CA1076557A - Procede et dispositif de regulation pour thermopompe - Google Patents

Procede et dispositif de regulation pour thermopompe

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Abstract

Procédé de régulation pour thermopompe de tout type parcourrue par un fluide frigorigène extrayant, au moyen d'au moyen un premier échangeur, des calories d'un fluide caloporteur parcourant un circuit de refroidissement d'une source froide pour les transmettre, au moyen d'au moins un second échangeur à un fluide parcourant un circuit d'utilisation. Le procédé consiste à moduler, à l'entrée du premier échangeur, le débit du fluide caloporteur en fonction de la température, mesurée à la sortie du second échangeur du fluide du circuit d'utilisation, dont le débit d'entrée dans le second échangeur est lui-même modulé en fonction de la pression ou de la température, à la sortie du second échangeur, du fluide frigorigène.

Description

1~7~i5S7 La présente invention concerne un procédé et un disposi-tif de régulation pour thermopompe, du type de celles qui sont de plus en plus fréquemment utilisées au sein d'installations d'ex-ploitation et d'utilisation de l'énergie calorifique contenue dans tout générateur-accumulateur, tel que constitué par l'air extérieur ou d'évacuation (à partir de locaux dans lesquels des ordinateurs, par exemple, dissipent de la chaleur) ou par tout ensemble d'élé-ments naturels, tal que l'eau des nappes phréatiques et le sol (source géothermique) et dont les propriétés thermiques rendent in-téressante son utilisation en tant que source froide d'une instal-lation de chauffage et/ou de climatisation de locaux industriels ou privés.
La présente invention s'applique à la régulation des thermopompes de type connu, extrayant des calories d'une source froide pour les transmettre à un fluide d'utilisation qui les véhi-cule ensuite dans les locaux, ces thermopompes étant, de fac~on classique, couplées thermiquement à un circuit de refroidissement de la source froide au moyen d'au moins un premier échangeur, dans lequel un fluide frigorigène circulant dans la pompe à chaleur absorbe des calories en excès véhiculées par un fluide caloporteur provenant du circuit de refroidissement de la source froide, ces calories étant restituées au fluide du circuit d'utilisation, par exemple un circuit de chauffage central, au moyen d'au moins un second échangeur.
De préférence, l'invention s'applique à la régulation des thermopompes du type à compression, où un groupe compresseur transmet le fluide frigorig~ne à un condenseur libérant de l'éner-gie calorifique au circuit d'utilisation par l'intermédiaire du second échangeur.
Bien entendu, l'invention s'applique également aux thermopompes qui, en plus des éléments déjà définis, comprenent au moins un échangeur surchauffeur, un désydrateur, un détendeur, 1~7~557 voire également un compresseur stato-thermique, étagé ou à veine convergente de façon continue, comme cela est décrit dans la deman-de de brevet canadien No. 26b,636 deposee le 7 septem~Ee 197~.
Le problème que l'invention vise à résoud.re~est de con-cevoir un procédé et un dispositif permettant d'assurer de façon simple et automatique, la régulation du fonctionnement d'une ther-mopompe, à partir de sondes permettant le contrale qualitatif et/
ou quantitatif de certains paramètres d'entrée et de sortie de la thermopompe.
A cet effet, le procédé selon la présente invention se caractérise en ce qu'il consiste à moduler, à l'entrée du premier échangeur, le débit du fluide caloporteur en fonction de la tempé-rature, mesurée à la sortie du second échangeur, du fluide du cir-cuit d'utilisation, dont le débit d'entrée dans le second échangeur est lui-même modulé en fonction de la pression ou de la température, à la sortie du second échangeur, du fluide frigorigène.
De plus. le fluide du circuit d'utilisation ne traver-sant pas le second échangeur peut atre conduit à se mélanger à la sortie de ce dernier à celui 1'ayant traverse,la température en fonc-tion de laquelle le debit du fluide caloporteur est module etant me-suree après que se soit effectue le mélange.
. Dans le cas où il s'applique à la regulation du fonction-nement d'une thermopompe comprenant au moins un groupe compresseur, le procédé selon la presente invention se caracterise, en outre, en ce qu'il consiste à commander le fonctionnement du groupe com-presseur en fonction de la temperature du fluide caloporteur mesu-ree à la sortie du premier echangeur.
Avantageusement, le fonctionnement du groupe compresseur est interrompu lorsque la temperature du fluide caloporteur ~ la sortie du premier echangeur atteint une première valeur de seuil, et la mise en service du groupe compresseur est provoquee lorsque la temperature du fluide caloporteur atteint une seconde valeur de A

