FR2520095A1 - Systeme a pompe a chaleur et procede pour, selectivement, chauffer de l'eau et chauffer ou refroidir de l'air - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN SYSTEME A POMPE A CHALEUR POUVANT FONCTIONNER EN CASCADE OU NON POUR LE CHAUFFAGE DE L'EAU ET POUR LE REFROIDISSEMENT OU LE CHAUFFAGE D'UNE ZONE DE CONFORT. LE SYSTEME COMPORTE DEUX BOUCLES A FLUIDES DE REFRIGERATION, A SAVOIR UNE PREMIERE BOUCLE COMPRENANT UN COMPRESSEUR 10, UN ECHANGEUR DE CHALEUR 13, UN DETENDEUR 20 ET UN ECHANGEUR DE CHALEUR 22 A TROIS FLUIDES, ET UNE SECONDE BOUCLE COMPRENANT UN COMPRESSEUR 32, UN SECOND DETENDEUR 36 ET UN ECHANGEUR DE CHALEUR EXTERIEUR 38. LE SYSTEME UTILISE DEUX FLUIDES DE REFRIGERATION, ET IL PEUT FONCTIONNER DANS TROIS MODES PERMETTANT SELECTIVEMENT LE CHAUFFAGE DE L'EAU ET LE REFROIDISSEMENT OU LE CHAUFFAGE D'UNE ZONE DE CONFORT 25. DOMAINE D'APPLICATION : CHAUFFAGE DE L'EAU ET, EVENTUELLEMENT, DES LOCAUX D'INSTALLATIONS INDUSTRIELLES.
Description
L'invention concerne d'une manière générale un système de chauffage de
l'eau à pompe à chaleur, et plus particulièrement un système utilisant deux fluides de réfrigération, pouvant être mis en oeuvre sélectivement en mode cascade pour chauffer de l'eau et en mode no"- cascade pour conditionner en température l'air fourni à
une zone de confort.
Un système de chauffage de l'eau à pompe à chaleur possède un coût potentiel de fonctionnement très inférieur à celui d'un système utilisant un chauffage par
résistance électrique ou d'un système dans lequel un com-
bustible fossile de prix élevé est brûlé Etant donné
qu'une pompe à chaleur peut extraire de l'énergie calori-
fique d'une source de déchets ou de l'air ambiant exté-
rieur, elle peut consommer une quantité d'énergie électri-
que pouvant être réduite au tiers de celle demandée par le chauffage par résistance électrique Cependant, le rendement d'une pompe à chaleur typique pour chauffer de
l'eau ou de l'air chute sensiblement lorsque la tempéra-
ture de la source de chaleur descend au-dessous de la plage optimale pour laquelle le système est conçu Par
exemple, une pompe à chaleur classique à un étage, utili-
sant un fluide de réfrigération du type "R-22 ", possède
un rendement inférieur à celui d'un dispositif de chauf-
fage à résistance électrique si la température de la source descend audessous d'environ -70 C. Bien que des fluides de réfrigération autres que le fluide du type "R-22 " puissent être utilisés dans un système de chauffage de l'eau à pompe à chaleur pour extraire l'énergie d'une source de chaleur de température très inférieure, de tels systèmes ne produisent pas de l'eau très chaude, ni ne fonctionnent avec efficacité
aux températures supérieures de lasource Pour des appli-
cations dans lesquelles une pompe à chaleur doit extraire la chaleur d'une source à température variable, il est courant de concevoir le système pour des températures de source relativement plus élevées et de prévoir un chauffage
d'appoint ou auxiliaire sous la forme d'éléments à résis-
tance électrique ou de brdleurs de combustible fossile à
utiliser lorsque la température de la source descend au-
dessous d'un point d'équilibre économique.
Une autre solution à ce problème est décrite dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique N O 3 301 002 dans lequel deux compresseurs sont étagés et utilisés comme boucles de réfrigération primaire et secondaire Le système secondaire peut être mis en oeuvre pour chauffer de l'eau, tandis que le système primaire ne travaille pas, ou bien les deux systèmes peuvent être mis en oeuvre pour conditionner en température l'air fourni à une zone de confort et pour chauffer de l'eau, sur une large plage de températures de i 'air ambiant Un système capable d'extraire de la chaleur de l'air ambiant à température relativement basse (-10 C) pour produire de l'eau chaude (jusqu'à 800 C) est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N' 3 984 050 Ce système comprend deux compresseurs qui sont accouplés en
cascade, l'évaporateur d'un compresseur servant à conden-
ser le fluide de réfrigération de l'autre compresseur.
