FR2988823A1

FR2988823A1 - Echangeur thermique muni de deux circuits de circulation de fluide frigorigene et dispositif thermodynamique comportant un tel echangeur thermique

Info

Publication number: FR2988823A1
Application number: FR1253013A
Authority: FR
Inventors: Eric Martinez
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-04-02
Filing date: 2012-04-02
Publication date: 2013-10-04

Abstract

Echangeur thermique (110) apte à être utilisé dans un dispositif thermodynamique (100) de production de froid et/ou de chaud, comportant au moins : - un premier circuit de circulation de fluide (112) apte à permettre un échange thermique entre un fluide frigorigène se trouvant dans le premier circuit de circulation de fluide et un environnement extérieur à l'échangeur thermique, - un deuxième circuit de circulation de fluide (114), étanche vis-à-vis du premier circuit de circulation de fluide et apte à permettre un échange thermique entre un fluide frigorigène ou un fluide caloporteur se trouvant dans le deuxième circuit de circulation de fluide et le fluide frigorigène se trouvant dans le premier circuit de circulation de fluide.

Description

ECHANGEUR THERMIQUE MUNI DE DEUX CIRCUITS DE CIRCULATION DE FLUIDE FRIGORIGENE ET DISPOSITIF THERMODYNAMIQUE COMPORTANT UN TEL ECHANGEUR THERMIQUE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un échangeur thermique destiné à être utilisé dans un dispositif thermodynamique et comportantdeux circuits de circulation de fluide, l'un servant à un changement de phase d'un fluide frigorigène et l'autre servant au chauffage de l'échangeur thermique. L'invention concerne également un dispositif thermodynamique, ou système thermodynamique, permettant de produire du chaud et/ou du froid et comportant un tel échangeur thermique. L'invention est particulièrement avantageuse lorsque le dispositif thermodynamique est une pompe à chaleur ou un dispositif de production d'eau chaude. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un dispositif thermodynamique 10 de l'art antérieur servant à produire du chaud ou du froid est représenté sur la figure 1. Ce dispositif 10 forme un système dans lequel circule un fluide frigorigène, également appelé réfrigérant. Le dispositif 10 comporte un compresseur 12, un premier échangeur thermique formant un condenseur 14, un détendeur 16 et un deuxième échangeur thermique formant un évaporateur 18.

Le compresseur 12 sert à mettre en circulation le fluide frigorigène dans le dispositif 10 (le sens de circulation du fluide est représenté par des flèches sur la figure 1). Le fluide frigorigène est émis en sortie du compresseur 12 sous forme gazeuse à une haute pression HP et avec une température élevée. Le fluide frigorigène est envoyé en entrée du condenseur 14. En traversant le condenseur 14, le réfrigérant se condense et change de phase, passant de 10 l'état gazeux à l'état liquide, tout en restant sensiblement à la haute pression HP. Un échange thermique se produit entre le fluide frigorigène à température élevée et le milieu extérieur (air, eau, etc.) au condenseur 14 que l'on cherche par exemple à 15 réchauffer lorsque le dispositif thermodynamique 10 est destiné à produire du chaud. Le fluide frigorigène sous forme liquide et à haute pression HP entre ensuite dans le détendeur 16 qui abaisse de manière importante la pression, et donc 20 également la température, du fluide de part la détente créée. En sortie du détendeur 16, le fluide frigorigène est sous forme liquide et à une basse pression BP. Le réfrigérant traverse ensuite l'évaporateur 18 dans lequel s'opère un nouvel échange 25 thermique entre le fluide frigorigène et l'environnement extérieur à l'évaporateur 18, par exemple l'air extérieur. Le fluide frigorigène change à nouveau de phase, passant de l'état liquide à l'état gazeux, tout en restant à la basse pression BP. 30 Le fluide frigorigène sous forme gazeuse et à la basse pression BP entre alors dans le compresseur 12 pour se retrouver, en sortie du compresseur 12, sous forme gazeuse et à la haute pression HP. Le cycle décrit précédemment est alors répété dans le dispositif 10.

