Brevet FR2306475A1 — publié le 19761029

La présente invention se rapporte à un dispositif de régulation pour appareil thermodynamique en particulier pour les appareils connus sous l'appellation de pompes de chaleur et équipés dcun évaporateur dans l'air sujet au phénomène de givrage. Dans les pompes de chaleur de ce type, l'évaporateur permet de faire passer la chaleur de l'air ambiant au fluide frigorigène. La vapeur d'eau en suspension dans l'air a tendance à se déposer sur ltévaporateur relativement froid sous forme de givre. Le givre étant un mauvais conducteur de la chaleur isole le corps de l'évaporateur, ce qui a pour conséquence de diminuer le rendement de celui-ci. Le dégivrage de ltévaporateur peut titre obtenu par exem- ple, par arret du compresseur de la pompe de chaleur, l'emploi d'une résistance électrique chauffante permettant d'accélérer le processus de dégivrage et de limiter ainsi la durée des périodes d'arrêt. On peut provoquer le dégivrage de façon périodique à intervalles préréglés par une horloge ou détecter la présence de givre par divers moyens de façon à déclen*er le processus de dégivrage. L'inconvénient des dispositifs de dégivrage actuels consiste essentiellement en une discontinuité du iode de fonctionnement de l'ensemble de l'installation tant en ce qui concerne le compresseur que l'évaporateur, dont le rendement évolue en dents de scie ; en outre le dégivrage peut impliquer une consoaation d'énergie supplémentaire dans le cas de ltutilisation de résistances électriques de réchauffage. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de permettre en particulier un fonctionnement régulier de 11 ensemble de l'appareil thermodynamique tout en contrôlant le phénomène de givrage. Â cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de régulation antigivre pour appareil thermodynamique comprenant un circuit de fluide frigorigène sur le parcours duquel sont disposés un compresseur, un condenseur, un organe de détente et un évaporateur, un échangeur thermique entre la vapeur sortant de ltévaporateur et le liquide sortant du compresseur étant disposé entre l'évaporateur et le compresseur, dispositif caractérisé en ce que la partie du circuit de fluide frlgorigène reliant le condenseur à l'évaporateur comporte deux éléments de circuit en parallèle alimentés à partir de leur jonction amont par une vanne de répartition de débit et alimentant l'évaporateur à partir de leur jonction aval, ledit échangeur thermique étant disposé sur le parcours de l'un desdits éléments de circuit, et caractérisé en outre en ce qutil comporte un organe de détection d'une grandeur représentative du phénomène de givrage et un organe de commande relié d'une part audit organe de détection, d'autre part à la vanne de répartition de débit de façon à moduler la répartition du fluide frigorigène entre les deux éléments de circuits en parallèle en fonction du signal généré par l'organe de détection Le dispositif de régulation selon l'invention permet de modifier l'efficacité de l'évaporateur en abaissant de façon contrôlée la température du fluide injecté, lequel peut se trouver à l'état liquide ou peut être constitué par un mélange liquide-vapeur, par échange de chaleur avec de la vapeur relativement froide.Ce processus d'échange-de chaleur est connu en soi sous le nom de sous-refroidissement. Le sous-refroidissement du fluide injecté par l'évapora- teur est obtenu en disposant un échangeur thermique sur le cir Qiit de fluide frigorigène entre l'évaporateur et le compresseur. Conformément à la présente invention, une vanne de répartition de débit alimentant d'une part l'échangeur, d'autre part une conduite de by-pass, permet d'agir sur la quantité de fluide à refroidir introduite dans l'échangeur et par là même de modifier l'efficacité de l'évaporateur. Un accroissement d'efficacité peut provoquer la formation de givre sur la paroi de l'évaporateur. On conçoit que la détection d'une grandeur liée au degré d'efficacité de l'évaporateur permette d'agit sur la vanne de répartition pour diminuer cette efficacité de façon à prévenir la formation de givre. L'invention sera bien comprise en se reportant à un exemple de réalisation donné à titre d'illustration en référence à la figure annexée. On a représenté sur la figure une pompe de chaleur comprenant un compresseur 1, un condenseur 2, un