L'eau chauffée dans le système alimente des radiateurs disposés de manière à chauffer plusieurs zones de confort,
ainsi qu'un dispositif de chauffage de l'eau potable.
Un système économique de chauffage de l'eau est
particulièrement important dans des applications commer-
c Iles telles que des hôpitaux et des restaurants qui denandent souvent d'importantes quantités d'eau chaude
devant être utilisées dans des installations de blanchis-
sage ou de lavage Un système de chauffage de l'eau à pompe
à chaleur constitue un choix logique pour de telles appli-
cations; cependant, le système doit pouvoir fonctionner sur une large plage de températures de la source Etant donné que le coût initial d'un tel système est important
par rapport à celui d'autres types d'appareils de chauf-
fage de l'eau, ce système doit assurer également le con-
ditionnement en température d'une zone de confort, ce qui
réduit davantage sa durée d'amortissement.
L'invention a donc pour objet une pompe à chaleur capable de chauffer de l'eau en utilisant de la chaleur extraite d'une source à température variable L'invention a également pour objet d'assurer en outre le chauffage et le refroidissement d'une zone de confort L'invention a pour autre objet de mettre en oeuvre des moyens communs pour chauffer ou refroidir l'air fourni à une zone de confort et pour réaliser une transmission de chaleur entre des premier et second fluides de réfrigération dans un
système de chauffage de l'eau à pompe à chaleur en cascade.
L'invention concerne donc un système de pompe à chaleur et un procédé pour chauffer sélectivement de l'eau en extrayant de la chaleur de l'air ambiant extérieur
relativement froid (ou de toute autre source), en fonction-
nant en disposition en cascade, et pour chauffer ou refroi-
dir del'air fourni à une zone de confort, en fonctionnant
non en cascade Ce système peut être mis en oeuvre sélec-
tivement dans trois modes: 1) le chauffage de l'eau en même temps que le refroidissement de l'air fourni à la zone de confort; 2) le chauffage de l'eau à l'aide de
la chaleur extraite de l'air ambiant extérieur relative-
ment froid; et 3) le chauffage de l'air fourni à la zone de confort au moyen de la chaleur extraite de l'air ambiant extérieur Dans les modes 1 et 3, le système ne fonctionne
pas dans la disposition en cascade.
Le système à pompe à chaleur comprend des première et seconde boucles de réfrigération La première boucle comprend un premier compresseur, un échangeur de chaleur
d'un fluide de réfrigération vers l'eau, un premier dis-
positif de détente et un échangeur de chaleur à trois fluides Le premier fluide de réfrigération comprimé est
condensé dans l'échangeur de chaleur du fluide de réfrigé-
ration vers l'eau, afin de chauffer l'eau pendant le fonc-
tionnement du système dans les premier et deuxième modes.
Le premier dispositif de détente réduit la pression du premier fluide de réfrigération condensé afin qu'il puisse être vaporisé dans l'échangeur de chaleur à trois fluides par transmission de chaleur avec l'air fourni à la zone de confort pendant le fonctionnement dans le premier mode,
ou avec un second fluide de réfrigération pendant le fonc-
tionnement du système dans le deuxième mode.
La seconde boucle à fluide de réfrigération com-
prend un second compresseur, un second dispositif de détente et un échangeur de chaleur extérieur Le second compresseur est mis en marche dans les deuxième et troisième modes et il est relié à l'échangeur de chaleur à trois fluides dans
lequel le second fluide de réfrigération comprimé est con-
densé En se condensant, le second fluide de réfrigération chauffe donc l'air fourni à la zone de confort lorsque le second compresseur seulement est en marche pendant le fonctionnement dans le troisième mode Le second fluide
de réfrigération condensé est détendu dans le second dis-
positif de détente et vaporisé dans l'échangeur de chaleur extérieur par transmission de chaleur avec l'air ambiant extérieur Le système peut donc transmettre efficacement la chaleur extraite de l'air extérieur relativement froid pour chauffer de l'eau en faisant travailler les première et seconde boucles de réfrigération en cascade, ou pour
chauffer ou refroidir de l'air fourni à la zone de con-
fort. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 est une élévation schématique, avec
coupe partielle, du système de pompe à chaleur selon l'in-
vention, montrant les première et seconde boucles à fluides de réfrigération, qui peuvent travailler en cascade; la figure 2 est une élévation avec coupe partielle d'un détail du système pouvant travailler dans un premier mode pour chauffer de l'eau et refroidir de l'air fourni à une zone de confort;
la figure 3 représente la partie du système pou-
vant être mise en oeuvre dans un troisième mode pour chauf-
fer de l'air fourni à la zone de confort; et les figures 4 A, 4 B et 4 C sont, respectivement, une vue en bout, une élévation et une autre vue en bout d'une forme préférée de réalisation de l'échangeur de
chaleur à trois fluides (double circuit de tubes à ailettes).