Un tel dispositif 10 peut être utilisé pour produire de la chaleur, le premier échangeur thermique formant le condenseur 14 étant disposé dans un environnement fermé dans lequel le chauffage est attendu (chauffage d'eau ou d'air par exemple). Le dispositif 10 peut également être utilisé pour produire du froid, le deuxième échangeur thermique formant l'évaporateur 18 étant dans ce cas disposé dans l'environnement fermé dans lequel le froid est attendu. Lorsqu'un tel dispositif 10 est destiné à 15 produire de la chaleur et que l'évaporateur 18 réalise avec l'air extérieur ou un échange thermique environnement (par température est liée efficacité est liée un la son car exemple un local) dont à la température à la température extérieure, extérieure 20 lorsque celle-ci descend en dessous d'un certain seuil (par exemple en dessous de 15°C), la vaporisation du fluide frigorigène se produisant dans l'évaporateur 18 devient moins efficace, ce qui réduit l'efficacité globale du dispositif thermodynamique 10. 25 Une solution à ce problème consiste à chauffer l'évaporateur 18 du dispositif 10 avec un système de chauffage électrique. Bien que cette solution permette de compenser une température extérieure basse à laquelle l'évaporateur 18 est 30 exposé, elle implique une consommation d'énergie supplémentaire (électricité alimentant le système de chauffage) réduisant, au final, l'efficacité globale du dispositif thermodynamique 10. EXPOSÉ DE L'INVENTION Un but de la présente invention est de 5 proposer un échangeur thermique apte à être utilisé dans un dispositif thermodynamique de production de froid et/ou de chaud, permettant de réduire ou supprimer les problèmes liés aux basses températures de l'environnement auxquelles l'échangeur thermique peut 10 être exposé, et cela sans impliquer de consommation énergétique supplémentaire. Pour cela, la présente invention propose un échangeur thermique apte à être utilisé dans un dispositif thermodynamique de production de froid et/ou 15 de chaud, comportant au moins : - un premier circuit de circulation de fluide apte à permettre un échange thermique entre un fluide frigorigène se trouvant dans le premier circuit de circulation de fluide et un environnement extérieur 20 à l'échangeur thermique, - un deuxième circuit de circulation de fluide, étanche vis-à-vis du premier circuit de circulation de fluide et apte à permettre un échange thermique entre un fluide frigorigène ou un fluide 25 caloporteur se trouvant dans le deuxième circuit de circulation de fluide et le fluide frigorigène se trouvant dans le premier circuit de circulation de fluide. Dans un tel échangeur thermique, le premier 30 circuit de circulation de fluide forme le circuit dans lequel peut s'opérer un changement de phase du fluide frigorigène, par exemple une évaporation du fluide frigorigène qui est à basse pression lorsque l'échangeur thermique forme l'évaporateur du dispositif 5 thermodynamique. Le deuxième circuit de circulation de fluide permet, parallèlement et indépendamment de la circulation du fluide dans le premier circuit, de réaliser une autre circulation de fluide dans l'échangeur thermique, permettant ainsi de faire 10 circuler dans l'échangeur thermique un fluide dont la température peut être supérieure à celle de l'environnement extérieur, réchauffant ainsi l'échangeur thermique et notamment le premier circuit de circulation de fluide afin d'améliorer l'efficacité 15 du changement de phase s'opérant dans le premier circuit. Avantageusement, le deuxième circuit de circulation de fluide peut être traversé par un fluide frigorigène récupéré en amont de l'échangeur thermique, 20 par exemple le fluide frigorigène sous forme liquide et à haute pression (pouvant correspondre au fluide qui n'est pas encore détendu par un détendeur du dispositif thermodynamique), tandis que le premier circuit de circulation de fluide est traversé par le fluide 25 frigorigène sous forme liquide et à basse pression qui a déjà été détendu. Ainsi, on utilise judicieusement l'énergie transportée par le fluide frigorigène avant sa détente pour chauffer l'échangeur thermique. Cette utilisation judicieuse de l'énergie transportée par le 30 fluide frigorigène avant sa détente peut également être obtenu en réalisant un échange thermique entre ce fluide frigorigène avant détente et un autre fluide caloporteur qui, après avoir été chauffé par le fluide frigorigène, est envoyé dans le deuxième circuit de circulation de fluide de l'échangeur thermique.

Le motif du premier et/ou du deuxième circuit de circulation de fluide peut former un serpentin. Un tel motif permet de réaliser un bon échange thermique entre le fluide et l'environnement extérieur (pour le premier circuit de circulation) et/ou entre le fluide et le premier circuit de circulation (pour le deuxième circuit de circulation). L'échangeur thermique peut former un panneau sensiblement rectangulaire comportant au moins deux plaques de matériau assemblées l'une contre l'autre, le premier circuit de circulation de fluide pouvant correspondre à une zone de vide entre les deux plaques de matériau et dont le motif peut correspondre à celui du premier circuit de circulation de fluide. Un tel échangeur thermique peut être réalisé avantageusement par un procédé de type Roll-bond, c'est-à-dire un laminage à chaud. De manière générale, l'échangeur thermique peut être de type statique. De manière avantageuse, l'échangeur thermique peut comporter en outre au moins une troisième plaque de matériau assemblée contre l'une des deux plaques de matériau, le deuxième circuit de circulation de fluide pouvant correspondre à une zone de vide entre la troisième plaque de matériau et ladite une des deux plaques de matériau et dont le motif peut correspondre à celui du deuxième circuit de circulation de fluide. Dans ce cas, les deux circuits de circulation de fluide peuvent être réalisés par un procédé de type Roll-bond. Les plaques de matériau peuvent être composées d'au moins un métal, par exemple d'aluminium.

