EP3862715B1 - Echangeur de chaleur reversible a double circuit de transport - Google Patents

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EP3862715B1
EP3862715B1 EP21152230.5A EP21152230A EP3862715B1 EP 3862715 B1 EP3862715 B1 EP 3862715B1 EP 21152230 A EP21152230 A EP 21152230A EP 3862715 B1 EP3862715 B1 EP 3862715B1
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EP
European Patent Office
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refrigerant
circulation
heat exchanger
insert
exchange line
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EP21152230.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP3862715A1 (fr
Inventor
Luc SAÏSSET
Erwan FONTBONNE
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Societe Industrielle de Chauffage SIC SAS
Original Assignee
Societe Industrielle de Chauffage SIC SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of EP3862715A1 publication Critical patent/EP3862715A1/fr
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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
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F28F27/02—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus for controlling the distribution of heat-exchange media between different channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/02—Evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/04—Condensers
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    • F25B13/00—Compression machines, plants or systems, with reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04—Details of condensers
    • F25B2339/047—Water-cooled condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/18—Optimization, e.g. high integration of refrigeration components

Definitions

  • the present invention relates to the field of heat pumps.
  • the present invention relates to a reversible heat exchanger for transferring heat between a refrigerant fluid and another fluid in accordance with the preamble of claim 1.
  • a reversible heat exchanger for transferring heat between a refrigerant fluid and another fluid in accordance with the preamble of claim 1.
  • Such an exchanger is known from GB 2 409 510 A .
  • Air/Water For heating dwellings, it is known to use a type of heat pump called “Air/Water”. This type of heat pump makes it possible to transfer heat between the outside air and the heating water circulating inside a dwelling using a refrigerant.
  • a heat pump comprises a refrigeration circuit 10 comprising a compressor 12, a first refrigerant/water heat exchanger 14, an expansion valve 16 and a second refrigerant/air heat exchanger 18.
  • the compressor 12 makes it possible to jointly raise the pressure and the temperature of a compressible fluid 17 called “refrigerant”.
  • the first refrigerant/water exchanger 14, generally called a condenser cools the refrigerant 17 with the heating water and causes it to condense. This heat exchange makes it possible to heat the heating water and therefore to heat a housing 19.
  • the expansion valve 16 makes it possible to ensure a drop in the pressure of the refrigerant fluid.
  • the second refrigerant/air heat exchanger 18, generally called an evaporator makes it possible to heat the refrigerant 17 with the outside air until it evaporates.
  • this mode of operation is called the “heating” mode because it makes it possible to raise the temperature inside the housing 19.
  • the refrigerant circulates from the compressor 12 to the first exchanger 14, then to the expansion valve 16 and to the second exchanger 18 to finally return to the compressor 12.
  • the evaporator 18 can regularly become covered with frost, which greatly degrades its performance.
  • frost which greatly degrades its performance.
  • a cycle reversal valve (not shown) to reverse the role of the first 14 and second exchanger 18.
  • This inverted mode of operation can also be used to lower the temperature of housing 19 in the summer period.
  • This inverted mode of operation is called the “cold” mode because it makes it possible to lower the temperature inside the housing 19 to transfer it to the outside air.
  • the refrigerant circulates from the compressor 12 to the second exchanger 18, then to the expansion valve 16 and to the first exchanger 14 to finally return to the compressor 12.
  • first 14 and second 18 exchangers are very different, in particular for the dimensioning of the first 14 and second 18 exchangers.
  • the operation of the refrigeration circuit 10 can be reversed, it is generally calculated and therefore optimized as a function of the heating mode alone, at least mainly as a function of the latter.
  • the characteristics of the first 14 and second 18 exchangers are thus very different given the constraints which govern their calculation and their construction.
  • the optimum refrigerant charge corresponds to the volume of refrigerant that a heat exchanger can contain to achieve an optimal heat exchange.
  • this optimum load can be, for example, approximately 1 liter for a condenser, whereas this can be 3 to 8 liters for the corresponding evaporator.
  • the refrigeration circuit 10 may for example include a refrigerant storage tank.
  • the first 14 and second 18 exchangers may present resistance to fluid flow or loss very different load.
  • This pressure drop is very different in heating mode and in cooling mode for each of the exchangers.
  • the pressure drops can be doubled between the heating mode and the cooling mode in the case of a coaxial heat exchanger.
  • a coaxial exchanger is presented in particular in the document EP 1 965 164 A1 .
  • a reduction in the pressure drops in cooling mode causes a reduction in the speed of circulation of the fluid in heating mode resulting in a strong degradation of the heat exchange coefficient in this mode of operation.
  • Brazed plate type heat exchangers are less susceptible to performance degradation when reversing operation.
  • this type of exchanger is not very resistant to fouling, which is a major drawback.
  • This optimization makes it possible to improve the performance of the exchanger in each of the operating modes and in particular in the cooling mode.
  • the first and the second transport circuits respectively define a first and a second passage section of the refrigerant, the first passage section being lower than the second passage section.
  • the second transport circuit comprises the first transport circuit.
  • the first transport circuit is thus used in both directions of circulation and an additional circuit portion is used only in one of the two directions of circulation. This pooling of the transport circuits makes it possible to simplify the heat exchanger and to limit the manufacturing costs thereof.
  • the latter further comprises an insert disposed inside the exchange pipe, the insert at least partially forming a first circulation zone belonging to the first transport circuit of the refrigerant, the insert further forming at least partially a second circulation zone belonging to the second circuit for transporting the refrigerant.
  • the use of an insert makes it easy to form the transport circuits inside the exchange pipe.
  • the transport circuits can thus be defined by the geometry of the insert.
  • the first and second circulation zones are formed by at least one of at least one groove formed on an external surface of the insert or on an internal surface of a cavity formed in the insert.
  • grooves makes it possible to create circulation zones while maintaining the insert in contact with one or more pipes of the exchanger. This contact makes it possible in particular to position the insert inside the exchange pipe and to form a heat exchange surface.
  • the circulation zones are formed by a plurality of grooves, the refrigerant is better distributed in the exchange pipe and thus makes it possible to improve the efficiency of the heat transfer.
  • the exchange pipe is intended to exchange heat between a refrigerant fluid circulating inside the exchange pipe and a heating fluid present outside the exchange pipe, the first circulation zone being formed between the internal wall of the exchange pipe and the insert, the second circulation zone being formed inside an internal cavity of the insert.
  • the heat exchanger comprises a single exchange pipe.
  • the heat transfer is carried out between the refrigerant and a single other fluid disposed outside the exchange pipe.
  • the heat exchanger may be in the form of a tube wound around a sanitary water storage tank.
  • the heat exchanger can be an external condenser of a thermodynamic water heater.
  • the latter comprises a first exchange pipe and a second exchange pipe for transporting a heating fluid, the second exchange pipe being arranged at the inside the first exchange pipe so as to cause the refrigerant to circulate between an internal wall of the first exchange pipe and an external wall of the second exchange pipe.
  • the heat exchanger comprises several exchange pipes making it possible to circulate two fluids inside the exchanger.
  • These fluids include the refrigerant and a heating fluid, such as heating water.
  • the heat exchanger is here preferably in the form of a coaxial exchanger, i.e. with coaxial exchange pipes.
  • the insert is inserted between the two tubes to form the two circulation zones.
  • a third fluid can also be present outside the first exchange pipe, for example air or sanitary water when the exchanger is immersed inside a water storage tank sanitary.
  • the insert is arranged between the internal wall of the first exchange pipe and the external wall of the second exchange pipe, the first circulation zone being formed between the wall external of the second exchange pipe and the insert, the second circulation zone being formed between the internal wall of the first exchange pipe and the insert.
  • the one-way valve thus makes it possible to selectively choose the first or the second transport circuit.
  • said at least one exchange pipe extends along a helical or elliptical path.
  • a reversible heat exchanger is proposed, in particular for a refrigeration circuit of a heat pump.
  • the heat exchanger makes it possible to transfer heat between a refrigerant circulating inside the heat exchanger and another fluid.
  • a refrigeration circuit of a heat pump comprising such a reversible exchanger is also proposed.
  • This refrigeration circuit may be identical to that shown and described with reference to the figure 1 .
  • the proposed heat exchanger is one or both of the first 14 and second 18 heat exchangers.
  • the heat exchanger described below corresponds to the second exchanger 18 therefore corresponding to a condenser when the refrigeration circuit is in heating mode.
  • the heat exchanger comprises at least one exchange pipe in which a refrigerant fluid is intended to circulate between an inlet and an outlet of the exchanger.
  • Said at least one exchange pipe defines a first and a second refrigerant transport circuit inside the exchange pipe between the inlet and the outlet of the exchanger.
  • the first transport circuit is different from the second transport circuit.
  • the first and the second transport circuits respectively define a first and a second passage section of the refrigerant.
  • the first passage section is lower than the second passage section.
  • the refrigerant circulates inside a larger passage section when it follows the first direction of circulation.
  • the reversible heat exchanger thus allows the refrigerant to circulate through this exchanger following two circuits of different characteristics depending on its direction of circulation.
  • the heat exchanger 20 comprises a first 21 and a second orifice 23 for inserting or discharging the refrigerant, depending on the direction of circulation of the refrigerant inside the heat exchanger 20.
  • the first orifice 21 corresponds to the refrigerant inlet while the second orifice 23 corresponds to the refrigerant outlet.
  • the refrigerant circulates in a first direction of circulation 25 in the heating mode from the first orifice 21 to the second orifice 23.
  • the first orifice 21 corresponds to the refrigerant outlet while the second orifice 23 corresponds to the refrigerant inlet.
  • the refrigerant circulates in a second direction of circulation 27 in the cold mode from the second orifice 23 to the first orifice 21.
  • the heat exchanger 20 comprises a first exchange pipe 22 for transporting a refrigerant.
  • the heat exchanger 20 also comprises a second exchange pipe 24 for transporting a heating fluid, for example heating water.
  • the second exchange pipe 24 is arranged inside the first exchange pipe 22.
  • An annular space is thus formed between an internal wall 26 of the first exchange pipe 22 and an external wall 28 of the second pipe exchange 24.
  • the refrigerant is transported inside this annular space. A heat transfer can thus be achieved between the refrigerant and the heating fluid through the second exchange pipe 24.
