Brevet FR2414179A1 — publié le 19790803

La présente invention concerne un procédé de régulation d'une pompe à chaleur et un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé ; elle concerne plus particulierement un procédé de régulation destiné à éviter le givrage de l'évaporateur de la pompe à chaleur. Il est connu des procédés pour éviter le givrage de l'évaporateur ; en particulier dans le cas d'une pompe à chaleur air-air, le brevet français 2.109.052 enseigne un procédé consistant à élever artificiellement la température moyenne de l'air circulant à travers les ailettes du condenseur, mais rien ne permet d'assurer que cette élévation de température est suffisante pour éviter le givrage ; de plus, une intervention manuelle est nécessaire pour provoquer cette élévation de température. Le procédé selon l'invention est d'une autre nature. I1 consiste à stabiliser le cycle de fonctionnement de la pompe a chaleur, quelles que soient les conditions d'utilisation, - en dérivant une fraction du fluide du circuit d'uti lisation en dehors du condenseur de la pompe à chaleur à travers un by-pass, - en contrôlant la fraction du fluide dérivée par le by pass, en fonction d'un paramètre thermique caractéris tique du cycle de fonctionnement de la pompe à chaleur, notamment de préférence en fonction de la pression ou de la température régnant dans le condenseur de la pompe à chaleur. De préférence également, afin de faciliter la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le fluide du circuit d'utilisation est de l'eau. I1 est à souligner que dans le cas de la présente invention, la fraction du fluide dérivée est à chaque instant quantitativement déterminée de telle sorte que le cycle thermique de la pompe à chaleur ne soit pas affecté, autrement dit de telle sorte que la température dans l'évaporateur soit sensiblement maintenue constante au-delà du seuil critique pour lequel un givrage risque de se produire. Par conséquent, il est clair que le procédé selon l'invention constitue un véritable procédé de régulation automatique du cycle de fonctionnement de la pompe à chaleur et permet d'éviter le givrage de l'évaporateur, d'une manière automatique et plus sure que celle indiquée dans le brevet français 2.109.052 précédemment cité. On va maintenant décrire une variante de réalisation de la présente invention, à titre d'exemple non limitatif, en se référant à la figure 1 qui représente le schéma général d'une installation comportant un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé de régulation dans le cas d'une pompe à chaleur air-eau. L'installation représentée sur la figure 1 est plus particulièrement destinée au chauffage d'habitations. Elle comporte une pompe à chaleur air-eau 1 composée de manière connue en soi d'un évaporateur à ailettes 2, d'un compresseur 3, d'un condenseur 4, d'un détendeur 5 ; des canalisations 6 permettent de faire circuler en circuit fermé successivement à travers ces différents organes un fluide réfrigérant tel que du monochlorodifluorométhane (R 22) subissant un cycle thermique d1 évaporation-condensation ; de manière habituelle des sécurités haute et basse-pression 7 et 8, un thermostat de sécurité anti-givre 9 contrôlant la temperature des ailettes de l'évaporateur sont prévus. Au niveau de l'évaporateur 2 l'échange de chaleur s'effectue avec de l'air vicié destiné à être rejeté à l'atmosphère au moyen d'un ventilateur d'extraction 10 protégé par un thermocontact 11 ; l'air vicie pénètre dans l'évaporateur à 200C avec un taux d'humidité relative d'environ 50% et sort de l'évaporateur par exemple à 50C sous un taux d'humidité relative de 90% ; la température du fluide réfrigérant est d'environ -20C en période de fonction normale (la pression relative correspondante est de 3,7 bar dans l'evapo- rateur). Dans ces conditions, il n'y a pas de givrage au niveau des ailettes de l'évaporateur. Au niveau du condenseur 4, l'échange de chaleur s'effectue avec de l'eau circulant en circuit fermé dans un circuit d'utilisation 12 grâce à une pompe de circulation 13 (ou circulateur). Sur le circuit d'utilisation sont branchés en série les corps de chauffe tels que 14 destinés à chauffer les pièces d'habitation. Un chauffage d'appoint par plongeur 15 est également branché en série sur le circuit d'utilisation 12 en amont des corps de chauffe ; la mise en marche de ce chauffage d'appoint électrique est commandée par un thermostat d'ambiance à deux niveaux 16 commandant par ailleurs la mise en marche du compresseur 3 , un thermostat de surchauffe l7 contrôle le fonctionnement du chauffage d'appoint 15.De manière connue en soi, une vanne de remplissage 18, une vanne de vidange 19, un vase d'expansion 20 à soupape de sécurité 21, un manomètre 22, un débistat ou un pressostat sur l'eau 23 sont branchés en dérivation sur le circuit d'utilisation. Comme l'indiquent les flèches 24a et 24b, une fraction de l'eau circulant à travers le circuit d'utilisation peut être dérivée en dehors du condenseur 4 au moyen d'un by-pass 25 branché sur le circuit d'utilisation 12 en parallèle avec le condenseur 4. Sur ce by-pass est monté un organe de contrôle du débit du fluide le traversant ; cet organe de contrôle est réglable en fonction d'un paramètre thermique caractéristique du cycle de fonctionnement de la pompe à chaleur ; dans la variante de réalisation représentée sur la figure 1, cet organe de contrôle réglable