Brevet FR3013809A1 — publié le 20150529

Bride de chauffe-eau thermodynamique et chauffe-eau thermodynamique L'invention est relative à une bride de chauffe-eau thermodynamique destinée au montage sur une cuve de chauffe-eau. L'invention est également relative à un chauffe-eau thermodynamique équipé d'une bride selon l'invention. Un chauffe-eau thermodynamique comporte un moteur thermodynamique standard, fixé ou non à la cuve du chauffe-eau et comporte également un système de compression, un évaporateur, un système de détente et un système de régulation, reliés entre eux et à un échangeur de chaleur qui transfère son énergie à l'eau à réchauffer par condensation. Cet échangeur de chaleur, appelé « condenseur » est généralement réalisé par enroulement d'une surface d'échange autour de la cuve du chauffe-eau. Un condenseur enroulé est généralement placé au contact de la cuve du chauffe-eau et sous un isolant externe. Le condenseur enroulé constitue actuellement la solution usuellement adoptée pour les chauffe-eau thermodynamiques. Le document EP 2 330 360 A2 décrit un chauffe-eau thermodynamique à commande de chauffage de l'eau, comportant un circuit thermodynamique d'échange thermique entre un flux d'air et l'eau à chauffer. Le circuit thermodynamique comprend de préférence un évaporateur adapté à être traversé par le flux d'air, un compresseur de mise en circulation d'un fluide frigorigène dans le circuit thermodynamique, un condenseur pour transférer des calories du fluide frigorigène à l'eau à chauffer, et un détendeur. Le condenseur est réalisé sous la forme d'au moins un tube enroulé autour d'un réservoir du chauffe-eau comprenant l'eau à chauffer. Le document EP 2 487 443 Al décrit un condenseur pour échange thermique optimisé et une installation de chauffage de liquide. Le condenseur comporte un circuit de canaux pour la circulation et la condensation d'un fluide frigorigène entrant à l'état gazeux dans le circuit. Le condenseur est destiné à être appliqué à la verticale contre un ballon contenant un liquide chauffé par transfert de la chaleur libérée par la condensation progressive d'un fluide frigorigène en liquide de condensation évacué par une sortie. Les canaux de circulation/condensation sont orientés pour permettre la descente par gravité du liquide de condensation formé. Le condenseur comprend un distributeur d'entrée et un collecteur de sortie dans lesquels débouchent les extrémités des canaux, de façon à recueillir le liquide de condensation en fin de course. Les canaux de circulation/condensation sont indépendants les uns des autres entre leur extrémité côté gaz et leur extrémité côté liquide. Les condenseurs des documents EP 2 487 443 Al et EP 2 330 360 A2 donnent généralement satisfaction, mais présentent plusieurs inconvénients. Les condenseurs enroulés nécessitent un volume de fluide frigorigène important et une grande surface d'échange, ce qui empêche leur utilisation sur des chauffe-eau de petite capacité. Les condenseurs enroulés présentent des pertes de charge importantes, nécessitent de grandes surfaces d'échange et présentent des qualités de transmission thermique réduites, en raison de la résistance de contact thermique entre le condenseur, la cuve du chauffe-eau et l'eau. En outre, lorsque la surface du condenseur s'étend verticalement vers le haut de la cuve du chauffe-eau, la partie en contact avec la partie supérieure chaude du chauffe-eau n'assure plus de transfert thermique, en raison de la stratification thermique conduisant à une stagnation de l'eau chaude en partie haute de la cuve. On connaît dans des domaines techniques voisins, des condenseurs immergés plus performants qui présentent cependant un risque de contamination de l'eau à réchauffer avec le fluide frigorigène et l'huile circulante, en cas de fuite de l' échangeur. Pour pallier cet inconvénient, on prévoit d'équiper ces condenseurs immergés de parois à double peau pour protéger l'eau chaude sanitaire des contaminations. La conception des condenseurs immergés est dérivée de la conception des échangeurs thermiques standards et se révèlent peu adaptés à l'application aux chauffe-eau domestiques. Les échangeurs thermiques standards présentent des tailles et des diamètres d'enroulement généralement incompatibles avec le montage latéral sur une cuve de chauffe-eau. En