L'invention concerne également un dispositif thermodynamique de production de froid et/ou de chaud, comportant au moins : - un compresseur, - un premier échangeur thermique dont une entrée est reliée à une sortie du compresseur, - un détendeur, - un deuxième échangeur thermique tel que décrit précédemment, et dans lequel une entrée du premier circuit de circulation de fluide du deuxième échangeur thermique est reliée à une sortie du détendeur et une sortie du premier circuit de circulation de fluide du deuxième échangeur thermique est reliée à une entrée du compresseur, et dans lequel un fluide caloporteur ou un fluide frigorigène circule dans le deuxième circuit de circulation de fluide du deuxième échangeur thermique. Le fluide caloporteur ou le fluide frigorigène circulant dans le deuxième circuit de circulation de fluide est à une température permettant 25 de réchauffer le deuxième échangeur thermique. Une entrée du deuxième circuit de circulation de fluide du deuxième échangeur thermique peut être reliée à une sortie du premier échangeur thermique et une sortie du deuxième circuit de 30 circulation de fluide du deuxième échangeur thermique peut être reliée à une entrée du détendeur. Dans un tel dispositif thermodynamique, le premier circuit de circulation de fluide du deuxième échangeur thermique, qui forme par exemple l'évaporateur du dispositif, est traversé par le fluide frigorigène obtenu en sortie du détendeur, par exemple sous forme liquide et à basse pression, tandis que le deuxième circuit de circulation de fluide du deuxième échangeur thermique est traversé par le fluide frigorigène qui n'a pas encore été détendu (donc sous forme liquide et à haute pression) et qui est donc à une température plus élevée que celle du fluide détendu traversant le premier circuit de circulation. On améliore ainsi l'efficacité du changement de phase s'opérant dans le premier circuit de circulation de fluide du deuxième échangeur thermique grâce à la circulation du fluide frigorigène non détendu dans le deuxième circuit de circulation du deuxième échangeur thermique qui forme donc un circuit de chauffe du deuxième échangeur thermique. Le dispositif thermodynamique peut comporter en outre des moyens aptes à fermer la liaison entre la sortie du premier échangeur thermique et l'entrée du deuxième circuit de circulation de fluide du deuxième échangeur thermique, lesdits moyens faisant dans ce cas communiquer la sortie du premier échangeur 25 thermique directement avec l'entrée du détendeur (c'est-à-dire sans passer à travers le deuxième circuit de circulation de fluide du deuxième échangeur thermique). Lesdits moyens, qui permettent de court- 30 circuiter ou non le deuxième circuit de circulation de fluide du deuxième échangeur thermique, peuvent comporter au moins une électrovanne. En variante, le dispositif thermodynamique peut comporter en outre un échangeur de chaleur apte à réaliser un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie du premier échangeur thermique et un fluide caloporteur destiné à circuler dans le deuxième circuit de circulation de fluide du deuxième échangeur thermique. Ainsi, le chauffage du deuxième échangeur thermique est assuré par un fluide caloporteur différent du fluide frigorigène qui change de phase dans le dispositif thermodynamique. Toutefois, la chaleur transportée par cet autre fluide caloporteur peut provenir avantageusement du fluide frigorigène non détendu grâce à un échange thermique réalisé en amont entre ces deux fluides. Le deuxième échangeur thermique peut former un évaporateur, et le premier échangeur thermique peut former un condenseur en contact avec un milieu (par exemple de l'air et/ou de l'eau) destiné à être chauffé, ledit dispositif thermodynamique pouvant être destiné à produire de la chaleur. Ledit dispositif thermodynamique peut être une pompe à chaleur apte à chauffer de l'air ou un dispositif de production d'eau chaude. Il est également possible que le dispositif thermodynamique serve à produire du froid, le dispositif pouvant par exemple être dans ce cas une climatisation ou un système réfrigérant. Le dispositif thermodynamique peut aussi être un système réversible pouvant produire du froid et du chaud selon le souhait de l'utilisateur.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente un dispositif thermodynamique 10 de l'art antérieur servant à produire du chaud ou du froid, - les figures 2 et 4 représentent schématiquement un dispositif thermodynamique, objet de la présente invention, selon deux modes de réalisation particuliers, - la figure 3 représente une vue en coupe 15 de profil d'une partie d'un échangeur thermique, objet de la présente invention, selon un mode de réalisation particulier. Des parties identiques, similaires ou des différentes figures décrites ci-après mêmes références numériques de façon à passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus 25 lisibles. Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles. équivalentes 20 portent les faciliter le EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On se réfère à la figure 2 qui représente schématiquement un dispositif thermodynamique 100 selon un premier mode de réalisation particulier, correspondant ici à un dispositif thermodynamique de production d'eau chaude. Le dispositif thermodynamique 100 forme un système dans lequel circule un fluide frigorigène, les flèches représentées sur la figure 2 représentant le sens de circulation de ce fluide dans le dispositif 100. Le type de fluide frigorigène utilisé dans le dispositif 100 est choisi tel que ses propriétés soient adaptées à l'application envisagée du dispositif 100. Dans l'exemple décrit ici de production d'eau chaude, le fluide est par exemple de type R134. Si le dispositif thermodynamique 100 correspond à une pompe à chaleur, le fluide frigorigène utilisé pourrait être par exemple de type 407C ou de type 410. Le dispositif thermodynamique 100 comporte un compresseur 102 apte à comprimer le fluide frigorigène à une haute pression HP, par exemple comprise entre environ 7 et 15 bars. Le fluide frigorigène comprimé par le compresseur 102 est sous forme gazeuse et à une température élevée, par exemple comprise entre environ 70°C et 80°C. Ce fluide comprimé est fourni en entrée d'un