FR3127554A1 - Procédé de régulation du fonctionnement d'une pompe à chaleur équipée de deux échangeurs évaporateurs et d'un échangeur condenseur - Google Patents

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Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé de régulation du fonctionnement d'une pompe à chaleur (PAC) comprenant deux échangeurs évaporateurs (EPE1, EPE2) en parallèle, un compresseur (CP), un échangeur condenseur (EPC), un détendeur en amont des deux échangeurs évaporateurs (EPE1, EPE2), deux échangeurs tubulaires de dégivrage (ETD1, ETD2). Le procédé consiste à calculer la température d'évaporation en sortie de chaque échangeur évaporateur (EPE1, EPE2) par mesure de pression et de température du fluide frigorigène de la pompe à chaleur, à comparer la température d'évaporation avec une valeur de température de consigne, à dégivrer l'un des deux échangeurs évaporateurs (EPE1, EPE2) à l'aide dudit échangeur tubulaire de dégivrage, quand la température d'évaporation est inférieure à la valeur de la température de consigne. Le procédé de régulation fonctionne simplement et il évite entre autres la formation de givre sur ledit échangeur évaporateur. Fig. 2

Description

Procédé de régulation du fonctionnement d'une pompe à chaleur équipée de deux échangeurs évaporateurs et d'un échangeur condenseur
La présente invention concerne un procédé de régulation du fonctionnement d'une pompe à chaleur équipée de deux échangeurs évaporateurs et d'un échangeur condenseur.
Une pompe à chaleur comprend généralement et comme cela apparaît sur la , un échangeur évaporateur (1), un compresseur (2), un échangeur condenseur (3), un détendeur (4). Un circuit relie en boucle ces composants et dans lequel un fluide frigorigène y circule en changeant alternativement d'état, pendant le fonctionnement du compresseur.
L'échangeur évaporateur est raccordé à un capteur destiné à puiser des calories dans une source de chaleur comme l'air, la terre, l'eau.
L'échangeur condenseur est raccordé à un émetteur de chaleur destiné à diffuser des calories, par exemple, dans un plancher chauffant, dans un chauffe-eau d'une habitation, dans un équipement consommant des calories dans une installation industrielle.
Une technique connue pour éviter l'apparition de givre sur l'échangeur évaporateur, communément appelé batterie, consiste à définir une durée de fonctionnement de la pompe à chaleur, suivie d'une durée d'arrêt, pour définir ainsi un cycle de fonctionnement productif puis un cycle de dégivrage non productif de la pompe à chaleur. Le cycle se répète ensuite.
Dans une demande de brevet publiée sous le n° FR3072767 au nom du demandeur, un second capteur est raccordé, par un premier circuit, à la pompe à chaleur pour capter des calories dans un milieu naturel pour les transférer dans un échangeur évaporateur via un second circuit. Au moins l'un des deux capteurs échangeurs de chaleur est une batterie (A ou B) du type air/eau conçue pour capter des calories dans l'air.
Un échangeur de dégivrage est raccordé dans la boucle du premier circuit et en aval d'un échangeur condenseur. Un troisième circuit de dégivrage traverse l'échangeur de dégivrage pour circuler en boucle au travers de ladite batterie (A ou B) via des vannes.
Il est ainsi possible de dégivrer ladite batterie grâce aux calories résiduelles que recèle encore le fluide frigorigène circulant dans le condenseur, pendant que l'autre capteur échangeur de chaleur est utilisé par la pompe à chaleur pour produire des calories. La machine thermodynamique peut ainsi produire en continu des calories.
Connaissant cet état de l'art, le demandeur a cherché une solution pour améliorer le fonctionnement d'une telle pompe à chaleur équipée de deux échangeurs évaporateurs, afin de limiter la formation de givre sur l'un ou l'autre de ces échangeurs évaporateurs.
A cet effet, est proposé un procédé de régulation du fonctionnement d'une pompe à chaleur comprenant deux échangeurs évaporateurs raccordés en parallèle, un compresseur, un échangeur condenseur conçu pour délivrer des calories vers un émetteur de chaleur, au moins un détendeur raccordé en amont des deux échangeurs évaporateurs, deux échangeurs tubulaires de dégivrage. Le procédé consiste :
- à calculer la température d'évaporation à la sortie de chaque échangeur évaporateur à l'aide d'un capteur de mesure de pression et d'une mesure de température du fluide frigorigène circulant dans la pompe à chaleur,
- à comparer la température d'évaporation avec une valeur de température de consigne,
- à dégivrer l'un des deux échangeurs évaporateurs à l'aide dudit échangeur tubulaire de dégivrage, quand la température d'évaporation descend en-dessous de la valeur de la température de consigne.
Le procédé de régulation fonctionne simplement. Il évite la formation de givre sur ledit échangeur évaporateur.