La figure 1 représente des première et seconde boucles à fluide de réfrigération branchées en cascade Un premier compresseur 10 est destiné à refouler un premier fluide de réfrigération, par un premier orifice 11 de,
décharge, dans un conduit 12 relié à un échangeur de cha-
leur 13 du fluide de réfrigération vers l'eau Le premier fluide de réfrigération comprimé est condensé en passant dans un serpentin condenseur 14, disposé à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 13, afin de chauffer l'eau arrivant par une entrée 15 L'eau chauffée s'écoule par un conduit 16 d'eau chaude, selon la demande de l'installation dans
laquelle le système de pompe à chaleur est monté.
Le premier fluide de réfrigération condensé sort de l'échangeur de chaleur 13 sous la forme d'un liquide par un conduit 19 qui est relié à un détendeur 20 Le détendeur 20 étrangle l'écoulement du premier fluide de
réfrigération condensé afin de permettre sa détente lors-
qu'il passe dans un conduit 21 pour qu'il soit vaporisé en passant dans un serpentin évaporateur 23 d'un échangeur
de chaleur 22 à trois fluides Le premier fluide de réfri-
gération vaporisé revient par un conduit 28 à un premier
orifice 29 d'aspiration du premier compresseur 10.
L'échangeur de chaleur 22 à trois fluides est disposé dans une gaine 24 de distribution d'air afin d'échanger de la chaleur avec l'air fourni à une zone 25 de confort pendant le fonctionnement du système dans le mode 1 (voir figure 2) Un ventilateur centrifuge 26 fait circuler de l'air dans la gaine 24, ce ventilateur aspirant l'air dans une chambre à air de retour (non représentée), ou bien aspirant de l'air frais à l'extérieur du bâtiment,
ou bien aspirant un mélange d'air frais et d'air de retour.
Dans le deuxième mode de fonctionnement, un second fluide de réfrigération comprimé, arrivant par un conduit 30, passe dans un serpentin condenseur 31 qui est également disposé dans l'échangeur de chaleur 22 à trois fluides, en relation de transmission de chaleur avec le serpentin évaporateur 23 Le second fluide de réfrigération est ainsi condensé et le premier fluide de réfrigération est vaporisé Le second fluide de réfrigération condensé arrive ensuite par un conduit 33 à un sous-refroidisseur 34 monté dans la conduite d'aspiration de liquide,
dans lequel il est refroidi à pression cons-
tante et duquel il sort par un conduit 35 Un second déten-
deur 36 étrangle le courant du second fluide de réfrigéra-
tion, à l'état liquide, passant dans le conduit 35 et lui permet de se détendre à son entrée dans un conduit 37 Le second fluide de réfrigération détendu est vaporisé par échange de chaleur avec de l'air passant dans un échangeur de chaleur 38 à air ambiant extérieur Le courant d'air traversant l'échangeur de chaleur 38 est produit par un
ventilateur 39; dans le mode 2, le courant d'air traver-
santl'échangeur de chaleur 22 n'est de préférence pas produit Le second 'fluide de réfrigération vaporisé revient au sous-refroidisseur 34 par un conduit 41, est surchauffé
par de la chaleur provenant du second fluide de réfrigéra-
tion condensé, et est renvoyé par un conduit 42 à un ori-
fice 43 d'aspiration du second compresseur 32.
Le fonctionnement du système en mode 2 pour chauffer de l'eau en utilisant de l'énergie extraite de l'air ambiant extérieur relativement froid risque de nécessiter un dégivrage fréquent de l'échangeur de chaleur 38 utilisant l'air ambiant extérieur pour faire fondre le givre et la glace accumulés sur sa surface Lorsqu'il est nécessaire de faire dégivrer l'échangeur de chaleur 38, la seconde vapeur de réfrigération chaude et comprimée, sortant par un second orifice 44 de décharge du second
compresseur 32, est dirigée par une valve 45 vers le con-
duit 37 pour faire fondre le givre et la glace accumulés
en mêMe temps que la vapeur de réfrigération se condense.