  • the first 22 and second 24 exchange pipes are preferably of circular sections.
  • the first 22 and second 24 pipes are also preferably coaxial around an exchanger axis A.
  • This exchanger axis A can extend along a helical or elliptical path, or more generally define a curve .
  • the heat exchanger 20 can be in the form of a “coil” type exchanger.
  • the first exchange pipe 22 can have, for example, an outer diameter of between 35 and 80 mm and the second exchange pipe 24 can have an outer diameter of between 10 and 30 mm.
  • the first 22 and second 24 exchange pipes can be of any shape or geometry.
  • the heat exchanger 20 can be immersed inside a third fluid to carry out a heat exchange with this third fluid disposed around the first heat exchange pipe 22.
  • This third fluid can be water sanitary when the heat exchanger 20 is arranged inside a storage tank of a heating installation.
  • the heat exchanger 20 can be arranged in the open air so that the third fluid arranged around the first heat exchange pipe 22 is air, for example ambient air.
  • the heat exchanger 20 further comprises an insert 30 disposed in the annular space.
  • the insert 30 is placed between the internal wall 26 of the first exchange pipe 22 and the external wall 28 of the second exchange pipe 24.
  • the insert 30 extends along the first 22 and second 24 exchange pipes.
  • the insert 30 extends along the axis of the exchanger 30.
  • the insert 30 can therefore describe a helical or elliptical profile. This profile can also be qualified as a trajectory.
  • the first 22 and second 24 exchange pipes as well as the insert 30 are preferably bent together to obtain the elliptical or helical profile of the axis of the exchanger A.
  • the insert 30 is preferably of annular shape 30. In particular, the insert 30 extends transversely around the axis of the exchanger A.
  • the insert 30 makes it possible to reduce the flow section of the refrigerant while maintaining a large exchange surface with a potential third fluid. By reducing the passage section, the insert 30 makes it possible to increase the speed of circulation of the refrigerant fluid inside the heat exchanger 20 and thus to increase the exchange coefficient between the heating fluid and the Refrigerant.
  • the insert 30 is for example made of aluminum.
  • the heat exchanger 20 is configured to control the circulation of the refrigerant of the annular space.
  • the heat exchanger 20 defines a first and a second circuit for transporting the refrigerant fluid between the first 21 and second 23 orifices.
  • the heat exchanger 20 is configured so that the refrigerant circulates inside the first transport circuit when it circulates in the first direction of circulation 25, i.e. in heating mode.
  • the heat exchanger 20 is configured so that the refrigerant circulates inside the second transport circuit when it circulates in the second direction of circulation 27, i.e. in cold mode.
  • the first and a second transport circuits are different so as to allow a different flow of refrigerant depending on whether it circulates via the first or the second transport circuits.
  • the first and second transport circuits respectively define a first and a second flow section for the refrigerant.
  • the first passage section is smaller than the second passage section so that the volume of refrigerant fluid circulating inside the heat exchanger 20 in heating mode is less than the volume of refrigerant fluid circulating inside of the heat exchanger 20 in cold mode. This difference in section makes it possible in particular to vary the refrigerant charge according to the operating mode of the exchanger.
  • a reversible heat exchanger 20 is thus obtained making it possible to optimize the heat exchange between the refrigerant and the heating fluid in heating mode and to reduce pressure drops in cooling mode.
  • the heat exchanger 20 further comprises a one-way valve 42.
  • This one-way valve 42 is arranged inside the second transport circuit.
  • the refrigerant can circulate through the second transport circuit only in one direction of circulation.
  • the one-way valve 42 is configured to prevent the circulation of the refrigerant fluid through the one-way valve 42 when the refrigerant fluid circulates in the first direction of circulation 25.
  • the one-way valve 42 is configured to authorize the circulation of the fluid refrigerant through the one-way valve 42 when the refrigerant circulates in the second direction of circulation 27.
  • the one-way valve 42 can be made according to different configurations, in particular a non-return valve with a movable element within it or a movable annular valve. These configurations are described in more detail later in this document.
  • the first transport circuit comprises a first circulation zone 32.
  • the first transport circuit comprises only the first circulation zone 32.
  • the refrigerant circulates inside the first transport circuit, the latter circulates only within the first circulation zone 32.
  • the first circulation zone 32 is arranged on the periphery and close to the second exchange pipe 24.
  • the first circulation zone 32 is formed between the insert 30 and the second exchange pipe 24.
  • the outer wall 26 of the second exchange pipe 24 forms a proximal limit of the first circulation zone 32 and the insert 30 forms a distal limit of this first circulation zone 32.
  • the refrigerant circulating inside this first circulation zone 32 is therefore in contact with the second exchange pipe 24. Heat transfer is thus achieved between the refrigerant and the heating fluid.
  • the first circulation zone 32 is formed at least partially by a plurality of recesses or grooves formed in the insert 30.
  • the recesses or grooves thus form arches or passage channels for the refrigerant between the insert 30 and the second conduit of exchange 24.
  • the plurality of recesses or grooves are formed by an inner surface 36 of an inner cavity 38 formed in the insert 30.
  • the inner surface 36 of the inner cavity 38 is preferably at least partially in contact with the wall external 26 of the second exchange pipe 24 so as to improve the positioning of the insert 30 inside the annular space.
  • the recesses or grooves making it possible to reduce the passage section of the refrigerant without reducing the exchange surface with the outer wall 26 of the second exchange pipe 24.
  • the insert 30 thus also participates in increasing said surface of 'exchange.
  • the second transport circuit comprises the first circulation zone 32 and a second circulation zone 34.
  • the second transport circuit comprises the first transport circuit.
  • the second circulation zone 34 is arranged on the periphery and at a distance from the second exchange pipe 24.
  • the second circulation zone 34 is formed between the insert 30 and the first exchange pipe 22.
  • the insert 30 forms a proximal limit of the second circulation zone 34 and the internal wall 28 of the first exchange pipe 22 forms a distal limit of this second circulation zone 34.
  • the refrigerant circulating inside this second circulation zone 34 is in contact with the first exchange pipe 22.
  • the second circulation zone 34 is formed at least partially by a plurality of recesses or grooves formed in the insert 30.
  • the recesses or grooves thus form arches or passage channels for the refrigerant between the insert 30 and the inner wall 26 of the first exchange pipe 22.
  • the plurality of recesses or grooves are formed by an outer surface 40 of the insert 30.
  • the outer surface 40 is preferably at least partially in contact with the inner wall 28 of the first exchange pipe 22 so as to further improve the positioning of the insert 30 inside the annular space.
  • the hollows or grooves formed on the inner 36 and outer 40 surfaces of the insert extend along the axis of the exchanger so as to be able to circulate the refrigerant between the inlet 21 and the outlet of the exchanger 23.
  • the hollows or grooves preferably extend parallel to the exchanger axis A. These hollows or grooves can be of any geometry or dimension.
  • the heat exchanger 20 further comprises a first 52 and a second 54 connecting pieces respectively disposed at a first 55 and a second 57 ends of the first exchange pipe 22.
  • Each of the first 52 and second 54 connecting pieces forms a closing wall of the annular space between the first 22 and second 24 exchange pipes.
  • each of the first 52 and second 54 connecting parts comprise a closure end 56 in contact with the second exchange pipe 24 and a connection end 58 connected with the first exchange pipe 22.
  • the closure ends 56 are fixed in leaktight manner to the outer wall 26 of the second exchange pipe 24, for example by soldering.
  • the first connecting part 52 forms the first orifice 21 and the second connecting part 54 forms the second orifice 23.
  • the first 32 and second 34 circulation zones are in fluid communication with the first orifice 21 at the level of the first connecting piece 52 and with the second orifice 23 at the level of the second connecting piece 54.
  • the first connection part 52 defines a first connection cavity 60 in fluid communication with the first orifice 21 as well as with the first 32 and second 34 circulation zones.
  • the first connection cavity 60 is preferably an annular cavity extending around the second exchange pipe 24.
  • the second connection part 54 defines a second connection cavity 62 in fluid communication with the second orifice 23 and the first circulation zone 32.
  • the second connection cavity 62 is not in fluid communication with the second circulation zone 34. This is achieved in particular by the connection end 58 of the second connection piece 54 which makes it possible to obstruct one end of the second circulation zone 34.
  • the second connection cavity 62 is preferably an annular cavity extending around the second exchange pipe 24.
  • the heat exchanger 20 further comprises a bypass pipe 64 from the second connection cavity 62.
  • This bypass pipe 64 advantageously comprises the one-way valve 42 and allows the second orifice 23 and the second circulation zone to be placed in fluid communication. 34.
  • This branch line 64 can be formed by a sleeve 66 arranged between the end of connection 58 of the second connecting piece 54 and the second end 57 of the first exchange pipe 32.
  • a first embodiment of the one-way valve 42 is shown in the figures 2 to 5 .
  • the one-way valve 42 is a non-return valve comprising a movable element, for example a ball.
  • the movable element Under the action of the fluid flowing through the one-way valve 42, the movable element is configured to be moved between an obstruction position and a position authorizing the circulation of the fluid through the one-way valve 42.
  • the displacement of the mobile element towards the obstruction or authorization position depends on the direction of circulation of the fluid.
  • the latter has no moving element.
  • the assembly and configuration of the one-way valve 42 allow it to be moved entirely between an obstruction position and a position allowing the circulation of the fluid according to the direction of circulation of the fluid. This displacement is carried out under the action of the fluid itself.
  • the one-way valve 42 comprises an annular portion configured to obstruct the second circulation zone 34 when the one-way valve 42 is placed in the obstruction position. Thus, when the fluid circulates in the first direction of circulation 25, the one-way valve 42 is moved under the action of the fluid towards the obstruction position.
  • the one-way valve 42 is for example an annular washer whose radial dimension of the solid portion is at least equal to the radial dimension of the second circulation zone 34.
  • the one-way valve 42 is arranged between the connection end 58 and one end of the first exchange pipe 22. A space is then provided between the connection end 58 and one end of the first exchange pipe 22 for the longitudinal displacement of the one-way valve 42.
  • connection end 58 of the first 52 and second 54 connecting pieces forms an axial stop to prevent the axial displacement of the insert 30.
  • the connection end 58 is preferably in contact with one end of the insert 30.