La pompe à chaleur peut continuer à produire des calories sur l'autre échangeur évaporateur, si bien qu'elle peut ainsi fonctionner en continu.
Le fonctionnement de la pompe à chaleur est auto-adaptatif envers les variations des conditions climatiques.
Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le procédé consiste à mesurer la température à la sortie des échangeurs tubulaires de dégivrage par l'intermédiaire d'un capteur de température, à permuter le fonctionnement des deux échangeurs évaporateurs dès que la mesure du capteur de température devient supérieure à une valeur de température de consigne.
Cette température de consigne est définie pour correspondre à la disparition totale du givre sur l'échangeur évaporateur concerné.
Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le procédé consiste à mesurer la durée cumulée "d" de deux permutations successives de cycles "d", puis à comparer la valeur mesurée avec la valeur d'une durée "D" théorique correspondant à une durée maximum admissible, si la durée "d" est inférieure à la durée "D", alors le calculateur commande l'arrêt de la permutation et commande la captation des calories sur les deux échangeurs évaporateurs.
Cette étape permet de sortir du cycle de dégivrage des deux échangeurs évaporateurs quand la température du fluide frigorigène augmente suffisamment, pour reprendre une captation des calories sur les deux échangeurs évaporateurs.
Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le procédé consiste à recalculer la température d'évaporation à chaque sortie de cycle de dégivrage en la comparant à une nouvelle température de consigne et qui est celle qui est mesurée par le capteur de température.
La pompe à chaleur intègre plus finement pendant son fonctionnement l'apparition du givre sur l'un ou l'autre des deux échangeurs évaporateurs.
Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le procédé consiste à calculer la température d'évaporation en utilisant des coefficients polynomiaux issus de REFPROP.
La valeur de la température d'évaporation est ainsi calculée avec précision.
Une pompe à chaleur fait aussi partie de l'invention. La pompe à chaleur comprend deux échangeurs évaporateurs raccordés en parallèle, un compresseur, un échangeur condenseur conçu pour délivrer des calories vers un émetteur de chaleur, deux détendeurs raccordés respectivement aux deux échangeurs évaporateurs, un premier circuit frigorifique reliant en boucle ces composants, deux échangeurs tubulaires de dégivrage, chaque échangeur évaporateur comprenant deux tubulures raccordées en parallèle dans le corps de l'échangeur évaporateur, les deux détendeurs étant raccordés à l'entrée des deux échangeurs évaporateurs, la pompe à chaleur comprenant un second circuit frigorifique comprenant une première branche raccordée à la sortie en parallèle des deux échangeurs tubulaires de dégivrage et qui rejoint le premier circuit en amont des deux détendeurs et en aval d'une électrovanne présente sur le premier circuit, une seconde branche raccordée, d'une part, en amont de l'électrovanne et, d'autre part, à l'entrée des deux dits échangeurs tubulaires de dégivrage, chaque échangeur tubulaire étant constitué d'une troisième tubulure disposée entre les deux dites tubulures d'un échangeur évaporateur correspondant.
Chaque échangeur tubulaire de dégivrage est un composant intégré dans un échangeur évaporateur correspondant. L'échangeur tubulaire de dégivrage est ainsi en mesure de dégivrer directement l'échangeur évaporateur.
En variante de réalisation, la pompe à chaleur comprend deux échangeurs évaporateurs raccordés en parallèle, un compresseur, un échangeur condenseur conçu pour délivrer des calories vers un émetteur de chaleur, un détendeur, chaque échangeur évaporateur comprenant une tubulure, et la pompe à chaleur comprend deux électrovannes raccordées à l'entrée des deux tubulures internes des deux échangeurs évaporateurs et en étant raccordées, par une alimentation commune, au premier circuit,
deux électrovannes raccordées à la sortie des deux tubulures internes des deux échangeurs évaporateurs et se raccordant au second circuit,
deux clapets anti-retour interposés entre l'entrée des deux tubulures internes des deux échangeurs évaporateurs et le premier circuit,
deux autres clapets anti-retour interposés en amont des deux électrovannes pour rejoindre, par un circuit commun, le second circuit.
La disposition des deux paires d'électrovannes et des clapets anti-retour est conçue pour organiser la circulation du fluide frigorigène entre les deux circuits C1 et C2 afin que la pompe à chaleur puisse mettre en œuvre ses trois modes de fonctionnement.
Un ensemble comprenant une pompe à chaleur fait également partie de l'invention, la pompe à chaleur étant associée à un émetteur de chaleur pour constituer une machine thermodynamique.
