FR2937410A1 - Pompe a chaleur - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une pompe à chaleur (1) comportant, en aval de compresseurs (7), un premier condenseur (4) d'échange thermique avec un premier circuit d'utilisation (8), un premier détendeur (5) et un premier évaporateur (6), et comportant des premiers moyens d'échange thermique (11). Elle se caractérise en ce qu'elle comporte une électrovanne (13), commandée en température, interposée entre lesdits compresseurs (7) et ledit premier condenseur (4), et constituant des moyens de déviation d'une partie du flux de fluide vers des seconds moyens d'échange thermique (80) comportant un second condenseur (40) avec un second circuit d'utilisation (38), le flux de fluide traversant lesdits seconds moyens d'échange (80) rejoignant ledit circuit principal (2) en aval dudit détendeur (5), alors que le flux de fluide traversant ledit premier condenseur (4) traverse ledit détendeur (5), et en ce qu'elle comporte un kit (400) de protection de compresseur sous la forme d'une autre pompe à chaleur, conçu apte à recueillir l'énergie excédentaire dudit circuit principal (2) pour protéger lesdits compresseurs (7).

Description

L'invention concerne un kit de protection de compresseur, pour installation de climatisation ou pompe à chaleur comportant, en aval d'au moins un tel compresseur, au moins un condenseur, au moins un détendeur et au moins un évaporateur, ledit kit étant conçu apte à être positionné en amont de l'aspiration dudit compresseur, et en aval d'un détendeur lui-même situé en aval dudit condenseur. L'invention concerne encore une pompe à chaleur comportant un tel kit et comportant, en aval d'au moins un compresseur, au moins un condenseur, au moins un détendeur et au moins un évaporateur. L'invention concerne encore un procédé de gestion d'une telle pompe à chaleur. L'invention concerne le domaine de la climatisation par l'utilisation d'une pompe à chaleur, en particulier pour des bâtiments ou des équipements annexes tels que piscines ou similaires. De façon connue, une pompe à chaleur est un dispositif thermodynamique, qui transporte en circuit fermé un fluide qu'on appellera ici caloporteur, généralement constitué d'un fluide frigorigène, tel que saumure, CFC, HCHC, HFC tel que R134a , HC tel que propane R290 ou isobutane R600A , ou similaire. On utilise les propriétés de changement d'état de ce fluide, qui, selon sa position dans le circuit passe de l'état liquide à l'état gazeux, ou inversement, et dont la pression varie également selon sa position. La pompe à chaleur comporte des moyens de mise en mouvement du fluide, qui en même temps facilitent son changement d'état, en particulier son niveau de pression : ces moyens de mise en mouvement du fluide consistent en général en un compresseur, recevant un fluide à l'état gazeux et le mettant en mouvement en augmentant sa pression. Ces moyens de mise en mouvement du fluide consomment l'essentiel de l'énergie fournie par l'utilisateur, essentiellement sous forme électrique, pour exploiter la pompe à chaleur. Les moyens de mise en mouvement du fluide, en l'occurrence le refoulement du compresseur, amènent ce dernier à un échangeur appelé condenseur, auquel le circuit cède de l'énergie, et dans lequel le fluide gazeux mis sous haute pression sous l'action du compresseur atteint sa température d'ébullition et se condense à haute température par dissipation de la chaleur, à pression et températures constantes, la baisse de température étant alors stoppée. La chaleur latente de changement d'état est transmise au milieu récepteur, généralement le volume utile d'un bâtiment ou d'une habitation, par le condenseur.

Le fluide est, en sortie du condenseur, condensé entièrement sous forme liquide sous haute pression constante, à une température dite de sous-refroidissement. Le fluide circule ensuite dans un circuit de détente, qui comporte notamment un détendeur, qui règle le débit du fluide vers l'aval. Une partie de ce fluide repasse à l'état gazeux, cette transformation est consommatrice d'énergie et se traduit par un abaissement de la température du fluide, conjugué avec l'abaissement de sa pression. La détente se fait à enthalpie constante, jusqu'à l'entrée du fluide dans un autre échangeur appelé évaporateur, et dont le circuit prélève de l'énergie. Il s'agit à nouveau d'une transformation à pression constante, cette fois à basse pression, contrairement à l'échange réalisé au niveau du condenseur. Le fluide absorbe la chaleur contenue dans le milieu externe, et entre en ébullition, et le liquide se vaporise sous forme gazeuse, dans un processus de changement d'état à pression et température constantes. Quand la totalité du fluide est évaporée, ce dernier est à une température dite de surchauffe. C'est à basse pression constante et à cette température de surchauffe que le fluide est amené à l'aspiration du compresseur, et le cycle recommence indéfiniment. On comprend que la pompe à chaleur est un outil réversible, capable aussi bien de chauffer un local que de le refroidir : dans ce dernier cas on prélève de l'énergie au bâtiment, qu'on recède au milieu externe avec lequel travaille la pompe à chaleur, air, eau, sol, ou autre.

Le coefficient de performance d'une pompe à chaleur, ou COP, est le rapport entre la puissance calorifique recueillie au niveau de l'utilisateur au niveau du condenseur, et la puissance consommée.

Le COP d'une pompe à chaleur classique est bon, généralement de l'ordre de 3 à 5 aux températures supérieures à 0°C, dites ci-après positives, contre 0,7 à 0,8 pour une chaudière à fioul ou à gaz. Toutefois, le rendement est variable en fonction de la régulation interne de la pompe à chaleur, en particulier les paramètres de circulation. Le coefficient de performance dépend aussi de la température externe, c'est-à-dire de la source dont on prélève de l'énergie. En cas de température externe très basse, de -5°C à -15°C par exemple, le COP d'une pompe à chaleur normale est fortement dégradé. En effet, il se produit des phénomènes de givrage, qui entraînent des arrêts intempestifs, et nécessitent de l'énergie pour le dégivrage, tant au niveau de l'évaporateur que de la partie basse du compresseur, entraînant encore des dommages collatéraux de corrosion et d'usure accélérée des matériels. Aux très basses températures, le taux de compression diminue, la température au refoulement aussi, et le COP est dégradé. En effet, le moteur du compresseur tourne toujours au même régime, et le débit massique du fluide diminue au refoulement. Ceci explique que, sur de tels systèmes, un COP d'une valeur de 3,5 dans les conditions optimales tombe, par exemple pour une température extérieure de -15°C, à des valeurs comprises entre 1 et 1,6 seulement. La limite des pompes à chaleur est généralement liée au compresseur, qui fonctionne en tout ou rien : la pompe à chaleur fonctionne obligatoirement en mode discontinu. Pendant les périodes de fonctionnement du compresseur, le rendement est bon, la puissance calorifique produite et récupérable au niveau du condenseur croît avec la température extérieure, avec un COP qui peut être élevé, notamment voisin de 6 pour une température extérieure de 20°C, ou de 3 pour une température extérieure de 7°C, pendant la plage de fonctionnement de la pompe à chaleur.

Celle-ci doit être arrêtée pendant des périodes plus ou moins longues, afin de ne pas fournir à l'utilisation, c'est-à-dire au condenseur, plus d'énergie que cette dernière n'en nécessite. Sur une journée, le diagramme d'énergie produite en fonction du temps est donc un histogramme avec de nombreuses plages à énergie produite nulle. Donc, si le COP instantané est bon, le COP lissé sur une période de fonctionnement est fortement dégradé, par exemple de l'ordre de 1 sur une journée, à peine meilleur qu'une chaudière classique à combustible.