détendeur 9, et un évaporateur dans l'air 3. Le circuit reliant ces divers organes est parcouru dans le sens indiqué sur la figure par un fluide frigorigène tel que du fréon. Conformément à l'invention, la partie de circuit reliant le condenseur à l'évaporateur comporte deux éléments de circuit en parallèle alinentés à partir de leur point amont par une vanne de répartition de débit 6 ; selon un mode de réalisation préférentiel, la vanne comprend une bille en matériau magnétique mobile dans une enceinte recevant le fluide et coimuniquant avec les éléments de circuit à alinenter. La position de la bille est déterminée par l'intensité d'un champ magnétique dans lequel est située la vanne. Les deux éléments de circuit alimentent à partir de leur point aval le détendeur 9. Sur un premier élément de circuit est disposé un échangeur de chaleur 4 dans lequel circule également la vapeur sortant de ltévaporateur ; le second élément de circuit 5 constitue donc un by-pass de l'échangeur de chaleur. On capteur 7 constitué dans le cas d'espèce par un bulbe thersostatique sensible à la température est disposé au contact de l'évaporateur, les indications de ce capteur étant transmises à un organe de coueande pilotant la vanne 6 de façon à répartir le débit de fluide frigorigène entre les deux éléments de circuit en parallèle a fonction des indications du capteur. L'organe de coa aade 8 peut agir par exemple sur l'intensité du champ auquel est soumis la bille de la vanne de répartition. En régime contimi l'air traversant l'évaporateur, par exemple l'air vicié extrait d'un local par ventilation mécanique cède une certaine quantité de calories au fluide frigorigène, lesquelles sont restituées par condensation de ce fluide dans le condenseur àun fluide caloporteur, par exemple de l'eau circulant dans un circuit de chauffage 10. A ces calories récupérées sur l'air vicié s'ajoute aux pertes près l'équivalent calorifique du travail dépensé par le compresseur. L'air vicié a généraleuent un degré d'humidité élevé ; la vapeur d'eau peut se déposer sous forme de givre sur les parois froides de l'évaporateur lorsque celles-ci atteignent 0- C, ce qui abaisse le coefficient d'échange entre l'air vicié et le fluide frigorigène. Le capteur 7 en contact avec la paroi de l'évaporateur agit alors par l'intermédiaire de l'organe de conande 8 pour diminuer le débit de fluide frigorigène circulant b travers l'échangeur 4 ce qui a pour effet de diminuer l'efficacité de l'évaporateur et par suite de prévenir ce phénomène de givrage. Le dispositif selon l'invention trouve son utilisation dans les appareils thermodynaniques comportant un évaporateur sujet au phénomène de givrage et en particulier dans les pompes de chaleur équipés d'un évaporateur dans l'air. Revendications 1. Dispositif de régulation antigivre pour appareil thermodynamique comprenant un circuit de fluide frigorigène sur le parcours duquel sont disposés un compresseur, un condenseur, un organe de détente et un évaporateur, un échangeur thermique entre la vapeur sortant de l'évaporateur et le liquide sortant du compresseur étant disposé entre l'évaporateur et le compresseur, dispositif caractérisé en ce que la partie du circuit de fluide frigorigène reliant le condenseur à l'évaporateur comporte deux éléments de circuit en parallèle alimentés à partir de leur jonction amont par une vanne de répartition de débit et alimentant l'évaporateur à partir de leur jonction aval, ledit échangeur thermique étant disposé sur le parcours de l'un desdits éléments de circuit, et caractérisé en outre en ce qu'il comporte un organe de détection d'une grandeur représentative du phénomène de givrage et un organe de commande relié d'une part audit organe de détection, d'autre part à la vanne de répartition de débit de façon à moduler la répartition du fluide frigorigène entre les deux éléments de circuits en parallèle en fonction du signal généré par l'organe de détection. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de détection est constitué par un capteur de température. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne de répartition comporte une bille en matériau magnétique mobile dans une enceinte communiquant avec les conduits à alimenter, la position de la bille dans l'enceinte étant déterminée par un champ magnétique contrôlé pattedit organe de commande.