La machine thermodynamique peut ainsi fournir des calories, à un plancher chauffant, dans un chauffe-eau d'une habitation, à un équipement consommant des calories dans une installation industrielle.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels :
représente une vue schématique d'une pompe à chaleur connue de l'état de la technique,
représente une vue schématique d'une machine thermodynamique incluant une pompe à chaleur comprenant deux échangeurs évaporateurs selon l'invention,
représente une vue schématique d'une machine thermodynamique incluant une pompe à chaleur comprenant deux échangeurs évaporateurs, la pompe à chaleur captant, dans un fonctionnement normal, des calories dans les deux échangeurs évaporateurs selon l'invention,
représente une vue schématique d'une machine thermodynamique incluant une pompe à chaleur comprenant deux échangeurs évaporateurs, la pompe à chaleur captant, dans un fonctionnement hybride, des calories dans un premier échangeur évaporateur et en réchauffant le second échangeur évaporateur selon l'invention,
représente une vue schématique d'une machine thermodynamique incluant une pompe à chaleur comprenant deux échangeurs évaporateurs, la pompe à chaleur captant, dans un fonctionnement hybride, des calories dans un second échangeur évaporateur et en réchauffant le premier échangeur évaporateur selon l'invention et,
représente une vue schématique d'une variante de réalisation d'une machine thermodynamique incluant une pompe à chaleur comprenant deux échangeurs évaporateurs selon l'invention.
La machine thermodynamique 100 présentée sur la , est destinée à capter des calories dans un milieu naturel pour les transférer, par exemple, dans un bâtiment pour le chauffer, dans un site industriel, dans une piscine.
Elle comprend une pompe à chaleur PAC conçue pour fournir des calories à au moins un émetteur de chaleur E1, via une circulation de fluide tel que de l'eau ou de l'eau glycolée.
La pompe à chaleur PAC inclut à suivre, et dans le sens trigonométrique positif (flèche F1) sur cette :
- deux échangeurs évaporateurs EPE1 et EPE2, destinés à capter des calories,
- un compresseur CP,
- un échangeur condenseur EPC, notamment un échangeur condenseur à plaques, destiné à céder des calories vers ledit émetteur de chaleur E1, par exemple un plancher chauffant, un chauffe-eau, ou bien encore un échangeur à détente directe avec de l'air, sans échangeur intermédiaire,
- deux détendeurs DEE1 et DEE2.
Une pompe CE est interposée, le cas échéant, dans le circuit de fluide circulant en boucle entre l'échangeur condenseur EPC et l'émetteur de chaleur E1, pour mettre en œuvre l'échange de calories entre ces ceux composants.
Un premier circuit frigorifique C1 relie en boucle les composants de la pompe à chaleur PAC et dans lequel le fonctionnement du compresseur CP y fait circuler un fluide frigorigène et qui change alternativement d'état, respectivement pendant le fonctionnement des deux détendeurs DEE1 et/ou DEE2.
Le compresseur CP est relié mécaniquement à un moteur électrique d'entraînement à rotation. Ce moteur électrique peut être raccordé à un variateur électrique de fréquence Vf conçu pour moduler la vitesse de rotation du compresseur CP.
Les deux échangeurs évaporateurs EPE1 et EPE2 sont raccordés en amont du compresseur CP. Les deux évaporateurs EPE1 et EPE2 sont raccordés en parallèle.
Chaque échangeur évaporateur EPE est un capteur échangeur de chaleur du type batterie air/fluide frigorigène conçu pour capter des calories dans l'air extérieur. Il comprend avantageusement deux tubulures raccordées en parallèle dans le corps de l'échangeur évaporateur EPE.
Chaque échangeur évaporateur EPE est équipé d'un ventilateur Vl et dont l'hélice Hl est entraînée à rotation par l'intermédiaire d'un moteur électrique M.
Les deux tubulures peuvent ainsi capter les calories de l'air pendant le fonctionnement du ventilateur Vl1 ou Vl2 pour les transférer dans le fluide frigorigène pendant sa circulation dans l'échangeur évaporateur EPE.
Chaque entrée en parallèle des deux tubulures de l'échangeur évaporateur EPE1 et de l'échangeur évaporateur EPE2 se raccorde sur une première branche constitutive du premier circuit C1.
Chaque détendeur DEE1 ou DEE2 est raccordé en amont de l'entrée en parallèle des deux tubulures d'un échangeur évaporateur EPE1 ou EPE2 correspondant.
Les deux sorties des deux échangeurs évaporateurs EPE1 et EPE2 sont raccordées en parallèle sur une seconde branche constitutive du premier circuit C1 qui se raccorde au compresseur CP.
Un déshydrateur Dh est interposé dans le circuit C1 en amont des deux tubulures constitutives de chaque échangeur évaporateur EPE1 ou EPE2 pour, notamment, déshydrater et purifier le fluide frigorigène.
La machine thermodynamique est équipée d'un calculateur, non représenté, incluant un microprocesseur, une mémoire accessible par le microprocesseur et dans laquelle est stocké un programme paramétrable pour régler le fonctionnement de ladite machine thermodynamique.