premier échangeur thermique 104 formant le condenseur du dispositif thermodynamique 100. Ce premier échangeur thermique 104 est ici plongé dans un dispositif de stockage d'eau, par exemple un ballon. Le fluide frigorigène qui est à température élevée chauffe donc l'eau stockée dans le ballon lorsqu'il traverse le premier échangeur thermique 104 qui est par exemple un tuyau en forme de serpentin. La forme du premier échangeur thermique 104 est choisie pour optimiser la surface de contact entre le milieu à chauffer (ici l'eau) et le tuyau dans lequel circule le fluide frigorigène. En traversant le premier échangeur thermique 104, le fluide frigorigène se condense et change de phase, passant de l'état gazeux à l'état liquide tout en restant sensiblement à la pression HP. Un échange thermique se produit donc entre le fluide frigorigène à température élevée et l'eau qui est en contact avec le premier échangeur thermique 104 et à une température inférieure à celle du fluide frigorigène. En sortie du premier échangeur thermique 104, le fluide frigorigène se trouve SOUS forme liquide, à une température par exemple comprise entre environ 30°C et 40°C. La sortie du premier échangeur thermique 104 est reliée à l'entrée de deux électrovannes 106a, 106b fonctionnant de manière complémentaire (l'une étant ouverte lorsque l'autre est fermée). Ces électrovannes 106a, 106b permettent d'envoyer le fluide frigorigène sortant du premier échangeur thermique 104 soit à l'entrée d'un détendeur 108, soit à l'entrée d'un deuxième circuit de circulation de fluide 114 (représenté sur la figure 2 en pointillés pour des raisons de clarté du schéma afin de le distinguer d'un premier circuit de circulation de fluide 112) d'un deuxième échangeur thermique 110 qui comporte deux circuits de circulation de fluide 112, 114, et qui forme l'évaporateur du dispositif thermodynamique 100. Ce deuxième échangeur thermique 110 est par exemple exposé à l'air l'extérieur afin de réaliser un échange thermique entre l'air extérieur et le fluide frigorigène qui capte les calories de l'air extérieur lorsqu'il circule dans le premier circuit de circulation de fluide 112. Le choix de l'ouverture de l'une ou l'autre des électrovannes 106a, 106b est réalisé notamment en fonction de la température de l'air extérieur. On décrit tout d'abord le cas où l'on ne souhaite pas utiliser le deuxième circuit de circulation 114 du deuxième échangeur thermique 110. Ce cas est envisagé par exemple lorsque la température extérieure est supérieure ou égale à environ 15°C, ou supérieure ou égale à environ 20°C. Dans ce cas, l'électrovanne 106a reliant la sortie du premier échangeur thermique 104 à l'entrée du deuxième circuit de circulation de fluide 114 du deuxième échangeur 20 thermique 110 est fermée, tandis que l'électrovanne 106b reliant la sortie du premier échangeur thermique 104 à l'entrée du détendeur 108 est ouverte. Le fluide frigorigène sortant du premier échangeur thermique 104 sous forme liquide à la pression HP entre alors dans le 25 détendeur 108 qui abaisse de manière importante la pression du fluide frigorigène de part la détente créée. En sortie du détendeur 108, le fluide frigorigène est sous forme liquide et à une basse pression BP par exemple comprise entre environ 1,8 et 2 30 bars. Ce changement de pression entraine une baisse de la température du fluide frigorigène, qui devient par exemple comprise entre environ 3°C et -8°C. En sortie du détendeur 108, le fluide frigorigène détendu et froid est envoyé dans le premier circuit de circulation de fluide 112 du deuxième échangeur thermique 110 qui va permettre qu'un échange thermique s'opère entre le fluide frigorigène sous forme liquide et à basse pression BP et l'environnement extérieur au deuxième échangeur thermique 110, ici avec l'air extérieur. Le deuxième échangeur thermique 110 est par exemple réalisé sous la forme d'un panneau comportant les deux circuits de circulation de fluide 112, 114 formant deux serpentins au niveau d'une majeure partie de la surface du panneau. L'échange thermique se produisant entre l'air extérieur et le fluide frigorigène circulant dans le premier circuit de circulation 112 entraine un nouveau changement de phase, le fluide frigorigène passant de l'état liquide à l'état gazeux tout en restant à la basse pression BP. Le fluide frigorigène est ensuite envoyé à l'entrée du compresseur 102 qui va compresser le fluide frigorigène sous forme gazeuse à la pression HP. Le cycle précédemment décrit est alors répété. Dans cette configuration (vanne 106a fermée et vanne 106b ouverte), lorsque la température extérieure baisse, celle-ci devenant par exemple inférieure ou égale à environ 15°C, la vaporisation du fluide frigorigène dans le premier circuit de circulation 112 du deuxième échangeur thermique 110 se réalise moins facilement, faisant baisser alors l'efficacité (correspondant par exemple au coefficient de performance, ou COP) de l'ensemble du dispositif thermodynamique 100. Afin de compenser partiellement ou totalement cette baisse d'efficacité, l'électrovanne 106a reliant la sortie du premier échangeur thermique 104 à l'entrée du deuxième circuit de circulation de fluide 114 du deuxième échangeur thermique 110 est ouverte, tandis que l'électrovanne 106b reliant la sortie du premier échangeur thermique 104 à l'entrée du détendeur 108 est fermée. Ainsi, avant d'envoyer le fluide frigorigène, qui est sous forme liquide à la pression HP et à une température pouvant être comprise entre environ 30°C et 40°C, à l'entrée du détendeur 108, on envoie ce fluide frigorigène dans le deuxième circuit de circulation 114 du deuxième échangeur thermique 110. Ce deuxième circuit de circulation de fluide 114 qui est étanche vis-à-vis du premier circuit de circulation de fluide 112 forme un circuit de chauffage du deuxième échangeur thermique 110. En effet, la circulation du fluide frigorigène dans ce deuxième circuit de circulation 114 permet de réchauffer le panneau formant le deuxième échangeur thermique 110 en raison de la température du fluide frigorigène qui n'est pas encore détendu qui est plus élevée que celle de l'environnement extérieur, réchauffant ainsi le premier circuit de circulation de fluide 112 dans lequel s'opère la vaporisation du fluide frigorigène.