Le ventilateur 38 est arrêté pendant le cycle de dégivrage.
Ce procédé de dégivrage par gaz chaud est bien connu de
l'homme de l'art La valve 45 peut être commandée en fonc-
tion de divers paramètres utilisés pour détecter la néces-
sité de procéder à un dégivrage, ou bien à intervalles de
252 OO 95
temps.
La figure 3 ne représente que la partie du sys-
tème à pompe à chaleur comprenant la seconde boucle à fluide de réfrigération Cette partie du circuit travaille pendant le fonctionnement du système en mode 3, dans lequel l'air fourni à la zone 25 de confort par l'intermédiaire de la gaine 24 est chauffé par la condensation du second fluide de réfrigération dans l'échangeur de chaleur 22 à trois fluides Pendant le fonctionnement en mode 3, le premier compresseur 10 est arrêté et la première boucle à fluide de réfrigération est inactive A la place d'une transmission de chaleur entre les premier et second fluides de réfrigération, l'air passant à travers l'échangeur de chaleur 22 à trois fluides est chauffé par l'énergie cédée lors de la condensation du second fluide de réfrigération
à son passage dans le serpentin condenseur 31 Le fonc-
tionnement de la seconde boucle à fluide de réfrigération
est par ailleurs le même dans le mode 3 que dans le mode 2.
Une commande sélective du système à pompe à chaleur dans l'un des premier, deuxième et troisième modes
est effectuée au moyen d'un dispositif de commande com-
prenant un élément 18 de commande Ce dernier reçoit des
signaux d'entrée provenant d'un détecteur 17 de tempéra-
ture de l'eau, disposé à l'intérieur de l'échangeur de
chaleur 13 du fluide réfrigérant vers l'eau, et d'un détec-
teur 27 de température de la zone de confort Les détec-
teurs 17 et 27 sont reliés au dispositif 18 de commande
par des conducteurs 17 a et 27 a, respectivement Des con-
ducteurs 1 Oa, 26 a et 32 a de commande relient de la même manière le dispositif 18 au premier compresseur 10, au ventilateur centrifuge 26 et au second compresseur 32, respectivement Le dispositif 18 de commande est destiné
à mettre en marche le premier compresseur 10 et le venti-
lateur centrifuge 26 dans le premier mode si le détecteur 17 de température d'eau et le détecteur-27 de température de la zone de confort indiquent une demande simultanée
en eau chaude et en refroidissement de la zone de confort.
Etant donné qu'il est prévu que le système de pompe à chaleur selon l'invention fournisse principalement de l'eau chaude et assure seulement accessoirement le chauffage et le refroidissement de la zone 25 de confort, le dispositif
18 de commande n'établit pas le premier mode de fonctionne-
ment pour refroidir la zone 25 de confort, à moins qu'il
existe également une demande en eau chaude dans l'échan-
geur de chaleur 13 du fluide réfrigérant vers l'eau Il est donc prévu que la zone 25 de confort possède d'autres moyens principaux pour son conditionnement en température et qu'elle ne dépende pas uniquement, à cet effet, du
système à pompe à chaleur destiné au chauffage de l'eau.
Généralement, la zone 25 de confort ne nécessite pas une alimentation en air refroidi pendant les périodes de l'année o la température de l'air ambiant extérieur est
relativement basse C'est également durant de telles pério-
des de basse température de' l'air ambiant extérieur qu'un système à pompe à chaleur classique à un seul étage est incapable de satisfaire une demande de chauffage de l'eau
ou de chauffage d'une zone de confort en utilisant l'éner-
gie extraite de l'air relativement froid Dans ces condi-
tions, le dispositif 18 de commande intervient de façon à faire fonctionner le système de pompe à chaleur dans l'un des modes 2 et 3 Le dispositif 18 de commande établit le mode 2 en réponse à une demande en chauffage de l'eau déterminée par le détecteur 17, lorsqu'il n'existe pas
une demande simultanée de refroidissement telle que déter-
minée par le détecteur 27 de température de la zone de confort Il apparaît que le dispositif 18 de commande établit le mode 1 à la place du mode 2 s'il existe une demande de refroidissement de la zone 25 de confort,
quelle que soit la température de l'air ambiant extérieur.
