EP2379951B1

EP2379951B1 - Radiateur pour chauffage domestique a fluide caloporteur diphasique

Info

Publication number: EP2379951B1
Application number: EP09805791.2A
Authority: EP
Inventors: Stéphane Colasson; Alain Marechal
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2017-08-09
Anticipated expiration: 2029-12-28
Also published as: WO2010081957A1; EP2379951A1; US8909034B2; JP2012515320A; FR2941290B1; US20120002954A1; FR2941290A1

Description

DOMAINE DE L'INVENTION

L'invention concerne un radiateur plus particulièrement destiné au chauffage domestique, et fonctionnant à l'aide d'un fluide caloporteur. Plus spécifiquement, le fluide caloporteur mis en oeuvre dans le radiateur de l'invention fonctionne sous forme diphasique notamment liquide vapeur.

ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE

On connaît fondamentalement deux types différents de radiateurs domestiques électriques. Tout d'abord, les convecteurs électriques, pour lesquels l'air ambiant à réchauffer est directement en contact avec une résistance électrique chauffante. D'un usage largement répandu, ces convecteurs électriques présentent l'inconvénient de générer un mouvement important de l'air ambiant en raison du gradient thermique créé, entraînant une sensation d'inconfort pour les occupants de la pièce considérée. Ce problème est partiellement résolu par un autre type de radiateurs, appelés radiants, fonctionnant par rayonnement.
On connaît également les radiateurs à fluide caloporteur, dans lesquels ledit fluide, généralement de l'huile, est chauffé au moyen d'un élément chauffant électrique et transite dans un corps de chauffe, au niveau duquel est réalisé le transfert de chaleur à l'air ambiant par convection naturelle. De par la présence d'un corps de chauffe dont la surface d'échange est relativement importante, on réduit le gradient de température avec l'air ambiant de sorte que les déplacements d'air par convection naturelle dans la pièce concernée sont limités.
Parmi ces radiateurs à fluide caloporteur, on distingue tout d'abord les radiateurs dans lesquels le fluide fonctionne en régime monophasique. En l'espèce, ledit fluide demeure à l'état liquide. Dans ce cas, le fluide caloporteur s'échauffe au contact d'un élément chauffant électrique, s'allège et monte à l'intérieur du corps de chauffe. Lors de sa progression ascensionnelle, le fluide caloporteur cède à l'air ambiant une partie de la chaleur à travers la paroi du corps de chauffe, et corollairement se refroidit. Le fluide ainsi refroidi devenant plus dense, et donc plus lourd, redescend par gravité en partie basse du radiateur. Afin d'assurer un fonctionnement correct de ce type de radiateur, il s'avère donc nécessaire d'avoir une différence de température minimale entre le fluide montant (chaud) et le fluide descendant (froid), directement dépendante des pertes de pression du fluide engendrées par sa circulation. Ce faisant, on observe avec ce type de radiateur, une distribution non homogène de la température de la paroi du corps de chauffe, affectant l'efficacité du radiateur. Au surplus, ce type de fonctionnement peut induire des points plus chauds sur la surface de l'appareil, dangereux et en outre incompatibles avec les normes de sécurité édictées.
Afin de surmonter ces inconvénients, il a été proposé, par exemple dans les documents GB-A-2 099 980 et WO-A-02/50479 , un radiateur à fluide caloporteur fonctionnant en régime diphasique, notamment liquide/vapeur. Le fonctionnement d'un tel radiateur est le suivant : Le fluide caloporteur à l'état liquide repose par gravité dans la partie inférieure du radiateur traversé par un élément chauffant, constitué par un fluide monté en température, et traversant de manière étanche la base dudit radiateur.