outre, les diamètres importants des tubes des échangeurs thermiques standards sont incompatibles avec l'utilisation de petites pompes à chaleur, car la vitesse du fluide frigorigène se trouve ralentie et l'entraînement correct de l'huile présente dans le fluide frigorigène n'est pas assuré, de sorte que la lubrification du moteur de pompe est insuffisante. Le montage des échangeurs thermiques standards est effectué de manière indépendante par des extrémités filetées des tubes d'entrée ou des tubes de sortie. Ces extrémités filetées imposent l'utilisation de pièces mécaniques additionnelles et de nombreux joints : ce montage présente par conséquent des risques de perte d'étanchéité de la cuve du chauffe-eau. Ces risques sont d'autant plus importants du fait que chacune des extrémités est montée de façon indépendante. Ces extrémités filetées présentent de plus une surface d'appui faible, ce qui nécessite alors une bride d'épaisseur plus importante pour éviter tout risque de flambage qui dégraderait le revêtement anticorrosion. Ces problématiques de flambages et de pertes d'étanchéité sont particulièrement amplifiées, du fait des vibrations, lors du transport d'un chauffe-eau thermodynamique. Ce type de montage ne permet pas l'intégration d'un doigt de gant sur le condenseur, qui est généralement déporté sur une bride, ce qui complexifie la construction de la bride et/ou du chauffe-eau. Ce type de montage ne permet pas non plus d'isoler électriquement l'échangeur de la cuve, ce qui va fortement surcharger le système de protection contre la corrosion. Un premier but de l'invention est de proposer un nouveau bloc condenseur immergé permettant un montage facile, rapide et fiable sur une bride de chauffe-eau et le remplacement des moyens de chauffage de l'art antérieur assemblés aux cuves de chauffe-eau. Un deuxième but de l'invention est de proposer une nouvelle bride de chauffe-eau thermodynamique permettant un montage facile et rapide d'un condenseur immergé. Un troisième but de l'invention est de proposer une solution de maintien du bloc condenseur immergé permettant de prévenir les risques de dégradation du chauffe eau thermodynamique lors de son transport. Un quatrième but de l'invention est de proposer un nouveau chauffe-eau thermodynamique dont le condenseur immergé est monté directement sur une bride de chauffe-eau thermodynamique, de manière à en faciliter l'entretien et le remplacement éventuel. L'invention a pour objet une bride de chauffe-eau thermodynamique, destinée au montage sur une cuve de chauffe-eau, caractérisée par le fait que la bride porte un condenseur immergé et monté de manière étanche en vue de réchauffer l'eau de la cuve du chauffe-eau auquel la bride est destinée. Selon d'autres caractéristiques alternatives de l'invention : - le condenseur immergé est monté sur un support ou une platine assemblée permettant de répartir le poids du condenseur sur la bride pour limiter les problèmes de flambage de la bride ; - le condenseur immergé est monté sur un support ou une platine assemblée 20 de manière démontable et étanche à la bride de chauffe-eau thermodynamique, par exemple avec interposition d'un joint d'étanchéité ; - le condenseur immergé est monté sur un support ou une platine assemblée de manière démontable et isolé électriquement de la bride de chauffe-eau thermodynamique, par exemple par l'utilisation de joints d'étanchéité et de bagues 25 plastiques ; - le condenseur immergé présente une double paroi, de manière à permettre l'évacuation à l'atmosphère des fuites de fluide frigorigène dans l'espace compris entre les deux parois ; - le support ou platine du condenseur immergé est assemblé par vissage à la 30 bride au moyen d'une ou plusieurs vis traversantes engagée dans un ou plusieurs taraudage borgne du support ou de la platine, de façon à permettre un montage rapide, étanche, et garantissant une bonne répartition du poids sur la bride ; - le support ou platine porte un doigt de gant, apte à recevoir une sonde de mesure de température et un fusible de sécurité reliés à un thermostat ou moyen de régulation de température d'eau réchauffée ; - le condenseur immergé est réalisé par formage d'un ensemble de deux tubes engagés l'un dans l'autre, ledit ensemble de deux tubes comportant un premier tube intérieur et un deuxième tube extérieur