  • the connection end 58 of the first connection piece 52 forms one or more openings 60 allowing communication of fluid between the first orifice 21 and the first 32 and second 34 circulation zones.
  • the first 52 and second 54 connecting pieces can be made by spinning or by machining.
  • the first 52 and second 54 connecting pieces can be made of copper or brass.
  • the figure 4 shows the heat exchanger 20 in heating mode.
  • a first flow 48 of refrigerant circulates through the first transport circuit in the first direction of circulation 25, from the first orifice 21 to the second orifice 23.
  • the one-way valve 42 prevents this first flow 48 from crossing the second circulation zone 34.
  • a volume of refrigerant can enter inside the second circulation zone 34. However, this volume has zero speed and is therefore stored in liquid form in the second circulation zone 34 because the one-way valve 42 opposes its passage. There is therefore no circulation inside the second circulation 34.
  • the figure 5 shows the heat exchanger 20 in cooling mode.
  • a second flow 50 of refrigerant circulates through the second transport circuit in the second direction of circulation 27, from the second orifice 23 to the first orifice 21.
  • the one-way valve 42 allows this second flow 50 to circulate through the second circulation zone 34 so that the refrigerant circulates both in the first 32 and the second 34 circulation zones.
  • a second embodiment of the reversible heat exchanger uses the same principle as the first embodiment, ie the transport of the refrigerant along different transport circuits depending on the direction of circulation of the refrigerant inside the heat exchanger.
  • This second embodiment differs from the first embodiment in that the heat exchanger 70 only forms a single exchange interface. In other words, only one fluid, the refrigerant, can circulate inside the heat exchanger 70 and exchange heat with a fluid outside the heat exchanger 70.
  • the second embodiment is therefore a simplified version, comprising a single exchange interface, of the first embodiment.
  • the heat exchanger 20 of the first embodiment is capable of forming two exchange interfaces, between the refrigerant fluid and the heating fluid and between the refrigerant fluid and a potential third fluid.
  • the heat exchanger 70 comprises a single exchange pipe 72 in which the refrigerant can circulate.
  • the heat exchanger 70 only one fluid can circulate inside the heat exchanger 70.
  • a heat exchange is carried out between the refrigerant circulating inside the exchange pipe 72 and another fluid placed outside this exchange pipe 72. This other fluid can be directly in contact with the exchange pipe 72 or placed in a storage enclosure close to the pipe exchange 72.
  • the exchange pipe 72 is preferably of circular section and extends along an exchanger axis A.
  • This exchanger axis A can extend along a helical or elliptical path.
  • the heat exchanger 20 can be a “coil” type exchanger.
  • the exchange pipe 72 can have an external diameter comprised for example between 35 and 50 mm.
  • the exchange pipe 72 can be of any shape or geometry.
  • the heat exchanger 70 can be arranged around a storage tank 82 of a heating installation to exchange heat with the sanitary water 84 present in the storage tank 82, as shown. in figure 6 .
  • the exchange pipe 72 is placed between an inner wall 86 and an outer wall 88 of the storage tank 82.
  • a thermal insulation material 90 can be placed between the inner 86 and outer 88 walls to limit heat losses.
  • a material 92 promoting heat exchange can also be placed between the exchange pipe 72 and the inner wall 86 of the storage tank 82.
  • the heat exchanger 70 comprises a first 74 and a second 76 orifices for inserting or delivering the refrigerant, depending on the direction of circulation of the refrigerant inside the heat exchanger 70.
  • the first orifice 74 corresponds to the refrigerant inlet while the second orifice 76 corresponds to the refrigerant outlet.
  • the refrigerant circulates in a first direction of circulation 75 from the first orifice 74 to the second orifice 76.
  • the first orifice 74 corresponds to the refrigerant outlet while the second orifice 76 corresponds to the refrigerant inlet.
  • the refrigerant circulates in a second direction of circulation 77 from the second orifice 76 to the first orifice 74.
  • the heat exchanger 70 further comprises an insert 94 disposed inside the exchange pipe 72.
  • the insert 94 extends along the axis of exchanger A.
  • the insert 94 is preferably of circular section.
  • the insert 94 extends transversely around the exchanger axis A.
  • the insert 94 can therefore describe a helical or elliptical profile.
  • the exchange pipe 72 and the insert 94 are preferably bent together to obtain an elliptical or helical profile of the axis of the exchanger A.
  • Insert 94 is preferably identical to insert 30 in both function and structural features.
  • the insert 94 makes it possible to reduce the flow section of the refrigerant fluid while maintaining a large exchange surface with the heating fluid. By reducing the passage section, the insert 94 makes it possible to increase the speed of circulation of the refrigerant fluid inside the heat exchanger 70 and thus to increase the exchange coefficient between the heating fluid and the Refrigerant.
  • the insert 94 is for example made of aluminum.
  • the heat exchanger 70 is configured to control the circulation of the refrigerant inside the exchange pipe according to the direction of circulation of the refrigerant.
  • the heat exchanger 70 defines a first and a second circuit for transporting the refrigerant fluid between the first 74 and second 76 orifices.
  • the heat exchanger 70 is configured so that the refrigerant circulates inside the first transport circuit when it circulates in the first direction of circulation 75, i.e. in heating mode.
  • the heat exchanger is configured so that the refrigerant circulates inside the second transport circuit when it circulates in the second direction of circulation 77, i.e. in cold mode.
  • the first passage section defined by the first transport circuit is smaller than the second passage section defined by the second transport circuit so that the volume of refrigerant flowing inside the heat exchanger 20 in heating mode is less than the volume of refrigerant circulating inside the heat exchanger 20 in cooling mode.
  • the heat exchanger 70 also comprises a one-way valve 96.
  • This one-way valve 96 is arranged inside the second transport circuit 96.
  • the refrigerant can circulate through the second transport circuit only in one direction of circulation.
  • the one-way valve 96 is configured to prevent the circulation of the refrigerant fluid through the one-way valve 96 when the refrigerant fluid circulates in the first direction of circulation 75.
  • the one-way valve 96 is configured to authorize the circulation of the fluid refrigerant through the one-way valve 96 when the refrigerant circulates in the second direction of circulation 77.
  • the one-way valve 96 is for example a non-return valve.
  • This non-return valve comprises a movable element, for example a ball.
  • the movable element Under the action of the fluid flowing through the one-way valve 42, the movable element is configured to be moved between an obstruction position and a position authorizing the circulation of the fluid through the one-way valve 42.
  • the displacement of the mobile element towards the obstruction or authorization position depends on the direction of circulation of the fluid.
  • the first transport circuit comprises a first circulation zone 98.
  • the first transport circuit comprises only the first circulation zone 98.
  • the refrigerant circulates inside the first transport circuit, the latter circulates only within the first circulation zone 98.
  • the first circulation zone 98 is arranged between the insert 94 and an internal wall 100 of the exchange pipe 72.
  • the insert 94 forms a proximal limit of the first circulation zone 98 and the internal wall 100 of the exchange pipe 72 forms a distal limit of this first circulation zone 98.
  • the refrigerant circulating inside this first circulation zone 98 is therefore in contact with the internal wall 100 of the exchange pipe 72. A heat transfer is thus achieved between the refrigerant and the heating fluid via the exchange pipe 72.
  • first circulation zone 98 of the second embodiment is arranged at the level of a peripheral zone inside the exchange pipe 72 whereas the first circulation zone 32 of the first embodiment is arranged in a central zone inside the first exchange pipe 22.
  • This difference results from the fact that the main heat exchange in heating mode is that carried out with the heating fluid.
  • the heating fluid is placed in the center of the first exchange pipe 22 in the first embodiment and outside the exchange pipe 72 in the second embodiment.
  • the first circulation zone is in both cases close to or in contact with the wall separating the refrigerant fluid from the heating fluid.
  • the first circulation zone 98 is formed at least partially by a plurality of hollows or grooves formed in the insert 94.
  • the hollows or grooves thus form arches or passage channels for the refrigerant between the insert 94 and the pipe of exchange 72.
  • the plurality of recesses or grooves are formed by an outer surface 102 of the insert 94.
  • the outer surface 102 is preferably at least partially in contact with the inner wall 100 of the exchange pipe 72 so as to improve the positioning of the insert 94 inside the exchange pipe 72.
  • the second transport circuit comprises the first circulation zone 98 and a second circulation zone 104.
  • the second transport circuit comprises the first transport circuit.
  • the second circulation zone 104 at the level of a central zone of the exchange pipe 72.
  • the second circulation zone 104 is formed by an internal cavity 106 formed inside the insert 94.
  • This cavity internal 106 can also comprise a plurality of recesses or grooves in particular to increase the second passage section.
  • the first 74 and second 76 orifices are for example formed respectively by a first 78 and a second 80 sleeves arranged at each end of the exchange pipe 72.
  • the first 78 and a second 80 sleeves form an axial abutment making it possible to prevent the translation of the insert 94 along the exchanger axis A.
  • the one-way valve 96 is arranged inside the second sleeve 80 to allow unidirectional circulation of the refrigerant through the second circulation zone 104.
  • the second sleeve 80 comprises a tube 108 forming a central zone in communication with fluid with the second circulation zone 104 and an annular peripheral zone extending around the tube 108 in fluid communication with the first circulation zone 98.
  • the tube 108 makes it possible to locally render the first 98 and second 104 circulation zones independent. traffic.
  • the one-way valve 96 is disposed inside the tube 108 to allow unidirectional circulation through the second circulation zone 104.
  • the tube 108 can be positioned inside the second sleeve 80 using fins or of arms 110 arranged in contact with an internal surface of the second sleeve 80, these fins or arms 110 not preventing the passage of the refrigerant.
  • the refrigerant In heating mode, the refrigerant circulates through the first transport circuit in the first direction of circulation 75, from the first orifice 74 to the second orifice 76.
  • the one-way valve 96 prevents the refrigerant from crossing the second circulation zone 104
  • a volume of refrigerant can enter inside the second circulation zone 104. However, this volume has a zero speed and is therefore stored in liquid form in the second circulation zone 104 because the one-way valve 96 opposes its passage. There is therefore no circulation inside the second circulation 104.
  • the refrigerant In cold mode, the refrigerant circulates through the second transport circuit in the second direction of circulation 77, from the second orifice 76 to the first orifice 74.