Sous l'effet de la chaleur, le fluide caloporteur est vaporisé, ladite vapeur montant alors dans la structure interne du radiateur, notamment au niveau d'un corps de chauffe, au niveau duquel intervient un transfert de chaleur. Corollairement, en raison de la température des parois dudit corps de chauffe, plus faible que celle de la vapeur, cette dernière se condense. Le condensat ainsi formé se présente sous forme liquide, et retourne par simple gravité en partie basse du radiateur.
En raison du mode de transfert de chaleur, en l'espèce par changement de phase, mettant directement en jeu la chaleur latente de condensation, on assure ainsi une température de la paroi du corps de chauffe quasi homogène, constituant dès lors en cela une amélioration très nette par rapport aux radiateurs à fluide caloporteur fonctionnant en régime monophasique. En effet, cette température de transfert est très proche de la température de vapeur saturante du fluide caloporteur en raison d'un coefficient d'échange thermique nettement plus élevé en condensation que par convection naturelle coté extérieur, c'est-à-dire coté air ambiant. Ce faisant, on aboutit à un gain substantiel pour la variation de la température de l'air.
Cependant, la source chaude assurant l'élévation thermique du fluide caloporteur s'avère relativement délicate à réguler, et ce, tant dans le temps que dans l'espace. Au surplus, on observe que si la vitesse de vaporisation de fluide caloporteur est trop élevée, la vapeur ainsi générée entraîne des gouttes du fluide caloporteur, perturbant le bon fonctionnement du radiateur.
Au surplus, avec de tels radiateurs diphasiques, on se heurte également au problème du bruit lors de leur démarrage. Ce bruit provient des ondes de pression lors du collapse des bulles de vapeur dans le liquide sous-refroidi. Selon le fluide mis en oeuvre et la quantité de fluide liquide introduit dans le corps du radiateur, ce phénomène de bruit est plus ou moins important. Or, cette nuisance sonore peut s'avérer gênante, voire rédhibitoire pour un certain nombre d'applications, telles que notamment les chambres d'hôpitaux, de maisons de repos, de maisons de retraite, voire simplement des chambres à coucher.
Par ailleurs, lorsque l'élément chauffant est directement au contact du fluide caloporteur pour le chauffage de celui-ci, comme cela est le cas par exemple du document WO-A-02/50479 , celui-ci peut être endommagé lorsque le volume de liquide est trop faible. En effet, la phase vapeur, dans laquelle l'élément chauffant est majoritairement, voire totalement, baigné, n'est pas suffisante pour absorber l'énergie de l'élément chauffant qui peut donc subir une surchauffe.
En outre, l'utilisation d'un radiateur à fluide caloporteur fonctionnant en régime diphasique impose que ce dernier soit mécaniquement robuste en raison de la pression exercée sur ses parois par la vapeur qui se trouve sous pression de part l'espace clos dans laquelle elle est piégée. Ceci impose généralement un surdimensionnement du radiateur et/ou l'utilisation de parois épaisses et donc un encombrement et un surcoût.
On a également proposé dans le document EP 0 281 401 , un radiateur à fluide diphasique, dans lequel ledit fluide est constitué de deux liquides caloporteurs différents, en l'espèce de l'éthylène glycol et de l'eau. Le document GB 2 129 540 A divulgue un radiateur selon le préambule de la revendication 1.