entourant ledit premier tube intérieur ; - le condenseur immergé peut avantageusement présenter une conformation enroulée droite ; - le condenseur immergé peut avantageusement présenter une conformation enroulée en « V » ; - le condenseur immergé peut avantageusement présenter une conformation enroulée en demi-cercle. - le condenseur immergé peut posséder une forme spécifique, ainsi qu'un embout souple permettant de prendre appui sur la cuve afin d'éviter de dégrader le chauffe-eau thermodynamique lors du transport ; - le chauffe-eau thermodynamique peut avoir un support ou un système d'accrochage dédié au maintien du condenseur immergé et fixé directement sur la cuve, situé par exemple face au bloc condenseur immergé ou sous celui-ci ; - le chauffe-eau thermodynamique peut avoir un support ou un système d'accrochage dédié au maintien du condenseur immergé et fixé sur une bride, elle-même montée sur la cuve, située par exemple face au bloc condenseur immergé ou sous celui-ci. L'invention a également pour objet un chauffe-eau thermodynamique équipé d'une bride portant un condenseur immergé selon l'invention. L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 représente schématiquement une vue en coupe diamétrale d'un chauffe-eau thermodynamique selon l'invention. La figure 2 représente schématiquement une vue en coupe diamétrale d'une bride de chauffe-eau thermodynamique selon l'invention. La figure 3 représente schématiquement une vue partielle agrandie selon le repère III de la figure 2. La figure 4 représente schématiquement un premier mode de réalisation de condenseur immergé pour chauffe-eau thermodynamique selon l'invention. La figure 5 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation de condenseur immergé pour chauffe-eau thermodynamique selon l'invention. La figure 6 représente schématiquement un troisième mode de réalisation de 10 condenseur immergé pour chauffe-eau thermodynamique selon l'invention. En référence aux figures 1 à 6, les éléments identiques ou fonctionnellement équivalents sont repérés par des chiffres de référence identiques. Sur la figure 1, un chauffe-eau thermodynamique selon l'invention comporte une cuve (1) entourée par une isolation (la) et présentant une entrée d'eau froide (lb) 15 et une sortie d'eau chaude (1c). La cuve (1) de chauffe-eau thermodynamique porte latéralement une bride (3) sur laquelle est monté un condenseur immergé (2) selon l'invention. La bride (3) est montée sur la cuve du chauffe-eau, de manière à assurer l'étanchéité de la cuve du chauffe-eau. 20 La bride (3) peut être échangée avec une bride de chauffe-eau de l'art antérieur portant un élément chauffant électrique, par exemple un élément thermoplongeur ou une résistance stéatite. Le condenseur immergé (2) est porté sur la bride (3), à laquelle il est fixé de manière étanche. 25 Le condenseur immergé (2) est dimensionné pour être compatible avec les caractéristiques d'un chauffe-eau électrique standard pour utilisation domestique. En raison de la possibilité d'échange avec une bride de chauffe-eau de l'art antérieur, un chauffe-eau thermodynamique selon l'invention peut être transformé en chauffe-eau électrique standard, par simple échange de la bride montée sur la cuve (1) de chauffe-eau. Le condenseur (2) immergé présente de préférence un diamètre de passage restreint, de manière à obtenir un bon échange thermique tout en ne nécessitant que peu de fluide frigorigène et en assurant une bonne vitesse de circulation du fluide frigorigène. Cette vitesse de circulation du fluide frigorigène assure une bonne circulation de l'huile de lubrification et améliore les performances et la fiabilité de fonctionnement du moteur thermodynamique ou compresseur non représenté de la 10 pompe à chaleur du chauffe-eau thermodynamique. Sur la figure 2, une bride (3) de chauffe-eau thermodynamique selon l'invention est représentée en coupe diamétrale. La bride thermodynamique porte un support ou platine (4) du condenseur immergé (2) et d'un doigt de gant (8) apte à recevoir une sonde de mesure de 15 température et un fusible de sécurité, de manière connue en soi. La sonde de mesure de température et le fusible de sécurité non représentés sont reliés de manière connue à un thermostat ou moyen de régulation non représenté de température d'eau réchauffée. Sur les figures 