1076~57 seuil superieure à la première.
Enfin, toute mise en sexvice du ~roupe compresseur peut etre interdite si la temperature du fluide caloporteur atteint une troisieme valeur de seuil, inferieuere à la première, ceci permet-tant d'eviter tout risque de gel de l'installation.

Le dispositif selon l'invention, permettant la mise en oeuvre du procede qui vient d'être defini, se caracterise en ce qu'il comprend une première vanne motorisee, situee à l'entree du circuit de refroidissement dans le premier echangeur, pilotee à
lQ partir d'une sonde de temperature disposee sur le circuit d'utilisa-tion à la sortie du second echangeur et detectant la temperature du fluide du circuit d'utilisation, dont le debit d'entree dans le second echangeur est module par une seconde vanne motorisee, pi-lotee à partir d'une sonde de temperature ou de pression, situee sur le circuit de fluide frigorigène à la sortie du second echan-geur.
Selon une realisation preferee, la seconde vanne moto-risee est une vanne trois-voies dont l'unique entree reçoit le de-bit de retour du fluide du circuit d'utilisation, dont une premiè-re sortie delivre au second echangeur le debit module de fluidedu circuit d'utilisation, et dont la seconde sortie dirige direc-tement à la sortie du second échangeur, en amont de la sonde de temperature du circuit d'utilisation, le fluide de ce ciruit n'ayant pas traverse le second echangeur.
Pour une thermopompe dont le circuit de fluide frigo-rigène comprend de plus un groupe compresseur, le dispositif se-lon la presente invention se caracterise en ce qu'il comporte, en outre, une sonde de temperature, disposee sur le circuit de refroidissement à la sortie du premier echangeur, et couplee à un contacteur à seuil de declenchement, commandant, d'une part, l'ar-rêt du fonctionnement du groupe compresseur lorsque la sonde de-tecte une première valeur de seuil et, d'autre part, la mise en ~ "
~76557`

service du groupe compresseur lorsque la sonde detecte une seconde valeur de seuil superieure à la premiere.
Enfin, un disjoncteur peut être associe au contacteur pour empêcher toute mise en service du groupe compresseur si la son-de de temperature du fluide caloporteur detecte une troisieme valeur de seuil, inferieure à la première.
Avec reference à la figure unique, qui represente, à
titre d'exemple non limitatif, un mode de realisation du dispositif de regulation selon la presente invention equipant une thermopompe representee de façon très schematique par son circuit 1 de fluide frigorigène, un premier echangeur 2 ou evaporateur, un compresseur 3 et son moteur d'entraînement 4, et un second echangeur 5 ou con-denseur, le dispositif de regulation comprend une première vanne mo-torisee 6, disposee sur le circuit de refroidissement 7, en amont du premier echangeur 2, de facon à pouvoir moduler le debit de fluide caloporteur du circuit de refroidissement 7 admis à traverser le premier echangeur 2. Ce fluide, par exemple de l'eau à une tempe-rature de 12C provenant d'une nappe phreatique, cède en traversant l'echangeur 2 des calories au fluide frigorigene du circuit 1, dans une proportion dependant directement du debit d'entree de l'eau dans cet echangeur 2. La vanne motorisee 6 est commandee a partir d'une sonde de temperature 8, detectant la temperature du fluide du cir-cuit d'ut~ilisation a son depart 9 vers l'utilisation. Cette sonde 8 mesure la temperature de melange du fluide, par exemple de l'eau d'un circuit de chauffage central, provenant, d'une part, du second echangeur 5, ou des calories vehiculees par le fluide frigorigène lui sont transferees, et, d'autre part, du retour 10 du circuit d'utilisation, par l'intermediaire de Ia conduite 11 et d'une seconde vanne motorisee 12. Cette vanne motorisee 12 est une vanne trois-voies, dont une première sortie permet de moduler le debit de flui-de d'utilisation traversant le second echangeur 5, en raison inverse du debit directement dirige par la second sortie et la conduite 11 --4-- .