Différentes tentatives ont essayé d'assurer une stabilité du COP, en particulier pour éviter les pics de consommation électrique du compresseur lors du démarrage: une technologie connue consiste à faire varier la vitesse du compresseur, sans jamais arrêter ce dernier. Il est aussi connu de convertir du courant continu en courant alternatif, pour le reconvertir en courant continu lors d'une transformation dans laquelle on module tension et fréquence pour adapter la vitesse de rotation du compresseur, en évitant les variations de température à l'utilisation, et pour réguler la puissance énergétique de la pompe à chaleur. Un tel système présente couramment un COP supérieur à 4. Toutefois, l'électronique est fortement sollicitée et son vieillissement est rapide, pouvant en nécessiter le remplacement en moins de cinq ans. A basse température, le rapport de compression s'élève, la température au refoulement augmente, et le débit massique du fluide est réduit, et la performance diminue. Pour faire face aux plages de températures extérieurs basses, les systèmes connus prévoient un appoint de chauffage, ou bien sont surdimensionnés, ce qui altère leur rentabilité et leur performance. Il est encore connu d'injecter, à l'aspiration du compresseur, non plus un fluide en phase gazeuse, mais un mélange liquide-gaz, ce qui permet d'obtenir une température de refoulement inférieure, avec un niveau de COP bon. Toutefois, la durée de vie du compresseur, qui constitue l'élément le plus coûteux de la pompe à chaleur, ne peut être équivalente à celle d'un compresseur gaz-gaz, travaillant dans de meilleures conditions. Tous les dispositifs connus incorporent un cycle de dégivrage, qui est indispensable en particulier pour des températures extérieures négatives, de l'ordre de -15°C par exemple. La présente invention se propose de résoudre les problèmes de l'état de la technique, en proposant une pompe à chaleur apte à fonctionner avec une bonne performance aux basses températures, peu sensible au phénomène de givrage et permettant de diminuer voire de supprimer les cycles de dégivrage. Par une conception utilisant des composants classiques, utilisés dans leur domaine de fonctionnement usuel, la durée de vie de la pompe à chaleur selon l'invention est optimisée par rapport à l'art antérieur. L'invention consiste en particulier à optimiser les écarts de température entre entrée et sortie de l'évaporateur, d'une part, et du condenseur d'autre part, qui, dans l'art antérieur, ne font pas l'objet d'une attention particulière: on peut ainsi avoir, dans les systèmes connus, 10 à 15°C d'écart entre entrée et sortie à l'évaporateur, et 10 à 15°C d'écart entre entrée et sortie au condenseur, par exemple. Or de tels écarts sont néfastes, on peut en effet estimer qu'un écart de 1°C entre le fluide caloporteur sous forme gazeuse et le fluide d'utilisation, généralement constitué par de l'eau, au niveau du condenseur, se traduit par une augmentation de la consommation en énergie de la pompe à chaleur d'environ 2,5%. A cet effet, l'invention concerne un kit de protection de compresseur, pour installation de climatisation ou pompe à chaleur comportant, en aval d'au moins un tel compresseur, au moins un condenseur, au moins un détendeur et au moins un évaporateur, ledit kit étant conçu apte à être positionné en amont de l'aspiration dudit compresseur, et en aval d'un détendeur lui-même situé en aval dudit condenseur, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit principal, qui traverse successivement au moins un évaporateur, au moins une zone d'échange avec un ventilateur, et au moins un condenseur, avant le retour à ladite aspiration, et qu'il comporte un circuit secondaire, dans lequel circule un fluide caloporteur, mis en mouvement par des moyens secondaires de mise en mouvement constitués par au moins un compresseur, au refoulement duquel ledit circuit secondaire parcourt successivement une branche d'échange thermique avec ledit circuit principal, au niveau dudit condenseur, puis un détendeur commandé en température par un capteur de température situé à l'aspiration dudit compresseur, puis traverse ledit évaporateur, dont il récupère l'énergie excédentaire, avant de retourner à l'aspiration du compresseur. L'invention concerne encore une pompe à chaleur comportant un tel kit et comportant, en aval d'au moins un compresseur, au moins un condenseur, au moins un détendeur et au moins un évaporateur, caractérisé en ce qu'elle comporte des premiers moyens d'échange thermique situés sur un autre tronçon que celui séparant ledit compresseur dudit condenseur, pour réguler l'écart entre la température de surchauffe et la température d'entrée dans ledit premier évaporateur d'une part, et entre la température de sous-refroidissement et la température d'entrée dans ledit condenseur d'autre part. L'invention concerne encore un procédé de pilotage d'une telle pompe à chaleur.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre,e n référence aux figures annexées dans lesquelles : la figure 1 représente, sous forme schématisée, le circuit principal d'une pompe à chaleur selon l'invention ; la figure 2 représente, sous forme schématisée, un circuit complémentaire de la pompe à chaleur de la figure 1 ; la figure 3 représente une courbe avec, en ordonnée la puissance calorifique produite, et en abscisse la température extérieure ; la figure 4 représente, sous forme schématisée analogue à la figure 1, le circuit principal d'une pompe à chaleur dans une autre variante d'exécution; la figure 5 illustre, sous forme schématisée et 5 partielle, une variante de prévention du givrage ; la figure 6 illustre, sous forme schématisée et partielle, une variante avec un échangeur contigu avec un évaporateur que comporte la pompe à chaleur selon l'invention ; la figure 7 illustre, sous forme schématisée et 10 partielle, une autre variante avec un échangeur contigu avec un évaporateur que comporte la pompe à chaleur selon l'invention ; la figure 8 illustre, sous forme schématisée et partielle, un circuit d'échange en amont d'un compresseur que comporte la pompe à chaleur selon l'invention ; 15 la figure 9 illustre, sous forme schématisée et partielle, un kit de protection de compresseur selon l'invention ; la figure 10 illustre, sous forme schématisée et partielle, un circuit de climatisation à pompe à chaleur conçu 20 apte à être raccordé au kit de protection de compresseur de la figure 10, et dans une première position de cycle normal de chauffage ; la figure 11 illustre, sous forme schématisée et partielle, le circuit de la figure 10 dans une seconde position 25 de dégivrage ; la figure 12 illustre, sous forme schématisée et partielle, un circuit annexe de récupération d'énergie selon l'invention ; la figure 13 illustre, sous forme schématisée et 30 partielle, un circuit de chauffage conçu apte à coopérer avec le circuit annexe de la figure 12 ; la figure 14 illustre, sous forme schématisée, un évaporateur à double circuit selon l'invention. L'invention concerne le domaine de la climatisation par 35 l'utilisation d'une pompe à chaleur. La climatisation d'un volume est assurée par un circuit conçu apte à fonctionner de façon réversible, c'est-à-dire aussi bien à apporter de l'énergie thermique au volume à climatiser, qu'à en extraire. La présente description ne décrit qu'un mode de fonctionnement, mais il faut comprendre que toutes les caractéristiques sont applicables au fonctionnement réverse. On comprend en effet qu'un évaporateur utilisé pour effectuer le changement d'état d'un fluide depuis l'état liquide vers l'état gazeux, peut, de façon réversible, fonctionner selon le mode inverse à la façon d'un condenseur, pour effectuer le changement d'état de l'état gazeux vers l'état liquide. Il en est de même pour un condenseur. L'invention concerne une pompe à chaleur 1. Celle-ci comporte un circuit principal 2. La pompe à chaleur 1 comporte des moyens de mise en mouvement 3 par aspiration puis refoulement, entre une aspiration 30 et un refoulement 31, d'un fluide caloporteur dans une boucle de circulation en circuit fermé. La pompe à chaleur 1 comporte encore, en aval du refoulement, et dans cet ordre, au moins un premier condenseur 4, au moins un premier détendeur 5, et au moins un premier évaporateur 6, avant le retour du fluide à l'aspiration 30 des moyens de mise en mouvement 3. Les moyens de mise en mouvement 3 sont constitués d'au moins un premier compresseur 7, pour pousser le fluide à l'état gazeux et à haute pression vers au moins le premier condenseur 4 où il entre à une température d'entrée T1. Le fluide sort de ce premier condenseur 4 à l'état liquide sous haute pression constante, à une température T2 dite de sous-refroidissement. Ce premier condenseur 4 échange l'énergie du circuit principal 2 qui y circule, avec un premier circuit d'utilisation 8, par exemple une bouteille de mélange chauffage ou un ballon tampon. Le premier condenseur est par exemple un échangeur à plaques, par lequel de l'énergie est transférée sans contact d'un circuit à l'autre. La température du premier circuit d'utilisation 8 à l'entrée du premier échangeur 4 est T4, la température en sortie est T3. De préférence, le premier circuit d'utilisation 8 comporte un circulateur 9, conçu apte à être commandé par des moyens de pilotage 10, constitués de préférence par un automate programmable ou similaire. Le fluide caloporteur entre dans le premier condenseur 4 à l'état gazeux, comme il sera expliqué plus loin. A la sortie du condenseur 4, il est à l'état liquide, ou constitué par un mélange liquide-gaz, et à la température de sortie qui est la température de changement d'état, c'est-à-dire la température de sous-refroidissement T2. On note que si, à ce stade, le fluide caloporteur est constitué d'un mélange liquide-gaz, cela n'empêche pas le fonctionnement, mais altère le rendement de l'installation. Le pilotage de la pompe à chaleur se fait en utilisant des capteurs de température, qui permettent d'agir, en amont du premier condenseur 4, sur le pilotage d'une électrovanne 13 dont le fonctionnement sera explicité plus loin.

La pression amène ensuite le fluide, après passage dans un filtre 14, dans un circuit de détente, qui comporte au moins le premier détendeur 5 abaissant la pression et la température du fluide, suivi d'un clapet anti-retour 15, et d'un voyant 16 de contrôle visuel de phase. Le premier détendeur 5 est un détendeur thermostatique, commandé, mécaniquement ou/et électroniquement par des moyens de commande 10, par la température relevée au niveau d'un capteur de température 5A situé au niveau ou légèrement en aval d'un confluent 41 avec un circuit de seconds moyens d'échange thermique 80 qui sera explicité plus loin. Le premier détendeur 5 pourrait aussi être commandé par la pression au lieu d'être commandé par la température. Le fluide est ensuite convoyé vers au moins le premier évaporateur 6, où le fluide entre à la température T7, se vaporise et dont il sort à basse pression et à température T8 dite de surchauffe sous forme gazeuse. Le fluide est enfin ramené à l'aspiration 30 des moyens de mise en mouvement 3. En aval du détendeur 5, le fluide caloporteur peut être à très basse température, et il importe d'éviter le givrage, aussi bien des conduites que de l'évaporateur 6 situé en aval.