Durant les périodes au cours desquelles aucun chauffage de l'eau n'est demandé, le dispositif 18 de commande peut établir le mode 3 dans lequel le second compresseur 32 et le ventilateur centrifuge 25 sont mis
en marche pour chauffer l'air fourni à la zone 25 de con-
fort, en réponse à une demande de chaleur dans la zone de confort Lorsqu'une' demande de chauffage de l'eau apparatt
à un instant quelconque pendant la période de fonctionne-
ment du système de pompe à chaleur en mode 3, le dispositif 18 de commande arrête le mode 3 pour passer au mode 2 Dans le mode 2, le dispositif 18 met en marche les premier et second compresseurs 10 et 32, mais il ne met normalement
pas en marche le ventilateur 26.
Plusieurs facteurs doivent être considérés dans le choix des premier et second fluides de réfrigération à utiliser dans le système à pompe à chaleur Ces facteurs comprennent la plage des températures de l'air ambiant extérieur duquel il est prévu que le système extrait de l'énergie pour chauffer l'air et l'eau, et la température maximale à laquelle l'eau doit être chauffée Bien que d'autres fluides de réfrigération puissent être utilisés, dans la forme préférée de réalisation, il est prévu que le premier fluide de réfrigération soit choisi dans le groupe comprenant un fluide de réfrigération 12 et un fluide de réfrigération 22 (dichlorodifluorométhane R-12 et chlorodifluorométhane R-22), et que le second fluide de réfrigération utilisé dans la seconde boucle ou boucle à basse température soit choisi dans le groupe comprenant
un fluide de réfrigération 13 B 1, un fluide de réfrigéra-
tion 32, un fluide de réfrigération 502 et un fluide de réfrigération 504 (bromotrifluorométhane R-13 B 1, fluorure
de méthylène R-32, un azéotrope de R-22 et de chloropenta-
fluoréthane R-502, et un azéotrope de fluorure de méthylène
et de chloropentafluoréthane R-504) Une application typi-
que consiste à utiliser le fluide R-22 comme premier fluide de réfrigération et le fluide R-13 B 1 comme second fluide de réfrigération Si le fluide R-12 est utilisé comme
premier fluide de réfrigération, le fluide R-22 peut égale-
ment être utilisé comme second fluide de réfrigération.
Le groupe de fluides de réfrigération dans lequel le second fluide de réfrigération est choisi doit avoir une densité de gaz relativement faible pour fonctionner à des températures ambiantes relativement basses, permettant ainsi
l'utilisation d'un second compresseur 32 à cylindrée rela-
tivement faible De plus, le second fluide de réfrigération
doit avoir une pression de vapeur, aux températures cor-
respondant aux températures élevées de l'air ambiant extérieur, suffisamment basse afin que des éléments conçus spécialement pour résister à une pression élevée ne soient pas nécessaires Les fluides R-13 B 1, R-32, R-502 et R-504
satisfont tous à ces critères.
Un échangeur de chaleur à tubes et ailettes, dont
le circuit est établi d'une manière convenant à une utilisa-
tion comme échangeur de chaleur 22 à trois fluides, sera à présent décrit en regard des figures 4 A, 4 B et 4 C, cet échangeur de chaleur comportant un bloc à ailettes commun 47 qui s'étend entre les serpentins évaporateurs 23 du
premier fluide de réfrigération et les serpentins conden-
seurs 31 du second fluide de réfrigération Le bloc commun à ailettes 47 non seulement réalise une transmission de la chaleur entre les serpentins 23 et 31, mais définit également des passages d'écoulement d'air à travers l'échangeur de chaleur 22, passages par lesquels l'air
refoulé vers la zone 25 de confort peut passer en échan-
geant de la chaleur avec le premier ou second fluide de réfrigération Comme montré sur les figures 4 A et 4 C, les serpentins 23 et 31 se croisent de façon alternée sur la face de l'échangeur de chaleur 22, les extrémités de chaque serpentin étant reliées séparément au moyen de plusieurs coudes en U, de chaque côté Le courant d'air
passe à travers l'échangeur de chaleur 22 dans une direc-
tio= perpendiculaire à la surface apparaissant sur la figure 4 B, cette surface étant orientée transversalement
à l'axé longitudinal de la gaine 24.