  • the one-way valve 96 allows the refrigerant to circulate through the second zone circulation 104 so that the refrigerant circulates both in the first 98 and the second 104 circulation zones.

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Description

  • La présente invention concerne le domaine des pompes à chaleur.
  • En particulier, la présente invention concerne un échangeur de chaleur réversible pour transférer de la chaleur entre un fluide frigorigène et un autre fluide conforme au préambule de la revendication 1. Un tel échangeur est connu de GB 2 409 510 A .
  • Pour le chauffage des logements, il est connu d'utiliser un type de pompe à chaleur dite « Air/Eau ». Ce type de pompe à chaleur permet de transférer de la chaleur entre l'air extérieur et de l'eau de chauffage circulant à l'intérieur d'un logement en utilisant un fluide frigorigène.
  • Tel que représenté en figure 1, une pompe à chaleur comprend un circuit frigorifique 10 comportant un compresseur 12, un premier échangeur 14 de chaleur fluide frigorigène/eau, un détendeur 16 et un deuxième échangeur 18 de chaleur fluide frigorigène/air.
  • Le compresseur 12 permet d'élever conjointement la pression et la température d'un fluide 17 compressible dit « frigorigène ». Le premier échangeur 14 fluide frigorigène/eau, appelé généralement condenseur, permet de refroidir le fluide frigorigène 17 avec l'eau de chauffage et de le faire se condenser. Cet échange de chaleur permet de chauffer l'eau de chauffage et donc de chauffer un logement 19. Le détendeur 16 permet d'assurer une chute de la pression du fluide frigorigène. Enfin, le deuxième échangeur 18 de chaleur fluide frigorigène/air, appelé généralement évaporateur, permet de réchauffer le fluide frigorigène 17 avec l'air extérieur jusqu'à son évaporation.
  • Par usage, on appelle ce mode de fonctionnement le mode « chauffage » car il permet d'élever la température à l'intérieur du logement 19. Dans ce mode chauffage, le fluide frigorigène circule depuis le compresseur 12 vers le premier échangeur 14, ensuite vers le détendeur 16 et vers le deuxième échangeur 18 pour enfin revenir vers le compresseur 12.
  • Compte tenu des conditions climatiques extérieures, l'évaporateur 18 peut régulièrement se recouvrir de givre ce qui dégrade fortement ses performances. Pour restaurer ces performances, il est possible et commun, par exemple, d'ajouter au circuit frigorifique 10 une vanne d'inversion de cycle (non illustrée) pour inverser le rôle des premier 14 et deuxième échangeur 18. Ainsi, la température du fluide frigorigène 17 sortant du compresseur 12 permet de réchauffer le deuxième échangeur 18 et donc de le dégivrer.
  • Ce mode de fonctionnement inversé peut également servir à abaisser la température du logement 19 en période estivale.
  • On nomme ce mode de fonctionnement inversé, le mode « froid » car il permet d'abaisser la température à l'intérieur du logement 19 pour la transférer vers l'air extérieur. Dans ce mode froid, le fluide frigorigène circule depuis le compresseur 12 vers le deuxième échangeur 18, ensuite vers le détendeur 16 et vers le premier échangeur 14 pour enfin revenir vers le compresseur 12.
  • Il est toutefois bien connu que les contraintes et caractéristiques propres à ces deux modes de fonctionnement sont très différentes, en particulier pour le dimensionnement des premier 14 et deuxième 18 échangeurs. Bien que le fonctionnement du circuit frigorifique 10 puisse être inversé, celui-ci est généralement calculé et donc optimisé en fonction du seul mode chauffage, tout du moins majoritairement en fonction de celui-ci. Les caractéristiques des premier 14 et deuxième 18 échangeurs sont ainsi très différentes compte tenu des contraintes qui régissent leur calcul et leur construction.
  • Il existe notamment une grande variation de la charge optimale du fluide frigorigène d'un mode de fonctionnement à l'autre. Cette charge optimale correspond au volume de fluide frigorigène qu'un échangeur de chaleur peut contenir pour réaliser un échange de chaleur optimal. En mode chauffage, cette charge optimale peut être, par exemple, d'environ 1 litre pour un condenseur alors celle-ci peut être de 3 à 8 litres pour l'évaporateur correspondant. Or, en inversant le mode de fonctionnement, la charge optimale est inversée entre les premier 14 et deuxième 18 échangeurs. Pour pallier cette grande variation de charge optimale, le circuit frigorifique 10 peut par exemple comprendre un réservoir de stockage de fluide frigorigène.
  • Par ailleurs, compte-tenu de leur géométrie, les premier 14 et deuxième 18 échangeurs peuvent présenter une résistance à l'écoulement du fluide ou perte de charge fortement différente. Cette perte de charge est très différente en mode chauffage et en mode froid pour chacun des échangeurs. A titre d'exemple, les pertes de charge peuvent être doublées entre le mode chauffage et le mode froid dans le cas d'un échangeur de chaleur coaxial. Un tel échangeur coaxial est notamment présenté dans le document EP 1 965 164 A1 .
  • Or, il est connu qu'une forte perte de charge répartie dans l'échangeur assurant l'évaporation du fluide frigorigène entraine une forte réduction du rendement du circuit frigorifique 17. En effet, ces pertes de charge entrainent un abaissement de la température d'évaporation ce qui oblige le compresseur 12 à fournir plus de travail pour augmenter sa température de refoulement.
  • Une réduction des pertes de charge en mode froid provoque une réduction de la vitesse de circulation du fluide en mode chauffage entraînant une forte dégradation du coefficient d'échange thermique dans ce mode de fonctionnement.
  • Les échangeurs de chaleur du type à plaques brasées sont moins sensibles à la dégradation de leur performance lors de l'inversement du fonctionnement. Toutefois, ce type d'échangeurs est peu résistant à l'encrassement ce qui est un inconvénient majeur.
  • Aucune solution existante ne permet ainsi d'obtenir des niveaux de performance satisfaisants tant dans le mode chauffage que le mode froid.
  • Il existe donc un besoin pour une solution permettant à un circuit frigorifique de fonctionner de manière inversée tout en ayant un niveau de performance amélioré, en particulier en mode froid lorsque le circuit frigorifique est utilisé pour le dégivrage de l'évaporateur ou le rafraîchissement d'un local.
  • Pour cela, l'invention propose un échangeur de chaleur réversible pour transférer de la chaleur entre un fluide frigorigène et un autre fluide, l'échangeur de chaleur comprenant au moins une conduite d'échange dans laquelle un fluide frigorigène est destiné à circuler entre une entrée et une sortie de l'échangeur, la conduite d'échange définissant un premier et un deuxième circuits de transport du fluide frigorigène à l'intérieur de la conduite d'échange entre l'entrée et la sortie de l'échangeur, le premier circuit de transport étant différent du deuxième circuit de transport, l'échangeur de chaleur étant configuré pour permettre la circulation du fluide frigorigène selon :
    • un premier sens de circulation à l'intérieur du premier circuit de transport de l'entrée vers la sortie de l'échangeur, et
    • un deuxième sens de circulation à l'intérieur du deuxième circuit de transport de la sortie de l'échangeur vers l'entrée de l'échangeur.
  • La formation de circuits de transport du fluide frigorigène différents selon le sens de circulation du fluide frigorigène à l'intérieur de l'échangeur de chaleur permet d'obtenir des caractéristiques de fonctionnement différentes pour chacun des modes froid et chauffage. Il est ainsi possible d'optimiser chacun des circuits en fonction des besoins de chacun des modes de fonctionnement. Cette optimisation peut prendre différentes formes dont l'adaptation de la section de passage du fluide frigorigène à l'intérieur de l'échangeur de chaleur.
  • Il est ainsi possible de faire varier la charge optimale de fluide frigorigène ainsi que les pertes de charge entre chaque mode de fonctionnement.
  • Cette optimisation permet d'améliorer les performances de l'échangeur dans chacun des modes de fonctionnement et en particulier dans le mode froid.
  • Ceci permet ainsi d'obtenir un circuit frigorifique permettant un dégivrage beaucoup plus rapide que dans les circuits frigorifiques existant. Les performances de rafraichissement d'un logement sont également améliorées.
  • Selon un mode de réalisation de l'échangeur de chaleur, le premier et le deuxième circuits de transport définissent respectivement une première et une deuxième sections de passage du fluide frigorigène, la première section de passage étant inférieure à la deuxième section de passage.
  • Selon un mode de réalisation de l'échangeur de chaleur, le deuxième circuit de transport comprend le premier circuit de transport.
  • Le premier circuit de transport est ainsi utilisé dans les deux sens de circulation et une portion de circuit supplémentaire est utilisée uniquement dans l'un des deux sens de circulation. Cette mutualisation des circuits de transport permet de simplifier l'échangeur de chaleur et d'en limiter les coûts de fabrication.
  • Selon un mode de réalisation de l'échangeur de chaleur, celui-ci comprend en outre un insert disposé à l'intérieur de la conduite d'échange, l'insert formant au moins partiellement une première zone de circulation appartenant au premier circuit de transport du fluide frigorigène, l'insert formant en outre au moins partiellement une deuxième zone de circulation appartenant au deuxième circuit de transport du fluide frigorigène.
  • L'utilisation d'un insert permet de former aisément les circuits de transport à l'intérieur de la conduite d'échange. Les circuits de transport peuvent ainsi être définis par la géométrie de l'insert.
  • Selon un mode de réalisation de l'échangeur de chaleur, les première et deuxième zones de circulation sont formées par au moins l'un parmi au moins une rainure formée sur une surface externe de l'insert ou sur une surface interne d'une cavité formée dans l'insert.
  • L'utilisation de rainures permet de créer les zones de circulation tout en maintenant l'insert en contact avec un ou plusieurs conduites de l'échangeur. Ce contact permet notamment de positionner l'insert à l'intérieur de la conduite d'échange et de former une surface d'échange de chaleur. De plus, lorsque les zones de circulation sont formées par une pluralité de rainures le fluide frigorigène est mieux distribué dans la conduite d'échange et permet ainsi d'améliorer l'efficacité du transfert de chaleur.