EXPOSE DE L'INVENTION

Le but de la présente invention est de résoudre le problème de surchauffe de l'élément chauffant et de pression maximale acceptable par le radiateur.
A cet effet, l'invention vise un radiateur pour chauffage domestique à fluide caloporteur fonctionnant sous forme diphasique, ledit fluide caloporteur étant constitué d'un mélange d'au moins deux liquides caloporteurs différents, lesdits liquides caloporteurs présentant entre eux des températures d'ébullition différentes d'au moins dix degrés Celsius, comprenant :- un réservoir dudit fluide caloporteur ;- une source chaude, destinée à élever la température dudit fluide caloporteur à une température telle qu'elle engendre un changement de phase dudit fluide ;- un corps de chauffe au niveau duquel s'effectue le transfert de chaleur avec l'air ambiant, comportant un nombre n de canaux, en communication en zone inférieure avec le réservoir, n pouvant être égal à 1, dans lequel le liquide de température d'ébullition la plus basse représente de 70% à 95% du volume du mélange pour une température de celui-ci environ égale à 20°C, caractérisé en ce que le fluide caloporteur est un mélange d'au moins deux types de chaînes aliphatiques fluorocabonées, ou hydrofluorocarbonées. De préférence, les au moins deux liquides caloporteurs sont miscibles entre eux.
En d'autres termes, la phase de formation de la vapeur est réalisée en au moins deux stades consécutifs à mesure que la température de l'élément chauffant augmente. La présence du liquide caloporteur de plus haute température d'ébullition, signifiant également un liquide plus dense et moins volatile, assure la présence d'un niveau minimum de liquide dans le collecteur du radiateur, évitant ainsi le phénomène d'assèchement de l'élément chauffant.
On observe en outre que pour un même volume de fluide caloporteur, la pression de la vapeur dans le radiateur lorsque l'élément chauffant fonctionne à pleine puissance est moindre avec deux liquides caloporteurs de température d'ébullition différentes qu'avec un unique liquide caloporteur, ce qui laisse donc plus de liberté quant au choix des dimensions du radiateurs et des parois de celui-ci.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le fluide caloporteur comporte deux liquides caloporteurs différents, le premier liquide étant du méthoxy-nonafluorobutane, et le deuxième liquide étant du décafluoro-3-methoxy-4-trifluoro-methylepentane, et en ce que le liquide caloporteur de plus basse température d'ébullition constitue environ 95% du volume du mélange pour une température de celui-ci égale à 20°C.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le fluide caloporteur est un mélange de trois liquides caloporteurs différents, le premier liquide étant du méthoxy-nonafluorobutane, le deuxième liquide étant du décafluoro-3-methoxy-4-trifluoro-methylepentane, et le troisième liquide étant un produit répondant à la formule HF₂C-(OC₂F₄)_m-(OCF₂)_n-OCF₂H, dans laquelle m et n sont des entiers naturels avec 0 ≤ m ≤ 3 et 0 ≤ n ≤ 3, et avantageusement du ZT-130^®, et le premier, deuxième et troisièmes liquides représentent respectivement environ 85%, 10% et 5% du volume du mélange pour une température de celui-ci égale à 20°C.
Selon un mode de réalisation particulier, la section S du raccordement entre le réservoir du fluide caloporteur, situé en partie inférieure dudit radiateur et le corps de chauffe, susceptible de présenter une pluralité n de canaux, n pouvant être égale à 1, est supérieur ou égale à l'expression : $\frac{A \times P^{{}^{4}{/_{5}}}}{n},$
expression dans laquelle :

P désigne la puissance de la résistance électrique ;
n est comme déjà dit, le nombre de canaux constitutifs du corps de chauffe ;
et A est une constante qui dépend de la nature du fluide et de la température de celui-ci (A est exprimée en m².W^-4/5).

On observe ainsi que, tout d'abord, la mise en oeuvre d'une telle résistance électrique comme source chaude du fluide caloporteur permet de réguler beaucoup plus facilement, et dans le temps et dans l'espace le fonctionnement général du radiateur.
De plus, la réalisation de zones de raccordement avec un passage entre le réservoir et les canaux constitutifs du corps de chauffe respectant la relation précitée, élimine ou diminue à tout le moins drastiquement le nombre de gouttes du fluide caloporteur se présentant sous forme liquide entraînées par la vapeur générée au niveau de la source chaude, et dès lors optimise le fonctionnement du radiateur.
En raison de la limitation de la surchauffe du fluide caloporteur sous forme liquide au niveau du réservoir, on diminue le bruit susceptible d'être généré par le collapse des bulles de vapeur.
Avantageusement, la zone de raccordement des canaux constitutifs du corps de chauffe au niveau du réservoir débouche au dessus de la résistance électrique.
Afin d'optimiser le fonctionnement du radiateur de l'invention, les zones de raccordement des canaux du corps de chauffe au niveau du réservoir ont leur partie inférieure à une distance minimum δ au dessus de la ligne de tangence supérieure de la résistance électrique chauffante traversant le réservoir, ladite distance respectant la relation δ ≥ 0,5×D, dans laquelle D est le diamètre de ladite résistance chauffante.
Afin d'optimiser le fonctionnement du radiateur de l'invention, notamment dans le sens d'une réduction du bruit lors du démarrage, le coefficient de remplissage α doit être supérieur à la valeur de 0,0142, ledit coefficient α étant défini par le rapport de la masse de vapeur produite à 20 °C sur la masse totale de fluide introduit dans le corps du radiateur.

DESCRIPTION DES FIGURES

La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent, ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif, à l'appui des figures annexées.