2 et 3, le condenseur immergé (2) est monté solidaire d'une 20 platine ou support (4) de manière étanche. La platine ou support (4) porte également un doigt de gant (8) et un trou taraudé (5) non débouchant permettant la fixation par une vis (5a) traversant l'épaisseur de la bride (3). La fixation du support (4) sur la bride (3) de chauffe-eau thermodynamique 25 est effectuée de manière étanche : à cet effet, le support (4) comporte une gorge périphérique (6) apte à recevoir un joint d'étanchéité (7), de préférence un joint torique. De préférence, le condenseur immergé (2) et le doigt de gant (8) sont montés sur le support (4) par brasage ou soudage de leur diamètre externe au niveau des 30 alésages de passage à travers le support (4). Le support (4) peut être prévu selon une conformation et une épaisseur identiques ou similaires au support d'un élément chauffant électrique thermoplongeur de type connu. Cette disposition permet le remplacement du bloc comportant le support (4), le doigt de gant (8) et le condenseur immergé (2) par un autre bloc comportant un support (4) identique ou analogue, un doigt de gant (8) et un élément chauffant à sorties électriques de l'art antérieur. Grâce à cette disposition, le remplacement d'une bride de chauffe-eau thermodynamique par une bride standard d'un chauffe-eau de l'art antérieur peut être effectué sans nécessiter d'outillage ou de modification mécanique sur la cuve du chauffe-eau. L'utilisation d'une seule vis (5a) pour assurer la fixation du support ou de la platine (4) grâce au vissage dans le trou taraudé (5) non débouchant fournit une fixation simple, rapide et peu onéreuse du bloc fixé sur la bride (3) de chauffe-eau 15 thermodynamique. L'étanchéité procurée par le joint d'étanchéité (7) monté dans la gorge (6) du support ou de la platine (4) est assurée du fait de la fixation du support à l'aide de la vis (5a) qui effectue une compression sur le joint (7) lors du vissage. Le doigt de gant (8) peut être placé à proximité immédiate du condenseur 20 immergé (2), sur le côté, ou même au centre du condenseur immergé (2). Des essais ont montré que le placement du doigt de gant (8) sur le côté, à la même hauteur que le condenseur immergé (2) permet d'éviter des perturbations dues au mouvement convectif de l'eau, tout en fournissant des mesures de température permettant une bonne régulation du chauffe-eau thermodynamique. 25 Pour éviter toute contamination de l'eau chaude sanitaire, on prévoit avantageusement que le condenseur immergé (2) présente une double paroi, de manière à permettre l'évacuation à l'atmosphère des fuites de fluide frigorigène dans l'espace compris entre les deux parois. Pour assurer l'évacuation du fluide frigorigène à l'atmosphère, on prévoit de 30 braser uniquement le tube (10) à travers le support (4), tout en évitant d'obturer l'espace compris entre le tube intérieur (9) et le tube extérieur (10). On peut également utiliser des tubes (9) et (10) présentant un profil spécifique non circulaire, à condition de ne pas engendrer de déformation susceptible de conduire à un risque de fuite de fluide frigorigène vers l'eau chaude sanitaire contenue dans la cuve du chauffe-eau. Le fait d'utiliser un condenseur immergé présentant des tubes de faible diamètre permet de placer tout le volume du condenseur immergé dans la zone remplie d'eau froide de la cuve du chauffe-eau, sans contact avec la partie supérieure chaude du chauffe-eau. Cette disposition permet d'améliorer les performances d'échange thermique entre le condenseur (2) et l'eau froide de la partie inférieure de la cuve (1) de chauffe-eau. Pour réduire le volume de fluide frigorigène nécessaire tout en gardant de bonnes performances thermiques du condenseur (2) immergé, il est préférable de choisir des tubes intérieurs (9) et (10) de diamètre réduit. L'utilisation de petits diamètres de tubes (9) et (10) permet également d'assurer une vitesse importante de circulation du fluide frigorigène entraînant l'huile du compresseur du chauffe-eau thermodynamique. L'utilisation de tubes de faible diamètre permet également d'utiliser des rayons de cintrage réduits et de constituer des boucles ou serpentins de diamètre réduit. Enfin, l'utilisation de tubes intérieurs présentant une surface extérieure à protubérances améliorant la conduction thermique peut être