Ce chauffage du panneau entraine une baisse de la température du fluide frigorigène à pression HP entre l'entrée et la sortie du deuxième circuit de circulation 114. Si la température du fluide frigorigène à l'entrée du deuxième circuit de circulation 114 est par exemple égale à environ 35°C, la température du fluide frigorigène à la sortie du deuxième circuit de circulation 114 est par exemple égale à environ 15°C. Cette baisse de température n'impact toutefois pas la détente du fluide frigorigène qui est réalisée ensuite.

En chauffant ainsi le panneau formant le deuxième échangeur thermique 110, on augmente la réactivité de la vaporisation réalisée dans ce deuxième échangeur thermique 110 (dans le premier circuit de circulation 112), ce qui réduit, voir supprime, la baisse d'efficacité engendrée par une température extérieure basse. De plus, ce chauffage est réalisé sans consommation d'énergie supplémentaire car cette énergie de chauffe provient de la température du fluide frigorigène en sortie du premier échangeur thermique 104. On utilise ainsi une énergie qui, dans les dispositifs thermodynamiques de l'art antérieur, n'est pas utilisée et perdue lors de la détente du fluide frigorigène dans le détendeur. En sortie du deuxième circuit de circulation 114, le fluide frigorigène qui est sous forme liquide à haute pression HP est envoyé à l'entrée du détendeur 108. En sortie du détendeur 108, le fluide frigorigène est sous forme liquide et à basse pression BP. Comme précédemment décrit, le fluide liquide à basse pression BP est alors envoyé dans le premier circuit de circulation de fluide 112 du deuxième échangeur thermique 110 afin que se produise la vaporisation du fluide frigorigène sous forme gazeuse, vaporisation qui est favorisée par le fluide frigorigène liquide à haute pression HP circulant simultanément dans le deuxième circuit de circulation 114. La figure 3 représente une vue en coupe de profil d'une partie d'un exemple de réalisation du deuxième échangeur thermique 110. Comme visible sur cette figure, le deuxième échangeur thermique 110 peut être réalisé par deux plaques 116 et 118, par exemple composées de métal tel que de l'aluminium et dont l'épaisseur est de quelques millimètres (par exemple 1,5 mm), solidarisées l'une contre l'autre. Le premier circuit de circulation de fluide 112 est par exemple formé par une zone de vide conservée entre les deux plaques 116 et 118 et dont le motif correspond à celui souhaité pour le premier circuit de circulation de fluide 112, par exemple une zone de vide en forme de serpentin. Le deuxième circuit de circulation de fluide 114 correspond par exemple à une zone de vide se trouvant entre une troisième plaque 120, par exemple de nature similaire aux plaques 116, 118, et l'une des deux plaques 116, 118 (contre la plaque 116 sur l'exemple de la figure 3). Le deuxième échangeur thermique 110 a par exemple une forme de panneau rectangulaire de longueur comprise entre environ 190 cm et 210 cm, de largeur comprise entre environ 70 cm et 110 cm et d'épaisseur comprise entre environ 3 mm et 25 mm.