1~765~7 vers la sonde 8.
~ a vanne 12 est commandee à partir d'une sonde 13, dis-posee a la sortie du second echangeur 5 sur le circuit de fluide frigorigene 1, et detectant, soit la pression, soit la temperature de ce dernier, ces deux grandeurs etant physiquement liees l'une à
l'autre.
De la sorte, la modulation du debit d'entree du fluide caloporteur au moyen de la vanne 6 permet de controler la quantite de calories transferees par le circuit frigorigène 1 au circuit d'utili-sation, ce dont temoigne la sonde de temperature 8, alors que simul-tanément la vanne trois-voies 12 assure une juste repartition de la quantite de fluide d'utilisation devant traverser le second echan-geur 5 et de la quantite de ce meme fluide d'utilisation directement retourne vers la sonde 8, en fonction de la pression ou de la tempe-rature du fluide frigorigene en aval du second echangeur qùi temoigne de la qualite de l'absorption par le flùide du circuit d'utilisation des calories vehiculees par le fluide frigorigene du circuit 1 de la pompe ~ chaleur.
Par exemple, pour une forte pression ou temperature mesuree par la sonde 13, ce qui traduit une faible absorption par le fluide du circuit d'utilisation des calories vehiculees dans le circuit de fluide frigorigene 1, la vanne trois-voies 12 laissera passer dans le second echangeur 5 un debit plus important.
Afin de tirer le meilleur parti des qualites du fluide caloporteur du circuit de refroidissement 7 et principalement de sa temperature sans risquer de nuire au fonctionnement de l'ensemble de l'installation, une sonde de temperature est disposee sur ce circuit de refroidissement, en 15 à la sortie du premier echangeur
2, au sein d'un ensemble 14, comprenant, de plus, un contacteur a seuil de declenchement ainsi qu'un disjoncteur, ces deux derniers appareils etant sensibles au franchissement de seuils de temperatu-re, de sorte que le contacteur commande l'arrêt du fonctionnement ~76~S7 du groupe compresseur (3,4) lorsque la sonde de l'ensemble 14 detec-te que la temperature du fluide du circuit de refroidissement en sortie du premier échangeur 2 est descendue à une première valeur de seuil, par exemple 4C, ce même contacteur commandant la mise en service du groupe compresseur (3,4) lorsque la sonde indique que la temperature du fluide du circuit de refroidissement est remontee à
un second seuil superieur au premier, par exemple 6C. Le disjonc-teur, pour sa part, se declenche lorsque la temperature atteint un troisième seuil inferieur au premier, qui sera par exemple de 2C.
Dans ce cas, le disjoncteur interdira toute mise en route du groupe compresseur (3,4) mise en route qui ne pourra s'effectuer qu'après une manoeuvre manuelle de rearmement, sous reserve que la tempéra-ture du fluide caloporteur du circuit de refroidissement en sortie du premier echangeur 2 soit remontee au-delà de 6C.
Cette commande du groupe compresseur (3,4) à partir de l'ensemble 14 permet d'eviter, de façon efficace, tout risque de gel pour l'installation.
Le procede et le dispositif de regulation selon l'in-vention du fonctionnement d'une thermopompe permettent donc, de facon simple et automatique, de favoriser la qualite des echanges entre source froide et circuit d'utilisation en tenant compte de l'evolution des besoins au niveau du circuit d'utilisation aussi bien que de l'evolution des conditions dans lesquelles se trouve la source froide.

