CH615267A5 - - Google Patents
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Description
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de régulation pour thermopompe, du type de celles qui sont de plus en plus fréquemment utilisées au sein d'installations d'exploitation et d'utilisation de l'énergie calorifique contenue dans tout générateur accumulateur, telle que constituée 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'éléments naturels, tels que l'eau des nappes phréatiques et le sol (source géothermique) et dont les propriétés thermiques rendent intéressante son utilisation en tant que source froide d'une installation 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 véhicule ensuite dans les locaux, ces thermopompes étant, de façon 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 frigorigène à un condenseur libérant de l'énergie 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, comprennent au moins un échangeur surchauffeur, un déshydrateur, un détendeur, voire également un compresseur statothermique, étagé ou à veine convergente de façon continue, comme cela est décrit dans la demande de brevet français N° 75.28089
Le problème que l'invention vise à résoudre est de concevoir un procédé et un dispositif permettant d'assurer de façon simple et automatique la régulation du fonctionnement d'une thermopompe, à partir de sondes permettant le contrôle 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 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.
De plus, le fluide du circuit d'utilisation ne traversant pas le second échangeur peut être conduit à se mélanger à la sortie de ce dernier à celui l'ayant traversé, la température en fonction de laquelle le débit du fluide caloporteur est modulé étant mesurée après que s'est effectué le mélange.
Dans le cas où il s'applique à la régulation du fonctionnement d'une thermopompe comprenant au moins un groupe compres2
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seur, le procédé selon la présente invention se caractérise, en outre, 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.
Avantageusement, le fonctionnement du groupe compresseur est interrompu lorsque la température du fluide caloporteur à la sortie du premier échangeur atteint une première valeur de seuil, et la mise en service du groupe compresseur est provoquée lorsque la température du fluide caloporteur atteint une seconde valeur de seuil supérieure à la première.
Enfin, toute mise en service du groupe compresseur peut être interdite si la température du fluide caloporteur atteint une troisième valeur de seuil, inférieure à la première, cela permettant d'éviter tout risque de gel de l'installation.
Le dispositif selon l'invention, permettant la mise en œuvre du procédé qui vient d'être défini, se caractérise 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'utilisation à la sortie du second échangeur et détectant la température du fluide du circuit d'utilisation, dont le débit d'entrée 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.
Selon une réalisation préférée, la seconde vanne motorisée est une vanne trois voies dont l'unique entrée reçoit le débit de retour du fluide du circuit 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'utilisation, le fluide de ce circuit n'ayant pas traversé le second échangeur.
Pour une thermopompe dont le circuit de fluide frigorigène comprend de plus un groupe compresseur, le dispositif selon la présente invention se caractérise 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 compresseur lorsque la sonde détecte une seconde valeur de seuil supérieure à la première.
Enfin, un disjoncteur peut être associé au contacteur pour empêcher toute mise en service du groupe compresseur si la sonde de température du fluide caloporteur détecte une troisième valeur de seuil, inférieure à la première.
Avec référence à la figure unique, qui représente, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation du dispositif de régulation selon la présente invention, équipant une thermopompe représentée de façon très schématique par son circuit 1 de fluide frigorigène, un premier échangeur 2 ou évaporateur, un compresseur 3 et son moteur d'entraînement 4, et un second échangeur 5 ou condenseur, le dispositif de régulation comprend une première vanne motorisée 6, disposée sur le circuit de refroidissement 7 en amont du premier échangeur 2, de façon à pouvoir moduler le débit de fluide caloporteur du circuit de refroidissement 7 admis à traverser le premier échangeur 2. Ce fluide, par exemple de l'eau à une température de 12°C provenant d'une nappe phréatique, cède en traversant l'échangeur 2 des calories au fluide frigorigène du circuit 1, dans une proportion dépendant directement du débit d'entrée de l'eau dans cet échangeur 2. La vanne motorisée 6 est commandée à partir d'une sonde de température 8, détectant la température du fluide du circuit d'utilisation à son départ 9 vers l'utilisation. Cette sonde 8 mesure la température de mélange du fluide, par exemple de l'eau d'un circuit de chauffage central, provenant, d'une part, du second échangeur 5, où des calories véhiculées par le fluide frigorigène lui sont transférées, et, d'autre part, du retour 10 du circuit d'utilisation, par l'intermédiaire de la conduite 11 et d'une seconde vanne motorisée 12. Cette vanne motorisée 12 est une vanne trois voies, dont une première sortie permet de moduler le débit de fluide d'utilisation traversant le second échangeur 5, en raison inverse du débit directement dirigé par la seconde sortie et la conduite 11 vers la sonde 8.