La figure 1 est une représentation schématique partiellement éclatée d'un radiateur à fluide caloporteur connu.
La figure 2 illustre une vue en section transversale d'un tel radiateur, mais conforme à l'invention.
La figure 3 est une représentation schématique détaillée de la section transversale de la zone inférieure dudit radiateur.
La figure 4 est une illustration d'une variante de l'invention.
Les figures 5 et 6 sont des vues schématiques en section illustrant l'une des caractéristiques de l'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION DE L'INVENTION

On a représenté en relation avec la figure 1, un radiateur à fluide caloporteur en soi connu. Ce radiateur est en l'espèce constitué d'une pluralité d'éléments unitaires 1, constituant le corps de chauffe, tous les éléments étant reliés à un réservoir inférieur 3.
Ces différents éléments 1 peuvent, par exemple, être réalisés en fonte d'aluminium et, afin d'optimiser le transfert avec l'air ambiant sont susceptibles de présenter des ailettes 2 favorisant ainsi la diffusion de la chaleur au sein de la pièce dans laquelle un tel radiateur est implanté.
Au sein de chacun de ces éléments 1 circule un fluide caloporteur, dont la nature est adaptée à la fonction thermique envisagée. En dehors du cadre de l'invention, et à titre d'illustration, ce fluide caloporteur est constitué d'un unique type de liquide qui peut être de l'eau, de l'éthanol, ou un matériau synthétique polymère, telle que par exemple le R113 (chlorofluorocarbone), ou une chaîne aliphatique fluorocabonée, ou hydrofluorocarbonée, et préférentiellement un hydrogenofluoroéther (tel que le HFE 7100^®, le HFE 7300^® ou le HFE 7500^®, commercialisés par 3M, ou bien le ZT-150^®, le ZT-130^® ou le ZT-85^® commercialisés par la société Solvay-Solexis).
Par hydrogénofluoroéther, on entend principalement une famille de molécules répondant à la structure I suivante :

A-O-(B-O)_m-(C-O)_n-D (I)

dans laquelle A, B, C et D représentent des groupements aliphatiques linéaires ou ramifies comportant entre 1 et 10 atomes de carbone, dont les hydrogènes sont totalement ou partiellement substitués par des atomes de fluor, et dans laquelle m et n sont des entiers naturels avec 0 ≤ m ≤ 3 et 0 ≤ n ≤ 3.
Préférentiellement, les groupements aliphatiques précités sont des groupements alkyles.
Ainsi, le HFE 7100^® est un mélange de 1-methoxy-nonafluorobutane et de 1-methoxy-nonafluorotertiobutane, et le HFE 7300^® est du décafluoro-3-methoxy-4-trifluoro-methylepentane.
Les produits ZT précités sont des hydrogénofluoroéthers répondant à la formule générale II suivante :

HF₂C-(OC₂F₄)_m-(OCF₂)_n-OCF₂H

dans laquelle m et n sont des entiers naturels avec 0 ≤ m ≤ 3 et 0 ≤ n ≤ 3.
L'assemblage des différents éléments 1 entre eux constitue le corps de chauffe proprement dit, et sont chacun munis d'un canal vertical 4, débouchant en zone inférieure au niveau du réservoir 3 par une zone de raccordement 5.
Ainsi qu'on peut bien l'observer sur la figure 2, une résistance électrique chauffante 6 est insérée dans le réservoir inférieur 3 et le traverse sur sensiblement toute sa longueur. Une telle résistance peut par exemple être constituée d'une cartouche chauffante à double isolement.
Selon une caractéristique de l'invention, la zone de raccordement 5 entre le ou les canaux 4 du corps de chauffe et le réservoir 3 situé en partie inférieure dudit radiateur présente une section S répondant à la formule suivante : $S \geq \frac{A P^{{}^{4}{/_{5}}}}{n}$
Ainsi que déjà dit précédemment :

▪ P représente la puissance de la résistance électrique 6 ;
▪ n est le nombre de canaux 4 et donc le nombre d'éléments 1 constitutifs du corps de chauffe débouchant au sein du même réservoir 3 ;
▪ A est une constante, qui dépend de la nature du fluide mesurée à une température donnée.