  • Selon un mode de réalisation de l'échangeur de chaleur, la conduite d'échange est destinée à échanger de la chaleur entre un fluide frigorigène circulant à l'intérieur de la conduite d'échange et un fluide de chauffage présent à l'extérieur de la conduite d'échange, la première zone de circulation étant formée entre la paroi interne de la conduite d'échange et l'insert, la deuxième zone de circulation étant formée à l'intérieur d'une cavité interne de l'insert.
  • Dans cette configuration, l'échangeur de chaleur comprend une unique conduite d'échange. Le transfert de chaleur est réalisé entre le fluide frigorigène et un seul autre fluide disposé à l'extérieur de la conduite d'échange. L'échangeur de chaleur peut être de la forme d'un tube enroulé autour d'un ballon de stockage d'eau sanitaire. A titre d'exemple, l'échangeur de chaleur peut être un condenseur extérieur d'un chauffe-eau thermodynamique.
  • Selon un mode de réalisation de l'échangeur de chaleur, celui-ci comprend une première conduite d'échange et une deuxième conduite d'échange pour le transport d'un fluide de chauffage, la deuxième conduite d'échange étant disposée à l'intérieur de la première conduite d'échange de manière à faire circuler le fluide frigorigène entre une paroi interne de la première conduite d'échange et une paroi externe de la deuxième conduite d'échange.
  • Dans cette configuration, l'échangeur de chaleur comprend plusieurs conduites d'échange permettant de faire circuler à l'intérieur de l'échangeur deux fluides. Ces fluides comprennent le fluide frigorigène et un fluide de chauffage, tel que de l'eau de chauffage. L'échangeur de chaleur est ici de préférence de la forme d'un échangeur coaxial, i.e. à conduites d'échange coaxiales. L'insert est inséré entre les deux tubes pour former les deux zones de circulation. Un troisième fluide peut également être présent à l'extérieur de la première conduite d'échange, par exemple de l'air ou de l'eau sanitaire lorsque l'échangeur est immergé à l'intérieur d'un ballon de stockage d'eau sanitaire.
  • Selon un mode de réalisation de l'échangeur de chaleur, l'insert est disposé entre la paroi interne de la première conduite d'échange et la paroi externe de la deuxième conduite d'échange, la première zone de circulation étant formée entre la paroi externe de la deuxième conduite d'échange et l'insert, la deuxième zone de circulation étant formée entre la paroi interne de la première conduite d'échange et l'insert.
  • Selon un mode de réalisation de l'échangeur de chaleur, celui-ci comprend en outre une vanne unidirectionnelle disposée dans le deuxième circuit de transport et configurée pour :
    • empêcher la circulation du fluide frigorigène au travers de la vanne unidirectionnelle lorsque le fluide frigorigène circule dans le premier sens de circulation, et
    • autoriser la circulation du fluide frigorigène au travers de la vanne unidirectionnelle lorsque le fluide frigorigène circule dans le deuxième sens de circulation.
  • La vanne unidirectionnelle permet ainsi de choisir sélectivement le premier ou le deuxième circuit de transport.
  • Selon un mode de réalisation de l'échangeur de chaleur, ladite au moins une conduite d'échange s'étend le long d'une trajectoire hélicoïdale ou elliptique.
    • Brève description des dessins
  • Les dessins annexés illustrent l'invention :
    • [Fig. 1] représente un schéma d'un circuit frigorifique d'une installation de chauffage pour un logement.
    • [Fig. 2] représente une vue en coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation d'un échangeur de chaleur réversible.
    • [Fig. 3] représente une vue en coupe transversale de l'échangeur de chaleur réversible de la figure 2.
    • [Fig. 4] représente une vue en coupe longitudinale de l'échangeur de chaleur réversible de la figure 2 en mode chauffage dans lequel le fluide frigorigène circule à l'intérieur de l'échangeur de chaleur selon un premier sens de circulation.
    • [Fig. 5] représente une vue en coupe longitudinale de l'échangeur de chaleur réversible de la figure 2 en mode froid dans lequel le fluide frigorigène circule à l'intérieur de l'échangeur de chaleur selon un deuxième sens de circulation.
    • [Fig. 6] représente une vue en coupe transversale d'un deuxième mode de réalisation de l'échangeur de chaleur réversible.
    • [Fig. 7] représente une vue en coupe longitudinale de l'échangeur de chaleur réversible de la figure 6.
    Description de mode(s) de réalisation
  • Il est proposé un échangeur de chaleur réversible, notamment pour un circuit frigorifique d'une pompe à chaleur. L'échangeur de chaleur permet de transférer de la chaleur entre un fluide frigorigène circulant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur et un autre fluide.
  • Il est également proposé un circuit frigorifique d'une pompe à chaleur comprenant un tel échangeur réversible. Ce circuit frigorifique peut être identique à celui représenté et décrit en référence à la figure 1. Dans ce cas, l'échangeur de chaleur proposé est l'un ou les deux parmi les premier 14 et deuxième 18 échangeurs de chaleur. De manière préférée, l'échangeur de chaleur décrit ci-après correspond au deuxième échangeur 18 correspondant donc à un condenseur lorsque le circuit frigorifique est en mode chauffage.
  • L'échangeur de chaleur comprend au moins une conduite d'échange dans laquelle un fluide frigorigène est destiné à circuler entre une entrée et une sortie de l'échangeur. Ladite au moins une conduite d'échange définit un premier et un deuxième circuits de transport du fluide frigorigène à l'intérieur de la conduite d'échange entre l'entrée et la sortie de l'échangeur.
  • Le premier circuit de transport est différent du deuxième circuit de transport. Le premier et le deuxième circuits de transport définissent respectivement une première et une deuxième section de passage du fluide frigorigène. De manière préférée, la première section de passage est inférieure à la deuxième section de passage. Ainsi, le fluide frigorigène circule à l'intérieur d'une section de passage plus importante lorsqu'il suit le premier sens de circulation.
  • L'échangeur de chaleur réversible permet ainsi au fluide frigorigène de circuler au travers de cet échangeur suivant deux circuits de caractéristiques différentes selon son sens de circulation.
  • En référence aux figures 2 à 5, un premier mode de réalisation de l'échangeur de chaleur réversible est proposé.
  • En référence à la figure 2, l'échangeur de chaleur 20 comprend un premier 21 et un deuxième orifices 23 d'insertion ou de refoulement du fluide frigorigène, selon le sens de circulation du fluide frigorigène à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 20. Dans le mode chauffage, le premier orifice 21 correspond à l'entrée de fluide frigorigène tandis que le deuxième orifice 23 correspond à la sortie du fluide frigorigène. Ainsi, le fluide frigorigène circule selon un premier sens de circulation 25 dans le mode chauffage depuis le premier orifice 21 vers le deuxième orifice 23. Inversement, en mode froid, le premier orifice 21 correspond à la sortie de fluide frigorigène tandis que le deuxième orifice 23 correspond à l'entrée du fluide frigorigène. Ainsi, le fluide frigorigène circule selon un deuxième sens de circulation 27 dans le mode froid depuis le deuxième orifice 23 vers le premier orifice 21.
  • En référence aux figures 2 et 3, l'échangeur de chaleur 20 comporte une première conduite d'échange 22 pour le transport d'un fluide frigorigène. L'échangeur de chaleur 20 comprend également une deuxième conduite d'échange 24 pour le transport d'un fluide de chauffage, par exemple de l'eau de chauffage. La deuxième conduite d'échange 24 est disposé à l'intérieur de la première conduite d'échange 22. Un espace annulaire est ainsi formé entre une paroi interne 26 de la première conduite d'échange 22 et une paroi externe 28 de la deuxième conduite d'échange 24. Le fluide frigorigène est transporté à l'intérieur de cet espace annulaire. Un transfert de chaleur peut ainsi être réalisé entre le fluide frigorigène et le fluide de chauffage au travers de la deuxième conduite d'échange 24.
  • Les première 22 et deuxième 24 conduites d'échange sont de préférence de sections circulaires. Dans ce cas, les première 22 et deuxième 24 conduites sont également de préférence coaxiales autour d'un axe d'échangeur A. Cet axe d'échangeur A peut s'étendre suivant une trajectoire hélicoïdale ou elliptique, ou bien plus généralement définir une courbe. Ainsi, l'échangeur de chaleur 20 peut être de la forme d'un échangeur de type « serpentin ». A titre d'exemple, la première conduite d'échange 22 peut avoir, par exemple, un diamètre externe compris entre 35 et 80 mm et la deuxième conduite d'échange 24 peut avoir un diamètre externe compris entre 10 et 30 mm. De manière alternative, les premières 22 et deuxième 24 conduites d'échange peuvent être de toute forme ou géométrie.
  • L'échangeur de chaleur 20 peut être immergé à l'intérieur d'un troisième fluide pour réaliser un échange de chaleur avec ce troisième fluide disposé autour de la première conduite d'échange de chaleur 22. Ce troisième fluide peut être de l'eau sanitaire lorsque l'échangeur de chaleur 20 est disposé à l'intérieur d'un ballon de stockage d'une installation de chauffage. De manière alternative, l'échangeur de chaleur 20 peut être disposé à l'air libre de sorte que le troisième fluide disposé autour de la première conduite d'échange de chaleur 22 est de l'air, par exemple de l'air ambiant.
  • L'échangeur de chaleur 20 comprend en outre un insert 30 disposé dans l'espace annulaire. En d'autres termes, l'insert 30 est disposé entre la paroi interne 26 de la première conduite d'échange 22 et la paroi externe 28 de la deuxième conduite d'échange 24. L'insert 30 s'étend le long des les première 22 et deuxième 24 conduites d'échange. Ainsi, l'insert 30 s'étend le long de l'axe de d'échangeur 30. L'insert 30 peut donc décrire un profil hélicoïdal ou elliptique. Ce profil peut être également qualifié de trajectoire. Les première 22 et deuxième 24 conduites d'échange ainsi que l'insert 30 sont de préférence cintrés ensemble pour obtenir le profil elliptique ou hélicoïdal de l'axe d'échangeur A. L'insert 30 est de préférence de forme annulaire 30. En particulier, l'insert 30 s'étend transversalement autour de l'axe d'échangeur A.