Un échangeur tubulaire de dégivrage ETD est intégré dans la construction de chaque échangeur évaporateur EPE. Cet échangeur tubulaire ETD a pour fonction de dégivrer, le cas échéant, l'échangeur évaporateur EPE dans lequel il est monté. L'échangeur tubulaire ETD est constitué d'une troisième tubulure qui est disposée entre les deux tubulures d'un échangeur évaporateur EPE correspondant pour les réchauffer. L'échangeur tubulaire de dégivrage ETD est ainsi en mesure de dégivrer directement l'échangeur évaporateur EPE correspondant.
Une électrovanne EV est raccordée sur le premier circuit C1, en aval de l'échangeur condenseur EPC et en amont du raccordement en parallèle des deux échangeurs évaporateurs EPE1 et EPE2.
La pompe à chaleur PAC comprend un second circuit frigorifique C2 comprenant une première branche qui se raccorde à la sortie en parallèle des deux échangeurs tubulaires de dégivrage ETD1 et ETD2 et qui rejoint le premier circuit C1, en aval de l'électrovanne EV et en amont des deux détendeurs DEE1 et DEE2.
Le second circuit C2 comprend une seconde branche qui est raccordée, d'une part, en amont de l'électrovanne EV et, d'autre part, aux deux entrées en parallèle des deux échangeurs tubulaires de dégivrage ETD1 et ETD2.
Une seconde électrovanne EVT1 est raccordée dans la seconde branche du second circuit C2 en amont de l'alimentation de l'échangeur tubulaire de dégivrage ETD1.
Une troisième électrovanne EVT2 est raccordée dans la seconde branche du second circuit C2 en amont de l'alimentation de l'échangeur tubulaire de dégivrage ETD2.
Un capteur Bp de mesure de la pression du fluide frigorigène est monté en piquage dans le circuit C1 sur sa seconde branche, entre la sortie des deux tubulures constitutives de chaque échangeur évaporateur EPE1 et EPE2 et l'entrée du compresseur CP. Il sert à mesurer la pression du fluide frigorigène au niveau de l'aspiration du compresseur CP.
Deux capteurs de température Ta1 et Ta2 sont respectivement montés à la sortie des deux paires de tubulures des deux échangeurs évaporateurs EPE1 et EPE2. Chaque capteur Ta1 ou Ta2 est monté en piquage à la sortie en parallèle des deux tubulures d'un échangeur évaporateur EPE correspondant.
Un capteur Tp de mesure de la température extérieure est raccordé au calculateur.
Le moteur électrique d'entraînement à rotation du compresseur CP, les deux détendeurs DEE1 et DEE2, les deux moteurs électriques M1 et M2 d'entraînement à rotation des deux hélices Hl1, Hl2, les trois électrovannes EV; EVT1, EVT2, les deux capteurs Bp et Tp, les deux capteurs Ta1 et Ta2, sont raccordés électriquement ou par ondes radio au calculateur.
Le calculateur est également raccordé électriquement ou par ondes radio au variateur électrique de fréquence Vf qui est lui-même raccordé électriquement ou par ondes radio au moteur électrique d'entraînement à rotation du compresseur CP. La puissance du compresseur CP peut ainsi être réglée par le calculateur pour réguler la puissance calorifique produite par la pompe à chaleur PAC.
Le variateur électrique de fréquence Vf est disposé dans un bac isotherme de captation Bc raccordé en série dans le premier circuit C1 entre, d'une part, l'échangeur condenseur EPC et, d'autre part, l'électrovanne EV. Le fluide frigorigène circule dans le bac isotherme de captation Bc. Les calories dégagées pendant le fonctionnement du variateur électrique de fréquence Vf sont ainsi transférées dans le fluide frigorigène.
La machine thermodynamique 100 possède trois modes de fonctionnement :
Mode A – Captage de calories sur les deux échangeurs évaporateurs EPE1 et EPE2.
Mode B – Captage de calories sur l'échangeur évaporateur EPE2 et dégivrage de l'échangeur évaporateur EPE1.
Mode C – Captage de calories sur l'échangeur évaporateur EPE1 et dégivrage de l'échangeur évaporateur EPE2.
MODE A
Le fonctionnement normal de la pompe à chaleur PAC est expliqué en relation avec la . On présume que les conditions de démarrage de la machine 100 sont remplies. La température extérieure de l'air mesurée par le capteur Tp est un paramètre pris en compte et elle doit être supérieure à un seuil S0 pour permettre le fonctionnement en continu des deux échangeurs évaporateurs EPE1 et EPE2. Le réglage de la position des électrovannes est le suivant : l'électrovanne EV est ouverte. Les électrovannes EVT1 et EVT2 sont fermées.
Le compresseur CP, ainsi que les deux détendeurs DEE1 et DEE2, sont mis en fonctionnement. Les deux ventilateurs Vl1 et Vl2 sont mis en fonctionnement.