La constante A découle de la mise en pratique d'un modèle d'écoulement de gouttelettes liquides entraînées par un flux de vapeur, comme le modèle de Wallis et Kutateladze. Le modèle dans le cadre de la présente invention est modifié pour prendre en compte la puissance thermique injectée, que l'on retrouve directement dans le terme source de la production du flux de vapeur dans les canaux constituant le radiateur. Dans ces conditions, la constante A répond à la formule suivante : $A = \frac{10^{4}}{{[{(\frac{4}{π})}^{0, 5} K]}^{4 / 5}}$
formule dans laquelle K est fonction des propriétés physiques du fluide et s'exprimant de la manière suivante : $K = 0, 435 h_{ℓ υ} [\frac{\sqrt{g (ρ_{ℓ} - ρ_{υ})}}{{(\sqrt{\frac{0, 5}{ρ_{υ}^{0, 5}}} + 0, 5 \sqrt{\frac{0, 5}{ρ_{ℓ}^{0, 5}}})}^{2}}]$
où h_ℓυ est la chaleur latente de vaporisation du fluide et ρ la masse volumique (liquide ou vapeur).
Dans le cas des mélanges, les propriétés physiques sont calculées à partir de celles des constituants du mélange en adoptant les lois de mélange reconnues.
L'expérience démontre que les conditions les plus contraignantes en relation avec le fluide caloporteur apparaissent quand ce dernier est à une température voisine de 20°C, c'est-à-dire lors du démarrage du radiateur supposé initialement à la température de la pièce.
Dans ces conditions de fonctionnement, la constante A vaut, lorsque le fluide caloporteur est constitué d'un seul des éléments suivant :

pour l'eau A = 0,0106 ;
pour l'éthanol A = 0,0125 ;
pour le HFE 7100^® A = 0,0153 ;
pour le HFE 7300^® A = 0,0173 ;
pour le HFE 7500^® A = 0,0193 ;
pour le ZT-150^® A = 0,024 ;
pour le ZT-130^® A = 0,0193 ;
pour le ZT-85^® A = 0,0187 ;
pour le R113 A = 0,0117.

A titre d'application numérique, pour un radiateur, dont le fluide caloporteur est l'eau, développant 1.000 watts électrique, et comportant dix éléments 1, donc dix canaux 4 en parallèle, la section du raccordement 5 entre chacun des canaux et le réservoir 3 doit être supérieure à 0,27 cm².
En revanche, pour un fluide organique du type HFE 7100^® et dans la même configuration, la section de la zone de raccordement 5 doit être alors supérieure ou égale à 0,383 cm².
On a illustré au sein de la figure 3 le mode de fonctionnement d'un tel radiateur. Les flèches ascendantes illustrent la vaporisation puis l'ascension du fluide caloporteur en phase vapeur au niveau du corps de chauffe, et les flèches descendantes illustrent ledit fluide alors condensé au contact des parois latérales du canal 4 considéré, redescendant sous forme liquide et par simple gravité dans le réservoir 3 par l'intermédiaire de la zone de raccordement 5.
On conçoit qu'en raison de la mise en oeuvre d'une résistance électrique 6, on peut réguler de manière beaucoup plus efficace et plus instantanée le fonctionnement d'un tel radiateur contrairement aux dispositifs de l'art antérieur décrits précédemment.
On dimensionne en outre la résistance électrique 6 de telle sorte que la densité de flux thermique à la surface de celle-ci n'excède pas 3 watts par cm² et ce, afin de vaporiser le liquide caloporteur sous forme de petites bulles et par conséquent en vue de réduire le phénomène de bruit engendré classiquement dans les radiateurs à fluide caloporteur. Typiquement, pour un radiateur de 1.000 watts électrique, la surface de la canne chauffante ou résistance électrique 6 au contact du fluide caloporteur doit être supérieure à 330 cm², quel que soit le nombre de canaux et quel que soit le fluide caloporteur.
Selon une caractéristique de l'invention, la zone de raccordement 5 des canaux 4 au niveau du réservoir 3 débouche au dessus de la ligne de tangence maximum supérieure 7 de ladite canne chauffante 6 d'une distance δ supérieure ou égale à 0.5 × D , D étant le diamètre de la canne chauffante ou résistance électrique 6.
En effet, il faut que la vapeur puisse circuler en direction du corps de chauffe, la zone de raccordement ne doit donc pas être noyée.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le coefficient α de remplissage du radiateur est supérieur à 0,0142, le coefficient α étant défini par la relation suivante : $α = \frac{masse vapeur à 20 ° C}{masse totale de fluide}$
La masse de vapeur à 20 °C se détermine par l'expression suivante : $masse vapeur à 20 ° C = \frac{V_{R} - υ_{l} M}{υ_{v} - υ_{l}}$
où :

▪ V_R est le volume interne du radiateur (en m³) ;
▪ M désigne la masse totale de fluide introduite dans le radiateur (en kg) ;
▪ υ_v désigne le volume spécifique massique de la vapeur à saturation à 20 °C (en m³/kg) ;
▪ et υ₁ désigne le volume spécifique massique du liquide à saturation à 20 °C (en m³/kg).