  • L'insert 30 permet de réduire la section de passage du fluide frigorigène tout en conservant une surface d'échange importante avec un potentiel troisième fluide. En diminuant la section de passage, l'insert 30 permet d'augmenter la vitesse de circulation du fluide frigorigène à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 20 et ainsi d'augmenter le coefficient d'échange entre le fluide de chauffage et le fluide frigorigène. L'insert 30 est par exemple réalisé en aluminium.
  • L'échangeur de chaleur 20 est configuré pour contrôler la circulation du fluide frigorigène de l'espace annulaire. Pour cela, l'échangeur de chaleur 20 définit un premier et un deuxième circuits de transport du fluide frigorigène entre les premier 21 et deuxième 23 orifices. L'échangeur de chaleur 20 est configuré pour que le fluide frigorigène circule à l'intérieur du premier circuit de transport lorsqu'il circule dans le premier sens de circulation 25, i.e. en mode chauffage. Inversement, l'échangeur de chaleur 20 est configuré pour que le fluide frigorigène circule à l'intérieur du deuxième circuit de transport lorsqu'il circule dans le deuxième sens de circulation 27, i.e. en mode froid.
  • Les premier et un deuxième circuits de transport sont différents de manière à permettre un flux de fluide frigorigène différent selon qu'il circule via le premier ou le deuxième circuits de transport. En particulier, le premier et le deuxième circuits de transport définissent respectivement une première et une deuxième sections de passage du fluide frigorigène. La première section de passage est inférieure à la deuxième section de passage de manière à ce que le volume de fluide frigorigène circulant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 20 en mode chauffage soit inférieur au volume de fluide frigorigène circulant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 20 en mode froid. Cette différence de section permet notamment de faire varier la charge de fluide frigorigène selon le mode de fonctionnement de l'échangeur.
  • On obtient ainsi un échangeur de chaleur 20 réversible permettant d'optimiser l'échange de chaleur entre e fluide frigorigène et le fluide de chauffage en mode chauffage et de réduire les pertes de charge en mode froid.
  • Pour réaliser une circulation sélective du fluide frigorigène dans le premier ou le deuxième circuit de transport, l'échangeur de chaleur 20 comprend en outre une vanne unidirectionnelle 42. Cette vanne unidirectionnelle 42 est disposée à l'intérieur du deuxième circuit de transport. Ainsi, le fluide frigorigène peut circuler au travers du deuxième circuit de transport uniquement dans un sens de circulation. En particulier, la vanne unidirectionnelle 42 est configurée pour empêcher la circulation du fluide frigorigène au travers de la vanne unidirectionnelle 42 lorsque le fluide frigorigène circule dans le premier sens de circulation 25. Inversement, la vanne unidirectionnelle 42 est configurée pour autoriser la circulation du fluide frigorigène au travers la vanne unidirectionnelle 42 lorsque le fluide frigorigène circule dans le deuxième sens de circulation 27. La vanne unidirectionnelle 42 peut être réalisée selon différentes configurations, notamment un clapet anti-retour avec un élément mobile en son sein ou un clapet annulaire mobile. Ces configurations sont décrites plus en détails plus tard dans ce document.
  • Le premier circuit de transport comprend une première zone de circulation 32. En particulier, le premier circuit de transport comprend seulement la première zone de circulation 32. Ainsi, lorsque le fluide frigorigène circule à l'intérieur du premier circuit de transport, celui-ci circule seulement à l'intérieur de la première zone de circulation 32.
  • La première zone de circulation 32 est disposée en périphérie et à proximité de la deuxième conduite d'échange 24. La première zone de circulation 32 est formée entre l'insert 30 et la deuxième conduite d'échange 24. Ainsi, la paroi externe 26 de la deuxième conduite d'échange 24 forme une limite proximale de la première zone de circulation 32 et l'insert 30 forme une limite distale de cette première zone de circulation 32. Le fluide frigorigène circulant à l'intérieur de cette première zone de circulation 32 est donc au contact de la deuxième conduite d'échange 24. Un transfert de chaleur est ainsi réalisé entre le fluide frigorigène et le fluide de chauffage.
  • La première zone de circulation 32 est formée au moins partiellement par une pluralité de creux ou rainures formées dans l'insert 30. Les creux ou rainures forment ainsi des arches ou canaux de passage du fluide frigorigène entre l'insert 30 et la deuxième conduite d'échange 24. La pluralité de creux ou rainures sont formées par une surface interne 36 d'une cavité interne 38 formée dans l'insert 30. La surface interne 36 de la cavité interne 38 est de préférence au moins partiellement en contact avec la paroi externe 26 de la deuxième conduite d'échange 24 de manière à améliorer la mise en position de l'insert 30 à l'intérieur de l'espace annulaire. Les creux ou rainures permettant de réduire la section de passage du fluide frigorigène sans diminuer la surface d'échange avec la paroi externe 26 de la deuxième conduite d'échange 24. L'insert 30 participe ainsi également à l'augmentation de ladite surface d'échange.
  • Le deuxième circuit de transport comprend la première zone de circulation 32 et une deuxième zone de circulation 34. En d'autres termes, le deuxième circuit de transport comprend le premier circuit de transport. Ainsi, lorsque le fluide frigorigène circule au travers du deuxième circuit de transport, celui-ci circule à l'intérieur de la première 32 et de la deuxième 34 zones de circulation. La section de passage du fluide frigorigène est ainsi augmentée ce qui réduit les pertes de charge en mode froid.
  • La deuxième zone de circulation 34 est disposée en périphérie et à distance de la deuxième conduite d'échange 24. La deuxième zone de circulation 34 est formée entre l'insert 30 et la première conduite d'échange 22. Ainsi, l'insert 30 forme une limite proximale de la deuxième zone de circulation 34 et la paroi interne 28 de la première conduite d'échange 22 forme une limite distale de cette deuxième zone de circulation 34. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, le fluide frigorigène circulant à l'intérieur de cette deuxième zone de circulation 34 est au contact de la première conduite d'échange 22.
  • La deuxième zone de circulation 34 est formée au moins partiellement par une pluralité de creux ou rainures formées dans l'insert 30. Les creux ou rainures forment ainsi des arches ou canaux de passage du fluide frigorigène entre l'insert 30 et la paroi interne 26 de la première conduite d'échange 22. La pluralité de creux ou rainures sont formées par une surface externe 40 de l'insert 30. La surface externe 40 est de préférence au moins partiellement en contact avec la paroi interne 28 de la première conduite d'échange 22 de manière à améliorer encore davantage le positionnement de l'insert 30 l'intérieur de l'espace annulaire.
  • Les creux ou rainures formés sur les surfaces interne 36 et externe 40 de l'insert s'étendent le long de l'axe d'échangeur de manière à pouvoir faire circuler le fluide frigorigène entre l'entrée 21 et la sortie de l'échangeur 23. Les creux ou rainures s'étendent de préférence parallèlement à l'axe d'échangeur A. Ces creux ou rainures peuvent être de toute géométrie ou dimension.
  • L'échangeur de chaleur 20 comprend en outre une première 52 et une deuxième 54 pièces de raccordement respectivement disposées à une première 55 et une deuxième 57 extrémités de la première conduite d'échange 22.
  • Chacune des première 52 et deuxième 54 pièces de raccordement forme une paroi de fermeture de l'espace annulaire entre les premières 22 et deuxième 24 conduites d'échange. Pour cela, chacune des première 52 et deuxième 54 pièces de raccordement comprennent une extrémité de fermeture 56 en contact avec la deuxième conduite d'échange 24 et une extrémité de connexion 58 connectée avec la première conduite d'échange 22. Les extrémités de fermeture 56 sont fixées de manière étanche à la paroi externe 26 de la deuxième conduite d'échange 24, par exemple par brasure.
  • La première pièce de raccordement 52 forme le premier orifice 21 et la deuxième pièce de raccordement 54 forme le deuxième orifice 23. Ainsi, les première 32 et deuxième 34 zones de circulation sont en communication de fluide avec le premier orifice 21 au niveau de la première pièce de raccordement 52 et avec le deuxième orifice 23 au niveau de la deuxième pièce de raccordement 54.
  • La première pièce de raccordement 52 définit une première cavité de raccordement 60 en communication de fluide avec le premier orifice 21 ainsi qu'avec les première 32 et deuxième 34 zones de circulation. Ainsi, le fluide frigorigène circulant dans la deuxième sens de circulation 27 et sortant des première 32 et deuxième 34 zones de circulation peut atteindre le premier orifice 21 pour sortir de l'échangeur de chaleur 20. La première cavité de raccordement 60 est de préférence une cavité annulaire s'étendant autour de la deuxième conduite d'échange 24.
  • La deuxième pièce de raccordement 54 définit une deuxième cavité de raccordement 62 en communication de fluide avec le deuxième orifice 23 et la première zone de circulation 32. En d'autres termes, la deuxième cavité de raccordement 62 n'est pas en communication de fluide avec la deuxième zone de circulation 34. Ceci est notamment réalisé par l'extrémité de connexion 58 de la deuxième pièce de raccordement 54 qui permet d'obstruer une extrémité de la deuxième zone de circulation 34. La deuxième cavité de raccordement 62 est de préférence une cavité annulaire s'étendant autour de la deuxième conduite d'échange 24.
  • L'échangeur de chaleur 20 comprend en outre une conduite de dérivation 64 de la deuxième cavité de raccordement 62. Cette conduite dérivation 64 comprend avantageusement la vanne unidirectionnelle 42 et permet de mettre en communication de fluide le deuxième orifice 23 et la deuxième zone de circulation 34. Ainsi, il est possible d'empêcher la circulation du fluide frigorigène vers le deuxième orifice 23 lorsqu'il circule dans le premier sens de circulation 25. Cette conduite de dérivation 64 peut être formée par un manchon 66 disposé entre l'extrémité de connexion 58 de la deuxième pièce de raccordement 54 et la deuxième extrémité 57 de la première conduite d'échange 32.
  • Un premier mode de réalisation de la vanne unidirectionnelle 42 est représenté dans les figures 2 à 5. Dans ce premier mode de réalisation, la vanne unidirectionnelle 42 est un clapet anti-retour comprenant un élément mobile, par exemple une bille. Sous l'action du fluide circulant au travers de la vanne unidirectionnelle 42, l'élément mobile est configuré pour être déplacé entre une position d'obstruction et une position d'autorisation de la circulation du fluide au travers de la vanne unidirectionnelle 42. Le déplacement de l'élément mobile vers la position d'obstruction ou d'autorisation dépend du sens de circulation du fluide.