La machine thermodynamique 100 est démarrée, le protocole de démarrage n'étant pas détaillé dans cette description.
En fonctionnement normal, le fluide frigorigène circule dans les deux échangeurs évaporateurs EPE1 et EPE2 et ceux-ci captent alors des calories dans l'air, aidés en cela par le travail des deux ventilateurs Vl1 et Vl2, et qui sont transférées par l'intermédiaire du fluide frigorigène pendant le fonctionnement de la pompe à chaleur PAC, à l'échangeur condenseur EPC. Celui-ci cède alors des calories à l'émetteur de chaleur E1. Les flèches F1 montrent la circulation du fluide frigorigène dans le circuit C1 dédié à la captation des calories et dans les deux échangeurs évaporateurs EPE1 et EPE2.
Pour éviter l'apparition de givre susceptible d'altérer fortement le captage de calories sur les deux échangeurs évaporateurs EPE1 et EPE2, du fait de la température du fluide frigorigène circulant à l'intérieur desdits échangeurs évaporateurs et qui peut s'abaisser en dessous de 0°C, on met en œuvre, dans l'invention, un procédé de régulation du fonctionnement de la pompe à chaleur PAC, pour agir dès le début de l'apparition de givre sur l'un ou l'autre des deux échangeurs évaporateurs EPE1 et EPE2.
Le procédé consiste à calculer la température d'évaporation To du fluide frigorigène à la sortie des deux paires de tubulures constitutives des deux échangeurs évaporateurs EPE1 et EPE2, puis à comparer cette température d'évaporation To à la valeur d'une température de consigne Tc1 pour déclencher un mode de fonctionnement hybride de la pompe à chaleur PAC, dans lequel l'un des échangeurs évaporateurs EPE2 ou EPE1 continue à produire des calories alors que l'autre échangeur évaporateur EPE1 ou EPE2 est réchauffé pour prévenir l'apparition de givre.
Le calcul de la température d'évaporation To du fluide frigorigène est réalisé en utilisant le capteur de pression Bp, et une mesure de température basse pression (en aval des détendeurs DEE1 ou DEE2, par exemple mesurée par l'un ou l'autre des deux capteurs de température Ta1 ou Ta2) ou une mesure de température haute pression (en aval du compresseur CP), ainsi qu'une relation de thermodynamique existant entre la pression et la température du fluide frigorigène.
On utilise, par exemple, les coefficients polynomiaux suivants, issus de REFPROP (« Référence des propriétés thermodynamiques et de transport des fluides » « Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties ») et qui sont par exemple, pour le propane :
La température d’évaporation To est directement impactée par la prise en glace de l'un ou de l'autre des deux échangeurs évaporateurs EPE1 et EPE2. On peut ainsi prédire le début de l'apparition de givre sur l'un ou l'autre de ces deux échangeurs évaporateurs EPE1et/ou EPE2.
Cependant, au démarrage de la pompe à chaleur PAC, la température d’évaporation To prend une valeur conventionnelle mais qui est cependant pondérée par la température mesurée par le capteur Tp pour que la pompe à chaleur PAC puisse démarrer.
Pendant le fonctionnement de la pompe à chaleur PAC, quand la température d'évaporation To descend en dessous de la valeur de consigne Tc1, la pompe à chaleur PAC bascule dans son mode de fonctionnement hybride. Dans ce fonctionnement hybride, la pompe à chaleur PAC réchauffe, par sous-refroidissement du fluide frigorigène, un échangeur évaporateur, par exemple EPE1 pour éviter son givrage et continue de capter des calories, au travers de l'autre échangeur évaporateur EPE2, pour les fournir à l'échangeur condenseur EPC.
En fonction de la valeur de la température d'évaporation To, le programme du calculateur est en mesure de déterminer précisément les prémices de la formation du givre sur l'un ou l'autre ou sur les deux échangeurs évaporateurs EPE1 et EPE2.
MODE B
Pendant le fonctionnement en mode hybride de la pompe à chaleur PAC présenté sur la , les réglages de la position des électrovannes et l’état des principaux composants de la pompe à chaleur PAC sont les suivants :
L’électrovanne EV est fermée.
L’électrovanne EVT1 est ouverte. L’électrovanne EVT2 est fermée.
Seul le second détendeur DEE2 fonctionne et il est dans son état ouvert.
Le compresseur CP est mis en fonctionnement. Le ventilateur Vl1 est stoppé. Le ventilateur Vl2 est mis en fonctionnement.