L'invention a pour but d'obtenir le meilleur COP possible à toute température, tout en prévenant le givrage de l'évaporateur 6, et en particulier en cas de températures extérieures très froides, de l'ordre de -15°C. Pour l'obtention d'un bon rendement, il est connu qu'il faut que l'écart de température entre la température d'entrée T4 et la température de sortie T3 du premier condenseur 4, sur le circuit primaire d'utilisation 8, soit inférieure à 5°C, de préférence inférieure ou égale à 4°C. De façon optimale, l'écart sur le circuit principal 2, entre la température d'entrée T1 et la température de sortie T2 du premier condenseur 4, est du même ordre. L'idéal est d'obtenir T1 = T4, et T2 = T3. Si ce principe théorique est connu, son application n'est jamais réalisée de façon satisfaisante dans l'état de la technique connu, et l'invention se propose de fournir les moyens pour permettre cette régulation optimale. De la même façon l'écart de température entre la température d'entrée T7 et la température de sortie T8 du premier évaporateur 6 est à maintenir, si possible, inférieur à 5°C, de préférence inférieur ou égal à 4°C. Après le passage par le détendeur 5, en aval du voyant 16, le fluide parvient à une bifurcation 17 distribuant deux branches, dont l'une comporte une électrovanne 22, dont l'objet sera exposé plus loin. Quand cette dernière est fermée, le flux de fluide passe entièrement dans l'autre branche, laquelle comporte, de façon avantageuse mais facultative, une bouteille anti-coup de liquide 18 servant essentiellement à éviter le bruit quand il y a dilatation du gaz dans le cas de la présence d'un mélange liquide-gaz dans la conduite, puis un filtre 19, et essentiellement un second détendeur thermostatique 20 commandé, mécaniquement ou/et électroniquement par les moyens de pilotage 10, par la température de surchauffe T8. De façon préférée, on ajuste les températures de détente au niveau du premier détendeur 5 et du second détendeur 20, de façon à ce que la première soit supérieure à la seconde, d'environ 5°C dans un réglage préféré de la pompe à chaleur selon l'invention.

Si la température du fluide à l'entrée du second détendeur thermostatique 20 est inférieure à T8, celui-ci reste fermé, et n'autorise pas le passage du fluide. De ce fait ce dernier monte en pression. Dès que la température du fluide atteint T8, le second détendeur 20 s'ouvre, le flux du fluide s'écoule, en aval du second détendeur 20, dans une branche de canalisation, munie de préférence d'une soupape anti-retour 21 et d'un capteur de pression 42, branche qui convoie le premier fluide à l'état liquide, ou sous forme de mélange liquide-gaz, et l'énergie qu'il transporte, vers l'évaporateur 6. Le fluide caloporteur est alors liquide avant l'entrée dans l'évaporateur 6, ou encore peut comporter une fraction gazeuse mélangée au liquide. L'air extérieur, à une température T13, est aspiré au travers d'un ventilateur, et traverse l'évaporateur 6, dont il ressort à une température T14. Dans un mode préféré de réalisation, l'évaporateur 6 est associé à une batterie 27, c'est-à-dire un échangeur thermique dans lequel circule un autre fluide caloporteur ou réfrigérant, batterie 27 qui est disposée au voisinage de l'évaporateur 6, et entre lesquels l'air circule grâce au ventilateur 26 et se charge en énergie thermique, ou se décharge, selon le cas. Dans ce cas, la température extérieure est la température T15 en amont de la batterie 27, le passage sur cette batterie 27 permet de modifier la température du flux d'air pour l'amener à la température T13. L'emploi d'une batterie 27 est avantageux dans les régions froides, par exemple pour passer de l'air externe à une température T15 de -15°C à une température T13 de -10°C environ. Un capteur de température d'air associé à une sonde et aux moyens de gestion 10 permet avantageusement le pilotage du ventilateur 26 et de la batterie 27. Le ventilateur 26 peut être arrêté ou débrayé si nécessaire. Les moyens de gestion 10, associés à des moyens de mesure des températures d'entrée T7 et de sortie T8 de l'évaporateur 6, permettent en particulier de réguler le ventilateur 26 pour maintenir la différence entre T8 et T7 inférieure à 4°C.

Dans un mode particulier de réalisation, directement en amont de l'évaporateur 6, le circuit comporte une entrée 51, raccordée à un circuit 52 d'appoint en gaz chaud pour prévenir le givrage de l'évaporateur 6 par grand froid. Là encore, il est possible d'insérer une vanne, non représentée sur les figures, commandée par les moyens de gestion 10, pour autoriser ou non un appoint énergétique en provenance du circuit d'appoint 52. Dans une alternative ou en complément, des moyens de réchauffage 33, tels qu'une résistance, peuvent être implantés sur la tubulure. Le circuit d'appoint 52 peut véhiculer du gaz chaud, ou encore du liquide, et de préférence du même fluide caloporteur que celui circulant dans la pompe à chaleur, et provenant d'un réservoir ou d'un moyen de production externe. Ainsi, en aval de l'entrée 51, le circuit véhicule du fluide liquide, ou un mélange liquide-gaz, à une température suffisante pour prévenir tout givrage en aval. L'apport d'énergie permet d'agir sur la différence T8-T7, de façon à la limiter sous le seuil de 5°C, préférentiellement de 4°C. Cet appoint réalisé par le circuit d'appoint 52 est utile, en particulier, si l'action sur le ventilateur 26 n'est pas suffisante. Dans une variante d'exécution, l'ensemble constitué d'une batterie et d'un ventilateur peut être remplacé par un échangeur à plaques, ou similaire. Si, malgré la régulation du ventilateur 26, et l'appoint du circuit d'appoint 52 qui pourrait être insuffisant ou défaillant, la différence T8-T7 conserve une valeur trop élevée, il est encore possible d'incorporer, avantageusement, un piquage 36 sur le circuit entre les moyens de mise en mouvement 3 et le premier condenseur 4, dans une branche où le fluide caloporteur est à l'état gazeux. Ce piquage 36 dessert une électrovanne 61 pour décharger le circuit en fluide, ou au contraire le recharger en fluide par un circuit d'appoint 62. La commande de cette électrovanne peut être faite par le niveau de pression, ou bien par le niveau de température, mesuré au niveau du piquage 36. Cette disposition fournit un autre moyen possible pour prévenir le givrage. De préférence, un capteur de pression 63 est installé en aval du piquage 36.

Il peut s'avérer intéressant d'intégrer dans le circuit au moins un régulateur de pression d'évaporation 102, en aval de l'évaporateur 6. Une électrovanne 101 commandée par la différence de température T7 - T8 autorise le passage du fluide, soit en direct si cette différence de température est inférieure à 5°C, auquel cas l'électrovanne 101 est traversante, soit dans une branche comportant le régulateur de pression d'évaporation 102, si cette différence de température est supérieure à 5°C, auquel cas l'électrovanne 101 est fermée. Le régulateur de pression d'évaporation 102 est réglable mécaniquement ou/et électroniquement, classiquement de 0,1 à 0,6 MPa, et permet de maintenir la pression à l'évaporation constante à cette valeur réglée. Selon l'invention, la pompe à chaleur 1 comporte encore des premiers moyens d'échange thermique 11. Ceux-ci sont situés sur un autre tronçon que celui séparant les moyens de mise en mouvement 3 du premier condenseur 4. Ces premiers moyens d'échange thermique 11 sont utilisés pour réguler l'écart entre la température de surchauffe T8 en sortie du premier évaporateur 6, et la température d'entrée T7 dans ce premier évaporateur 6. Ces premiers moyens d'échange thermique 11 sont encore utilisés pour réguler l'écart entre la température de sous-refroidissement T2 en sortie du premier condenseur 4, et la température d'entrée T1 dans ce dernier.

En effet, les premiers moyens d'échange thermique 11 sont conçus pour pouvoir apporter, ou au contraire enlever, de l'énergie au circuit principal 2. Différentes implantations de ces premiers moyens d'échange thermique 11 sont possibles, et bien sûr cumulables : de façon préférée, entre le premier évaporateur 6 et les moyens de mise en mouvement 3 ; entre le premier condenseur 4 et le premier évaporateur 6 ; entre les moyens de mise en mouvement 3 et le 35 premier condenseur 4.

Ces premiers moyens d'échange thermique 11 peuvent, dans un mode de réalisation préféré, échangent de l'énergie avec des moyens d'échange thermique complémentaires conçus aptes à échanger de l'énergie avec les moyens de mise en mouvement 3.

Ils peuvent encore échangent de l'énergie avec des moyens d'échange thermique complémentaires conçus aptes à échanger de l'énergie avec une source d'appoint ou d'évacuation externe. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, les premiers moyens d'échange thermique 11 échangent de l'énergie avec au moins un élément de la pompe à chaleur 1, et ne nécessitent de ce fait aucun apport d'énergie externe. En particulier, dans une variante préférée, les premiers moyens d'échange thermique 11 échangent de l'énergie avec des moyens 12 de récupération d'énergie au niveau des moyens de mise en mouvement 3. De façon avantageuse, les moyens 12 de récupération d'énergie sont constitués par un échangeur récupérant l'énergie diffusée au moins par le premier compresseur 7. Dans d'autres modes de réalisation, ces premiers d'échange thermique 11 échangent, au moins partiellement, de l'énergie avec des sources extérieures, de préférence solaires ou similaires. En aval de l'évaporateur 6 à la température de surchauffe T8, le fluide est à l'état gazeux. Dans le mode de réalisation de la figure 2, les premiers moyens d'échange thermique 11 sont constitués par un échangeur 70, de préférence un échangeur à plaques double flux, qui permet un échange thermique entre le circuit principal 2 et un second circuit 71 d'un second fluide caloporteur. Ce second circuit 71 traverse l'échangeur 70.