  • Selon un deuxième mode de réalisation non illustré de la vanne unidirectionnelle 42, celle-ci est dépourvue d'élément mobile. Le montage et la configuration de la vanne unidirectionnelle 42 lui permettent d'être déplacée tout entière entre une position d'obstruction et une position d'autorisation de la circulation du fluide selon le sens de circulation du fluide. Ce déplacement est réalisé sous l'action du fluide lui-même. Dans ce deuxième mode de réalisation, la vanne unidirectionnelle 42 comprend une portion annulaire configurée pour obstruer la deuxième zone de circulation 34 lorsque la vanne unidirectionnelle 42 est disposée dans la position d'obstruction. Ainsi, lorsque le fluide circule dans le premier sens de circulation 25, la vanne unidirectionnelle 42 est déplacée sous l'action du fluide vers la position d'obstruction.
  • Dans ce deuxième mode de réalisation, la vanne unidirectionnelle 42 est par exemple une rondelle annulaire dont la dimension radiale de la portion pleine est au moins égale à la dimension radiale de la deuxième zone de circulation 34. Selon une configuration préférée, la vanne unidirectionnelle 42 est disposée entre l'extrémité de connexion 58 et une extrémité de la première conduite d'échange 22. Un espace est alors prévu entre l'extrémité de connexion 58 et une extrémité de la première conduite d'échange 22 pour le déplacement longitudinal de la vanne unidirectionnelle 42.
  • Pour permettre le maintien en position axiale de l'insert 30 à l'intérieur de la première conduite d'échange 22, l'extrémité de connexion 58 des première 52 et deuxième 54 pièces de raccordement forme une butée axiale pour empêcher le déplacement axial de l'insert 30. Pour cela, l'extrémité de connexion 58 est de préférence en contact avec une extrémité de l'insert 30. L'extrémité de connexion 58 de la première pièce de raccordement 52 forme une ou plusieurs ouvertures 60 permettant la communication de fluide entre le premier orifice 21 et les première 32 et deuxième 34 zones de circulation.
  • Les première 52 et deuxième 54 pièces de raccordement peuvent être réalisées par repoussage ou par usinage. Les première 52 et deuxième 54 pièces de raccordement peuvent être réalisées en cuivre ou en laiton.
  • La figure 4 montre l'échangeur de chaleur 20 en mode chauffage. Un premier flux 48 de fluide frigorigène circule au travers du premier circuit de transport dans le premier sens de circulation 25, depuis le premier orifice 21 vers le deuxième orifice 23. La vanne unidirectionnelle 42 empêche ce premier flux 48 de traverser la deuxième zone de circulation 34. Un volume de fluide frigorigène peut entrer à l'intérieur de la deuxième zone de circulation 34. Toutefois, ce volume a une vitesse nulle et se stocke par conséquent sous forme liquide dans la deuxième zone de circulation 34 car la vanne unidirectionnelle 42 s'oppose à son passage. Il n'y a donc aucune circulation à l'intérieur de la deuxième de circulation 34.
  • La figure 5 montre l'échangeur de chaleur 20 en mode froid. Un deuxième flux 50 de fluide frigorigène circule au travers du deuxième circuit de transport dans le deuxième sens de circulation 27, depuis le deuxième orifice 23 vers le premier orifice 21. La vanne unidirectionnelle 42 autorise ce deuxième flux 50 à circuler au travers de la deuxième zone de circulation 34 de sorte que le fluide frigorigène circule à la fois dans la première 32 et la deuxième 34 zones de circulation.
  • En référence aux figures 6 et 7, un deuxième mode de réalisation de l'échangeur de chaleur réversible est proposé. Le deuxième mode de réalisation utilise le même principe que le premier mode de réalisation, i.e. le transport du fluide frigorigène le long de circuits de transport différents selon le sens de circulation du fluide frigorigène à l'intérieur de l'échangeur de chaleur. Ce deuxième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce que l'échangeur de chaleur 70 ne forme qu'une seule interface d'échange. En d'autres termes, un seul fluide, le fluide frigorigène, peut circuler à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 70 et échanger de la chaleur avec un fluide à l'extérieur de l'échangeur de chaleur 70.
  • Le deuxième mode de réalisation est donc une version simplifiée, comportant une seule interface d'échange, du premier mode de réalisation. En effet, l'échangeur de chaleur 20 du premier mode de réalisation est apte à former deux interfaces d'échange, entre le fluide frigorigène et le fluide de chauffage et entre le fluide frigorigène et un potentiel troisième fluide.
  • Tel que visible en figures 6 et 7, l'échangeur de chaleur 70 comprend une unique conduite d'échange 72 dans lequel le fluide frigorigène peut circuler. Ainsi, un seul fluide peut circuler à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 70. Un échange de chaleur est réalisé entre le fluide frigorigène circulant à l'intérieur de la conduite d'échange 72 et un autre fluide disposé à l'extérieur de cette conduite d'échange 72. Cet autre fluide peut être directement au contact de la conduite d'échange 72 ou disposé dans une enceinte de stockage à proximité de la conduite d'échange 72.
  • La conduite d'échange 72 est de préférence de section circulaire et s'étend le long d'un axe d'échangeur A. Cet axe d'échangeur A peut s'étendre suivant une trajectoire hélicoïdale ou elliptique. Ainsi, l'échangeur de chaleur 20 peut être un échangeur de type « serpentin ». A titre d'exemple, la conduite d'échange 72 peut avoir un diamètre externe compris par exemple entre 35 et 50 mm. De manière alternative, la conduite d'échange 72 peut être de toute forme ou géométrie.
  • A titre d'exemple l'échangeur de chaleur 70 peut être disposé autour d'un ballon de stockage 82 d'une installation de chauffage pour échanger de la chaleur avec l'eau sanitaire 84 présente dans le ballon de stockage 82, tel que représenté en figure 6. Dans cet exemple, la conduite d'échange 72 est disposé entre une paroi intérieure 86 et une paroi extérieure 88 du ballon de stockage 82. Un matériau d'isolation thermique 90 peut être disposé entre les parois intérieure 86 et extérieure 88 pour limiter les déperditions. Un matériau 92 favorisant l'échange thermique peut également être disposé entre la conduite d'échange 72 et la paroi intérieure 86 du ballon de stockage 82.
  • L'échangeur de chaleur 70 comprend un premier 74 et un deuxième 76 orifices d'insertion ou de refoulement du fluide frigorigène, selon le sens de circulation du fluide frigorigène à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 70. Dans le mode chauffage, le premier orifice 74 correspond à l'entrée de fluide frigorigène tandis que le deuxième orifice 76 correspond à la sortie du fluide frigorigène. Ainsi, dans ce mode chauffage le fluide frigorigène circule selon un premier sens de circulation 75 depuis le premier orifice 74 vers le deuxième orifice 76. Inversement, en mode froid, le premier orifice 74 correspond à la sortie de fluide frigorigène tandis que le deuxième orifice 76 correspond à l'entrée du fluide frigorigène. Ainsi, dans ce mode froid le fluide frigorigène circule selon un deuxième sens de circulation 77 depuis le deuxième orifice 76 vers le premier orifice 74.
  • De manière similaire au premier mode de réalisation, l'échangeur de chaleur 70 comprend en outre un insert 94 disposé à l'intérieur de la conduite d'échange 72. L'insert 94 s'étend le long de l'axe de d'échangeur A. L'insert 94 est de préférence de section circulaire. En particulier, l'insert 94 s'étend transversalement autour de l'axe d'échangeur A. L'insert 94 peut donc décrire un profil hélicoïdal ou elliptique. La conduite d'échange 72 et l'insert 94 sont de préférence cintrés ensemble pour obtenir un profil elliptique ou hélicoïdal de l'axe d'échangeur A.
  • L'insert 94 est de préférence identique à l'insert 30 tant dans sa fonction que dans ses caractéristiques structurelles. L'insert 94 permet de réduire la section de passage du fluide frigorigène tout en conservant une surface d'échange importante avec le fluide de chauffage. En diminuant la section de passage, l'insert 94 permet d'augmenter la vitesse de circulation du fluide frigorigène à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 70 et ainsi d'augmenter le coefficient d'échange entre le fluide de chauffage et le fluide frigorigène. L'insert 94 est par exemple réalisé en aluminium.
  • Selon le même principe de fonctionnement que le premier mode de réalisation, l'échangeur de chaleur 70 est configuré pour contrôler la circulation du fluide frigorigène à l'intérieur de la conduite d'échange selon le sens de circulation du fluide frigorigène. Pour cela, l'échangeur de chaleur 70 définit un premier et un deuxième circuits de transport du fluide frigorigène entre les premier 74 et deuxième 76 orifices. L'échangeur de chaleur 70 est configuré pour que le fluide frigorigène circule à l'intérieur du premier circuit de transport lorsqu'il circule dans le premier sens de circulation 75, i.e. en mode chauffage. Inversement, l'échangeur de chaleur est configuré pour que le fluide frigorigène circule à l'intérieur du deuxième circuit de transport lorsqu'il circule dans le deuxième sens de circulation 77, i.e. en mode froid.
  • La première section de passage définie par le premier circuit de transport est inférieure à la deuxième section de passage définie par le deuxième circuit de transport de manière à ce que le volume de fluide frigorigène circulant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 20 en mode chauffage soit inférieur au volume de fluide frigorigène circulant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 20 en mode froid.
  • Pour réaliser une circulation sélective du fluide frigorigène dans le premier ou le deuxième circuit de transport, l'échangeur de chaleur 70 comprend également une vanne unidirectionnelle 96. Cette vanne unidirectionnelle 96 est disposée à l'intérieur du deuxième circuit de transport 96. Ainsi, le fluide frigorigène peut circuler au travers du deuxième circuit de transport uniquement dans un sens de circulation. En particulier, la vanne unidirectionnelle 96 est configurée pour empêcher la circulation du fluide frigorigène au travers de la vanne unidirectionnelle 96 lorsque le fluide frigorigène circule dans le premier sens de circulation 75. Inversement, la vanne unidirectionnelle 96 est configurée pour autoriser la circulation du fluide frigorigène au travers la vanne unidirectionnelle 96 lorsque le fluide frigorigène circule dans le deuxième sens de circulation 77.