Le fluide frigorigène circule dans le premier circuit C1. Il traverse le compresseur Cp, passe au travers de l'échangeur condenseur EPC, puis bifurque dans le second circuit C2 en amont de l’électrovanne EV, celle-ci étant fermée et non passante. La flèche F2 le précise en montrant la circulation du fluide frigorigène dans ce circuit C2 dédié au dégivrage. Le fluide frigorigène circule ensuite dans l'échangeur tubulaire de dégivrage ETD1 inclus dans l'échangeur évaporateur EPE1 pour le réchauffer, dans le sens de la flèche F2. Le fluide frigorigène quitte ensuite l'échangeur tubulaire de dégivrage ETD1 et poursuit son cheminement dans le second circuit C2 à la sortie de l'échangeur tubulaire de dégivrage ETD1 pour rejoindre le circuit C1 en aval de l’électrovanne EV. Il traverse ensuite le détendeur DEE2, puis les deux tubulures de l'échangeur évaporateur EPE2 dans lequel il capte des calories, aidé en cela par le travail du ventilateur Vl2.
La pompe à chaleur PAC produit ainsi en continu des calories, par l’intermédiaire du second échangeur évaporateur EPE2, tout en dégivrant le premier échangeur évaporateur EPE1.
La fin du cycle de dégivrage de l’échangeur évaporateur EPE1 se termine dès lors que la température mesurée par le capteur Tsd devient supérieure à une valeur de température de consigne Tc2 et qui correspond à la disparition totale du givre. Dès lors le calculateur commande la permutation du fonctionnement des deux échangeurs évaporateurs EPE1 et EPE2 de la pompe à chaleur PAC.
MODE C
Un second cycle de fonctionnement hybride, présenté sur la , démarre alors à la suite de ce premier cycle de fonctionnement hybride pour dégivrer le second échangeur évaporateur EPE2, et continuer de produire des calories par l'intermédiaire du premier échangeur évaporateur EPE1.
Les réglages de la position des électrovannes et l’état des principaux composants de la pompe à chaleur PAC sont les suivants :
L’électrovanne EV est fermée.
L’électrovanne EVT2 est ouverte. L’électrovanne EVT1 est fermée.
Seul le premier détendeur DEE1 fonctionne et il est dans son état ouvert.
Le compresseur CP est mis en fonctionnement. Le ventilateur Vl2 est stoppé. Le ventilateur Vl1 est mis en fonctionnement.
Le fluide frigorigène circule dans le premier circuit C1 après le compresseur CP, passe au travers de l'échangeur condenseur EPC, puis bifurque dans le second circuit C2 en amont de l’électrovanne EV, celle-ci étant fermée et non passante. La flèche F2 le précise en montrant la circulation du fluide frigorigène. Le fluide frigorigène circule ensuite dans l'échangeur tubulaire de dégivrage ETD2 inclus dans l'échangeur évaporateur EPE2 pour le réchauffer, dans le sens de la flèche F2. Le fluide frigorigène quitte l'échangeur tubulaire de dégivrage ETD2 et poursuit son cheminement dans le second circuit C2 à la sortie de l'échangeur tubulaire de dégivrage ETD2 pour rejoindre le circuit C1 en aval de l’électrovanne EV. Il traverse ensuite le détendeur DEE1, puis les deux tubulures de l'échangeur évaporateur EPE1 dans lequel il capte des calories, aidé en cela par le travail du ventilateur Vl1.
La pompe à chaleur PAC produit ainsi en continu des calories, par l’intermédiaire du premier échangeur évaporateur EPE1, tout en dégivrant le second échangeur évaporateur EPE2.
Un bac isotherme de dégivrage Bg est disposé sous chaque échangeur évaporateur EPE1 et EPE2 pour récupérer, le cas échéant, les eaux de ruissellement issues du givre fondu. Chaque bac isotherme de dégivrage Bg est raccordé en série dans le second circuit C2 entre, d'une part, une vanne EVT et, d'autre part, l'entrée d'un échangeur tubulaire de dégivrage ETD correspondant. Le fluide frigorigène circule dans le bac de dégivrage Bg. Pendant le fonctionnement hybride de la pompe à chaleur PAC le fluide frigorigène réchauffe ainsi le bac isotherme et un bac de dégivrage Bg correspondant.
La fin du cycle de dégivrage de l’échangeur évaporateur EPE2 se termine dès lors que la température mesurée par le capteur Tsd atteint une valeur de température de consigne Tc2, indiquant la disparition totale du givre. Dès lors le calculateur commande à nouveau la permutation du fonctionnement des deux échangeurs évaporateurs EPE1 et EPE2 de la pompe à chaleur PAC.
Une autre permutation des deux cycles démarre alors.
Pour sortir de cette permutation afin que la pompe à chaleur PAC puisse, le cas échéant, mettre en œuvre le captage des calories sur ses deux échangeurs évaporateurs EPE1 et EPE2, quand la température du fluide frigorigène augmente suffisamment, on mesure la durée cumulée "d" de deux permutations de cycles "d", puis on compare la valeur mesurée avec la valeur d'une durée "D" théorique correspondant à une durée maximum admissible. Si la durée "d" est inférieure à la durée "D", alors le calculateur commande l'arrêt de la permutation et commande la captation des calories sur les deux échangeurs évaporateurs EPE1 et EPE2.
Dans l'invention, le calcul de la température d'évaporation To est refait à chaque fin de cycle de dégivrage. On affine ainsi le fonctionnement de la pompe à chaleur PAC en fonction des conditions environnementales (température extérieure, hygrométrie).
Pour cela on compare la valeur calculée de la température d'évaporation To avec la valeur d'une nouvelle température de consigne Tc1' et qui est celle qui est mesurée par le capteur de température Tsd.
Pendant le fonctionnement de la pompe à chaleur PAC, quand la température d'évaporation To descend en dessous de la valeur de consigne Tc1', la pompe à chaleur PAC bascule dans son mode de fonctionnement hybride.
La pompe à chaleur intègre plus finement pendant son fonctionnement l'apparition du givre sur l'un ou l'autre des deux échangeurs évaporateurs EPE1, EPE2.
Le procédé de régulation du fonctionnement de la pompe à chaleur de l'invention lui permet d'adapter automatiquement son fonctionnement en fonction de la prise en givre des échangeurs évaporateurs, de la température extérieure, de la demande de puissance calorifique.
Dans une variante de réalisation présentée sur la , chaque échangeur évaporateur EPE1' ou EPE2' ne comporte qu'une seule tubulure interne, formant, soit, un circuit de captation des calories, soit, un échangeur tubulaire de dégivrage ETD.
Le basculement du fonctionnement de la pompe à chaleur PAC entre son mode de captation sur ses échangeurs évaporateurs EPE1’ et EPE2’ et son mode de fonctionnement hybride, incluant la permutation est mis en œuvre par l'intermédiaire notamment de deux paires d'électrovannes EVT1', EVT2'; EVC1, EVC2 et de clapets anti-retour Cr.
La pompe à chaleur PAC comprend ainsi comme décrit précédemment, un premier circuit C1 dédié à la captation des calories, un second circuit C2 dédié au dégivrage.
Le premier circuit C1 frigorifique relie en boucle les composants de la pompe à chaleur PAC et dans lequel le fonctionnement du compresseur CP y fait circuler un fluide frigorigène et qui change alternativement d'état, respectivement pendant le fonctionnement d'un unique détendeur DEE.
Le second circuit hydraulique C2 se raccorde, par une première branche, à la sortie en parallèle des deux tubulures internes des deux échangeurs évaporateurs EPE1' et EPE2' et il rejoint le premier circuit C1 en amont du détendeur DEE.
Le second circuit C2 comprend une seconde branche qui est raccordée, d'une part, en amont de l'électrovanne EV et, d'autre part, aux deux tubulures internes.
La disposition des deux paires d'électrovannes EVT1', EVT2'; EVC1, EVC2 et des clapets anti-retour Cr1, Cr2; Cr3, Cr4 est conçue pour organiser la circulation du fluide frigorigène entre les deux circuits C1 et C2 afin que la pompe à chaleur puisse mettre en œuvre ses trois modes de fonctionnement A, B et C, décrits ci-avant.
Les deux électrovannes EVT1', EVT2' sont raccordées à l'entrée des deux tubulures internes des deux échangeurs évaporateurs EPE1' et EPE2' et en étant raccordées, par une alimentation commune, au circuit C1. Elles sont utilisées pour faire fonctionner les deux tubulures internes pour capter des calories.
Les deux électrovannes EVC1, EVC2 sont raccordées à la sortie des deux tubulures internes des deux échangeurs évaporateurs EPE1' et EPE2' et se raccordent au circuit C2. Elles sont utilisées pour faire dégivrer les deux tubulures internes et par conséquent faire dégivrer les deux échangeurs évaporateurs EPE1' et EPE2'.
Deux clapets anti-retour Cr3, Cr4 sont interposés entre l'entrée des deux tubulures internes des deux échangeurs évaporateurs EPE1' et EPE2' et le premier circuit C1.
Deux autres clapets anti-retour Cr1, Cr2 sont interposés en amont des deux électrovannes EVC1, EVC2 pour rejoindre, par un circuit commun, le second circuit C2.

Claims (7)

  1. Procédé de régulation du fonctionnement d'une pompe à chaleur (PAC) comprenant deux échangeurs évaporateurs (EPE1, EPE2; EPE1', EPE2') raccordés en parallèle, un compresseur (CP), un échangeur condenseur (EPC) conçu pour délivrer des calories vers un émetteur de chaleur (E1), au moins un détendeur (DEE) raccordé en amont des deux échangeurs évaporateurs (EPE1, EPE2; EPE1', EPE2'), deux échangeurs tubulaires de dégivrage (ETD1 et ETD2), caractérisé en ce qu'il consiste : - à calculer la température d'évaporation (To) à la sortie de chaque échangeur évaporateur (EPE1, EPE2; EPE1', EPE2') à l'aide d'un capteur de mesure de pression (Bp) et d'une mesure de température du fluide frigorigène circulant dans la pompe à chaleur, - à comparer la température d'évaporation (To) avec une valeur de température de consigne (Tc1), - à dégivrer l'un des deux échangeurs évaporateurs (EPE1, EPE2; EPE1', EPE2') à l'aide dudit échangeur tubulaire de dégivrage, quand la température d'évaporation (To) descend en-dessous de la valeur de la température de consigne (Tc1).
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer la température à la sortie des échangeurs tubulaires de dégivrage (ETD1 et ETD2) par l'intermédiaire d'un capteur de température (Tsd), à permuter le fonctionnement des deux échangeurs évaporateurs (EPE1, EPE2; EPE1', EPE2') dès que la mesure du capteur de température (Tsd) devient supérieure à une valeur de température de consigne (Tc2).
  3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer la durée cumulée "d" de deux permutations successives de cycles "d", puis à comparer la valeur mesurée avec la valeur d'une durée "D" théorique correspondant à une durée maximum admissible, si la durée "d" est inférieure à la durée "D", alors le calculateur commande l'arrêt de la permutation et commande la captation des calories sur les deux échangeurs évaporateurs (EPE1 et EPE2).
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’il consiste à recalculer la température d'évaporation (To) à chaque sortie de cycle de dégivrage en la comparant à une nouvelle température de consigne (Tc1') et qui est celle qui est mesurée par le capteur de température (Tsd).
  5. Pompe à chaleur (PAC) mettant en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, la pompe à chaleur (PAC) comprenant deux échangeurs évaporateurs (EPE1, EPE2) raccordés en parallèle, un compresseur (CP), un échangeur condenseur (EPC) conçu pour délivrer des calories vers un émetteur de chaleur (E1), deux détendeurs (DEE1, DEE2) raccordés respectivement aux deux échangeurs évaporateurs (EPE1, EPE2), un premier circuit frigorifique (C1) reliant en boucle ces composants, deux échangeurs tubulaires de dégivrage (ETD1, ETD2), caractérisé en ce que chaque échangeur évaporateur (EPE1, EPE2) comprend deux tubulures raccordées en parallèle dans le corps de l'échangeur évaporateur (EPE1, EPE2), les deux détendeurs (DEE1, DEE2) étant raccordés à l'entrée des deux échangeurs évaporateurs (EPE1, EPE2), la pompe à chaleur (PAC) comprenant un second circuit frigorifique (C2) comprenant, une première branche raccordée à la sortie en parallèle des deux échangeurs tubulaires de dégivrage (ETD1, ETD2) et qui rejoint le premier circuit (C1) en amont des deux détendeurs (DEE1, DEE2) et en aval d'une électrovanne (EV) présente sur le premier circuit (C1), une seconde branche raccordée, d'une part, en amont de l'électrovanne (EV) et, d'autre part, à l'entrée des deux dits échangeurs tubulaires de dégivrage (ETD1 et ETD2), chaque échangeur tubulaire (ETD1, ETD2) étant constitué d'une troisième tubulure disposée entre les deux dites tubulures d'un échangeur évaporateur (EPE1, EPE2) correspondant.
  6. Pompe à chaleur (PAC) mettant en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, la pompe à chaleur (PAC) comprenant deux échangeurs évaporateurs (EPE1', EPE2') raccordés en parallèle, un compresseur (CP), un échangeur condenseur (EPC) conçu pour délivrer des calories vers un émetteur de chaleur (E1), un détendeur (DEE), caractérisé en ce que chaque échangeur évaporateur (EPE1', EPE2') comprend une tubulure, et en ce que la pompe à chaleur (PAC) comprend deux électrovannes (EVT1', EVT2') raccordées à l'entrée des deux tubulures internes des deux échangeurs évaporateurs (EPE1' et EPE2') et en étant raccordées, par une alimentation commune, au premier circuit (C1), deux électrovannes (EVC1, EVC2) raccordées à la sortie des deux tubulures internes des deux échangeurs évaporateurs (EPE1' et EPE2') et se raccordant au second circuit (C2), deux clapets anti-retour (Cr3, Cr4) interposés entre l'entrée des deux tubulures internes des deux échangeurs évaporateurs (EPE1' et EPE2') et le premier circuit (C1), deux autres clapets anti-retour (Cr1, Cr2) interposés en amont des deux électrovannes (EVC1, EVC2) pour rejoindre, par un circuit commun, le second circuit (C2).
  7. Ensemble comprenant une pompe à chaleur (PAC) selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'elle est associée à un émetteur de chaleur (E1) pour constituer une machine thermodynamique (100).
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