La variante de la figure 6 incorpore un second échangeur 6A, incorporé entre l'échangeur 6 et un ventilateur 26, et appartenant à un circuit secondaire d'échange, comportant un circulateur et échangeant également avec l'échangeur 11. La variante de la figure 7 comporte l'échangeur 11 contigu avec l'évaporateur 6, entre ce dernier et un ventilateur 26.

Le circuit principal 2 traverse l'échangeur 70 et présente, entre sa sortie et son entrée de ce dernier, un écart de température AT, qui est positif quand le second circuit 71 apporte de l'énergie thermique dans l'échangeur 70. Si on n'arrive pas à obtenir moins de 5°C de gradient au niveau de l'évaporateur 6, il faut, pour un fonctionnement optimal, les obtenir entre l'entrée et la sortie de l'échangeur 70. Plus l'écart AT est élevé, et plus la puissance en sortie du premier condenseur 4 est élevée. Toutefois l'écart AT doit rester inférieur ou égal à 5°C, sinon on risque une mise en sécurité automatique haute pression du compresseur 7 que comportent les moyens de mise en mouvement 3. En effet, celui-ci risque de passer en haute pression si la température de refoulement compresseur est supérieure à la température d'ébullition. L'apport d'énergie par le second circuit 71 à l'échangeur 70 est corrélé avec la différence de température entre l'entrée et la sortie de l'échangeur 70 au niveau du second circuit 71. Différents moyens d'apport d'énergie sont possibles : par récupération d'énergie sur le circuit principal 2 lui-même, ou/et par un apport extérieur par un circuit d'appoint intermédiaire 72. Dans ce dernier cas, on utilise une source secondaire d'énergie 73, qui peut être de toute nature, et préférentiellement solaire, ou constituée d'une pile à hydrogène, ou encore classiquement électrique ou similaire. Cette source secondaire 73 alimente avantageusement, par un échangeur 74 pour chauffer un fluide caloporteur, traversant le circuit d'appoint intermédiaire 72, ou bien alimente ce dernier en direct en énergie.

Dans une variante d'exécution, tel que visible sur la figure 8, il est possible de remplacer l'échangeur 74 par une batterie d'eau chaude. Avantageusement, on utilise alors une VMC simple flux 74A, avec un ventilateur dont le pilotage n'est pas nécessaire. L'eau récupère alors l'énergie de l'air ambiant.

En circuit d'appoint, au niveau de l'échangeur 74, on peut utiliser une pile à hydrogène constituant la source secondaire 73: à l'aide d'un variateur de fréquence du courant alternatif du secteur, on fait croître la fréquence à 33 kHz et on fait éclater les molécules d'eau d'un réservoir, générant de l'hydrogène gazeux et de l'oxygène gazeux, dont on peut assurer la combustion par un brûleur 73A, générant une flamme, telle celle d'une chaudière murale à gaz par exemple. L'utilisation de telles sources d'énergie annexes permet d'envisager la production de courant électrique pour alimenter le ou les compresseurs 7.

Le second circuit 71 peut aussi comporter des moyens d'échange thermique 75, avec un ou plusieurs organes du circuit principal 2. De façon avantageuse, selon l'invention, ces moyens d'échange 75 coopèrent avec les moyens 12 de récupération d'énergie au niveau des moyens de mise en mouvement 3, constitués de un ou plusieurs compresseurs 7, 7A, 7B, .... Le circuit d'appoint intermédiaire 72 et les moyens d'échange 75 sont, selon l'invention, avantageusement reliés l'un à l'autre, tel que visible sur la figure 2. De façon préférée, depuis l'échangeur 74, le fluide dans le circuit 72 traverse, si ce fluide est un liquide un circulateur 76, puis une vanne à trois voies 77, laquelle est commandée par un régulateur, notamment les moyens de pilotage 10, régulateur lui-même commandé par la différence de température entre l'entrée et la sortie de l'échangeur 70 au niveau du second circuit 71 et par la température extérieure du bâtiment en fonction de la loi d'eau, puis traverse l'échangeur 71. En sortie de ce dernier, le circuit secondaire 72 se divise en une branche reliée à la vanne 77, et en autre une branche, conçue apte à communiquer avec les moyens d'échange 75.

Si le fluide caloporteur dans le circuit secondaire 72 est un liquide, on intercale avantageusement, on dispose, en dérivation de la branche rejoignant les moyens d'échange 75, un vase d'expansion 77. Après la traversée des moyens d'échange 75, le circuit secondaire 72 rejoint l'échangeur 74.

Dans une version préférée de cette alternative, le fluide caloporteur dans le circuit 72 est compatible avec le premier fluide caloporteur, ou même, dans une réalisation préférée, est de même nature que ce dernier. Dans ce cas, en sortie des moyens d'échange 75, on peut encore installer une conduite communiquant avec le circuit principal 2 et le rejoignant entre l'échangeur 71 et les moyens de mise en mouvement 3. Cette récupération d'énergie au niveau des moyens de mise en mouvement 3 permet de prévenir le passage en haute pression du premier compresseur 7 que comportent ces derniers, ainsi que la dégradation associée du COP de l'installation, lequel est défini comme le rapport entre l'énergie recueillie et l'énergie fournie, qui surviennent habituellement en pareil cas. En aval de l'échangeur 71, on dispose de préférence, avant le retour à l'aspiration 30 des moyens de mise en mouvement 3, une bouteille anti-coup de liquide 32 qui permet d'éviter de renvoyer du liquide vers le compresseur 7, un filtre à charbon actif et déshydrateur 33, comme peuvent l'être tous les filtres installés sur les branches de la pompe à chaleur 1 où le fluide est à l'état gazeux, et un voyant 34 de contrôle visuel d'état du fluide.

Afin de piloter au mieux la température T1 d'entrée du fluide à l'état gazeux dans le premier condenseur 4, il est important de pouvoir la porter au plus près de la température d'entrée T4 du premier circuit d'utilisation 8 dans le premier condenseur 4.

A cet effet, dans une mode de réalisation préféré, la pompe à chaleur 1 selon l'invention comporte des moyens de dérivation d'une partie du flux de fluide, en aval des moyens de mise en mouvement 3, et de préférence en aval d'un capteur de pression 63, et en amont du premier condenseur 4, vers des seconds moyens d'échange thermique 80. A cet effet, la pompe à chaleur 1 comporte au moins deux condenseurs disposés en parallèle. Dans l'exemple de la figure 1, utilisé dans la suite de la description, ils sont au nombre de deux, et constitués par le premier condenseur 4 et par un second condenseur 40. On comprend qu'il est possible, en mettant en oeuvre le même principe, d'utiliser un nombre d'échangeurs supérieur à deux. Un by-pass, sous la forme du détendeur thermostatique 5, est implanté entre le premier condenseur 4 et le second condenseur 40. Dans le cas où un mauvais échange se produit dans le 5 condenseur 4, la pression au refoulement 31 des moyens de mise en mouvement 3 augmente. Les seconds moyens d'échange 80 permettent l'échange d'énergie thermique au travers du second condenseur 40, entre le circuit principal 2 et un second circuit d'utilisation 38, par 10 exemple un ballon d'eau chaude sanitaire. Le fluide caloporteur du circuit principal 2 entre dans le second condenseur 40 à l'état gazeux, à une température d'entrée T11, et en sort à l'état liquide, à la température de sortie T12 égale à la température de sous-refroidissement T2. 15 En aval ou au niveau d'un capteur de pression 63 lui-même situé en aval des moyens de mise en mouvement 3, et, le cas échéant en aval du piquage 36 pour le raccordement d'un circuit d'appoint 62, la température du fluide, à l'état gazeux, est mesurée par un capteur de température 64. Si la qualité de 20 l'échange thermique au niveau du premier condenseur 4 est médiocre, la pression monte dans le circuit de refoulement. Une électrovanne 13, commandée par un capteur de température, permet de diviser le circuit principal 2 en au moins deux branches, une à travers le premier condenseur 4, et 25 une à travers le second condenseur 40, auquel le fluide parvient de préférence après la traversé d'un filtre 37. Différents capteurs de température peuvent piloter l'électrovanne 13, en particulier le capteur de température 64 pilote l'électrovanne 13, pour répartir le flux entre les 30 condenseurs 4 et 40. Un mode préféré de pilotage consiste à charger préférentiellement une branche de fluide, par exemple la branche desservant le premier condenseur 4, et à ne décharger une partie du flux vers le second condenseur 40, que si l'échange dans le premier condenseur 4 est médiocre. Le seuil de 35 pilotage choisi pour l'électrovanne 13 est alors la température dans le circuit du premier condenseur 4, et le seuil d'activation de l'électrovanne 13 est la température de condensation Tc du premier fluide caloporteur: tant que la température dans la branche du premier condenseur 4 est inférieure à Tc, le flux y passe entièrement, et si cette température est supérieure à Tc, le flux est partagé dans les deux branches. De façon préférée, l'électrovanne 13 est commandée par la différence entre les températures T1 et T4, et reste fermée tant que T1 est supérieure à T4.

Des moyens de commande de pilotage de l'électrovanne 13 permettent aussi de réguler la part relative de distribution du flux entre les branches du premier 4 et du second 40 condenseurs pour que, dans chacune d'elles, l'écart de température entre la branche de canalisation de sortie du condenseur concerné et la branche d'entrée correspondante, soit maintenu inférieur à 5°C, et préférentiellement inférieur ou égal à 4°C. Ainsi, de façon analogue au pilotage du premier condenseur 4, on s'attache à piloter le second condenseur 40, de façon à ce que l'écart entre les températures de sortie T12 et d'entrée T11 sur le circuit principal 2 d'une part, et l'écart entre les températures de sortie T10 et d'entrée T5 sur le circuit d'échange avec le second circuit d'utilisation 38 d'autre part, soit maintenu inférieur à 5°C, et préférentiellement inférieur ou égal à 4°C. De façon préférée, on fait en sorte d'ajuster les températures de façon à ce que T11 = T5, et T12 = T10. De préférence, le second circuit d'utilisation 38 comporte un circulateur 39, conçu apte à être commandé par les moyens de pilotage 10. Dans le cas où l'électrovanne 13 est ouverte et autorise le passage de fluide au travers du second condenseur 40, le fluide dans cette branche rejoint, en sortie de ce dernier, le confluent 41, et ne passe pas au travers du premier détendeur thermostatique 5, contrairement à la portion du flux qui a traversé le premier condenseur 4.

Avantageusement, tel que visible sur les figures 4 et 5, on peut incorporer un régulateur de pression de condensation 103, en aval du second condenseur 40, pour maintenir une pression constante et suffisamment élevée dans le second condenseur 40 et dans le réservoir 38 associé. Le régulateur de pression de condensation 103 est réglable mécaniquement, classiquement de 0,1 à 0,3 MPa. En somme, on bloque le fluide entre le second condenseur 40 et le régulateur de pression 103 jusqu'à ce que sa pression atteigne le niveau de valeur de consigne de réglage. Dans une variante, tel que visible sur la figure 5, on rajoute une électrovanne 104 directement en aval du second condenseur 40. Cette électrovanne 104 permet de prévenir le givrage au niveau de l'évaporateur 6. On mesure l'écart entre la température de surchauffe T8 et la température de sortie d'air T14, et on le compare à un seuil réglable, chois avantageusement d'une valeur de 5°C : si l'écart est inférieur à ce seuil réglable, l'électrovanne 104 est fermée, et si l'écart est supérieur à cette valeur, l'électrovanne 104 est passante. On peut, encore, avantageusement, ajouter en aval de cette électrovanne 104 un réducteur de débit réglable 105.

En aval de la bifurcation 17, l'électrovanne 22 est fermée en marche normale. En cas de risque de givrage au niveau des conduites ou/et de l'évaporateur 6, son ouverture permet d'injecter du gaz chaud, sans le faire passer par le détendeur thermostatique 5. A cet effet, l'électrovanne 22 est commandée, mécaniquement ou/et électroniquement, par la valeur de la différence T8-T7. Si cet écart est supérieur à 4°C, on ouvre l'électrovanne 22. En aval de l'électrovanne 22, une bifurcation 90 dessert une première branche qui rejoint l'évaporateur 6 après le passage dans un clapet anti-retour 23, et une seconde branche comportant une électrovanne 24. Cette dernière permet de shunter l'évaporateur 6 en cas de dysfonctionnement de ce dernier, et au flux de rejoindre le circuit principal au niveau d'un confluent 91, en aval de l'évaporateur 6. Cette électrovanne est pilotée, de façon préférée, par la valeur de l'écart T9-T8. Elle peut aussi être ouverte si on constate que T8 = T7, ou encore que T4 = T3, ce qui signale des anomalies sur le circuit. La dégradation du COP des pompes à chaleur connues, dans certains domaines de travail, tient au fait que, soit le compresseur est alimenté en permanence, soit il est arrêté et redémarré, consommant alors des pics d'énergie au redémarrage. Pour améliorer ceci, selon l'invention, les moyens de mise en mouvement 3 comportent au moins deux compresseurs agencés en parallèle, dont le premier compresseur 7.

Ces compresseurs 7, 7A, 7B, dans l'exemple de la figure 1, sont montés en parallèle, pour éviter des pics d'intensité au démarrage, seul le premier compresseur 7 fonctionnant en permanence. Le fonctionnement se fait par étages en fonction de la demande, le pilotage du débit, c'est-à-dire du nombre de compresseurs, se faisant en fonction des différences de température surveillées, notamment T2-T1, T8-T7, T13-T14, T3-T4, T10-T5. Par sécurité, pour éviter le passage d'un des compresseurs en haute pression, la température de gaz est maintenue inférieure au seuil de limite de fonctionnement affiché par le fabricant du compresseur, soit généralement de l'ordre de 100°C, et est par sécurité avantageusement maintenue inférieure de 15°C à cette température limite constructeur. La batterie de compresseurs est avantageusement entourée des moyens de récupération d'énergie 12. La circulation dans le ou les circuits échangeant de l'énergie avec ces moyens de récupération d'énergie 12 est régulée par les moyens de gestion 10 de façon à ce que la température au niveau des compresseurs soit supérieure à la température critique de condensation, pour prévenir toute condensation dans l'un des compresseurs.

En aval de chaque compresseur, 7, 7A, 7B, du côté de son refoulement, on installe avantageusement un clapet anti-retour 35, 35A, 35B, pour éviter un effet de chaudière thermique de la batterie de compresseurs en cas de non-fonctionnement de l'un d'entre eux. De façon préférée, le diamètre tubulaire au refoulement 31 est supérieur au diamètre à l'aspiration 30 de la batterie de compresseurs.

Selon une caractéristique particulière de l'invention, au moins un aimant permanent 95 est disposé sur la trajectoire du fluide pour l'ioniser, entre les moyens de mise en mouvement 3 et le premier condenseur 4 ou/et entre le premier détendeur 5 et le premier évaporateur 6. De façon préférée, le fluide est alors choisi ou rendu conducteur de l'électricité. Les moyens de gestion 10 sont conçus aptes à réguler le ventilateur 26, ou/et des vannes de circulation sur le circuit des premiers moyens d'échange thermique 11. Ils sont encore conçus aptes à réguler des vannes de circulation sur le circuit des moyens d'échange thermique complémentaires. La figure 3 illustre les avantages de l'invention, pour un exemple de puissance installée de 3,1 kVA au niveau du compresseur.

Une pompe à chaleur conventionnelle de l'état de la technique obéit, pendant ses plages de fonctionnement, à une courbe croissante de la puissance calorifique fournie en fonction de la température externe, selon la courbe EDT en trait interrompu. Evidemment, la puissance fournie est nulle quand le compresseur est à l'arrêt. La puissance fournie est maximale et le COP est maximal, de l'ordre de 6, quand la température externe l'est aussi, or le besoin de puissance à l'utilisation se fait sentir quand les températures externes sont basses. Une telle pompe à chaleur classique a encore un bon COP, de l'ordre de 3, à 7°C, mais la situation se dégrade à -20°C, où le COP est très légèrement supérieur à 1. La pompe à chaleur selon l'invention présente une courbe de puissance calorifique fournie PCF, fournie au premier condenseur 4 et au second condenseur 40, qui est décroissante quand la température croît. La puissance consommée PC est le total, d'une part de la puissance consommée au niveau des compresseurs 7, 7A, 7B, qui décroît quand la température croît puisqu'il est possible de réduire le nombre de compresseurs utilisés, en ne gardant en marche que le premier compresseur 7 quand la température externe est au maximum, et d'autre part de la puissance d'appoint PA, dont le besoin ne se fait plus sentir au-delà de 7°C. Ainsi, les valeurs du COP sont respectivement voisines de 5 à 20°C, de 4 à 7°C et à 0°C, et comprise entre 3 et 4 vers -20°C, et ce de façon continue, la pompe à chaleur 1 selon l'invention n'étant jamais interrompue. On constate que la puissance calorifique fournie est maximale aux très basses températures, là où les besoins de l'utilisation sont les plus forts. Cette courbe montre un fonctionnement normal, basé sur le pilotage par les moyens de gestion 10, sur le ventilateur, les circulateurs et les électrovannes, pour maintenir les écarts de température aux condenseurs aussi bien qu'à l'évaporateur sous 4°C, et pour prévenir tout givrage de l'évaporateur et de la conduite en amont de celui-ci. Le COP peut encore être amélioré par une optimisation des by-pass que constituent les électrovannes 13, 22, 24, pour favoriser des circulations particulières de fluide, notamment pour autoriser l'injection sans détente de gaz, au travers d'un filtre, sur l'aspiration des compresseurs. L'optimisation passe encore par la gestion des appoints, au niveau des circuits 52 et 62, de la résistance 53, et le bon pilotage de la récupération de l'énergie des compresseurs. Naturellement, les appoints peuvent être choisis parmi des sources d'énergie disponibles gratuitement, telles que solaire, éolienne, ou encore par l'utilisation des différences de température entre plusieurs branches du circuit principal 2 lui-même.

Le rendement global est encore amélioré par une utilisation rationnelle de l'énergie recueillie au niveau des circuits d'utilisation. Le circuit peut encore être optimisé par un échelonnement judicieux des diamètres de conduites du fluide caloporteur. Il faut, notamment, éviter d'envoyer des gaz très chauds à l'évaporateur, auquel cas on risque de condenser au lieu d'évaporer. De façon préférée, on choisit les plus petits diamètres de conduites dans les branches 201 et 202, en aval de la bifurcation 17, qui contiennent respectivement les électrovannes 22 et 24, de façon à permettre une détente directe. Le plus gros diamètre de conduite de l'installation concerne la branche 206 entre l'évaporateur 6 et le compresseur 7. Des conduites de diamètre intermédiaire sont utilisées dans les branches 205 en aval du compresseur 7, 203 en amont du second détendeur thermostatique 20, 204 en aval de ce dernier.

Le diamètre de ces conduites est choisi en fonction du débit du compresseur 7. On peut utiliser au moins un variateur pressostatique pour augmenter la vitesse du circulateur 9 du circuit hydraulique d'utilisation, quand la pression au refoulement du compresseur 7 augmente. On peut, encore, faire varier la pression du circuit d'appoint de la figure 2, avec une régulation de la vitesse de ce circuit en l'augmentant quand la pression mesurée à l'aspiration du compresseur 7 diminue. En effet, il faut éviter les pertes thermiques au niveau du premier 8 ou/et du second 38 circuits d'utilisation, qui se produisent si la température dans ces derniers est supérieure à celle du gaz dans le circuit de la pompe à chaleur au niveau de l'échange entre eux, par exemple si la température du gaz est de 30°C alors que celle de l'utilisation est de 40°C. Le ralentissement de la circulation permet de retrouver la situation optimale où la température du gaz est supérieure à celle du circuit d'utilisation. Il est important, dans un circuit de pompe à chaleur, de veiller au meilleur fonctionnement possible du compresseur 7, ou des compresseurs 7, 7A, et autres, qui constituent les moyens de mise en mouvement 3. Ce bon fonctionnement est garanti si, d'une part, on veille à interdire toute entrée de liquide dans le ou les compresseurs, et, d'autre part, on veille à optimiser le fonctionnement du compresseur, qui est le plus gros consommateur d'énergie dans le circuit. De façon particulière, il est souhaitable d'éviter tout redémarrage du compresseur avec une haute pression dans le circuit. A cet effet, l'invention concerne un kit 400 de protection de compresseur, qui peut aussi bien être utilisé seul, interposé dans une installation de climatisation préexistante, ou installé avec une pompe à chaleur du commerce comportant, en aval d'au moins un tel compresseur, au moins un condenseur, au moins un détendeur et au moins un évaporateur, que, de façon préférée, en combinaison avec la pompe à chaleur 1 décrite ici pour augmenter encore les performances de laquelle il a été conçu et développé.

Le kit 400 est positionné en amont de l'aspiration 30 du ou des compresseurs 7, et en aval du détendeur 20 lui-même situé en aval du premier condenseur 4 et/ou du second condenseur 40. En aval de ce dernier, le kit 400, tel que visible sur la figure 9, comporte un circuit principal 400A, qui traverse successivement au moins un évaporateur 402, au moins une zone d'échange 408A avec un ventilateur 408, et au moins un condenseur 401, avec une branche de sortie 410, avant le retour à l'aspiration 30 du compresseur 7. Le kit 400 comporte un circuit secondaire 400B, dans lequel circule un fluide caloporteur, mis en mouvement par des moyens secondaires de mise en mouvement 435, qui sont constitués de préférence par au moins un compresseur 436. Au refoulement 438 en haute pression de ce dernier, le circuit secondaire entre dans une branche 407 d'échange thermique avec le circuit principal 400A, au niveau du condenseur 401. En aval de ce dernier, le circuit secondaire 400B traverse avantageusement un filtre, un voyant, et un détendeur 405. Celui-ci peut être de type détendeur thermostatique ou à détente directe. Il est avantageusement commandé en température par un capteur de température 406 situé à l'aspiration 437 du compresseur 436. Le circuit secondaire 400B traverse ensuite l'évaporateur 402, dont il récupère l'énergie excédentaire, avant de retourner à l'aspiration du compresseur 436, soit directement, soit en traversant au moins un évaporateur secondaire 439 monté en série sur le circuit. Un tel évaporateur secondaire 439 est avantageusement à double circuit, tel que visible sur la figure 14, et comporte, au sein d'un puits ou d'une colonne, un serpentin 478, ou un faisceau de tubes, monté coaxial d'un autre serpentin 477, ou faisceau de tubes, que comporte l'évaporateur 6 de la pompe à chaleur 1. Un ventilateur 480, ou une turbine, monté sur le même axe, permet d'optimiser l'échange thermique. Le retour du serpentin 478 conduit au compresseur d'appoint 435, commandé en pression par un capteur de pression à l'aspiration 30 du compresseur 7 dans le circuit principal de la pompe à chaleur 1, avant de traverser les premiers moyens d'échange thermique 11, constitués par le condenseur 201, d'où le circuit ressort vers un détendeur thermostatique 479, commandé par une prise de température à l'aspiration du compresseur d'appoint 435. De façon préférée, le kit 400 comporte encore, de part et d'autre des moyens secondaires de mise en mouvement 435, c'est-à-dire du compresseur 436, des moyens d'équilibrage de pression 403, qui sont avantageusement constitués par un simple capillaire. Ces moyens d'équilibrage de pression 403 peuvent, aussi, comporter une vanne à 4 voies, organisant la circulation en amont et aval du compresseur 436 et dans le condenseur 401. Dans le cas du capillaire tel que visible sur la figure, quand du fluide le traverse depuis son point de raccordement 403B en aval du compresseur vers son point de raccordement 403A en amont de ce dernier, ceci se traduit par une augmentation de température et d'aspiration au niveau du compresseur 436. On comprend que, dans le circuit principal 400A, le fluide caloporteur, qui est sous la forme d'un mélange de phases liquide et vapeur en aval du détendeur 20, est refroidi au travers du passage dans l'évaporateur 402 où il cède de l'énergie au circuit secondaire 400B, et est liquéfié à une température inférieure à la température extérieure, au niveau de son point d'entrée 430 dans la zone 408A; il est ensuite vaporisé dans la zone 408A d'échange avec le ventilateur 408, au niveau de son point de sortie 431 de cette dernière ; si à ce stade il subsiste une phase liquide, celle-ci est complètement vaporisée dans la traversée du condenseur 401, ce qui assure l'absence de phase liquide dans la branche de sortie 410 qui est reliée à l'aspiration 30 du compresseur 7. Il est naturellement possible d'interposer, en un point 409 intermédiaire entre le point de sortie 431 de la zone d'échange 408A et le condenseur 401, une dérivation vers une branche équipée d'un ou plusieurs détendeurs, notamment thermostatiques, rejoignant le circuit principal juste en amont ou juste en aval du détendeur 20. Le kit 400 permet d'assurer l'absence de phase liquide à l'aspiration 30 du compresseur 7, et d'augmenter le rendement de ce dernier. Il abaisse la perte d'énergie inhérente à l'évaporateur. Il permet d'abaisser la pression au refoulement 31 du compresseur 30, et donc, combiné au circuit 1 conçu pour limiter les redémarrages inutiles du compresseur, il garantit des redémarrages à une pression beaucoup plus basse, par exemple de 7 bar au lieu de 30, et permet donc d'éviter de gros pics d'intensité coûteux et préjudiciables à la durée de vie du compresseur. Cette durée de vie est naturellement augmentée par l'utilisation du kit 400 pour réduire le taux de compression nécessaire. Le kit 400 permet la récupération d'énergie au niveau de l'évaporateur 402. Dans l'utilisation la plus courante de climatisation d'une habitation ou d'un bâtiment, une pompe à chaleur est utilisée pour fournir tout ou partie de l'énergie de chauffage ou/et de l'eau chaude domestique, tel que visible sur la figure 10. Le circuit principal de l'installation, en aval du compresseur 7, traverse, entre un point d'entrée 420 et un point de sortie 418, un échangeur 424, par lequel il transmet de l'énergie à un circuit d'eau chaude, par exemple un ballon 456 entre une arrivée 454 et un départ 453. La partie relative au chauffage s'articule autour d'un condenseur 423, que le circuit principal traverse entre un départ 451 et une arrivée 452, le circuit de chauffage étant alimenté par un départ 409 et une arrivée 409A.

On distingue, pour la suite de l'exposé, le cycle normal de chauffage sans dégivrage, et le cycle avec dégivrage. Dans le premier cas cycle du normal de chauffage sans dégivrage, on choisit avantageusement la règle de fonctionnement usuelle selon laquelle l'alimentation du ballon 456 est toujours prioritaire sur les autres circuits, et même sur la fonction de dégivrage. Le condenseur 424 fonctionne bel et bien comme un condenseur. Le fluide caloporteur circule, depuis le compresseur 7, dans le circuit principal, d'abord sous forme gazeuse dans la première branche 441 entrant en 420 dans le condenseur 424, d'où il sort sous forme de mélange de phases liquide et gazeuse, dans la branche de circuit 421, où il parvient à une vanne 4 voies 411. Dans la présente configuration, tel que visible sur la figure 10, la vanne 411 dirige le fluide, par une branche 419, vers l'échangeur 423 du circuit de chauffage. Le fluide en ressort au point 452 sous forme liquide, avant de passer par le détendeur 422, qui le fait repasser sous la forme d'un mélange liquide-gaz. L'implantation du kit 400 permet alors de récupérer, au niveau de l'échangeur 202, une partie de l'énergie. Dans le second cas du cycle de dégivrage du ventilateur 408, tel que visible sur la figure 11, déclenché quand l'écart de température entre l'entrée d'air extérieur 433 dans le ventilateur 408 et la sortie d'air extérieur 432 de ce même évaporateur est inférieur à un seuil prédéterminé, par exemple 7K, ou encore quand l'écart entre la température du fluide entre son point d'entrée 430 et son point de sortie 431 par rapport à ce ventilateur 408, est inférieur à un tel seuil. La circulation dans la vanne 4 voies 411 impose alors des circulations inversées, de telle manière que le condenseur 423 fonctionne comme évaporateur, et que l'évaporateur 402 fonctionne comme condenseur. On peut alors doubler la puissance disponible pour le dégivrage. Selon l'invention, dès le constat de givrage du ventilateur 408, les moyens de gestion 10 de l'installation, de préférence constitués par un automate, commencent par déclencher la coupure du ou des compresseurs 7, de préférence en séquence. Après cet arrêt et le respect d'une temporisation, la vanne 4 voies 411 est actionnée, ce qui permet d'établir un équilibrage de pression de part et d'autre du compresseur 7. Cet arrêt préalable du compresseur 7 est important, car il permet de prévenir tout coup de liquide qui ne manquerait pas de survenir si on manoeuvrait la vanne 4 voies pendant la marche du compresseur. L'équilibrage des pressions permet aussi d'être sûr que le redémarrage du compresseur 7 se fera à une pression relativement basse, par exemple de l'ordre de 7 bar, ce qui est favorable à sa durée de vie. On comprend sur la figure 11 que le flux dans le kit 400 est alors inversé, donc dans l'évaporateur 402, ainsi que dans le condenseur 423. Toutefois, même en situation de dégivrage d'évaporateur, il faut fournir à l'utilisateur de l'eau chaude domestique à la température requise, par exemple 60°C.

Tel que visible sur la figure 12, un circuit de récupération d'énergie annexe peut avantageusement être installé. Une sonde 450 équipe le circuit du refoulement en aval du compresseur 7. Le but de l'installation est d'éviter que la température soit trop haute dans le ballon 456, en comparaison d'une valeur de consigne, par exemple 60°C, et de récupérer la part d'énergie qui conduirait à une température trop haute, ceci toujours dans le but d'améliorer le rendement du compresseur 7, en adaptant son utilisation au strict nécessaire. Le condenseur 424 bénéficie de l'échange thermique avec le circuit principal 420, entre ses points d'entrée 420 et de sortie 418. Le circuit secondaire, du côté du ballon 456, véhicule de l'eau, ou encore un autre fluide caloporteur liquide, et arrive, par l'entrée 453 en partie supérieure du ballon 456, dans lequel il se déverse. Le contenu du ballon 456 est qualifié d' eau morte et constitue un volume de liquide dans lequel est immergé au moins un échangeur permettant le chauffage de l'eau chaude domestique, au niveau d'un circuit tertiaire, comportant un mitigeur thermostatique pour éviter les brûlures si la température dans le ballon est trop élevée, cette dernière peut en effet atteindre par exemple 80°C. Un capteur de température 457 est installé au fond du ballon 456. au fond, une prise d'eau permet le prélèvement par au moins un circulateur 455, déclenché par la température mesurée au niveau de la sonde 450 en aval du compresseur 7, et ramenant le fluide par la jonction 454 à l'échangeur 424. La mise en route de ce circulateur 455 permet d'éviter toute perte de charge.

Un autre échangeur immergé dans le ballon 456 permet une circulation, cette fois dans un circuit d'échange avec un ballon tampon 459 d'un circuit de chauffage. Un circulateur 477 commandé par le capteur de température 457 immergé dans le ballon 456 fait circuler le liquide que contient ce circuit d'échange, via un clapet anti-retour, au niveau d'une branche 458, par laquelle il arrive dans le ballon tampon 459, dont le circuit ressort en traversant un désemboueur et un filtre, avant de rejoindre l'échangeur immergé dans le ballon 456. Dans son passage dans le ballon tampon 459, ce circuit échange une partie de son énergie avec le circuit de chauffage proprement dit, entre une entrée 472 et une sortie 473. L'entrée 472 est raccordée en aval et à la sortie du secondaire de l'échangeur 423, au travers d'un circulateur 471 commandé et d'un clapet anti-retour. La sortie 473 arrive, par une branche 467, sur une vanne 4 voies 465 qui permet, tel que visible sur la figure 13, de raccorder au circuit une chaudière 466, et, en aval de cette vanne 4 voies 465, dans une première branche 467A un by-pass 474, et, dans une autre branche 468, une vanne 3 voies 464 motorisée. La vanne 4 voies 465 permet de pallier une éventuelle défaillance de la pompe à chaleur, en faisant alors intervenir la chaudière 466. En fait, si la pompe à chaleur est correctement dimensionnée, et si l'installateur fait en sorte de récupérer l'énergie partout où elle pourrait être gaspillée, c'est-à-dire rejetée vers le milieu ambiant sans faire l'objet d'un échange, et s'il fait en sorte d'assurer le fonctionnement optimal du ou des compresseurs 7, notamment grâce à un kit 400, la chaudière 466 sert très peu, et ne sert que de circuit d'appoint ou de secours. La vanne 3 voies 264 est commandée en température par un capteur 463 situé dans une pièce au niveau d'un radiateur 468. La vanne 3 voies 464 oriente le fluide, soit dans une branche 462 où il rejoint une portion dérivée dans la branche 467A au travers du by-pass 474, soit dans une branche 460, qui comporte une prise de température S10, un circulateur 475 et un clapet anti-retour, en amont d'au moins un radiateur 468. En aval de ce dernier, le circuit emprunte une branche 461, comportant une prise de température S10, et qui converge en un point 469 avec la branche 462 issue du by-pass 474, pour former une branche retour 470, via un filtre et un désemboueur, vers l'échangeur 423. Ce circuit de chauffage est conçu de façon à assurer le confort des usagers, non pas en privilégiant l'atteinte de hautes températures, mais plutôt en atteignant progressivement la température souhaitée, sans rencontrer les coups de chaud et coups de froid si caractéristiques des installations de chauffage dans des immeubles mal isolés.

Il s'agit donc de calculer en permanence la différence de températures S10 - S11, de la comparer à une valeur de consigne, de relever la température 463 dans le local où la température est à réguler pour commander la vanne 4 voies 464, et de relever la température extérieure 433 en amont de l'évaporateur 408. Il faut ensuite gérer les circuits d'échange et la circulation de l'eau du circuit de chauffage pour que cette dernière ne soit pas, inutilement, supérieure à celle désirée pour le local. La récupération de l'énergie fournie par le circuit pompe à chaleur, au profit du circuit de chauffage, se fait au niveau de l'échangeur 423, de préférence un échangeur à plaques. Le circulateur 471 fonctionne quand la pompe à chaleur tourne, et pousse le fluide de chauffage de puis le bas du ballon tampon 459, vers son extrémité supérieure d'où il ressort par la branche 473. En partie supérieure du ballon 459 figure une consigne 476. La gestion est faite, soit selon la loi d'eau, soit par comparaison à une valeur préréglée ; dans ce dernier cas, correspondant à une température d'ambiance, celle-ci constitue une limite de consigne, n'est pas dépassée, et est atteinte par montée progressive en température.

S'il n'y a pas de demande de chauffage au niveau de l'utilisation constituée par le ou les radiateurs 468, la vanne 3 voies 464 oriente le fluide dans la branche 462, shuntant la branche 460 des radiateurs. A l'inverse, en cas de demande de chauffage, le fluide est orienté dans la branche 460, et le circulateur 475 est mis en fonctionnement pour aspirer une partie du débit du circulateur 471, et donc une partie des calories de l'échangeur 423. Le circulateur 471 est nécessairement plus puissant que le circulateur 475. Si la température d'ambiance n'est pas atteinte, l'automate déclenche le fonctionnement de la vanne 4 voies 465 pour mettre la pompe à chaleur en série avec la chaudière 466. Pour obtenir une montée par paliers, on régule sur la base d'un écart de température de faible valeur, par exemple 7°C, ce qui permet une montée progressive, et une sensation de confort totale.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Pompe à chaleur (1) comportant des moyens de mise en mouvement (3), par aspiration puis refoulement d'un fluide caloporteur dans une boucle de circulation d'un circuit principal (2) en circuit fermé, et, en aval des moyens de mise en mouvement (3), un premier condenseur (4) d'échange thermique avec un premier circuit d'utilisation (8), un premier détendeur (5) et un premier évaporateur (6), lesdits moyens de mise en mouvement (3) comportant au moins deux compresseurs agencés en parallèle dont un premier compresseur (7), pour pousser ledit fluide vers ledit premier condenseur (4), puis dans un circuit de détente comportant ledit premier détendeur (5), puis vers ledit premier évaporateur (6), et puis pour ramener ledit fluide à l'aspiration (30) desdits moyens de mise en mouvement (3), ladite pompe à chaleur (1) comportant encore des premiers moyens d'échange thermique (11) situés sur un autre tronçon que celui séparant ledit premier compresseur (7) dudit premier condenseur (4), pour réguler l'écart d'une part entre la température de surchauffe (T8) en sortie dudit premier évaporateur (6) et la température d'entrée (T7) dans ledit premier évaporateur (6), et d'autre part entre la température de sous-refroidissement (T2) en sortie dudit premier condenseur (4) et la température d'entrée (T1) dans ledit premier condenseur (4), caractérisée en ce que ladite pompe à chaleur (1) comporte une électrovanne (13) commandée par un capteur de température et interposée entre ledit premier compresseur (7) et ledit premier condenseur (4), et constituant des premiers moyens de déviation d'une partie du flux de fluide vers des seconds moyens d'échange thermique (80) comportant un second condenseur (40) avec un second circuit d'utilisation (38), le flux de fluide traversant lesdits seconds moyens d'échange thermique (80) ne rejoignant ledit circuit principal (2) qu'en aval dudit détendeur (5) alors que le flux de fluide traversant ledit premier condenseur (4) traverse, en sortie de ce dernier, ledit détendeur (5), et en ce que ladite pompe à chaleur (1) comporte un kit (400) de protection de compresseur sous la forme d'une autre pompe à chaleur, ledit kit étant conçu apte à recueillir l'énergie excédentaire au niveau dudit circuit principal (2) pour protéger lesdits moyens de mise en mouvement (3) avec une température du fluide caloporteur 33à leur aspiration (30) coampatible avec les caractéristiques du ou des corpresseurs (7) qui les constituent.
2. 2. Pompe à chaleur (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit kit (400) de protection de compresseur (7) comporte un circuit principal (400A), qui traverse successivement au moins un évaporateur (402), au moins une zone d'échange (408A) avec un ventilateur (408), et au moins un condenseur (401), avant le retour à ladite aspiration (30), et qu'il comporte un circuit secondaire (400B), dans lequel circule un fluide caloporteur, mis en mouvement par des moyens secondaires de mise en mouvement (435) constitués par au moins un compresseur (436), au refoulement (438) duquel ledit circuit secondaire (400B) parcourt successivement une branche (407) d'échange thermique avec ledit circuit principal (400A), au niveau dudit condenseur (401), puis un détendeur (405) commandé en température par un capteur de température (406) situé à l'aspiration (437) dudit compresseur (436), puis traverse ledit évaporateur (402), dont il récupère l'énergie excédentaire, avant de retourner à l'aspiration du compresseur (436), e: en ce qu'il comporte de part et d'autre dudit compresseur (436) des moyens d'équilibrage de pression (403) constitués par un capillaire ou par une vanne à 4 voies, organisant la circulation en amont et aval dudit compresseur (436) et dans ledit condenseur (401).
3. 3. Pompe à chaleur (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite électrovanne (13) est pilotée par un capteur de température (64) disposé en aval desdits moyens de mise en circulation (3) et en amont de cette dernière, pour répartir le flux entre lesdits premier condenseur (4) et second condenseurs (40), en chargeant préférentiellement la branche desservant ledit premier condenseur (4), et en ne déchargeant une partie du flux vers ledit second condenseur (40) que si l'échange dans ledit premier condenseur (4) est médiocre, le seuil de pilotage choisi pour ladite électrovanne (13) étant alors la température dans le circuit dudit premier condenseur (4), et le seuil d'activation de ladite électrovanne (13) étant la température de condensation (Tc) dudit premier fluide caloporteur, le flux passant entièrement dans la branche du premiercondenseur (4) tant que la température y est inférieure à (Tc), et le flux est partagé dans les deux branches desdits premier condenseur (4) et second condenseurs (40) si cette température dans la branche du premier condenseur (4) est supérieure à (Tc).
4. 4. Pompe à chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite électrovanne (13) est commandée par la différence entre les températures d'entrée sur dans ledit premier condenseur (4) respectivement (T1) sur ledit circuit principal (2) et (T4) sur ledit premier circuit d'utilisation (8), et reste fermée tant que la première (Tl) est supérieure à la seconde (T4), et que ladite poanpe à chaleur (1) Carporte des moyens de gestion (10) pour la commande de pilotage de ladite électrovanne (13) permettant de réguler la part relative de distribution du flux entre les branches dudit premier condenseur (4) et dudit second condenseur (40) pour que, dans chacune d'elles, l'écart de température entre la branche de canalisation de sortie du condenseur concerné et la branche d'entrée correspondante soit maintenu inférieur à 5°C, préférentiellement inférieur ou égal à 4°C.
5. 5. Pompe à chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit circuit principal (2), en aval dudit co npresseur (7), traverse, entre un point d'entrée (420) et un point de sortie (418), un échangeur (424), par lequel il transmet de l'énergie à un circuit d'eau chaude comportant au moins un ballon (456) entre une arrivée (454) et un départ (453), puis traverse une vanne à 4 voies (411), qui oriente le flux, ou bien dans un premier mode de chauffage sans dégivrage, vers un condenseur (423) traversé entre un départ (451) et une arrivée (452), ledit condenseur (423) échangeant son énergie ave un circuit de chauffage alimenté entre un départ (409) et une arrivée (409A), ou bien dans un second mode avec dégivrage vers ledit évaporateur (402) fonctionnant alors caarme condenseur, puis vers ledit condenseur (423) fonctionnant alors carme évaporateur.
6. 6. Parpe à chaleur (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle Carporte des moyens de gestion (10) conçus aptes à déclencher la coupure du ou des compresseurs (7) lors d'un constat de givrage dudit ventilateur (408).
7. 7. Pompe à chaleur (1) selon l'une des revendications 5 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte un circuit de récupération d'énergieannexe, comportant une sonde (450) équipe le circuit du refoulement en aval dudit compresseur (7), et un circuit secondaire, du côté dudit ballon (456), véhiculant un fluide caloporteur liquide, et arrivant, par une entrée (453) en partie supérieure dudit ballon (456), dans lequel il se déverse, et comportant, au fond dudit ballon (456), un capteur de température (457), et une prise d'eau permettant le prélèvement par au moins un circulateur (455), déclenché par la température mesurée au niveau de ladite sonde (450) et ramenant le fluide par une jonction (454) audit échangeur (424), la mise en route dudit circulateur (455) permettant d'éviter toute perte de charge.
8. 8. Pompe à chaleur (1) selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte un autre échangeur immergé dans ledit ballon (456) de façon apte à permettre une circulation dans un circuit d'échange avec un ballon tampon (459) d'un circuit de chauffage, sous l'effet d'un circulateur (477) commandé par un capteur de température (457) immergé dans ledit ballon (456) fait circuler le liquide que contient ce circuit d'échange, via un clapet anti-retour, au niveau d'une branche (458), par laquelle il arrive dans ledit ballon tampon (459), dont le circuit ressort en traversant un désemboueur et un filtre, avant de rejoindre un échangeur immergé dans ledit ballon (456), ledit circuit d'échange échangeant, lors de son passage dans le ballon tampon (459), une partie de son énergie avec le circuit de chauffage proprement dit, entre une entrée (472) et une sortie (473), ladite entrée (472) étant raccordée en aval et à la sortie du secondaire dudit échangeur (423), au travers d'un circulateur (471) commandé et d'un clapet anti-retour, ladite sortie (473) arrivant, par une branche (467), sur une vanne 4 voies (465) conçue apte à raccorder au circuit une chaudière (466), et, en aval de ladite vanne 4 voies (465), dans une première branche (467A) un by-pass (474), et, dans une autre branche (468), une vanne 3 voies (464) motorisée, ladite vanne 4 voies (465) permettant de pallier une éventuelle défaillance de la pompe à chaleur (1) en faisant intervenir ladite chaudière (466).
9. 9. Pompe à chaleur (1) selon la revendications précédente, caractérisée en ce que ladite vanne 3 voies (464) est commandée en température par un capteur (463) situé dans une pièce au niveau d'un radiateur (468), ladite vanne 3 voies (464) orientant le fluide, soit dans une branche (462) où il rejoint une portion dérivée dans la branche (467A)au travers dudit by-pass (474), soit dans une branche (460), qui comporte une prise de température (S10), un circulateur (475) de puissance inférieure à celle dudit circulateur (471), et un clapet anti-retour, en amont d'au moins un radiateur (468), en aval duquel le circuit emprunte une branche (461), comportant une prise de température (S10), et qui converge en un point (469) avec la branche (462) issue du by-pass (474), pour former une branche retour (470), via un filtre et un désemboueur, vers l'échangeur (423).
10. 10. Procédé de pilotage d'une pompe à chaleur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la récupération de l'énergie fournie par le circuit pompe à chaleur, au profit du circuit de chauffage, se fait au niveau de l'échangeur (423, ledit circulateur (471) fonctionnant quand la pompe à chaleur tourne, et poussant le fluide de chauffage de puis le bas du ballon tampon (459), vers son extrémité supérieure d'où il ressort par la branche (473), en partie supérieure du ballon (459) figurant une consigne (476), et en ce que la gestion est faite, soit selon la loi d'eau, soit par comparaison à une valeur préréglée, et que, s'il n'y a pas de demande de chauffage au niveau de l'utilisation constituée par le ou les radiateurs (468), la vanne 3 voies (464) oriente le fluide dans la branche (462), shuntant la branche (460) des radiateurs, et que, à l'inverse, en cas de demande de chauffage, le fluide est orienté dans la branche (460), et le circulateur (475) est mis en fonctionnement pour aspirer une partie du débit du circulateur (471), et donc une partie des calories de l'échangeur (423).25