  • La vanne unidirectionnelle 96 est par exemple un clapet anti-retour. Ce clapet anti-retour comprend un élément mobile, par exemple une bille. Sous l'action du fluide circulant au travers de la vanne unidirectionnelle 42, l'élément mobile est configuré pour être déplacé entre une position d'obstruction et une position d'autorisation de la circulation du fluide au travers de la vanne unidirectionnelle 42. Le déplacement de l'élément mobile vers la position d'obstruction ou d'autorisation dépend du sens de circulation du fluide.
  • Le premier circuit de transport comprend une première zone de circulation 98. En particulier, le premier circuit de transport comprend seulement la première zone de circulation 98. Ainsi, lorsque le fluide frigorigène circule à l'intérieur du premier circuit de transport, celui-ci circule seulement à l'intérieur de la première zone de circulation 98.
  • La première zone de circulation 98 est disposée entre l'insert 94 et une paroi interne 100 de la conduite d'échange 72. Ainsi, l'insert 94 forme une limite proximale de la première zone de circulation 98 et la paroi interne 100 de la conduite d'échange 72 forme une limite distale de cette première zone de circulation 98. Le fluide frigorigène circulant à l'intérieur de cette première zone de circulation 98 est donc au contact de la paroi interne 100 de la conduite d'échange 72. Un transfert de chaleur est ainsi réalisé entre le fluide frigorigène et le fluide de chauffage via la conduite d'échange 72.
  • Il est à noter que la première zone de circulation 98 du deuxième mode de réalisation est disposée au niveau d'une zone périphérique à l'intérieur de la conduite d'échange 72 alors que première zone de circulation 32 du premier mode de réalisation est disposée dans une zone centrale à l'intérieur de la première conduite d'échange 22. Cette différence résulte du fait que l'échange de chaleur principal en mode chauffage est celui réalisé avec le fluide de chauffage. Or, le fluide de chauffage est disposé au centre de la première conduite d'échange 22 dans le premier mode de réalisation et à l'extérieur de la conduite d'échange 72 dans le deuxième mode de réalisation. Ainsi, la première zone de circulation est dans les deux cas à proximité ou au contact de la paroi séparant le fluide frigorigène du fluide de chauffage.
  • La première zone de circulation 98 est formée au moins partiellement par une pluralité de creux ou rainures formées dans l'insert 94. Les creux ou rainures forment ainsi des arches ou canaux de passage du fluide frigorigène entre l'insert 94 et la conduite d'échange 72. La pluralité de creux ou rainures sont formées par une surface externe 102 de l'insert 94. La surface externe 102 est de préférence au moins partiellement en contact avec la paroi interne 100 de la conduite d'échange 72 de manière à améliorer le positionnement de l'insert 94 l'intérieur de la conduite d'échange 72.
  • Le deuxième circuit de transport comprend la première zone de circulation 98 et une deuxième zone de circulation 104. En d'autres termes, le deuxième circuit de transport comprend le premier circuit de transport. Ainsi, lorsque le fluide frigorigène circule au travers du deuxième circuit de transport, celui-ci circule à l'intérieur de la première 98 et de la deuxième 104 zones de circulation. La section de passage du fluide frigorigène est ainsi augmentée ce qui réduit les pertes de charge en mode froid.
  • La deuxième zone de circulation 104 au niveau d'une zone centrale de la conduite d'échange 72. En particulier, la deuxième zone de circulation 104 est formée par une cavité interne 106 formée à l'intérieur de l'insert 94. Cette cavité interne 106 peut également comprendre une pluralité de creux ou de rainures pour notamment augmenter la deuxième section de passage.
  • Les premier 74 et deuxième 76 orifices sont par exemple formés respectivement par un premier 78 et un deuxième 80 manchons disposés chaque extrémité de la conduite d'échange 72. De manière préférée, les premier 78 et un deuxième 80 manchons forme une butée axiale permettant d'empêcher la translation de l'insert 94 le long de l'axe d'échangeur A.
  • La vanne unidirectionnelle 96 est disposé à l'intérieur du deuxième manchon 80 pour permettre une circulation unidirectionnelle du fluide frigorigène au travers de la deuxième zone de circulation 104. En particulier, le deuxième manchon 80 comprend un tube 108 formant une zone centrale en communication de fluide avec la deuxième zone de circulation 104 et une zone périphérique annulaire s'étendant autour du tube 108 en communication de fluide avec la première zone de circulation 98. Ainsi, le tube 108 permet de rendre localement indépendantes les première 98 et deuxième 104 zones de circulation. La vanne unidirectionnelle 96 est disposée à l'intérieur du tube 108 pour permettre la circulation unidirectionnelle au travers de la deuxième zone de circulation 104. Le tube 108 peut être positionné à l'intérieur du deuxième manchon 80 à l'aide d'ailettes ou de bras 110 disposés au contact d'une surface interne du deuxième manchon 80, ces ailettes ou bras 110 n'empêchant pas le passage du fluide frigorigène.
  • En mode chauffage, le fluide frigorigène circule au travers du premier circuit de transport dans le premier sens de circulation 75, depuis le premier orifice 74 vers le deuxième orifice 76. La vanne unidirectionnelle 96 empêche le fluide frigorigène de traverser la deuxième zone de circulation 104. Un volume de fluide frigorigène peut entrer à l'intérieur de la deuxième zone de circulation 104. Toutefois, ce volume a une vitesse nulle et se stocke par conséquent sous forme liquide dans la deuxième zone de circulation 104 car la vanne unidirectionnelle 96 s'oppose à son passage. Il n'y a donc aucune circulation à l'intérieur de la deuxième de circulation 104.
  • En mode froid, le fluide frigorigène circule au travers du deuxième circuit de transport dans le deuxième sens de circulation 77, depuis le deuxième orifice 76 vers le premier orifice 74. La vanne unidirectionnelle 96 autorise le fluide frigorigène à circuler au travers de la deuxième zone de circulation 104 de sorte que le fluide frigorigène circule à la fois dans la première 98 et la deuxième 104 zones de circulation.

Claims (9)

  1. Echangeur de chaleur (20, 70) réversible pour transférer de la chaleur entre un fluide frigorigène et un autre fluide, l'échangeur de chaleur (20, 70) comprenant au moins une conduite d'échange (22, 24, 72) dans laquelle un fluide frigorigène est destiné à circuler entre une entrée et une sortie de l'échangeur de chaleur, la conduite d'échange (22, 24, 72) définissant un premier et un deuxième circuits de transport du fluide frigorigène à l'intérieur de la conduite d'échange entre l'entrée et la sortie de l'échangeur de chaleur, le premier circuit de transport étant différent du deuxième circuit de transport, l'échangeur de chaleur (20, 70) étant configuré pour permettre la circulation du fluide frigorigène selon :
    - un premier sens de circulation (25, 75) à l'intérieur du premier circuit de transport de l'entrée vers la sortie de l'échangeur,
    - un deuxième sens de circulation (27, 77) à l'intérieur du deuxième circuit de transport de la sortie de l'échangeur vers l'entrée de l'échangeur, l'échangeur comportant
    - un insert (30, 94) disposé à l'intérieur de la conduite d'échange (22, 24, 72), l'insert formant au moins partiellement une première zone de circulation (32, 98) appartenant au premier circuit de transport du fluide frigorigène, l'insert (30, 94) formant en outre au moins partiellement une deuxième zone de circulation (34, 104) appartenant au deuxième circuit de transport du fluide frigorigène.
  2. Echangeur de chaleur (20, 70) selon la revendication 1, dans lequel le premier et le deuxième circuits de transport définissent respectivement une première et une deuxième sections de passage du fluide frigorigène, la première section de passage étant inférieure à la deuxième section de passage.
  3. Echangeur de chaleur (20, 70) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le deuxième circuit de transport comprend le premier circuit de transport.
  4. Echangeur de chaleur (20, 70) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les première (32, 98) et deuxième (34, 104) zones de circulation sont formées par au moins l'un parmi au moins une rainure formée sur une surface externe (40) de l'insert (30, 94) ou sur une surface interne (36) d'une cavité interne (40, 106) formée dans l'insert (30, 94).
  5. Echangeur de chaleur (70) selon la revendication 4, dans lequel la conduite d'échange (72) est destinée à échanger de la chaleur entre un fluide frigorigène circulant à l'intérieur de la conduite d'échange (72) et un fluide de chauffage présent à l'extérieur de la conduite d'échange (72), la première zone de circulation (98) étant formée entre une paroi interne (100) de la conduite d'échange (72) et l'insert (94), la deuxième zone de circulation (104) étant formée à l'intérieur d'une cavité interne (106) de l'insert.
  6. Echangeur de chaleur (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant une première conduite d'échange (22) et une deuxième conduite d'échange (24) pour le transport d'un fluide de chauffage, la deuxième conduite d'échange (24) étant disposée à l'intérieur de la première conduite d'échange (22) de manière à faire circuler le fluide frigorigène entre une paroi interne (26) de la première conduite d'échange (22) et une paroi externe (28) de la deuxième conduite d'échange (24).
  7. Echangeur de chaleur (20) selon la revendication 6, dans lequel l'insert (30) est disposé entre la paroi interne (26) de la première conduite d'échange (22) et la paroi externe (28) de la deuxième conduite d'échange (24), la première zone de circulation (32) étant formée entre la paroi externe (28) de la deuxième conduite d'échange (24) et l'insert (30), la deuxième zone de circulation (34) étant formée entre la paroi interne (26) de la première conduite d'échange (22) et l'insert (30).
  8. Echangeur de chaleur (20, 70) selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre une vanne unidirectionnelle (42, 96) disposée dans le deuxième circuit de transport et configurée pour :
    - empêcher la circulation du fluide frigorigène au travers de la vanne unidirectionnelle (42, 96) lorsque le fluide frigorigène circule dans le premier sens de circulation (25, 75), et
    - autoriser la circulation du fluide frigorigène au travers de la vanne unidirectionnelle (42, 96) lorsque le fluide frigorigène circule dans le deuxième sens de circulation (27, 77).
  9. Echangeur de chaleur (20, 70) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite au moins une conduite d'échange (22, 24, 72) s'étend le long d'une trajectoire hélicoïdale ou elliptique.
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