Un tel panneau formant le deuxième échangeur thermique 110 peut être réalisé par un procédé de type Roll-bond. Dans un tel procédé, le motif du premier circuit de circulation de fluide 112 est tout d'abord imprimé par sérigraphie (par exemple via le dépôt d'une encre) sur au moins l'une des plaques 116, 118, du côté des faces destinées à être disposées l'une contre l'autre. Ces deux plaques 116, 118 sont ensuite laminées à chaud l'une contre l'autre à une température de plusieurs centaines de degrés, solidarisant ainsi ces deux plaques 116, 118 l'une à l'autre sauf au niveau de l'encre précédemment déposée. On réalise ensuite une autre sérigraphie afin d'imprimer le motif du deuxième circuit de circulation de fluide 114 sur la troisième plaque 120 et/ou sur l'une des deux plaques 116, 118 destinée à être disposée contre la troisième plaque 120 (la plaque 116 sur l'exemple de la figure 3). La troisième plaque 120 et ladite une des deux plaques 116, 118 sont ensuite laminées à chaud l'une contre l'autre à une température de plusieurs centaines de degrés, solidarisant ainsi ces deux plaques l'une à l'autre sauf au niveau de l'encre précédemment déposée. Les zones de vide destinée à former le premier et le deuxième circuits de circulation de fluide 112, 114 sont ensuite réalisées par un puissant soufflage entre les deux plaques 116, 118 au niveau du motif sérigraphié du premier circuit de circulation de fluide 112, et entre la troisième plaque 120 et la plaque 116 au niveau du motif sérigraphié du deuxième circuit de circulation de fluide 114, entrainant une déformation des plaques 116 et 118 au niveau du motif du premier circuit de circulation de fluide 112 et formant ainsi le premier circuit de circulation de fluide 112 entre les deux plaques 116, 118, et une déformation des plaques 116 et 120 au niveau du motif du deuxième circuit de circulation de fluide 114, formant le deuxième circuit de circulation de fluide 114 entre les plaques 116 et 120. Sur l'exemple de la figure 2, le motif en serpentin du deuxième circuit de circulation de fluide 114 correspond sensiblement à celui du premier circuit de circulation de fluide 112, l'un étant décalé par rapport au l'autre, les deux serpentins s'étendant dans la même direction. Toutefois, le motif du deuxième circuit de circulation de fluide 114 peut être différent de celui du premier circuit de circulation de fluide 112. Ainsi, les motifs de ces circuits peuvent correspondre à deux serpentins s'étendant dans deux directions différentes, par exemple perpendiculaires l'une par rapport à l'autre. De manière générale, le motif du premier circuit de circulation de fluide 112 est tel que l'on puisse avoir un bon échange thermique entre le fluide frigorigène destiné à circuler dans le premier circuit de circulation de fluide 112 et l'environnement extérieur au deuxième échangeur thermique 110. De même, le motif du deuxième circuit de circulation de fluide 114 est tel que l'on puisse avoir un bon échange thermique entre le fluide frigorigène destiné à circuler dans le deuxième circuit de circulation de fluide 114 et le panneau formant le deuxième échangeur thermique 110 (et plus particulièrement entre le fluide frigorigène destiné à circuler dans le deuxième circuit de circulation de fluide 114 et le premier circuit de circulation de fluide 112 afin de transférer la chaleur depuis le fluide frigorigène se trouvant dans le deuxième circuit de circulation de fluide 114 jusqu'au fluide frigorigène se trouvant dans le premier circuit de circulation de fluide 112). Dans une autre variante, le deuxième circuit de circulation de fluide 114 peut être réalisé différemment du premier circuit de circulation de fluide 112. Ainsi, on peut réaliser le deuxième circuit de circulation de fluide avec des tuyaux, par exemple composés de métal tel que du cuivre, s'étendant sur l'une ou les deux faces extérieures du panneau formant le deuxième échangeur thermique 110.