Il convient de noter que l'aire en section demandée pour l'échangeur de chaleur 22 à trois fluides peut dépasser celle disponible dans la gaine 24 Une
gaine élargie peut être prévue pour le montage de l'échan-
geur de chaleur 22, ou bien un échangeur de chaleur à deux circuits, ayant, en section, une aire plus petite et
comportant plus de deux rangées de tubes, peut être utilisé.
Cependant, il faut également tenir compte de la possibilité d'une résistance excessive opposée à l'écoulement de l'air il
dans la gaine 24 par l'échangeur de chaleur 22 si ce der-
nier est trop épais, c'est-à-dire s'il comporte de trop
nombreuses rangées de tubes.
Dans la forme préférée de réalisation décrite précédemment, l'air ambiant est utilisé comme source d'énergie pour le chauffage de l'eau ou de l'air fourni à la zone de confort 25 Cependant, d'autres sources d'énergie calorifique peuvent également être utilisées, parmi lesquelles des eaux du sol telles que des lacs, des mares ou des puits, ou l'énergie résiduelle provenant d'installations industrielles De légères modifications peuvent être apportées au système; par exemple, des tubes capillaires peuvent être utilisés à la place des
détendeurs 20 et 36.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au système décrit et représenté
sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (10)
1 Système à pompe à chaleur pouvant être mis en oeuvre sélectivement dans une disposition en cascade pour chauffer de l'eau et dans une disposition non en cascade pour chauffer ou refroidir de l'air, caractérisé en ce qu'il comporte un premier compresseur ( 10) pouvant être mis en marche sélectivement pour comprimer un premier fluide de réfrigération et présentant un premier orifice ( 29) d'aspiration et un premier orifice ( 11) de décharge, un échangeur de chaleur ( 13) de fluide de réfrigération vers l'eau, relié au premier orifice de décharge afin de communiquer avec lui et pouvant être mis en oeuvre pour
transmettre de la chaleur du premier fluide de réfrigéra-
tion, comprimé dans le premier compresseur, à de l'eau afin de condenser le premier fluide de réfrigération et de chauffer l'eau, un premier dispositif de détente ( 20) qui communique avec l'échangeur de chaleur du fluide de réfrigération vers l'eau et qui est destiné à détendre et réduire la pression du premier fluide de réfrigération condensé, un échangeur de chaleur ( 22) à trois fluides
comprenant des premier et second circuits non communi-
quants ( 23, 31) et des passages d'air disposés pour réa-
liser une transmission de chaleur entre le premier fluide de réfrigération, un deuxième fluide de réfrigération et de l'air, respectivement, le premier circuit comportant une entrée ( 21) reliée au premier dispositif de détente afin de communiquer avec lui, et une sortie ( 28) qui est
reliée au premier orifice d'aspiration afin de communi-
quer avec lui et de renvoyer le premier fluide de réfri-
gération, vaporisé dans l'échangeur de chaleur à trois
fluides, vers le premier compresseur, un second compres-
seur ( 32) pouvant être mis en marche sélectivement pour comprimer le second fluide de réfrigération et présentant un second orifice ( 43) d'aspiration et un second orifice ( 44) de décharge reliés à une entrée du second circuit de l'échangeur de chaleur à trois fluides afin de communiquer avec cette entrée, un second dispositif de détente ( 36) étant relié à une sôrtie du second circuit afin de détendre
et de réduire la pression du second fluide de réfrigéra-
tion condensé dans l'échangeur de chaleur à trois fluides, et un échangeur de chaleur ( 38) à évaporateur-étant monté entre le second dispositif de détente et le second orifice d'aspiration avec lesquels il communique, cet échangeur de chaleur à évaporateur pouvant être mis en marche pour réaliser une transmission de chaleur avec une source de
chaleur afin de vaporiser le second fluide de réfrigéra-
tion avant son retour vers le second compresseur, le sys-
tème étant utilisé dans un premier mode pour chauffer l'eau et refroidir l'air lorsque seul le premier compresseur est mis en marche sélectivement, ou bien dans un deuxième mode
pour chauffer l'eau lorsque les premier et second compres-
seurs sont tous les deux mis en marche sélectivement, dans une disposition en cascade, ou bien dans un troisième mode pour lchauffer l'air lorsque seul le second compresseur est
mis en marche.
2 Système à pompe à chaleur selon la revendica-
tion 1, caractérisé en ce que la source de chaleur pour
vaporiser le second fluide de réfrigération est l'air am-
biant extérieur et en ce que l'air refroidi ou chauffé dans les modes 1 et 3, par transmission de chaleur dans l'échangeur de chaleur à trois fluides, est fourni à une
zone ( 25) de confort.
