FR2934890A1

FR2934890A1 - Thermodynamic heat pump installation for heating room, has secondary compressor in which secondary heat transfer fluid is reheated by compression before ceding fluid by condensing calories of secondary fluid accumulated by compression

Info

Publication number: FR2934890A1
Application number: FR0804499A
Authority: FR
Inventors: Christophe Bouchaud
Original assignee: CB FROID
Current assignee: CB FROID
Priority date: 2008-08-06
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2010-02-12
Anticipated expiration: 2028-08-06
Also published as: FR2934890B1

Abstract

The installation has control units for activating a secondary compressor (9) when a temperature of exterior air is lower than a predefined threshold. Secondary heat transfer fluid e.g. tetrafluoroethane, in the secondary compressor is previously evaporated in a secondary evaporator (10) by exchange the secondary fluid with main heat transfer fluid e.g. tetrafluoroethane, issued from a main condenser (3). The secondary fluid is reheated by compression before ceding fluid i.e. water, by condensing calories of the secondary fluid accumulated by compression. An independent claim is also included for a method for heating fluid by using a thermodynamic heat pump installation.

Description

La présente invention concerne une installation thermodynamique de pompe à chaleur à évaporateur air/fluide, du type de celles qui sont mises en oeuvre pour réchauffer un fluide extérieur circulant dans des canalisations. Ce fluide est le plus souvent de l'eau, dans la mesure où l'installation suivant l'invention est plus particulièrement destinée à assurer le réchauffage de locaux par rapport à l'environnement atmosphérique, ledit fluide à réchauffer étant donc en général de l'eau appelée à circuler par exemple dans une installation domestique de chauffage central. The present invention relates to a thermodynamic installation of heat pump air / fluid evaporator, of the type of those used to heat an external fluid flowing in pipes. This fluid is most often water, insofar as the installation according to the invention is more particularly intended to ensure the heating of premises with respect to the atmospheric environment, said fluid to be heated is therefore generally circulating water for example in a central heating installation.

Dans le circuit d'une telle pompe à chaleur, un fluide caloporteur est tout d'abord évaporé au contact de l'air extérieur, dans l'évaporateur air/fluide. L'évaporation se produit à une température d'évaporation à laquelle correspond, sur le diagramme d'équilibre du fluide caloporteur, une pression d'évaporation. Le fluide caloporteur est ensuite acheminé vers un compresseur dans lequel sa pression et sa température sont augmentées par compression, puis il est dirigé vers un échangeur fluide/fluide, ou condenseur, dans lequel il cède au fluide à réchauffer, en se condensant, une partie des calories qu'il a préalablement emmagasinées lors de sa compression. Le fluide caloporteur est ensuite remis en circulation dans l'évaporateur, après avoir traversé un détendeur. L'invention a pour but d'améliorer le rendement et l'efficacité d'une telle installation au regard des dispositifs connus dans l'état de la technique, en particulier lorsque la température de l'air extérieur est basse. Dans ce but, l'invention a pour objet une installation thermodynamique de pompe à chaleur pour le chauffage d'un fluide, qui comprend des moyens pour ré-injecter, dans un évaporateur air/fluide de son circuit principal, une partie d'un fluide caloporteur principal qui circule dans ce circuit principal, et qui a été successivement évaporé dans cet évaporateur puis réchauffé par compression dans un compresseur de ce même circuit principal. Plus précisément, l'invention prévoit qu'une vanne de recirculation soit insérée dans le circuit principal, entre la sortie du compresseur et l'entrée du condenseur dans lequel le fluide caloporteur principal, réchauffé par la compression subie dans le compresseur, cède à un fluide à réchauffer (à titre d'exemple non limitatif, l'eau d'un circuit de chauffage domestique), en se condensant, une partie des calories qu'il a emmagasinées. Le fluide à réchauffer circule, pour sa part, dans un circuit fluidique indépendant. Selon une caractéristique de l'invention, la vanne de recirculation est commandée en ouverture dès lors que la température de l'air extérieur, mesurée par un thermostat de l'installation selon l'invention, est inférieure à un seuil préalablement défini. Selon une autre de ses caractéristiques, l'installation selon l'invention comporte des moyens de régulation de la quantité de fluide ré-injectée dans l'évaporateur du circuit principal en fonction de la température de l'air extérieur. In the circuit of such a heat pump, a coolant is first evaporated in contact with the outside air, in the air / fluid evaporator. The evaporation occurs at an evaporation temperature to which corresponds, on the equilibrium diagram of the coolant, an evaporation pressure. The heat transfer fluid is then conveyed to a compressor in which its pressure and temperature are increased by compression, then it is directed towards a fluid / fluid exchanger, or condenser, in which it gives way to the fluid to be heated, while condensing, a part calories he has previously stored during compression. The coolant is then recirculated in the evaporator after passing through a pressure reducer. The object of the invention is to improve the efficiency and effectiveness of such an installation with regard to the devices known in the state of the art, in particular when the temperature of the outside air is low. For this purpose, the subject of the invention is a thermodynamic heat pump installation for heating a fluid, which comprises means for re-injecting, in an air / fluid evaporator of its main circuit, a part of a main heat transfer fluid which circulates in this main circuit, and which was successively evaporated in this evaporator and then heated by compression in a compressor of the same main circuit. More specifically, the invention provides for a recirculation valve to be inserted in the main circuit, between the compressor outlet and the condenser inlet in which the main heat transfer fluid, heated by the compression undergone in the compressor, yields to a fluid to be heated (by way of non-limiting example, the water of a domestic heating circuit), while condensing, a portion of the calories that it has stored. The fluid to be heated circulates, for its part, in an independent fluid circuit. According to a characteristic of the invention, the recirculation valve is controlled in opening when the temperature of the outside air, measured by a thermostat of the installation according to the invention, is lower than a previously defined threshold. According to another of its characteristics, the installation according to the invention comprises means for regulating the amount of fluid re-injected into the evaporator of the main circuit as a function of the temperature of the outside air.