est une vanne pressostatique 26 associée à un pressostat de mesure de la pression régnant dans le condenseur de la pompe à chaleur, mais cet organe de contrôle réglable pourrait être d'un autre type, par exemple ce pourrait être également une vanne thermostatique associée à un thermostat de mesure de la température régnant dans le condenseur de la pompe à chaleur ou de la température de l'eau à la sortie du condenseur. On va maintenant décrire un exemple de fonctionnement du dispositif de régulation. Lorsque le chauffage d'appoint fonctionne, l'eau sort du condenseur à une température d'en viron 450C, gagne SOC en traversant le chauffage d'appoint 15 et pénètre dans les corps de chauffe à 500C environ elle en sort à 400C et retourne au condenseur à cette température ; la température du fluide réfrigérant dans le condenseur est alors d'environ 500C (la pression relative correspondante étant d'environ 18,6 bar). Pour ces conditions de fonctionnement du condenseur, la température dans 1' évapora- teur est d'environ -20C, température supérieure au seuil de -30C pour lequel dans le cas particulier de l'évaporateur utilisé, des risques de givrage apparaissent. (La pompe à chaleur et les corps de chauffe sont, bien entendu, calculés ou choisis en fonction de la puissance thermique requise). Un arrêt du chauffage d'appoint (commandé par le thermostat d'ambiance 16) entraînerai en l'absence du by-pass 25, une dérive des conditions thermiques dans le circuit d'utilisation et corrélativement une dérive du cycle thermique de la pompe à chaleur. En effet, compte tenu des caractéristiques du corps de chauffe (pratiquement linéaires entre 200C et 500C), la température à la sortie de ces derniers va progressivement diminuer pour se stabiliser à une valeur telle que l'écart de température entre l'entrée et la sortie du condenseur soit égal à celui entre l'entrée et la sortie des corps de chauffe, c'est-à-dire par exemple dans le cas particulier décrit, 300 à la sortie des corps de chauffe et 350 à la sortie du condenseur.Pour ces conditions de fonctionnement du condenseur, la température du fluide réfrigérant dans ce dernier sera d'environ 420C (à cette temperature correspond une pression relative de 15,3 bar). Il en résulte une baisse de température dans l'évaporateur à -40C (en dessous du seuil critique) entraînant un givrage des circuits. Grâce à la régulation selon l'invention, cette évolution gênante du cycle de fonctionnement de la pompe à chaleur n'est plus possible. En effet, en permanence, le pressostat 27 détecte la pression dans le condenseur 4 ; des que celleci a tendance à baisser, il actionne l'ouverture de la vanne 26 ; de ce fait une fraction de l'eau sortant du corps de chauffe 14 à 300C va directement passer par le by-pass et se mélange à l'eau sortant du condenseur à 450C pour la refroidir à 350C. I1 apparaît qu'ainsi on peut maintenir en permanence dans le condenseur une pression et corrélativement une température nominale de 500C et stabiliser le cycle de fonctionnement de la pompe au-delà de la température de -30C critique dans l'évaporateur. L'invention ayant maintenant été exposée et son intérêt justifié sur un exemple détaillé, la demanderesse s'en réserve toute l'exclusivité pendant la durée du brevet sans limitation autre que celle des termes des revendications ciaprès. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation d'une pompe à. chaleur plus particulièrement destinée à éviter le givrage de l'evapora- teur de la pompe à chaleur, ledit procédé consistant à stabiliser le cycle de fonctionnement de la pompe à chaleur, quelles que soient les conditions d'utilisation, - en dérivant une fraction du fluide du circuit d'utilisation en dehors du condenseur de la pompe à chaleur, à travers un by-pass, - en contrôlant la fraction du fluide dérivée par le by-pass, en fonction d'un paramètre thermique caractéristique du cycle de fonctionnement de la pompe à chaleur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fraction du fluide dérivée par le by-pass est contrôlée au moyen d'une vanne pressostatique réglée en fonction de la pression régnant dans le condenseur de la pompe à chaleur. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fraction du fluide dérivée par le by-pass est contrôlee au moyen d'une vanne thermostatique réglée en fonction de la température régnant dans le condenseur de la pompe à chaleur. 4. Dispositif de régulation pour pompe à chaleur, destiné à mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, ledit dispositif étant composé - d'un by-pass branché sur le circuit d'utilisation de la pompe à chaleur, en parallèle avec le conden seur de ladite pompe à chaleur, - d'un organe de contrôle de la fraction du fluide du circuit d'utilisation traversant le by-pass, réglable en fonction d'un paramètre thermique caractéristique du cycle de fonctionnement de la pompe à chaleur. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérise en ce que - l'organe de contrôle de la fraction de fluide tra versant le by-pass est une vanne pressostatique associée à un pressostat de mesure de la pression régnant dans le condenseur de la pompe à chaleur. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que - l'organe de contrôle de la fraction du fluide tra versant le by-pass est une vanne thermostatique associée à un thermostat de mesure de la tempéra ture régnant dans le condenseur de la pompe à chaleur.