3 Système à pompe à chaleur destiné à chauffer sélectivement de l'eau en extrayant de la chaleur de l'air
ambiant extérieur relativement froid, tandis qu'il tra-
vaille dans une disposition en cascade, et à chauffer ou refroidir de l'air fourni à une zone ( 25) de confort, le système étant caractérisé en ce qu'il comporte une première boucle à fluide de réfrigération comprenant un premier compresseur ( 10) pouvant être mis en marche sélectivement
pour comprimer un premier fluide de réfrigération et pré-
sentant un premier orifice ( 29) d'aspiration et un premier orifice ( 11) de décharge, un échangeur de chaleur ( 13) de
fluide de réfrigération vers l'eau relié au premier ori-
fice de décharge avec lequel il communique et dans lequel de l'eau est chauffée et le premier fluide de réfrigération comprimé est condensé à la suite d'une transmission de
chaleur entre l'eau et ce fluide lorsque le système fonc-
tionne dans un premier ou un deuxième mode, un premier dispositif ( 20) de détente relié à l'échangeur de chaleur du fluide de réfrigération vers l'eau et destiné à détendre et réduire la pression du premier fluide de réfrigération condensé, un échangeur de chaleur ( 22) à trois fluides relié au premier dispositif de détente avec lequel il communique et comprenant des premier et second circuits non communiquants ( 23, 31) et des passages d'air disposés de manière à réaliser une transmission de chaleur entre eux, le premier fluide de réfrigération détendu étant vaporisé pendant qu'il s'écoule dans le premier circuit, par transmission de chaleur avec de l'air circulant dans les passages d'air, afin de refroidir l'air lorsque le
système fonctionne dans le premier mode, et par trans-
mission de chaleur avec un second fluide de réfrigération lorsque le système travaille dans le deuxième mode, le premier circuit communiquant également avec le premier orifice d'aspiration de manière que le premier fluide
de réfrigération vaporisé soit renvoyé au premier com-
presseur, le système comprenant également une seconde boucle à fluide de réfrigération qui comporte un second compresseur ( 32) pouvant être mis en marche sélectivement
pour comprimer le second fluide de réfrigération et pré-
sentant un second orifice d'aspiration ( 43) et un second orifice de décharge ( 44) relié au second circuit, dans
l'échangeur de chaleur à trois fluides, afin de communi-
quer avec lui, le second compresseur pouvant être mis en marche sélectivement dans le deuxième mode afin de placer les première et seconde boucles à fluides de réfrigération dans une disposition en cascade l'une par rapport à l'autre, de-façon qu'une-transmission de chaleur entre les premier et second fluides de réfrigération dans l'échangeur de chaleur à trois fluides vaporise le premier fluide de
réfrigération et condense le second fluide de réfrigéra-
tion, le second compresseur pouvant être mis en marche
sélectivement dans un troisième mode dans lequel une trans-
mission de chaleur entre le second fluide de réfrigération comprimé et l'air, à l'intérieur de l'échangeur de chaleur à trois fluides, échauffe l'air et condense le second fluide de réfrigération, la seconde boucle comprenant également un second dispositif de détente ( 36) relié au second cir- cuit de l'échangeur de chaleur à trois-fluides afin de communiquer avec lui pour détendre et réduire la pression du second fluide de réfrigération condensé dans ce circuit, et un échangeur de chaleur extérieur ( 38) relié au second dispositif de détente avec lequel il communique et pouvant être mis en oeuvre pour réaliser une transmission de
chaleur entre le second fluide de réfrigération se déten-
dant et l'air ambiant extérieur lorsque le système tra-
vaille dans les deuxième et troisième modes, de façon que de la chaleur soit extraite de l'air ambiant extérieur pour vaporiser le second fluide de réfrigération, l'échangeur
de chaleur extérieur étant également relié au second com-
presseur avec lequel il communique afin de renvoyer le second fluide de réfrigération vaporisé vers le second
orifice d'aspiration.
4 Système à pompe à chaleur selon l'une des
revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le premier
fluide de réfrigération est d'une densité relativement inférieure à celle du second fluide de réfrigération, le premier fluide de réfrigération pouvant notamment être choisi dans le groupe comprenant les types " R-12 ' et "R-22 ", et le second fluide de réfrigération pouvant notamment être choisi dans le groupe comprenant les types "R-13 Bl",
"R-32 ", "R-502 " et "R-504 ".
5 Système à pompe à chaleur selon l'une des
revendications 1 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte
en outre un sous-refroidisseur ( 34) disposé de façon à réaliser une transmission de chaleur entre le second fluide de réfrigération vaporisé et le second fluide de
réfrigération condensé.
6 Système à pompe à chaleur selon l'une des
revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte
en outre un dispositif de commande ( 18) destiné à mettre en marche sélectivement les premier et second compresseurs dans les premier, deuxième ou troisième modes, ce dispositif de commande comprenant un élément ( 17) destiné à détecter une demande de chauffage de l'eau et un élément ( 27) destiné à détecter une demande de conditionnement de température dans la zone de confort, le dispositif de commande agissant de manière à établir le premier mode s'il existe une demande de chauffage de l'eau et de refroidissement de la zone de confort, ou à établir le deuxième mode s'il existe une
demande de chauffage de l'eau et aucune demande de refroi-
dissement de la zone de confort, ou encore à établir le troisième mode s'il existe une demande de chauffage de la zone de confort, le dispositif de commande pouvant être notamment mis en oeuvre pour sélectionner le troisième mode uniquement en l'absence d'une demande de chauffage de l'eau.
7 Système à pompe à chaleur selon l'une des
revendications 1 et 3, caractérisé en ce que les premier
et second circuits de l'échangeur de chaleur à trois fluides comprennent des tubes reliés entre eux avec un
bloc à ailettes commun ( 47) qui définit les passages d'air.
8 Procédé pour, sélectivement, chauffer de l'eau avec de la chaleur provenant de l'air ambiant extérieur relativement froid, à l'aide d'un système à pompe à chaleur pouvant travailler dans une disposition en cascade, et chauffer ou refroidir de l'air fourni à une zone ( 25) de confort, caractérisé en ce qu'il consiste a dans un premier mode: i à comprimer un premier fluide de réfrigération vaporisé
ii à condenser le premier fluide de réfrigéra-
tion comprimé en réalisant une transmission de chaleur avec de l'eau, afin de chauffer l'eau; iii à détendre et réduire la pression du premier fluide de réfrigération condensé;
iv à vaporiser le premier fluide de réfrigéra-
tion détendu par transmission de chaleur avec de l'air four-
ni pour refroidir une zone de confort; b dans un deuxième mode comprenant les étapes (i) à (iii) ci-dessus, les étapes suivantes consistant:
iv à comprimer un second fluide de réfrigéra-
tion vaporisé; v à condenser le second fluide de réfrigération comprimé par transmission de chaleur avec le premier fluide de réfrigération afin de vaporiser ce premier fluide de réfrigération 4 vi à détendre et réduire la pression du second fluide de réfrigération condensé;
vii à vaporiser le second fluide de réfrigéra-
tion détendu par transmission de chaleur avec l'air ambiant extérieur; et c dans un troisième mode, comprenant les étapes (b), (iv), (vi) et (vii) ci-dessus, et, ensuite, dans l'ordre, l'étape (b) (iv), l'étape suivante qui consiste à condenser le second fluide de réfrigération comprimé par transmission de chaleur avec l'air fourni pour chauffer
la zone de confort.
9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il consiste également à: a détecter la demande de chauffage de l'eau; b détecter la demande de conditionnement en température de la zone de confort; et c faire fonctionner le système i dans un premier mode s'il existe une demande de chauffage de l'eau et de refroidissement de la zone de confort; ou ii dans le deuxième mode, s'il existe une demande de chauffage de l'eau et aucune demande de refroidissement de la zone de confort; ou iii dans le troisième mode, s'il existe une demande de chauffage de la zone de confort, mais aucune
demande de chauffage de l'eau.
10 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le premier flu'ide de réfrigération est d'une densité relativement inférieure à celle du second fluide de réfrigération, le premier fluide de réfrigération pouvant ote elêtre choisi dans le groupe comprenant les types "R-12 " et
" 3-22 * et le second fluide de réfrigération pouvant notam-
ment ftre choisi dans le groupe comprenant les types "R-13 B 1 ", "R-32 ", R-502 " et "R-504 ", la transmission de chaleur entre les premier et second fluides de réfrigération et l'air fourni à la zone de confort pouvant plus particulièrement s'effectuer dans un échangeur de chaleur commun ( 22) à trois fluides.
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