De plus, les électrovannes 106a, 106b sont un exemple de réalisation de moyens permettant de « court-circuiter » ou non le deuxième circuit de circulation de fluide 114. Celles-ci peuvent être remplacées par tout autre moyen permettant d'envoyer ou non le fluide frigorigène issu du premier échangeur thermique 104 dans le deuxième circuit de circulation de fluide 114 ou directement dans le détendeur 108 sans passer par le deuxième circuit de circulation de fluide 114.

Le dispositif thermodynamique 100 peut également être pourvu de moyens permettant de commander automatiquement les électrovannes (ou les moyens équivalents) en fonction de la température extérieure à laquelle est exposé le deuxième échangeur thermique 110.

La figure 4 représente schématiquement un dispositif thermodynamique 200 selon un deuxième mode de réalisation particulier. Comme le dispositif 100 précédemment décrit, le dispositif 200 comporte le compresseur 102, le premier échangeur thermique 104, le détendeur 108 et le deuxième échangeur thermique 110. Par contre, contrairement au dispositif 100, le deuxième circuit de circulation de fluide 114 du deuxième échangeur thermique 110 est traversé par un fluide caloporteur, tel qu'une huile ou une eau glycolée, différent du fluide frigorigène subissant les différents changements de phase. Ce fluide caloporteur, qui est avantageusement un liquide caloporteur, circule dans un circuit indépendant de celui formé par les éléments 102, 104, 108 et 112 du dispositif 200. En passant dans un échangeur thermique 202 dans lequel circule également le fluide frigorigène avant détente (ces deux fluides passent dans des circuits étanches l'un par rapport à l'autre), le fluide caloporteur capte donc les calories transportées par le fluide frigorigène avant sa détente. Le fluide caloporteur réchauffé est alors envoyé dans le deuxième circuit de circulation de fluide 114 du deuxième échangeur thermique 110 par une pompe 204 (ou tout autre moyen adapté, comme par exemple un thermosiphon), chauffant ainsi le deuxième échangeur thermique 110. Après être sortie du deuxième circuit 114, le fluide caloporteur est renvoyé en entrée de l'échangeur thermique 202.

L'échange thermique réalisé entre le fluide frigorigène et le fluide caloporteur peut être obtenu en utilisant n'importe quel type d'échangeur de chaleur (à tubes, à spirales, etc.) permettant de réaliser un échange thermique entre deux fluides. Il est par exemple possible que le tube dans lequel circule le fluide frigorigène soit réalisé sous la forme d'un tube enroulé autour de celui dans lequel circule le fluide caloporteur, ou inversement, pour réaliser un échange thermique. Lorsque l'on ne souhaite pas réaliser un chauffage du panneau par l'utilisation de ce circuit de circulation de fluide caloporteur, il est possible d'interrompre la circulation de ce fluide en arrêtant la pompe 204, ou encore de réaliser une dérivation afin d'envoyer ou non le fluide frigorigène et/ou le fluide caloporteur dans l'échangeur de chaleur 202 (en utilisant par exemple des électrovannes comme précédemment décrit en liaison avec le dispositif 100 représenté sur la figure 2). Dans un autre mode de réalisation, le dispositif thermodynamique 100 ou 200 peut correspondre à une pompe à chaleur destinée à chauffer non pas de l'eau, mais de l'air. Dans ce cas, le premier échangeur thermique 104 peut être en contact avec un volume d'air à chauffer. Un dispositif de soufflage peut par exemple servir à souffler de l'air sur le premier échangeur thermique 104 afin de chauffer cet air puis à l'envoyer dans la pièce à chauffer. Le dispositif thermodynamique 100 ou 200 peut également être utilisé en tant que système frigorifique ou climatisation afin de produire de l'air froid et/ou de l'eau froide. Dans ce cas, le deuxième circuit de circulation de fluide 114 n'est de préférence pas utilisé (en fermant la vanne 106a et en ouvrant la vanne 106b sur l'exemple précédemment décrit du dispositif 100). Le dispositif thermodynamique 100 ou 200 peut également être un système réversible pouvant produire du froid et du chaud.10