La vanne de recirculation est préférentiellement placée sur une dérivation de la canalisation qui relie classiquement, dans le circuit principal, le compresseur au condenseur. Cette dérivation relie la canalisation précitée à la canalisation par laquelle le fluide caloporteur principal, refroidi dans le condenseur puis détendu dans le détendeur du circuit principal, est remis en circulation dans l'évaporateur air/fluide du circuit principal, selon le principe, connu en soi, de fonctionnement d'une pompe à chaleur. Un tel dispositif permet de s'affranchir des problèmes soulevés par le givrage du circuit de l'évaporateur principal au contact de l'air extérieur lorsque la température de celui-ci est basse. Par rapport aux systèmes connus de dégivrage fonctionnant par inversion momentanée du cycle de la pompe à chaleur, un tel dispositif permet notamment un fonctionnement continu, plus favorable à un meilleur rendement énergétique annuel de l'installation. The recirculation valve is preferably placed on a branch of the pipe which conventionally connects, in the main circuit, the compressor to the condenser. This branch connects the aforementioned pipe to the pipe by which the main coolant, cooled in the condenser and then expanded in the pressure reducer of the main circuit, is recirculated in the air / fluid evaporator of the main circuit, according to the principle known in operation of a heat pump. Such a device makes it possible to overcome the problems raised by icing of the circuit of the main evaporator in contact with the outside air when the temperature thereof is low. Compared to known defrost systems operating by momentary reversal of the heat pump cycle, such a device allows in particular a continuous operation, more favorable to a better annual energy efficiency of the installation.

Un autre avantage d'un tel dispositif est qu'il permet, par la réinjection de fluide caloporteur réchauffé dans l'évaporateur du circuit principal, de maintenir à un niveau élevé et constant, fixé par la température dudit fluide, la pression d'évaporation dans cet évaporateur. Another advantage of such a device is that it allows, by the reinjection of heated heat transfer fluid into the evaporator of the main circuit, to maintain at a high and constant level, fixed by the temperature of said fluid, the evaporation pressure. in this evaporator.

Ceci est ensuite favorable à une compression importante, et, par là, à une augmentation supplémentaire de la température lors de la compression de ce fluide, ce qui se traduit par le transfert, dans le condenseur du circuit principal, d'une quantité maximale de calories de ce fluide vers le fluide à 5 réchauffer. II en résulte donc une élévation de température d'autant plus importante pour le fluide à réchauffer. L'installation selon l'invention comporte en outre, selon une autre de ses caractéristiques, un circuit secondaire fermé, relié au circuit principal évoqué ci-dessus. Ce circuit secondaire a en commun avec le 10 circuit principal un évaporateur secondaire dans lequel le fluide caloporteur principal circule après son passage dans le condenseur du circuit principal et avant de subir la détente préalable à sa remise en circulation dans l'évaporateur air/fluide du circuit principal. Dans l'évaporateur secondaire, le fluide caloporteur principal 15 fournit des calories à un fluide caloporteur secondaire pour évaporer ce dernier. Le fluide secondaire évaporé est ensuite successivement acheminé vers un compresseur secondaire dans lequel sa température est augmentée par compression, puis vers un condenseur secondaire dans lequel en se condensant, il cède au fluide à réchauffer une partie des 20 calories qu'il a emmagasinées dans le compresseur secondaire. Le fluide secondaire est ensuite remis en circulation dans l'évaporateur secondaire après avoir subi une détente. Le fluide à réchauffer est, pour sa part, acheminé, via un circuit secondaire indépendant, vers le circuit fluidique principal évoqué plus haut. 25 La température du fluide caloporteur principal étant encore élevée et, de plus, constante suite au passage de celui-ci dans le condenseur du circuit principal de l'installation selon l'invention, la pression d'évaporation dans l'évaporateur secondaire est donc d'autant plus importante et, en outre, constante. Il en va donc de même pour 30 l'élévation de température du fluide à réchauffer lors du passage dans le condenseur secondaire. Le rendement énergétique du circuit secondaire est donc très élevé. L'élévation de température qui résulte, pour le fluide à réchauffer, de son passage au contact du circuit secondaire, constitue ainsi un appoint à l'élévation de température qui résulte du passage de ce fluide au contact du circuit principal de l'installation selon l'invention. Il en résulte un rendement d'autant plus élevé pour l'installation dans son ensemble, et ce d'autant que le fonctionnement du circuit secondaire est principalement basé sur la récupération d'une partie des calories excédentaires que le fluide caloporteur principal n'a pas cédées dans le condenseur du circuit principal. Ce circuit secondaire constitue donc une optimisation énergétique du fonctionnement du circuit principal. L'invention prévoit qu'il soit tiré profit de cet avantage notamment lorsque la température de l'air extérieure est basse, inférieure à un seuil prédéfini. Pour ce faire, l'invention prévoit, selon l'une de ses caractéristiques, que le compresseur du circuit secondaire soit commandé à fonctionner dès lors que la température de l'air extérieur devient inférieure à un seuil prédéterminé. This is then favorable to a large compression, and thereby to a further increase of the temperature during the compression of this fluid, which results in the transfer, in the condenser of the main circuit, a maximum amount of calories of this fluid to the fluid to be heated. This results in a rise in temperature all the more important for the fluid to be heated. The installation according to the invention further comprises, according to another of its characteristics, a closed secondary circuit, connected to the main circuit mentioned above. This secondary circuit has in common with the main circuit a secondary evaporator in which the main heat transfer fluid circulates after it has passed through the condenser of the main circuit and before undergoing the expansion prior to its recirculation in the air / fluid evaporator of the main circuit. In the secondary evaporator, the main coolant provides calories to a secondary heat transfer fluid to evaporate the latter. The evaporated secondary fluid is then successively conveyed to a secondary compressor in which its temperature is increased by compression, then to a secondary condenser in which, by condensing, it gives up to the fluid to be heated a part of the 20 calories which it has stored in the secondary compressor. The secondary fluid is then recirculated in the secondary evaporator after undergoing expansion. The fluid to be heated is, for its part, routed, via an independent secondary circuit, to the main fluid circuit mentioned above. Since the temperature of the main coolant is still high and, moreover, constant as it passes through the condenser of the main circuit of the plant according to the invention, the evaporation pressure in the secondary evaporator is therefore all the more important and, moreover, constant. The same is true for the temperature rise of the fluid to be heated during passage through the secondary condenser. The energy efficiency of the secondary circuit is therefore very high. The rise in temperature which results, for the fluid to be heated, from its passage in contact with the secondary circuit, thus constitutes a booster to the rise in temperature which results from the passage of this fluid in contact with the main circuit of the installation according to the invention. This results in a higher efficiency for the installation as a whole, especially since the operation of the secondary circuit is mainly based on the recovery of part of the excess calories that the main heat transfer fluid has not not sold in the condenser of the main circuit. This secondary circuit therefore constitutes an energy optimization of the operation of the main circuit. The invention provides that advantage is taken advantage of this advantage especially when the temperature of the outside air is low, below a predefined threshold. To do this, the invention provides, according to one of its features, that the compressor of the secondary circuit is controlled to operate when the temperature of the outside air falls below a predetermined threshold.

Selon une autre caractéristique de l'invention dans ses modes de réalisation préférés, ce seuil est identique au seuil à partir duquel la vanne de recirculation du circuit principal est commandée en ouverture. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le fluide caloporteur principal et le fluide caloporteur secondaire sont identiques. According to another characteristic of the invention in its preferred embodiments, this threshold is identical to the threshold at which the recirculation valve of the main circuit is controlled in opening. According to a preferred embodiment of the invention, the main heat transfer fluid and the secondary heat transfer fluid are identical.

Selon une autre caractéristique de l'invention dans ses modes de réalisation préférés, un échangeur thermique est également inséré dans le circuit secondaire, entre le condenseur et le détendeur de celui-ci. Plus précisément, cet échangeur thermique fluide/fluide met en contact le fluide caloporteur secondaire à sa sortie du condenseur secondaire avec le même fluide à sa sortie de l'évaporateur secondaire et avant son passage dans le compresseur secondaire. Les calories excédentaires non cédées dans le condenseur secondaire sont ainsi à la fois utilisées pour réaliser un premier réchauffement du fluide secondaire avant compression (et obtenir ainsi une pression et une température de compression d'autant plus élevées), et pour faciliter la détente dans le détendeur du circuit secondaire. La combinaison de la ré-injection, dans l'évaporateur du circuit principal de l'installation selon l'invention, de fluide réchauffé par son passage dans le premier compresseur, avec le mode de fonctionnement du circuit secondaire tel qu'il a été ci-dessus décrit dans son principe, offre de nombreux avantages, en particulier lorsque la température de l'air extérieur est basse. According to another characteristic of the invention in its preferred embodiments, a heat exchanger is also inserted in the secondary circuit, between the condenser and the expander of the latter. More specifically, this fluid / fluid heat exchanger contacts the secondary heat transfer fluid at its outlet from the secondary condenser with the same fluid at its outlet from the secondary evaporator and before it passes through the secondary compressor. The excess calories not transferred in the secondary condenser are thus both used to achieve a first warming of the secondary fluid before compression (and thus obtain a pressure and a compression temperature all the higher), and to facilitate relaxation in the regulator of the secondary circuit. The combination of the re-injection, in the evaporator of the main circuit of the installation according to the invention, of heated fluid through its passage in the first compressor, with the operating mode of the secondary circuit as it has been ci Above described in principle, offers many advantages, especially when the outside air temperature is low.

L'un de ces avantages est que, dans l'installation selon l'invention, les dégradations énergétiques sont réduites au minimum. En effet, la mise en route du circuit de ré-injection de fluide chaud dans l'évaporateur principal entraîne une dégradation énergétique qui, même réduite, peut nuire au bon fonctionnement de l'installation et diminuer son rendement, en particulier lorsque la température de l'air extérieur est basse. En effet, dans ce cas, le maintien d'une pression/température constante dans l'évaporateur du circuit principal nécessite un apport calorique relativement élevé, ce qui implique de mettre en recirculation une quantité relativement importante de fluide à la sortie du compresseur principal. Ceci conduit à une consommation supplémentaire d'énergie dans ce compresseur pour assurer alors le maintien de la pression/température de condensation souhaitées. Dans la pratique, notamment lorsque la température de l'air extérieur est basse, la mise en oeuvre du circuit de ré-injection de fluide chaud seul dans l'évaporateur du circuit principal est limitée pour éviter que la baisse de température qui en résulte pour le fluide qui continue à circuler dans le circuit principal, vers le condenseur, ne devienne incompatible avec le bon fonctionnement de ce dernier. Par la mise en oeuvre concomitante du circuit secondaire, l'invention permet de récupérer de l'énergie du fluide caloporteur principal, et ce, avec un très bon rendement, qui permet de pallier les éventuelles baisses liées à la mise en oeuvre du circuit de ré-injection de fluide chaud. Concrètement, cela permet, outre une augmentation du rendement global de l'installation, d'étendre les plages de fonctionnement de cette dernière et de maintenir des performances constantes dans une large gamme de températures de l'air extérieur, et plus particulièrement lorsque cette température est très basse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit d'un de ses modes de réalisation préférés, en référence à l'unique figure jointe qui est un schéma de principe d'une installation de pompe à chaleur selon l'invention. Un fluide caloporteur principal est évaporé dans l'évaporateur air/fluide 1 du circuit principal de l'installation, au contact de l'air extérieur dont la circulation est schématisée par la flèche A. Cette évaporation se produit à la température TO de l'air extérieur, à laquelle correspond, sur le diagramme d'équilibre du fluide considéré, une pression d'évaporation P0. Le fluide caloporteur principal est entraîné à circuler dans le circuit principal (représenté en traits pleins sur la figure) par un compresseur 2 qui est commandé à fonctionner par un thermostat 5 placé sur le circuit d'un fluide à réchauffer dès lors que la température du fluide à réchauffer, mesurée par ledit thermostat 5, est inférieure à un seuil prédéfini. La circulation du fluide caloporteur dans le circuit principal est représentée par les flèches en traits pleins fins F1 sur la figure. One of these advantages is that in the installation according to the invention, the energy impairments are reduced to a minimum. Indeed, the start of the hot fluid re-injection circuit in the main evaporator causes energy degradation which, even reduced, can adversely affect the proper operation of the installation and reduce its performance, especially when the temperature of the outside air is low. Indeed, in this case, maintaining a constant pressure / temperature in the evaporator of the main circuit requires a relatively high caloric intake, which involves recirculating a relatively large amount of fluid at the output of the main compressor. This leads to additional energy consumption in this compressor to then maintain the desired pressure / condensation temperature. In practice, especially when the outside air temperature is low, the implementation of the hot fluid re-injection circuit alone in the main circuit evaporator is limited to prevent the resulting decrease in temperature. the fluid that continues to circulate in the main circuit, to the condenser, becomes incompatible with the proper functioning of the latter. By the concomitant implementation of the secondary circuit, the invention makes it possible to recover energy from the main heat-carrying fluid, and this, with a very good efficiency, which makes it possible to mitigate the possible decreases related to the implementation of the circuit of re-injection of hot fluid. Concretely, this makes it possible, in addition to increasing the overall efficiency of the installation, to extend the operating ranges of the installation and to maintain constant performances over a wide range of outside air temperatures, and more particularly when this temperature is very low. Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which follows of one of its preferred embodiments, with reference to the single attached figure which is a schematic diagram of a heat pump installation according to the invention. 'invention. A main coolant is evaporated in the air / fluid evaporator 1 of the main circuit of the installation, in contact with the outside air whose circulation is shown schematically by the arrow A. This evaporation occurs at the temperature TO of the outside air, to which corresponds, on the equilibrium diagram of the fluid considered, an evaporation pressure P0. The main coolant is driven to circulate in the main circuit (shown in solid lines in the figure) by a compressor 2 which is controlled to operate by a thermostat 5 placed on the circuit of a fluid to be heated when the temperature of the fluid to be heated, measured by said thermostat 5, is below a predefined threshold. The circulation of the coolant in the main circuit is represented by the arrows in fine lines F1 in the figure.

A titre d'exemples non exhaustifs, des fluides caloporteurs tels que le tétrafluoroéthane ou des foranes peuvent être utilisés comme fluide caloporteur principal. Une fois évaporé, le fluide caloporteur principal subit une compression dans le compresseur 2 du circuit principal de l'installation, jusqu'à une pression P1, supérieure à la pression P0. Comprimé, ce fluide se réchauffe jusqu'à la température Ti d'équilibre du fluide sous la pression P1. II est ensuite dirigé vers un condenseur 3 dans lequel il cède à un fluide à réchauffer (de l'eau, ici), en se condensant, une partie des calories qu'il a emmagasinées lors de la compression. A titre indicatif, pour une température Ti, en sortie du compresseur 2, de l'ordre de 55°C, la température de l'eau réchauffée sera de l'ordre de 50°C, le fluide caloporteur principal se trouvant, à la sortie du condenseur 3, à une température de l'ordre de 20 °C. As non-exhaustive examples, heat transfer fluids such as tetrafluoroethane or foranes can be used as the main heat transfer fluid. Once evaporated, the main heat transfer fluid is compressed in the compressor 2 of the main circuit of the installation, to a pressure P1, greater than the pressure P0. Compressed, this fluid heats up to the equilibrium temperature Ti of the fluid under the pressure P1. It is then directed to a condenser 3 in which it gives up to a fluid to be heated (water, here), condensing, a portion of the calories it has stored during compression. As an indication, for a temperature Ti, at the outlet of the compressor 2, of the order of 55 ° C, the temperature of the heated water will be of the order of 50 ° C, the main heat transfer fluid being at the outlet of the condenser 3, at a temperature of the order of 20 ° C.

L'eau à réchauffer circule dans un circuit fluidique indépendant, par exemple un circuit domestique de chauffage d'une habitation. Le circuit correspondant est évoqué en traits pointillés sur la figure et le sens de circulation de l'eau domestique dans ce circuit est montré par les flèches F. Une fois sorti du condenseur 3 du circuit principal, le fluide caloporteur principal est détendu dans un détendeur 4, puis il est remis en circulation dans l'évaporateur principal 1. The water to be heated circulates in an independent fluid circuit, for example a domestic heating circuit of a dwelling. The corresponding circuit is evoked in dotted lines in the figure and the direction of circulation of the domestic water in this circuit is shown by the arrows F. Once out of the condenser 3 of the main circuit, the main coolant is expanded in a pressure reducer 4, then it is recirculated in the main evaporator 1.

Pour un bon fonctionnement de ce système, on a tout intérêt à ce que la température TO d'évaporation soit la plus élevée possible, afin que la compression engendre, sans consommation importante d'énergie, une augmentation de température suffisante pour que le fluide à réchauffer puisse, in fine, atteindre la température recherchée, qui est environ de l'ordre de 50 à 60 ou 65°C. Ceci est couramment atteint avec le circuit décrit ci-dessus lorsque la température de l'air extérieur est typiquement positive, au moins de l'ordre de +5°C. Pour ces températures, le coefficient de performance COP du circuit principal, c'est-à-dire le quotient de la puissance calorique fournie par ce circuit par la puissance électrique effectivement absorbée par les différents éléments qui le constituent (compresseur, échangeurs), est typiquement supérieur à 3. Toutefois, dès lors que la température de l'air extérieur diminue, le COP diminue également, pour atteindre, lorsque l'air extérieur est à une température nettement négative par exemple de l'ordre de -5 à -10°C, des valeurs de l'ordre de 2 à 2,3. Ceci est principalement dû à la puissance supplémentaire que le compresseur doit alors fournir pour maintenir constante la pression de sortie P1 (et donc la température Ti) à partir d'une pression d'évaporation PO qui a diminué en raison de la baisse de la température de l'air extérieur. For a good operation of this system, it is advantageous that the evaporation temperature TO be as high as possible, so that the compression generates, without significant energy consumption, a temperature increase sufficient for the fluid to In the end, it may be possible to warm up to the desired temperature, which is around 50 to 60 or 65 ° C. This is commonly achieved with the circuit described above when the temperature of the outside air is typically positive, at least of the order of + 5 ° C. For these temperatures, the coefficient of performance COP of the main circuit, that is to say the quotient of the caloric power supplied by this circuit by the electrical power actually absorbed by the various elements which constitute it (compressor, exchangers), is typically, greater than 3. However, when the outside air temperature decreases, the COP also decreases, to reach, when the outside air is at a clearly negative temperature, for example of the order of -5 to -10 ° C, values of the order of 2 to 2.3. This is mainly due to the additional power that the compressor must then provide to keep the outlet pressure P1 (and thus the temperature Ti) constant from a PO evaporation pressure which has decreased due to the drop in temperature. outside air.

La température de l'air extérieur est mesurée par un thermostat 6. Lorsque cette température est inférieure à un seuil prédéfini, typiquement de l'ordre de +5°C, le thermostat 6 commande en ouverture une vanne de recirculation 7 placée sur une dérivation de la canalisation qui relie le compresseur 2 au condenseur 3, de telle manière qu'une partie du fluide issu du compresseur 2 soit ré-injectée dans l'évaporateur 1 du circuit principal. La vanne de recirculation 7 est associée à une vanne de régulation de pression 8 également commandée par le thermostat 6, de 7 telle sorte que la quantité de fluide ré-injecté dans l'évaporateur 1 soit régulée en fonction de la température de l'air extérieur pour que l'évaporation recherchée soit réalisée à une pression prédéterminée, constante. Préférentiellement, mais de manière non limitative, la quantité de fluide ré-injectée dans l'évaporateur 1 est définie de telle manière que l'évaporation soit toujours réalisée à la pression d'équilibre correspondant à une température de l'ordre de 0°C. Concomitamment à l'ouverture de la vanne de recirculation 7, le thermostat 6 commande également le fonctionnement d'un compresseur secondaire 9, et ce dès lors que la température de l'air extérieur est inférieure au même seuil prédéfini. Le compresseur 9 est placé sur un circuit secondaire représenté en traits mixtes sur la figure. Le circuit secondaire a en commun avec le circuit principal un échangeur fluide/fluide 10, ou évaporateur secondaire, dans lequel le fluide caloporteur principal échange avec un fluide caloporteur secondaire les calories excédentaires qu'il a emmagasinées lors de sa compression dans le compresseur 2 et qui n'ont pas été cédées au fluide à réchauffer dans le condenseur 3. Lors de cet échange, le fluide caloporteur secondaire est évaporé, puis il est acheminé dans le compresseur secondaire 9 dans lequel il est réchauffé par compression. Le fluide secondaire est ensuite dirigé vers un condenseur secondaire 11 dans lequel il cède au fluide à réchauffer, qui circule dans un circuit fluidique secondaire illustré par les flèches pleines noires F' sur la figure, des calories qu'il a emmagasinées, de telle manière que la température du fluide secondaire augmente. La circulation du fluide secondaire est représentée par les flèches en traits pleins épais F2 sur la figure. Fluide principal et fluide secondaire sont préférentiellement identiques. La température d'évaporation dans l'évaporateur 10 étant de l'ordre de 20°C, qui est la température du fluide caloporteur principal en sortie du condenseur principal 3, il s'ensuit que la puissance à fournir par le compresseur pour atteindre la pression correspondant à une température d'évaporation de l'ordre de 55°C dans le condenseur secondaire 11 est faible. Le coefficient de performance, ou COP, du circuit secondaire est donc élevé : il est typiquement supérieur à 4 pour l'obtention d'une eau dont la température est de l'ordre de 50 à 60 ou 65°C après passage dans le condenseur secondaire 11. Le fluide secondaire est ensuite détendu dans un détendeur 12 avant d'être remis en circulation dans l'évaporateur secondaire 10. Le circuit secondaire comporte en outre un échangeur fluide/fluide supplémentaire 13 dans lequel le fluide secondaire évaporé récupère une partie des calories excédentaires du même fluide à sa sortie du condenseur 11. The temperature of the outside air is measured by a thermostat 6. When this temperature is below a predefined threshold, typically of the order of + 5 ° C., the thermostat 6 opens a recirculation valve 7 placed on a bypass the pipe that connects the compressor 2 to the condenser 3, so that a portion of the fluid from the compressor 2 is re-injected into the evaporator 1 of the main circuit. The recirculation valve 7 is associated with a pressure regulating valve 8 also controlled by the thermostat 6, such that the quantity of fluid re-injected into the evaporator 1 is regulated as a function of the air temperature. outside so that the desired evaporation is carried out at a predetermined, constant pressure. Preferably, but in a non-limiting manner, the quantity of fluid re-injected into the evaporator 1 is defined in such a way that the evaporation is always carried out at the equilibrium pressure corresponding to a temperature of the order of 0 ° C. . Concomitant with the opening of the recirculation valve 7, the thermostat 6 also controls the operation of a secondary compressor 9, and this when the temperature of the outside air is below the same predefined threshold. The compressor 9 is placed on a secondary circuit shown in phantom in the figure. The secondary circuit has in common with the main circuit a fluid / fluid exchanger 10, or secondary evaporator, in which the main heat transfer fluid exchanges with a secondary heat transfer fluid the excess calories that it has stored during its compression in the compressor 2 and which have not been transferred to the fluid to be heated in the condenser 3. During this exchange, the secondary heat transfer fluid is evaporated, then it is fed into the secondary compressor 9 in which it is heated by compression. The secondary fluid is then directed to a secondary condenser 11 in which it gives up to the fluid to be heated, which circulates in a secondary fluidic circuit illustrated by the black arrows F 'in the figure, the calories that it has stored, in such a way that the temperature of the secondary fluid increases. The circulation of the secondary fluid is represented by the arrows in thick solid lines F2 in the figure. Main fluid and secondary fluid are preferably identical. Since the evaporation temperature in the evaporator 10 is of the order of 20 ° C., which is the temperature of the main heat-transfer fluid at the outlet of the main condenser 3, it follows that the power to be supplied by the compressor to reach the pressure corresponding to an evaporation temperature of the order of 55 ° C in the secondary condenser 11 is low. The coefficient of performance, or COP, of the secondary circuit is therefore high: it is typically greater than 4 for obtaining a water whose temperature is of the order of 50 to 60 or 65 ° C. after passing through the condenser secondary 11. The secondary fluid is then expanded in an expander 12 before being recirculated in the secondary evaporator 10. The secondary circuit further comprises an additional fluid / fluid exchanger 13 in which the evaporated secondary fluid recovers a portion of the excess calories from the same fluid at its outlet from the condenser 11.

II est à noter que le circuit principal de l'installation selon l'invention illustrée par la figure comporte également un réservoir 13 de fluide caloporteur principal, auquel est associée une vanne 14 d'injection régulée de fluide caloporteur principal dans le circuit principal, dont le rôle est d'alimenter en liquide saturé le détendeur 4. It should be noted that the main circuit of the installation according to the invention illustrated by the figure also comprises a reservoir 13 of the main heat transfer fluid, which is associated with a valve 14 for controlled injection of main heat transfer fluid in the main circuit, of which the role is to feed saturated liquid regulator 4.

En outre, le circuit fluidique de fluide à réchauffer comporte, selon le mode de réalisation préféré de l'invention illustré par la figure, une vanne de régulation 16 qui est placée sur la branche de ce circuit qui est en contact avec le circuit secondaire de l'installation selon l'invention. La vanne 16 est commandée et régulée en ouverture à partir de l'information de température fournie par le thermostat 6 afin que la température du fluide à réchauffer soit maintenue constante en sortie du ballon 17 dans lequel il est avantageusement stocké. Par la mise en oeuvre simultanée, dès lors que la température de l'air extérieur devient inférieure à un seuil prédéfini (par exemple de l'ordre de +5°C), de la vanne de recirculation et du circuit secondaire, l'installation selon l'invention garantit un chauffage constant de l'eau du circuit fluidique représenté par les traits pointillés sur la figure, et ce avec un rendement élevé. A titre d'exemple non limitatif, pour une température de condensation dans le circuit principal de l'ordre de 55°C, qui induit une température de l'ordre de 50 à 60 ou 65°C pour l'eau à réchauffer, le coefficient de performance, ou COP du circuit principal seul est de l'ordre de 2 lorsque la température de l'air extérieur est de l'ordre de -5 à -10°C, ainsi qu'il a été précisé plus haut. Pour cette gamme de températures extérieures, le COP du circuit secondaire seul est de l'ordre de 4 si la température dans l'évaporateur secondaire 10 est de l'ordre de 20°C. Le COP global de l'installation incluant circuit principal et circuit secondaire est alors de l'ordre de 2.6 à 3, et ce, d'une part, tout en garantissant la constance de la température de l'eau réchauffée, et, d'autre part, tout en évitant, grâce au circuit de recirculation gouverné par les vannes 7 et 8, tout éventuel givrage dans l'évaporateur principal 1. L'invention atteint donc bien ainsi les buts qu'elle s'était fixés, en proposant une amélioration notable du rendement d'une telle installation en particulier lorsque la température extérieure est basse. II est à noter toutefois que l'invention ne saurait se limiter au mode de réalisation et aux moyens de réalisation qui viennent d'être décrits, et qu'elle s'étend en particulier à tout moyen équivalent et à toute combinaison opérante de tels moyens. In addition, the fluidic fluid circuit to be heated comprises, according to the preferred embodiment of the invention illustrated in the figure, a control valve 16 which is placed on the branch of this circuit which is in contact with the secondary circuit of the circuit. the installation according to the invention. The valve 16 is controlled and regulated by opening from the temperature information provided by the thermostat 6 so that the temperature of the fluid to be heated is kept constant at the outlet of the balloon 17 in which it is advantageously stored. By simultaneous implementation, as soon as the outside air temperature falls below a predefined threshold (for example of the order of + 5 ° C.), the recirculation valve and the secondary circuit, the installation according to the invention guarantees a constant heating of the water of the fluidic circuit represented by the dashed lines in the figure, and this with a high efficiency. By way of nonlimiting example, for a condensation temperature in the main circuit of the order of 55 ° C, which induces a temperature of the order of 50 to 60 or 65 ° C for the water to be heated, the coefficient of performance, or COP main circuit alone is of the order of 2 when the outside air temperature is of the order of -5 to -10 ° C, as has been specified above. For this range of outside temperatures, the COP of the secondary circuit alone is of the order of 4 if the temperature in the secondary evaporator 10 is of the order of 20 ° C. The overall COP of the installation including main circuit and secondary circuit is then of the order of 2.6 to 3, and on the one hand, while ensuring the constancy of the temperature of the heated water, and, of on the other hand, while avoiding, thanks to the recirculation circuit governed by the valves 7 and 8, any possible icing in the main evaporator 1. The invention thus achieves well and the goals it had set, proposing a significant improvement in the efficiency of such an installation, especially when the outside temperature is low. It should be noted, however, that the invention can not be limited to the embodiment and the means of realization which have just been described, and that it extends in particular to any equivalent means and to any operative combination of such means. .

Claims

REVENDICATIONS1. Thermodynamic installation of a heat pump for heating a fluid, which comprises control and regulation means which act, when the outside air temperature is below a predefined threshold, for re-injecting, in a air / fluid evaporator (1) of a main circuit of said installation, part of a main heat-transfer fluid previously evaporated in said main evaporator (1) and then heated in a compressor (2) of said main circuit, characterized in that it further comprises control means which act, when the outside air temperature is below said predefined threshold, to actuate a secondary compressor (9) in which a secondary heat transfer fluid, which has previously been evaporated in an evaporator secondary (10) by exchange with said main heat transfer fluid from a main condenser (3), is heated by compression before yielding to said uide to heat up, by condensing in a secondary condenser (11), the calories he has stored by compression.

2. Installation according to claim 1, characterized in that said control means comprise a recirculation valve (7) and a pressure regulating valve (8) controlled by a thermostat (6) for measuring the air temperature outside, and characterized in that said thermostat (6) also controls the operation of said secondary compressor (9).

3. Installation according to claim 2, characterized in that said valves (7, 8) are placed between said compressor (2) and said condenser (3) of said main circuit, on a branch line inserted between the pipe connecting them said main compressor and condenser (2, 3), and the pipe interconnecting said condenser (3) and an expander (4) of said main circuit.

4. Installation according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said primary and secondary heat transfer fluids are identical.

5. Installation according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said secondary circuit further comprises a secondary fluid heat exchanger / additional secondary fluid wherein said secondary fluid, after passing through the secondary condenser, yields an excess portion calories it has previously stored in said secondary fluid before passing it into the secondary compressor to ensure the constancy of the temperature after the secondary compression.

6. A method of heating a fluid by means of a thermodynamic installation comprising an air / fluid evaporator heat pump, characterized in that it consists, since the temperature of the outside air is below a threshold predefined device: - to control and to regulate in opening a valve (7, 8) by which a part of a main coolant, evaporated in said air / fluid evaporator and heated by compression in a compressor (2), is re-injected in said air / fluid evaporator, - controlling the operation of a secondary compressor (9) in which a secondary coolant, previously evaporated in a secondary evaporator (10), by heat exchange with said main heat transfer fluid from a main condenser (3) of said installation, is rechaffed by compression, and to convey said secondary heat transfer fluid, heated by compression in said secondary compressor (9), successive to a secondary condenser in which it gives way to the fluid to be heated, by condensing, a portion of the calories it has previously stored, then to a secondary expander (12) and finally to said secondary evaporator (10).