prévue pour améliorer la condensation du fluide frigorigène. Le tube intérieur (9) peut posséder un profil spécifique au niveau de sa surface intérieure pour améliorer la condensation et le transfert thermique du fluide, et/ou un profil spécifique au niveau de sa surface extérieure pour améliorer le transfert thermique vers le tube extérieur (10). Le tube extérieur (10) peut posséder un profil spécifique au niveau de sa surface intérieure pour améliorer le transfert thermique vers le tube intérieur (9), et/ou un profil spécifique au niveau de sa surface extérieure pour améliorer le transfert thermique et la convection vers l'eau à chauffer. À titre d'exemple, un tube intérieur (9) de diamètre extérieur voisin de 8 mm et un tube extérieur (10) de diamètre extérieur voisin de 10 mm permettent d'obtenir de bons résultats pour la fabrication d'un condenseur immergé (2) selon l'invention. De préférence, les chauffe-eau thermodynamiques selon l'invention équipés de condenseurs immergés (2) selon l'invention sont des chauffe-eau thermodynamiques de type vertical présentant une cuve (1) dont la bride (3) est placée en partie inférieure de la cuve (1) de chauffe-eau. Il est avantageux, dans cette disposition, de placer le condenseur immergé (2) dans une position voisine de la position horizontale. Ce positionnement horizontal du condenseur immergé (2) permet d'obtenir une uniformisation de la puissance échangée le long du condenseur immergé (2) et permet également de limiter l'écart entre la température de condensation et la température de l'eau environnante. Cette limitation de l'écart entre la température de condensation et la température de l'eau environnante assure une amélioration du rendement du compresseur de la pompe à chaleur du chauffe-eau thermodynamique. Dans l'application d'un condenseur (2) immergé selon l'invention à un chauffe-eau thermodynamique selon l'invention, on peut prévoir de placer une partie du condenseur (2) immergé à l'extérieur de la cuve. On peut également réaliser la désurchauffe et le sous-refroidissement du fluide frigorigène en amont et en aval de la zone immergée proprement dite du condenseur immergé (2), ce qui est intéressant notamment pour limiter le risque d' entartrage. Pour améliorer encore le rendement du chauffe-eau thermodynamique, la désurchauffe et le sous-refroidissement peuvent, selon une variante avantageuse, être réalisés dans le flux d'air du moteur thermodynamique ou dans un circuit dédié de l'évaporateur. Cette variante permet de limiter la prise en glace de l'évaporateur. Une autre variante avantageuse est de plaquer les tubes reliant le moteur thermodynamique au condenseur contre la cuve du chauffe-eau thermodynamique afin d'augmenter la surface d'échange du condenseur vers l'eau à chauffer. Bien entendu, les parties du circuit contenant le fluide frigorigène qui ne sont pas au contact de l'eau chaude sanitaire ne nécessitent pas de prévoir une double paroi, de sorte que le tube extérieur (10) peut être arrêté au niveau du support (4) du chauffe-eau thermodynamique selon l'invention. Sur la figure 4, un premier mode de réalisation de condenseur immergé (11) est réalisé sous forme d'une partie droite terminée par un bouclage hélicoïdal. Le condenseur immergé (11) présente l'avantage d'un montage facile sur un support (4) et d'un assemblage aisé de la bride (3) sur la cuve (1) de chauffe-eau. Sur la figure 5, un deuxième mode de réalisation de condenseur immergé (12) 10 présente une conformation avec une partie en « V » et un retour par enroulement hélicoïdal autour de la partie en « V ». Ce condenseur immergé (12) présente l'avantage d'une longueur totale d'échange augmentée, tout en restant dans un volume compatible avec la solidarisation à une bride (3) standard de cuve (1) de chauffe-eau. 15 Sur la figure 6, un troisième mode de réalisation de condenseur immergé (13) présente une conformation en demi-cercle et un retour par enroulement hélicoïdal autour de cette conformation en demi-cercle. Cette disposition de condenseur immergé (13) présente également l'avantage d'une longueur et d'une surface d'échange augmentée, tout en conservant une forme 20 régulière moins sujette à déformation lors des dilatations thermiques. L'invention s'étend également à toute conformation de condenseur immergé (2) permettant une