Claims

REVENDICATIONS1. Echangeur thermique (110) apte à être utilisé dans un dispositif thermodynamique (100, 200) 5 de production de froid et/ou de chaud, comportant au moins : - un premier circuit de circulation de fluide (112) apte à permettre un échange thermique entre un fluide frigorigène se trouvant dans le premier 10 circuit de circulation de fluide (112) et un environnement extérieur à l'échangeur thermique (110), - un deuxième circuit de circulation de fluide (114), étanche vis-à-vis du premier circuit de circulation de fluide (112) et apte à permettre un 15 échange thermique entre un fluide frigorigène ou un fluide caloporteur se trouvant dans le deuxième circuit de circulation de fluide (114) et le fluide frigorigène se trouvant dans le premier circuit de circulation de fluide (112). 20
2. Echangeur thermique (110) selon la revendication 1, dans lequel le motif du premier (112) et/ou du deuxième (114) circuit de circulation de fluide forme un serpentin. 25
3. Echangeur thermique (110) selon l'une des revendications précédentes, ledit échangeur thermique (110) formant un panneau sensiblement rectangulaire comportant au moins deux plaques de 30 matériau (116, 118) assemblées l'une contre l'autre, le premier circuit de circulation de fluide (112)correspondant à une zone de vide entre les deux plaques de matériau (116, 118) et dont le motif correspond à celui du premier circuit de circulation de fluide (112).
4. Echangeur thermique (110) selon la revendication 3, comportant en outre au moins une troisième plaque de matériau (120) assemblée contre l'une des deux plaques de matériau (116), le deuxième circuit de circulation de fluide (114) correspondant à une zone de vide entre la troisième plaque de matériau (120) et ladite une des deux plaques de matériau (116) et dont le motif correspond à celui du deuxième circuit de circulation de fluide (114).
5. Dispositif thermodynamique (100, 200) de production de froid et/ou de chaud, comportant au moins : - un compresseur (102), - un premier échangeur thermique (104) dont une entrée est reliée à une sortie du compresseur (102), - un détendeur (108), - un deuxième échangeur thermique (110) selon l'une des revendications précédentes, et dans lequel une entrée du premier circuit de circulation de fluide (112) du deuxième échangeur thermique (110) est reliée à une sortie du détendeur (108) et une sortie du premier circuit de circulation de fluide (112) du deuxième échangeur thermique (110) est reliée à une entrée du compresseur (102), et dans lequel un fluide caloporteur ou unfluide frigorigène circule dans le deuxième circuit de circulation de fluide (114) du deuxième échangeur thermique (110).
6. Dispositif thermodynamique (100) selon la revendication 5, dans lequel une entrée du deuxième circuit de circulation de fluide (114) du deuxième échangeur thermique (110) est reliée à une sortie du premier échangeur thermique (104) et une sortie du deuxième circuit de circulation de fluide (114) du deuxième échangeur thermique (110) est reliée à une entrée du détendeur (108).
7. Dispositif thermodynamique (100) selon 15 la revendication 6, comportant en outre des moyens (106a, 106b) aptes à fermer la liaison entre la sortie du premier échangeur thermique (104) et l'entrée du deuxième circuit de circulation de fluide (114) du deuxième échangeur thermique (110), lesdits moyens 20 (106a, 106b) faisant dans ce cas communiquer la sortie du premier échangeur thermique (104) directement avec l'entrée du détendeur (108).
8. Dispositif thermodynamique (200) selon 25 la revendication 5, comportant en outre un échangeur de chaleur (202) apte à réaliser un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie du premier échangeur thermique (104) et un fluide caloporteur destiné à circuler dans le deuxième circuit de 30 circulation de fluide (114) du deuxième échangeur thermique (110).
9. Dispositif thermodynamique (100, 200) selon l'une des revendications 5 à 8, dans lequel le deuxième échangeur thermique (110) forme un évaporateur, et dans lequel le premier échangeur thermique (104) forme un condenseur en contact avec un milieu destiné à être chauffé, ledit dispositif thermodynamique (100, 200) étant destiné à produire de la chaleur.
10. Dispositif thermodynamique (100, 200) selon la revendication 9, ledit dispositif thermodynamique (100, 200) étant une pompe à chaleur apte à chauffer de l'air ou un dispositif de production d'eau chaude.15