Ainsi, pour un radiateur présentant un volume interne de 4 litres (0,004 m³), et pour 200 ml de fluide introduit, on a les valeurs suivantes :

pour le HFE 7100^®:
- ▪ M = 0,299 kg
- ▪ υ₁ = 0,00067 m³/kg
- ▪ υ_v = 0,428 m³/kg
- ▪ masse vapeur : 0,0089 kg
- ▪ α = 0,0299
pour le HFE 7300^® :
- ▪ M = 0,332 kg
- ▪ υ₁ = 0,00060 m³/kg
- ▪ masse vapeur : 0,0088 kg
- ▪ α = 0,026
pour le HFE 7500^® :
- ▪ M = 0,322 kg
- ▪ υ₁ = 0,00062 m³/kg
- ▪ masse vapeur : 0,0089 kg
- ▪ α = 0,027
pour le ZT-85^® :
- ▪ M = 0,324 kg
- ▪ υ₁ = 0,00062 m³/kg
- ▪ masse vapeur : 0,0088 kg
- ▪ α = 0,027
pour le ZT-130^® :
- ▪ M = 0,330 kg
- ▪ υ₁ = 0,0006 m³/kg
- ▪ masse vapeur : 0,0088 kg
- ▪ α = 0,026
pour le ZT-150^® :
- ▪ M = 0,334 kg
- ▪ υ₁ = 0,00059 m³/kg
- ▪ masse vapeur : 0,0089 kg
- ▪ α = 0,027
pour l'eau :
- ▪ M = 0,199 kg
- ▪ υ₁ = 0,001 m³/kg
- ▪ υ₁ = 57,8 m³/kg
- ▪ masse vapeur : 0,000065 kg
- ▪ α = 0,0003
pour l'éthanol
- ▪ M = 0,158 kg
- ▪ υ₁ = 0,00126 m³/kg
- ▪ υ_v = 9,07 m³/kg
- ▪ masse vapeur : 0,0004 kg
- ▪ α = 0,0026

On observe un bon fonctionnement du radiateur vis à vis du problème du bruit si le coefficient de remplissage α est supérieur à 0,0142.
Ce critère est respecté si l'on introduit au maximum 400 ml de HFE 7100^®, 5 ml d'eau ou 39 ml d'éthanol dans un radiateur de volume interne de 4 litres.
Cependant, dans de telles conditions, seul le HFE 7100^® répond à la fois aux objectifs d'efficacité thermique et de niveau sonore.
Le radiateur de l'invention permet donc de surmonter les différents inconvénients mentionnés en relation avec les radiateurs de l'art antérieur de manière simple, efficace et permet en outre de réguler le fonctionnement d'un tel radiateur de manière facilitée.
Il a été décrit un radiateur utilisant un fluide caloporteur comportant un unique type de liquide.
Toutefois selon l'invention, le fluide caloporteur est constitué d'au moins deux liquides caloporteurs, de préférence miscibles, présentant des températures d'ébullition différentes d'au moins 10°C, et de préférence de 20°C, le fluide caloporteur étant constitué d'un mélange d'au moins deux de types de chaînes aliphatiques fluorocarbonées, ou hydrofluorocarbonées, notamment de deux types d'hydrogénofluoroéthers parmi le HFE 7100^®, le HFE 7300^®, le HFE 7500^®, le ZT-150^®, le ZT-130^® et le ZT-85^®.
Il est privilégié un mélange comportant de 70% à 95% en volume du fluide caloporteur, lorsque la température dudit fluide est de 20°C, présentant la température d'ébullition la plus basse, cette température basse d'ébullition étant de préférence proche de 60°C, notamment :

▪ un mélange de 67% de HFE 7100^® et de 33% de HFE 7300^® (ci-après « mélange 1 »);
▪ un mélange de 95% de HFE 7100^® et de 5% HFE 7300^® (ci-après « mélange 2 ») ;
▪ un mélange de 90% de HFE 7100^® et de 10% de ZT-130^® (ci-après « mélange 3 »); ou
▪ un mélange de 85% de HFE 7100^®, de 10% de HFE 7300^®, et de 5% de ZT-130^® (ci-après « mélange 4 »).