pénétration aisée dans le trou de la cuve (1) lors du montage d'une bride (3) standard de chauffe-eau. À titre d'exemple, un condenseur immergé (2) présentant une succession de 25 longueurs droites et de retours en épingle peut également être envisagé, ou toute autre conformation permettant le montage à l'intérieur de la cuve (1) de chauffe-eau du condenseur immergé (2), avec ou sans déformation de celui-ci, et avec ou sans contact forcé avec la paroi de la cuve (1) de chauffe-eau. On peut prévoir de transporter les brides de chauffe-eau thermodynamique selon l'invention de manière séparée, ou éventuellement de monter un support additionnel assurant la rigidité du condenseur (2) immergé lors du transport, dans le cas de transports lointains ou de risques de chocs. L'invention décrite en référence à plusieurs modes de réalisation ne leur est nullement limitée, mais couvre au contraire toute modification de forme et toute variante de réalisation dans le cadre des revendications annexées. Un avantage de l'invention est de concevoir le montage du condenseur immergé sous forme d'un bloc indépendant solidaire d'une platine ou d'un support (4), de manière à faciliter le démontage et le remplacement des blocs, en favorisant en outre la récupération ou le recyclage du chauffe-eau thermodynamique ou de ses parties. Le montage de la platine (4) du condenseur immergé (2) sur la bride (3) peut se faire au moyen d'une ou plusieurs vis, ou d'un ou plusieurs autres moyens de montage équivalents. Le raccordement de la pompe à chaleur au tube intérieur (9) du condenseur immergé (2) peut être effectué de manière permanente, par exemple par brasage ou sertissage. Le raccordement de la pompe à chaleur au tube intérieur (9) du condenseur immergé (2) peut aussi être effectué de manière démontable, par exemple, par vissage de raccords prévus à cet effet.25 REVENDICATIONS1. Bride (3) de chauffe-eau thermodynamique, destinée au montage sur une cuve (1) de chauffe-eau, caractérisée par le fait que la bride (3) porte un condenseur immergé (2) et monté de manière étanche en vue de réchauffer l'eau de la cuve (1) du chauffe-eau auquel la bride (3) est destinée. 2. Bride (3) selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le condenseur (2) immergé est monté sur un support (4) ou une platine assemblée de manière démontable et étanche à la bride (3) de chauffe-eau thermodynamique, par exemple avec interposition d'un joint (7) d'étanchéité. 3. Bride (3) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée par le fait que le condenseur immergé (2) est isolé électriquement de la bride de chauffe-eau thermodynamique. 4. Bride (3) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée par le fait que le condenseur immergé (2) présente une double paroi (9, 10), de manière à permettre l'évacuation à l'atmosphère des fuites de fluide frigorigène et d'huile circulante dans l'espace compris entre les deux parois (9, 10). 5. Bride selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le support ou platine (4) du condenseur immergé (2) est assemblé par vissage à la bride (3) au moyen d'une vis traversante (5a) engagée dans un taraudage (5) borgne du support (4) ou de la platine. 6. Bride selon la revendication 2 ou la revendication 5, caractérisée par le fait que le support ou platine (4) porte un doigt de gant (8) apte à recevoir une sonde de mesure de température et un fusible de sécurité reliés à un thermostat ou moyen de régulation de température d'eau réchauffée. 7. Bride selon la revendication 4, caractérisée par le fait que le condenseur immergé (2) est réalisé par formage d'un ensemble de deux tubes (9, 10) engagés l'un dans l'autre, ledit ensemble de deux tubes comportant un premier tube intérieur (9) et un deuxième tube extérieur (10) entourant ledit premier tube intérieur (9). 8. Bride (3) selon la revendication 7, caractérisée par le fait que le condenseur immergé (11) présente une conformation en serpentin droit. 9. Bride (3) selon la revendication 7, caractérisée par le fait que le condenseur immergé (12) présente une conformation en « V ». 10. Bride (3) selon la revendication 7, caractérisée par le fait que le condenseur immergé (13) présente une conformation en demi-cercle. 11. Chauffe-eau thermodynamique comportant une bride (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes.