L'invention concerne un dispositif pour l'amélioration des performances des pompes à chaleur. Une pompe à chaleur est un dispositif thermodynamique permettant de transférer la chaleur d'un milieu froid vers un milieu plus chaud, alors que, naturellement, la chaleur se diffuse du plus chaud vers le plus froid jusqu'à l'égalité des températures. Les dispositifs de chauffage basés sur les pompes à chaleur présentent un fort intérêt en raison des préoccupations écologiques actuelles et de l'emploi de plus en plus nécessaire de sources énergétiques pour remplacer le pétrole. The invention relates to a device for improving the performance of heat pumps. A heat pump is a thermodynamic device that transfers heat from a cold environment to a warmer environment, while, naturally, the heat is diffused from the warmest to the coldest until the temperature is equal. Heating devices based on heat pumps are of great interest because of current ecological concerns and the increasing use of energy sources to replace oil.
Dans la pompe à chaleur un circuit frigorifique transfère l'énergie grâce au changement d'état (liquide / gaz) du fluide utilisé. Un moto-compresseur assure usuellement la compression du fluide dans le condenseur, la source chaude, afin que le changement d'état souhaité se produise à une température élevée. La pression du fluide est alors réduite au moyen d'un détendeur avant d'entrer dans l'évaporateur, la source froide, pour que le changement d'état voulu se produise à basse température. La température de la source froide doit nécessairement être supérieure à la température d'évaporation du fluide et celle de la source chaude inférieure à celle de condensation du fluide pour que les changements d'état se produisent. L'invention concerne essentiellement les pompes à chaleur air- eau pour les habitations, dans ces systèmes énergétiques la chaleur de l'air extérieur est utilisée pour le chauffage intérieur des logements. La source froide d'où l'on extrait l'énergie est l'air extérieur et la source chaude où on la réinjecte est l'intérieur de l'habitation. La température réelle des sources froides et chaudes n'intervient pas, bien que le dispositif soit surtout intéressant dans le cas où la source chaude a une température plus élevée que la source froide Dans les pompes à chaleur qui utilisent l'air comme source froide le rendement et la période de fonctionnement peuvent être réduites en fonction de certains paramètres de fonctionnement, notamment es risques de givrage peuvent être importants lorsque la température de l'air extérieur est basse et l'hygrométrie élevée ce qui diminue le rendement de la pompe à chaleur. Un premier problème de rendement se situe dans la plage de température comprise entre plus 6°C et moins 2°C, ce problème est lié au fait que l'air qui traverse la batterie de l'évaporateur en ressort à une température négative. La vapeur d'eau en suspension dans l'air se cristallise sur les ailettes de l'échangeur thermique qui ne laisse plus alors passer suffisamment d'air, ce phénomène dégrade fortement le coefficient de performance de la pompe à chaleur. Sur les systèmes connus actuels la descente en basse température du frigorigène déclenche un cycle de dégivrage qui se reproduira ensuite trois fois par heure environ, pendant tout le temps où la température se situera au-dessous de plus 6°C, ce déclenchement ne s'effectuant pas forcément au moment opportun puisque le système ne prend pas en compte le degré hygrométrique de l'air, et donc sans information précise permettant de connaitre la quantité réelle de givre obstruant l'échangeur thermique. In the heat pump a refrigerant circuit transfers energy through the change of state (liquid / gas) of the fluid used. A motor-compressor usually compresses the fluid in the condenser, the hot source, so that the desired change of state occurs at a high temperature. The fluid pressure is then reduced by means of a pressure regulator before entering the evaporator, the cold source, so that the desired change of state occurs at low temperature. The temperature of the cold source must necessarily be greater than the evaporation temperature of the fluid and that of the hot source lower than that of condensation of the fluid for the changes of state to occur. The invention essentially concerns air-water heat pumps for homes, in these energy systems the heat of the outside air is used for the interior heating of the dwellings. The cold source from which the energy is extracted is the outside air and the hot spring where it is reinjected is the interior of the house. The actual temperature of cold and hot sources does not intervene, although the device is especially interesting in the case where the hot source has a higher temperature than the cold source In heat pumps that use air as a cold source the performance and the operating period can be reduced depending on certain operating parameters, in particular the risk of icing can be significant when the outside air temperature is low and the hygrometry high which decreases the efficiency of the heat pump . A first performance problem is in the temperature range between plus 6 ° C and minus 2 ° C, this problem is related to the fact that the air flowing through the evaporator battery comes out at a negative temperature. The water vapor suspended in the air is crystallized on the fins of the heat exchanger which then does not let enough air then, this phenomenon greatly degrades the coefficient of performance of the heat pump. On currently known systems the descent to low temperature of the refrigerant triggers a defrosting cycle which will then be repeated three times per hour, during all the time when the temperature will be below 6 ° C, this trigger does not occur. not necessarily at the right time because the system does not take into account the hygrometric degree of the air, and therefore without precise information to know the actual amount of ice clogging the heat exchanger.
Le dégivrage de l'évaporateur est obtenu par inversion du sens de circulation du fluide frigorigène, le condenseur devient évaporateur et l'évaporateur devient condenseur. L'énergie prélevée dans le réseau de chauffage pendant la durée du cycle de dégivrage est égale à l'énergie fournie par la pompe à chaleur pendant un durée identique de chauffage, ce qui signifie que le temps de dégivrage annule une partie de l'énergie emmagasinée pour le chauffage et qu'en plus pendant ce temps la pompe à chaleur n'est pas génératrice d'énergie pour le chauffage. II est donc essentiel de réduire au minimum le temps de fonctionnement de le pompe à chaleur en mode de dégivrage afin d'optimiser le rendement de l'appareil. The defrosting of the evaporator is obtained by reversing the flow direction of the refrigerant, the condenser becomes evaporator and the evaporator becomes a condenser. The energy taken from the heating network during the defrost cycle is equal to the energy supplied by the heat pump during the same heating time, which means that the defrosting time cancels some of the energy stored for heating and in addition during this time the heat pump is not generating energy for heating. It is therefore essential to minimize the operating time of the heat pump in defrost mode in order to optimize the efficiency of the unit.
Un deuxième problème est aussi lié à une situation de rendement dégradé qui prend naissance lorsque la température extérieure descend en dessous de moins 2°C. A des températures basses l'air qui fournit les calories au fluide frigorigène est porteur de peu d'humidité et est généralement très sec, ce qui entraîne un faible dépôt de glace, malheureusement dans les systèmes actuels prenant en compte uniquement la température dudit frigorigène le cycle de dégivrage se déclenche même si le flux d'air traversant la batterie est satisfaisant. L'invention a donc pour objectif de résoudre ces principales difficultés en 10 proposant un dispositif permettant d'évaluer directement la perte de débit d'air liée à l'obstruction par le givre. La présente invention concerne donc une pompe à chaleur eau ù air à rendement énergétique amélioré comprenant un évaporateur présentant un échangeur thermique, une chambre de dépression et un extracteur d'air, 15 ladite pompe à chaleur étant caractérisée par le fait qu'elle comporte un dispositif permettant d'évaluer la perte de pression du flux d'air traversant ledit évaporateur. Lequel dispositif étant un manostat dont les indications sont utilisées pour déclencher le cycle de dégivrage. Les avantages de la pompe à chaleur selon l'invention sont multiples : 20 le poids et le volume de givre sont pris en compte pour déclencher le cycle de dégivrage et non pas seulement la température du frigorigène, ce qui permet de déclencher le cycle de dégivrage au moment opportun et de l'arrêter également lorsque le dégivrage n'est plus nécessaire, 25 la mesure de la pression différentielle entre l'entrée d'air et la sortie de l'appareil, de part et d'autre de l'évaporateur, permet de déterminer si le flux d'air qui traverse l'échangeur thermique est suffisant pour assurer le bon fonctionnement, et donc le bon rendement de la pompe à chaleur, ce qui implique que d'autres éléments que le givre obstruant l'entrée d'air peuvent donner lieu à un mécanisme d'alarme indiquant un mauvais fonctionnement de la pompe à chaleur, les capteurs introduits et le dispositif de commande de dégivrage modifié n'entraînent pas un fort surcoût pour la réalisation de la pompe à chaleur, en revanche l'économie de fonctionnement et l'amélioration du rendement sont très notables, ce qui en fait un dispositif très avantageux pour les utilisateurs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention se dégageront de la description qui va suivre en regard du dessin annexé qui n'est donné qu'à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 est une vue de principe de la partie aérothermique de la pompe à chaleur, cette vue représente schématiquement l'évaporateur. La pompe à chaleur air/eau selon l'invention comporte de manière classique un évaporateur formant la source froide, la chaleur étant prélevée dans l'air pour vaporiser le fluide frigorigène, un compresseur pour élever la pression et la température du fluide frigorigène gazeux en le comprimant, un condenseur, la source chaude, pour que le frigorigène libère sa chaleur en passant de l'état gazeux à l'état liquide, et un détendeur qui réduit la pression du fluide frigorigène en phase liquide avant retour vers la source froide. A second problem is also related to a degraded yield situation that arises when the outside temperature drops below minus 2 ° C. At low temperatures the air that provides the calories to the refrigerant carries little moisture and is generally very dry, resulting in low ice deposition, unfortunately in the current systems taking into account only the temperature of the refrigerant the Defrost cycle is triggered even if the flow of air through the battery is satisfactory. The invention therefore aims to solve these main difficulties by providing a device for directly evaluating the loss of air flow related to obstruction by frost. The present invention therefore relates to an improved energy-efficient water-to-air heat pump comprising an evaporator having a heat exchanger, a vacuum chamber and an air extractor, said heat pump being characterized in that it comprises a device for evaluating the pressure loss of the air flow passing through said evaporator. Which device is a pressure switch whose indications are used to trigger the defrost cycle. The advantages of the heat pump according to the invention are multiple: the weight and the volume of frost are taken into account to trigger the defrost cycle and not only the temperature of the refrigerant, which triggers the defrost cycle at the appropriate time and stop it also when the defrosting is no longer necessary, 25 the measurement of the differential pressure between the air inlet and the outlet of the apparatus, on both sides of the evaporator , allows to determine if the flow of air through the heat exchanger is sufficient to ensure the proper operation, and therefore the good performance of the heat pump, which implies that other elements that frost obstructing the entrance may give rise to an alarm mechanism indicating a malfunction of the heat pump, the introduced sensors and the modified defrost control device do not involve a great extra cost for the realization of the pump On the other hand, the economy of operation and the improvement of the efficiency are very noticeable, which makes it a very advantageous device for the users. Other features and advantages of the invention will become apparent from the description which follows with reference to the accompanying drawing which is given by way of non-limiting example. Figure 1 is a basic view of the aerothermal part of the heat pump, this view schematically shows the evaporator. The air / water heat pump according to the invention conventionally comprises an evaporator forming the cold source, the heat being taken from the air to vaporize the refrigerant, a compressor to raise the pressure and the temperature of the gaseous refrigerant by compressing it, a condenser, the hot source, for the refrigerant to release its heat from the gaseous state to the liquid state, and an expander that reduces the refrigerant pressure in the liquid phase before returning to the cold source.
La chaleur libérée par la pompe à chaleur au niveau de la source chaude peut être récupérée de différentes manières pour chauffer l'habitation, par exemple au moyen d'un circuit d'eau de chauffage et d'un échangeur thermique adapté ou par un flux d'air en circulation dans l'habitation, lesquelles manières ne sont pas spécifiques de la présente invention et sont connues en tant que telles. La figure 1 est une vue partielle de la pompe à chaleur qui montre l'évaporateur 1 sur lequel le problème de givrage est critique pour le fonctionnement et le rendement de l'installation. The heat released by the heat pump at the hot source can be recovered in various ways to heat the dwelling, for example by means of a heating water circuit and a suitable heat exchanger or by a flow air circulating in the dwelling, which ways are not specific to the present invention and are known as such. Figure 1 is a partial view of the heat pump which shows the evaporator 1 on which the icing problem is critical for the operation and performance of the installation.
L'évaporateur 1 comporte un échangeur thermique 2, plus précisément un échangeur tubulaire à ailettes, dans lequel circule le fluide frigorigène 3, un extracteur d'air 4 engendrant un flux d'air traversant l'échangeur thermique entre l'extérieur représenté par les flèches 5, qui correspond à un air porteur de calories, et un air en sortie d'appareil diminué d'une partie de ses calories, référencé 6. L'échangeur thermique entre le flux d'air 5 et le fluide frigorigène 3 peut bien évidemment être configuré de différentes manières et présenter une taille plus ou moins importante en fonction de l'installation considérée sans sortir du cadre de l'invention. L'invention est caractérisée en ce que la pompe à chaleur comporte un dispositif permettant d'évaluer la perte de pression sur le flux d'air traversant l'évaporateur de la pompe à chaleur. Plus précisément le dispositif est un manostat 7 qui permet d'évaluer la 15 différence de pression de part et d'autre de l'échangeur thermique 2 de l'évaporateur. La perte de pression du flux d'air au passage dans l'évaporateur traduit l'obstruction liée à la condensation de l'humidité de l'air en givre et en glace sur l'échangeur thermique. 20 Avantageusement selon l'invention le manostat 7 est associé à un module de décision permettant de déterminer la quantité d'air qui traverse l'évaporateur et si cette quantité est suffisante pour le bon fonctionnement et un rendement correct de ladite pompe à chaleur. Ce module de décision peut être placé sur le manostat lui-même ou être 25 déporté dans le centre de contrôle de la pompe à chaleur. Le manostat 7 peut être placé de différentes manières dans l'installation sans sortir du cadre de l'invention. Cependant, avantageusement, le manostat 7 chargé d'évaluer la perte de pression est placé dans la chambre de dépression et dans sa partie haute. De façon optimale le module de décision est capable d'interagir avec l'automate de commande de la pompe à chaleur de manière à déclencher un 5 cycle de dégivrage en fonction des données captées par le manostat et des informations préenregistrées qui correspondent à l'installation considérée. Afin d'éviter de lancer, comme cela est pratiqué aujourd'hui, de multiples cycles de dégivrage lorsque cela n'est plus nécessaire, il est avantageusement introduit dans le dispositif un capteur relié au module de 10 décision permettant l'arrêt du cycle de dégivrage et la remise en marche du mode de chauffage. Selon l'invention le capteur en question est une sonde de température 8. Avantageusement la sonde de température 8 est placée sur le bas de l'échangeur thermique 2 et à l'intérieur de la chambre de dépression 9. 15 Ce positionnement de la sonde étant réalisé en raison du givrage préférentiel de la zone basse de l'échangeur thermique. De préférence la sonde de température est réglable entre 5°C et 15°C. Afin d'assurer un rendement optimal de la pompe à chaleur le module de décision déclenche une alarme de mauvais fonctionnement si la quantité d'air 20 qui traverse l'évaporateur n'est pas suffisante mais que la température indiquée par la sonde de température est correcte. Cela peut notamment se produire lorsque des feuilles ou des débris obstruent l'entrée d'air, des poussières peuvent également se loger dans l'échangeur thermique au cours de la durée de vie de l'appareil et engendrer des pertes 25 de charge, il est important de pouvoir déterminer cette perte d'efficacité énergétique. The evaporator 1 comprises a heat exchanger 2, more precisely a finned tubular exchanger, in which the refrigerant 3 circulates, an air extractor 4 generating a flow of air passing through the heat exchanger between the outside represented by the arrows 5, which corresponds to an air carrying calories, and an air output of the apparatus decreased by a portion of its calories, referenced 6. The heat exchanger between the air flow 5 and the refrigerant 3 may well obviously be configured in different ways and present a larger or smaller size depending on the installation considered without departing from the scope of the invention. The invention is characterized in that the heat pump comprises a device for evaluating the loss of pressure on the air flow through the evaporator of the heat pump. More precisely, the device is a pressure switch 7 which makes it possible to evaluate the pressure difference on either side of the heat exchanger 2 of the evaporator. The loss of pressure of the air flow during the passage in the evaporator reflects the obstruction related to the condensation of the humidity of the air in frost and ice on the heat exchanger. Advantageously according to the invention, the pressure switch 7 is associated with a decision module making it possible to determine the quantity of air passing through the evaporator and whether this quantity is sufficient for the correct operation and a correct efficiency of said heat pump. This decision module can be placed on the pressure switch itself or be transferred to the control center of the heat pump. The pressure switch 7 can be placed in various ways in the installation without departing from the scope of the invention. However, advantageously, the manostat 7 responsible for evaluating the loss of pressure is placed in the vacuum chamber and in its upper part. Optimally, the decision module is capable of interacting with the heat pump controller so as to trigger a defrost cycle based on the data sensed by the pressure switch and prerecorded information which corresponds to the installation. considered. In order to avoid launching, as is practiced today, multiple defrosting cycles when this is no longer necessary, it is advantageously introduced into the device a sensor connected to the decision module allowing the cycle to be stopped. defrosting and restarting the heating mode. According to the invention, the sensor in question is a temperature probe 8. Advantageously, the temperature sensor 8 is placed on the bottom of the heat exchanger 2 and inside the vacuum chamber 9. This positioning of the probe being realized because of the preferential icing of the lower zone of the heat exchanger. Preferably the temperature sensor is adjustable between 5 ° C and 15 ° C. In order to ensure optimum efficiency of the heat pump, the decision module triggers a malfunction alarm if the quantity of air passing through the evaporator is not sufficient but the temperature indicated by the temperature probe is correct. This can particularly occur when leaves or debris obstruct the air inlet, dust can also become lodged in the heat exchanger during the life of the apparatus and cause load losses. It is important to be able to determine this loss of energy efficiency.
L'alarme de mauvais fonctionnement de l'installation liée aux pertes de charge non gérées par la fonction de dégivrage se situe de préférence sur le tableau de contrôle de l'installation et peut se présenter sous différentes formes, par exemple sous la forme d'un voyant lumineux clignotant ou d'une alarme sonore, sans sortir du cadre de l'invention. Plusieurs variantes de la pompe à chaleur ici décrite sont possibles, il peut par exemple être imaginé de conserver un capteur de température sur le fluide frigorigène, selon la technique classique, et de prendre en compte ses mesures en association avec les mesures provenant du manostat et de la sonde de température au niveau du module de décision, cela sans sortir du cadre de l'invention. Le manostat de pression différentielle peut être placé à différents endroits dans la pompe à chaleur et peut éventuellement être remplacé par un autre ensemble de capteurs fournissant les mêmes indications de perte de charge sans sortir du cadre de l'invention. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés à titre d'exemples, mais elle comprend aussi tous les équivalents techniques ainsi que leurs combinaisons. The malfunction alarm of the installation related to the head losses not managed by the deicing function is preferably located on the control panel of the installation and can take various forms, for example in the form of a flashing light or an audible alarm, without departing from the scope of the invention. Several variants of the heat pump described here are possible, it can for example be imagined to maintain a temperature sensor on the refrigerant, according to the conventional technique, and take into account its measurements in combination with the measurements from the pressure switch and of the temperature probe at the level of the decision module, without departing from the scope of the invention. The pressure differential pressure switch can be placed at different locations in the heat pump and can optionally be replaced by another set of sensors providing the same indications of pressure drop without departing from the scope of the invention. Of course, the invention is not limited to the embodiments described and represented by way of examples, but it also includes all the technical equivalents as well as their combinations.