut intervenir en largeur, en hauteur (encore appelée plus loin profondeur) ou en combinaison des deux. Le changement de section comprend également une succession de sections de formes différentes. Suivant une possibilité, on cherche à préserver une certaine continuité dimensionnelle pour la section du conduit. Cela est utile pour éviter des zones d'étranglement ou des variations trop importantes de pression le long du conduit. Avantageusement, il y a conservation de taille de section dans les zones équipées des moyens de turbulence. Cette conservation signifie que les variations de forme n'engendrent pas de variation de dimension de section ou que la variation de section est globalement comprise entre -20% et +20% autour d'une valeur médiane.
S'agissant de dispositifs de chauffage du type chaudières pour l'électroménager, telle une chaudière pour machine de préparation de boissons par infusion, une section de conduit comprise entre 3 mm2 et 10 mm2 est avantageuse. Préférentiellement, la section est de l'ordre de 4 à 6 mm2, particulièrement de 4,5 mm2. Ces dernières valeurs sont des sélections de dimension pour lesquelles on observe une montée optimale de la température du fluide à chauffer, généralement de l'eau.
Les dimensions sus-mentionnées sont en accord avec le débit d'eau traversant la chaudière d'une machine à café expresso. Le volume d'eau cheminant dans le canal ainsi défini correspond au volume de boisson infusé contenu dans une tasse, soit entre 10 ml et 150ml. Le temps de réalisation de ce volume de boisson n'excède pas la minute. Le débit s'établit entre 100 et 200 ml par minute et plus particulièrement de l'ordre de150 ml/minute.
En référence aux figures 15 à 18, une configuration de conduit apparaît dans son contexte du dispositif de chauffage.
Plus précisément, la figure 15 montre un dispositif du type chaudière pourvu d'un corps muni de deux flasques 11 réunis par des moyens d'assemblage 12 et délimitant un volume intermédiaire. Dans ce volume, une partie centrale 23 aplatie est intercalée et les flasques 11 se plaquent de part et d'autre de cette pièce.
La partie centrale 23 comporte, dans le cas représenté et non limitativement, un renfoncement sur chaque face pour l'intégration d'une plaque
13. La face externe 15 de chaque plaque 13 est orientée vers la face de la partie centrale 23. La face interne 14 de chaque plaque est orientée à l'opposé. C'est à ce niveau qu'est réalisée la partie d'échange thermique 4 précédemment décrite.
Une réalisation préférée consiste à doter la plaque 13 d'une résistance sérigraphiée sur sa face externe 15. La conduction thermique s'opère au travers de la plaque 13 de sorte à chauffer le volume intérieur du conduit 1.
Le volume du conduit 1 est quant à lui créé en creux dans le flasque correspondant.
Les composants visibles en figure 15 sont implantés symétriquement suivant le plan médian de la partie centrale 23 mais cette situation n'est pas limitative.
Les figures 16 et 17 illustrent plus en détail la forme en creux du conduit 1. Alors que la face interne 14 de la plaque 13 est avantageusement constituée par un plan lisse, les autres parois du conduit 1 présentent des variations de forme aptes à créer les moyens de mise en turbulence. Pour la suite de l'exposé, on entend par profondeur, la dimension du conduit 1 orientée perpendiculairement à la face interne 14. La longueur ou direction longitudinale est quant à elle la dimension orientée suivant la direction d'écoulement du fluide à chauffer. Enfin, la largeur correspond à la dimension restante. On comprend aisément que la largeur et la profondeur déterminent la section du conduit 1 à un endroit donné de sa longueur.
Les changements de section présentés plus haut en référence et d'autres modes de réalisation, peuvent, d'une façon générale, intervenir par variation de la largeur et/ou de la profondeur du conduit 1.
Le mode de réalisation des figures 15 à 18 montre un exemple où les variations en largeur et en profondeur sont associées. Outre le fait que l'on joue sur ces deux dimensions pour optimiser la modification du régime d'écoulement du fluide, on peut profiter de cette double variation pour limiter les variations de taille de section ou pour maintenir constante cette taille, le long du conduit 1.
Aux figures 16 et 17, des zones larges 17 et des zones profondes 18 sont alternées suivant la longueur du conduit 1. Préférentiellement, les zones larges
17 sont en outre moins profondes que les zones profondes 18 et inversement en ce qui concerne la largeur. Ainsi, on peut réaliser des tailles de sections proches ou identiques malgré les variations de forme. Suivant une possibilité, la transition entre les zones 17 et 18 est brutale.
Dans le cas illustré en figures 15 à 18, cependant, la transition est plus douce par le recours à des zones de transition 19, 20. Plus précisément, partant d'une zone large 17, le fluide rencontre d'abord une zone de transition en largeur 19 avantageusement sous forme d'un plan incliné rentrant dans le conduit. Puis se situe une zone de transition en profondeur 20, également avantageusement sous forme de plan incliné, débouchant sur une zone profonde 18. On a constaté que cet enchaînement de variations contrarie bien le flux de sorte à former des turbulences sans pour autant être pénalisant en termes de débits ou de pertes de charge.
Une zone de transition unique, combinant variation en largeur et en profondeur, est néanmoins aussi dans le cadre de l'invention.
On donne ci-après un exemple préféré de dimension d'un conduit 1 , en référence aux figures 16 et 17. P1 : 1 ,5 mm + 20%
P2 : 2,4 mm ± 20% t\ : 1 ,8 mm ± 20%
12 : 3 mm + 20%
L1 : 3 mm ± 20% L2: 5 mm + 20%
Lt : 0,9 mm ± 20%
Ce type de conduit 1 peut être implanté dans le dispositif de la figure 15 suivant un circuit en serpentin dont la forme en creux réalisée dans un flasque
11 est visible en figure 18. Le flasque 11 y comporte un pourtour d'assemblage délimitant une zone intérieure où est formé le conduit 1. Un joint 16 assure l'étanchéité (voir figure 15).
Pour limiter les pertes de charges, les zones de conduit 1 équipées des moyens de turbulence peuvent être limitées à certaines sections suivant la longueur du conduit. On peut par ailleurs espacer régulièrement les moyens de mise en turbulence à l'intérieur du conduit. REFERENCES
1. Conduit
2. Volume intérieur
3. Flux
4. Partie d'échange thermique
5. Surface en saillie
6. Surface en creux
7. Section large
8. Section étroite
9. Pan incliné
10. Corps
11. Flasque
12. Moyens d'assemblage
13. Plaque
14. Face interne
15. Face externe
16. Joint
17. Zone large
18. Zone profonde
19. Transition en largeur
20. Transition en profondeur
21. Virage
22. Extrémité
23. Partie centrale

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de chauffage de fluide pour appareil électroménager comportant au moins un conduit (1 ) de circulation d'un fluide caractérisé par le fait que le conduit (1 ) comporte des moyens de mise en turbulence du fluide circulant dans son volume intérieur (2).
2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel les moyens de mise en turbulence comprennent des surfaces en relief sur la paroi interne du conduit (1 ).
3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel les surfaces en relief comportent des surfaces en saillie (5) vers le volume intérieur (2) du conduit (1 ).
4. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel les surfaces en saillie (5) comprennent des plots.
5. Dispositif selon la revendication 4 dans lequel la forme des plots est choisie parmi les formes cylindriques, tronconiques, pyramidales.
6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5 dans lequel les surfaces en relief comportent des surfaces en creux (6) dans la paroi interne du conduit (1 ).
7. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6 dans lequel les surfaces en relief comportent des variations de section du conduit (1 ).
8. Dispositif selon la revendication 7 dans lequel le changement de section comprend une variation en largeur et/ou en profondeur.
9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8 dans lequel le changement de section comprend une succession de sections de formes différentes.
10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9 dans lequel le conduit (1 ) comporte au moins deux zones (17, 18), l'une des zones (17) étant plus large et moins profonde que l'autre zone (18).
11. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel les zones (17, 18) ont une section rectangulaire.
12. Dispositif selon l'une des deux revendications précédentes dans lequel les deux zones (17, 18) sont reliées par une portion de transition en largeur et en profondeur.
13. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel la portion de transition en largeur une zone de transition en largeur (19) et une zone de transition en profondeur (20).
14. Dispositif selon une quelconque des revendications 2 à 13 dans lequel les surfaces en relief sont régulièrement espacées le long du conduit (1 ).
15. Dispositif selon la revendication 2 à 14 dans lequel les surfaces en relief comportent des pans inclinés (9).
16. Dispositif selon la revendication 15 dans lequel les pans inclinés (9) ont une inclinaison entre 20 et 60°.
17. Dispositif selon une quelconque des revendications 2 à 16 dans lequel la paroi interne comporte une partie d'échange thermique (4) apte à coopérer avec des moyens de chauffage et dans lequel les surfaces en relief sont formées hors de la partie d'échange thermique (4).
18. Dispositif (1 ) selon la revendication 17 dans lequel au moins une partie des surfaces en relief est configurée pour dévier le fluide en direction de la partie d'échange thermique (4).
19. Dispositif selon l'une des revendications 17 ou 18 dans lequel la partie d'échange thermique (4) est sous la forme d'une plaque (13) dotée d'une résistance sérigraphiée sur sa face externe (15).
20. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel le conduit (1 ) est formé par assemblage de pièces comprenant une pièce de base avec un tracé de conduit en creux et une pièce de couverture formée par la plaque (13).
21. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 20 dans lequel le conduit (1 ) a une forme globale en serpentin avec des virages (21 ).
22. Dispositif selon l'une des revendications précédentes constituant un dispositif de chauffage pour machine de préparation de boissons par infusion.
23. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel la section du conduit (1 ) est inférieure à 10 mm2.
24. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel la section du conduit (1 ) est comprise entre 3 et 6 mm2.
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