Le produit ZT-130^® est réputé correspondre à la formule II ci-dessous :

HF₂C-(OC₂F₄)_m-(OCF₂)_n-OCF₂H

dans laquelle m et n sont des entiers naturels avec 0 ≤ m ≤ 3 et 0 ≤ n ≤ 3.
Un tel mélange a notamment pour effet, comparativement à un fluide caloporteur constitué d'un unique liquide caloporteur :

▪ d'abaisser la pression de vapeur dans le radiateur ;
▪ d'obtenir une température plus homogène du corps de chauffe 1 ; et
▪ d'assurer un niveau minimum de liquide dans le réservoir inférieur 2 dans lequel se trouve l'élément chauffant 6 en raison de la présence d'un liquide plus dense et moins volatile dans le fluide caloporteur, ce qui permet d'éviter les phénomènes d'assèchement de l'élément chauffant 6.

Ainsi par exemple, pour le fluide caloporteur constitué du mélange binaire 2 de 95% de HFE 7100^® et de 5% HFE 7300^®, il est obtenu :

▪ une différence de températures entre le point le plus chaud et le point le plus froid du corps chauffant 6 inférieure à 0,6°C, lorsque l'élément chauffant 6 fonctionne à sa puissance nominale Qn (puissance de fonctionnement maximale autorisée lorsque le radiateur est en usage) ;
▪ une différence de températures entre le point le plus chaud et le point le plus froid du corps chauffant 6 inférieure à 0,3°C, lorsque l'élément chauffant fonctionne à 1,24 fois sa puissance nominale Qn (Qn' = 1,24*Qn est usuellement la puissance à laquelle on procède à des tests de pression de vapeur pour savoir si le radiateur est capable de supporter celle-ci) ;
▪ une baisse de la pression de vapeur de 40 mbar par rapport à un fluide caloporteur de référence usuellement utilisé dans les radiateurs de l'état de la technique, notamment du HFE 7100^®, lorsque l'élément chauffant 6 fonctionne à sa puissance nominale Qn ; et
▪ une baisse de la pression de vapeur de 60 mbar par rapport au fluide caloporteur de référence, lorsque l'élément chauffant 6 fonctionne à 1,24 fois sa puissance nominale Qn.

Pour le fluide caloporteur constitué du mélange ternaire 4 de 85% de HFE 7100^®, de 10% de HFE 7300^®, et de 5% de ZT-130^®, il est obtenu :

▪ une différence de températures entre le point le plus chaud et le point le plus froid du corps chauffant 6 inférieure à 2,1°C, lorsque l'élément chauffant 6 fonctionne à sa puissance nominale Qn ;
▪ une différence de températures entre le point le plus chaud et le point le plus froid du corps chauffant 6 inférieure à 1,8°C, lorsque l'élément chauffant fonctionne à 1.24 fois sa puissance nominale Qn ;
▪ une baisse de la pression de vapeur de 210 mbar par rapport au fluide caloporteur de référence, lorsque l'élément chauffant 6 fonctionne à sa puissance nominale Qn ; et
▪ une baisse de la pression de vapeur de 390 mbar par rapport au fluide caloporteur de référence, lorsque l'élément chauffant 6 fonctionne à 1,24 fois sa puissance nominale Qn.

On observe ainsi que les mélanges ci-dessus permettent une diminution de la pression de fonctionnement par rapport au fluide de référence, tout en assurant une bonne homogénéité de la température du radiateur puisque l'écart de température maximale observé est inférieur à 5°C. On notera également que le mélange 2 assure une meilleure homogénéité de la température alors que le mélange 4 permet une diminution plus sensible de la pression de fonctionnement du radiateur. Ainsi, la pression de dimensionnement mécanique du radiateur étant égale à deux fois la pression de vapeur obtenue à 1,24 fois la puissance nominale Qn, on en déduit que la contrainte mécanique est diminuée de près de 800 mbar lorsque le mélange 4 est utilisé contre 120 mbar lorsque le mélange 2 est utilisé.
Bien entendu le radiateur, et plus particulièrement la section S de ces canaux, la distance δ et le coefficient α de remplissage sont choisis en fonction du mélange considéré, d'une manière analogue à celle décrite ci-dessus.

Claims

Radiateur pour chauffage domestique à fluide caloporteur fonctionnant sous forme diphasique, ledit fluide caloporteur faisant partie dudit radiateur et étant constitué d'un mélange d'au moins deux liquides caloporteurs différents, lesdits liquides caloporteurs présentant entre eux des températures d'ébullition différentes d'au moins dix degrés Celsius, ledit radiateur comprenant :
- un réservoir (3) dudit fluide caloporteur ;

- une source chaude (6), destinée à élever la température dudit fluide caloporteur à une température telle qu'elle engendre un changement de phase dudit fluide ;

- un corps de chauffe au niveau duquel s'effectue le transfert de chaleur avec l'air ambiant, comportant un nombre n de canaux (4), en communication en zone inférieure avec le réservoir (3), n pouvant être égal à 1,
dans lequel le liquide de température d'ébullition la plus basse représente de 70% à 95% du volume du mélange pour une température de celui-ci environ égale à 20°C, caractérisé en ce que le fluide caloporteur est un mélange d'au moins deux types de chaînes aliphatiques fluorocabonées, ou hydrofluorocarbonées.
Radiateur pour chauffage domestique à fluide caloporteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les au moins deux liquides caloporteurs sont miscibles entre eux.
Radiateur pour chauffage domestique à fluide caloporteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le fluide caloporteur comporte deux liquides caloporteurs différents, le premier liquide étant du méthoxy-nonafluorobutane, et le deuxième liquide étant du décafluoro-3-methoxy-4-trifluoro-methylepentane, et en ce que le liquide caloporteur de plus basse température d'ébullition constitue environ 95% du volume du mélange pour une température de celui-ci égale à 20°C.
Radiateur pour chauffage domestique à fluide caloporteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé :
- en ce que le fluide caloporteur est un mélange de trois liquides caloporteurs différents, le premier liquide étant du méthoxy-nonafluorobutane, le deuxième liquide étant du décafluoro-3-methoxy-4-trifluoro-methylepentane, et le troisième liquide étant un produit répondant à la formule HF₂C-(OC₂F₄)_m-(OCF₂)_n-OCF₂H, dans laquelle m et n sont des entiers naturels avec 0 ≤ m ≤ 3 et 0 ≤ n ≤ 3, et avantageusement du ZT-130^® ;

- et en ce que le premier, deuxième et troisièmes liquides représentent respectivement environ 85%, 10% et 5% du volume du mélange pour une température de celui-ci égale à 20°C.
Radiateur pour chauffage domestique à fluide caloporteur selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source chaude (6) du fluide caloporteur est constituée par une résistance électrique.
Radiateur pour chauffage domestique à fluide caloporteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la section S des zones de raccordement séparant le réservoir (3) du fluide caloporteur et les canaux (4) constitutifs du corps de chauffe, est supérieure ou égale à l'expression : $\frac{A \times P^{{}^{4}{/_{5}}}}{n}$
expression dans laquelle :
- P désigne la puissance de la résistance électrique (6), et

- A est une constante qui dépend de la nature du fluide et de la température de celui-ci.
Radiateur pour chauffage domestique à fluide caloporteur selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la zone de raccordement (5) des canaux (4) constitutifs du corps de chauffe au niveau du réservoir (3) débouche au dessus de la résistance électrique (6).
Radiateur pour chauffage domestique à fluide caloporteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la distance δ séparant la limite inférieure de la zone de raccordement (5) et la ligne de tangence supérieure de la résistance électrique (6) répond à l'expression : $δ \geq 0, 5 \times D,$
expression dans laquelle D désigne le diamètre de ladite résistance chauffante.
Radiateur pour chauffage domestique à fluide caloporteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le coefficient de remplissage α, défini comme étant le rapport de la masse de vapeur du fluide caloporteur produite à 20 °C sur la masse totale dudit fluide introduit dans le corps du radiateur satisfait à la relation suivante : $α > 0, 0142$