Claims (9)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
1. Procédé de régulation pour thermopompe de tout type parcourue par un fluide frigorigène extrayant, au moyen d'au moins un premier échangeur, des calories d'un fluide caloporteur parcourant un circuit de refroidissement d'une source froide pour les transmet-tre, au moyen d'au moins un second échangeur, à un fluide parcou-rant un circuit d'utilisation, caractérisé en ce qu'il consiste à
moduler, à l'entrée du premier échangeur, le débit du fluide calopor-teur en fonction de la température, mesurée à la sortie du second échangeur, du fluide du circuit d'utilisation, dont le débit d'entrée dans le second échangeur est lui-même modulé en fonction de la pres-sion ou de la température, à la sortie du second échangeur, du flui-de frigorigène.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide du circuit d'utilisation ne traversant pas le second échangeur est conduit à se mélanger à celui ayant traversé
ledit second échangeur, à la sortie de ce dernier, et en ce que la température, en fonction de laquelle le débit du fluide caloporteur est module, est mesurée après que se soit effecuté le mélange.
3. Procédé de régulation selon la revendication 1, pour thermopompe comprenant au moins un groupe compresseur du fluide frigorigène, caractérisé en ce qu'il consiste à commander le fonctionnement du groupe compresseur en fonction de la température du fluide caloporteur mesurée à la sortie du premier échangeur.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à interrompre le fonctionnement du groupe compres-seur lorsque la température du fluide caloporteur à la sortie du premier échangeur atteint une première valeur de seuil, et à
provoquer la mise en service du groupe compresseur lorsque ladite température du fluide caloporteur atteint une seconde valeur de seuil supérieure à la première.
5. Procédé selon les revendications 3 ou 4, caracté-risé en ce qu'il consiste à empêcher toute mise en service du groupe compresseur si ladite température du fluide caloporteur atteint une troisième valeur de seuil, inférieure à la pre-mière.
6. Dispositif de régulation pour thermopompe ayant un circuit de fluide frigorigène comprenant au moins un premier échangeur ou évaporateur, où des calories sont extraites d'un fluide caloporteur parcourant un circuit de refroidissement d'une source froide, ainsi qu'au moins un second échangeur ou condenseur, où des calories sont transmises à un fluide parcou-rant un circuit d'utilisation, caractérisé en ce qu'il comprend une première vanne motorisée, située à l'entrée du circuit de refroidissement dans le premier échangeur, pilotée à partir d'une sonde de température disposée sur le circuit d'utilisa-tion à la sortie du second échangeur et détectant la tempéra-ture du fluide du circuit d'utilisation, dont le débit d'en-trée dans le second échangeur est modulé par une seconde vanne motorisée pilotée à partir d'une sonde de température ou de pression, située sur le circuit de fluide frigorigène à la sortie du second échangeur.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé
en ce que la seconde vanne motorisée est une vanne trois-voies dont l'unique entrée reçoit le débit de retour du fluide du cir-cuit d'utilisation, dont une première sortie délivre au second échangeur le débit modulé de fluide du circuit d'utilisation, et dont la seconde sortie dirige directement à la sortie du second échangeur, en amont de la sonde de température du circuit d'uti-lisation, le fluide de ce circuit n'ayant pas traversé le second échangeur.
8. Dispositif selon la revendication 6, pour thermo-pompe dont le circuit de fluide frigorigène comprend, de plus, un groupe compresseur, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, une sonde de température, disposée sur le circuit de refroidissement à la sortie du premier échangeur, et couplée à
un contacteur à seuil de déclenchement, commandant, d'une part, l'arrêt du fonctionnement du groupe compresseur lorsque la sonde détecte une première valeur de seuil et, d'autre part, la mise en service du groupe compressuer lorsque la sonde détecte une seconde valeur de seuil supérieure à la première.
9. Dispositif selon la revendication 8 précédente, caractérisé en ce qu'un disjoncteur est associé au contacteur pour empêcher toute mise en service du groupe compresseur si la sonde de température du fluide caloporteur détecte une troi-sième valeur de seuil, inférieure à la première.
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