La vanne 12 est commandée à partir d'une sonde 13, disposée à la sortie du second échangeur 5 sur le circuit de fluide frigorigène 1, et détectant, soit la pression, soit la température de ce dernier, ces deux grandeurs étant physiquement liées l'une à l'autre.
De la sorte, la modulation du débit d'entrée du fluide caloporteur au moyen de la vanne 6 permet de contrôler la quantité de calories transférées par le circuit frigorigène 1 au circuit d'utilisation, ce dont témoigne la sonde de température 8, alors que simultanément la vanne trois voies 12 assure une juste répartition de la quantité de fluide d'utilisation devant traverser le second échangeur 5 et de la quantité de ce même fluide d'utilisation directement retourné vers la sonde 8, en fonction de la pression ou de la température du fluide frigorigène en aval du second échangeur qui témoigne de la qualité de l'absorption par le fluide du circuit d'utilisation des calories véhiculées par le fluide frigorigène du circuit 1 de la pompe à chaleur.
Par exemple, pour une forte pression ou température mesurée par la sonde 13, ce qui traduit une faible absorption par le fluide du circuit d'utilisation des calories véhiculées dans le circuit de fluide frigorigène 1, la vanne trois voies 12 laissera passer dans le second échangeur 5 un débit plus important.
Afin de tirer le meilleur parti des qualités du fluide caloporteur du circuit de refroidissement 7, et principalement de sa température, sans risquer de nuire au fonctionnement de l'ensemble de l'installation, une sonde de température est disposée sur ce circuit de refroidissement, en 15 à la sortie du premier échangeur 2, au sein d'un ensemble 14, comprenant, de plus, un contacteur à seuil de déclenchement ainsi qu'un disjoncteur, ces deux derniers appareils étant sensibles au franchissement de seuils de température, de sorte que le contacteur commande l'arrêt du fonctionnement du groupe compresseur (3, 4) lorsque la sonde de l'ensemble 14 détecte que la température du fluide du circuit de refroidissement en sortie du premier échangeur 2 est descendue à une première valeur de seuil, par exemple 4°C, ce même contacteur commandant la mise en service du groupe compresseur (3, 4) lorsque la sonde indique que la température du fluide du circuit de refroidissement est remontée à un second seuil supérieur au premier, par exemple 6°C. Le disjoncteur, pour sa part, se déclenche lorsque la température atteint un troisième seuil inférieur au premier, qui sera par exemple de 2l C. 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 manœuvre manuelle de réarmement, sous réserve que la température du fluide caloporteur du circuit de refroidissement en sortie du premier échangeur 2 soit remontée au-delà de 6 C.
Cette commande du groupe compresseur (3, 4) à partir de l'ensemble 14 permet d'éviter, de façon efficace, tout risque de gel pour l'installation.
Le procédé et le dispositif de régulation selon l'invention du fonctionnement d'une thermopompe permettent donc, de façon simple et automatique, de favoriser la qualité des échanges entre source froide et circuit d'utilisation en tenant compte de l'évolution des besoins au niveau du circuit d'utilisation aussi bien que de l'évolution des conditions dans lesquelles se trouve la source froide.
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Claims (9)
1. Procédé de régulation pour thermopompe 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 transmettre, au moyen d'au moins un second échangeur, à un fluide parcourant un circuit d'utilisation, caractérisé en ce qu'il 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.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide du circuit d'utilisation ne traversant pas le second échangeur se mélange au fluide 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 modulé, est mesurée après que s'est effectué le mélange.
3. Procédé de régulation selon l'une des revendications 1 et 2, 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 compresseur 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 l'une des revendications 3 et 4, caractérisé 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 première.
6. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé de régulation selon la revendication 1, pour thermopompe dont le circuit de fluide frigorigène comprend 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 parcourant 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'utilisation à la sortie du second échangeur et détectant la température du fluide du circuit d'utilisation, dont le débit d'entrée 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 circuit 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'utilisation, le fluide de ce circuit n'ayant pas traversé le second échangeur.
8. Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, pour thermopompe, 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 con-tacteur 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 compresseur lorsque la sonde détecte une seconde valeur de seuil supérieure à la première.
9. Dispositif selon la revendication 8, 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 troisième valeur de seuil, inférieure à la première.
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