Brevet FR2461203A1 — publié le 19810130

L'invention se rapporte à un dispositif de régulation d'une pompe à chaleur du type utilisé principalement pour le chauffage des logements et de l'eau sanitaire. On sait que les pompes à chaleur comprennent généralement un circuit fermé de fluide frigorigène sur le parcours duquel sont disposés un évaporateur ou échangeur froid, un compresseur, un détendeur et un condenseur ou échangeur chaud qui permettent de puiser des calories à un milieu ambiant et de les restituer à un fluide caloporteur. Ces pompes à chaleur fonctionnent donc entre deux sources de chaleur qui ne sont pas à température constante, l'une chaude du côté condenseur (haute pression) et l'autre froide du côté evaporateur (basse pression). Dans les pompes à chaleur air extrait/eau, la source froide est constitube par l'air ambiant du logement et la source chaude par de l'eau circulant soit dans des radiateurs, soit dans un tube noyé en dalle. Après chaque intermitten&commat;e de fonctionnement, la température de l'eau d à rejoindre celle de l'ambiance. De plus, les tempe-ratures des sources de chaleur sont liées aux pressions du fluide frigorigène puisque ce fluide est en changement de phase dans les echangeurs. Par consequent, au moment du redémarrage du compresseur, la pression dans ae condenseur est relativement basse et ne monte que lentement etant donné l'inertie thermique de la masse d'eau à réchauffer dans l'installation de chauffage et compte tenu de la présence d'émetteurs de chaleur sur cette installation. Ce phénomène au moment des remises en fonctionnement de la pompe à chaleur peut presenter des inconvénients. En effet, un régime transitoire prolongé de basse pression peut s'avérer préjudiciable à la longévité du compresseur. On sait en particulier que les compresseurs du type hermétique pour les pompes à chaleur domestiques sont conçus pour fonctionner dans un certain régime de pression. Il est donc necessaire de prévoir dans le système frigorifique des protections thermiques et/ou pressostatiques qui provoquent l'arrêt du compresseur au-delà de certaines températures et/ou pressions déterminées. Au cours d'un démarrage sur des sources de chaleur à basse température, ces problèmes interviennent et sont par conséquent susceptibles de provoquer des cycles répétés qui pénalisent le rendement global de l'installation. Ces cycles sont plus particulièrement observés lorsque le détendeur est constitué par un tube capillaire, car dans ce cas les pressions d'évaporation sont directement liées aux pressions de condensation. On connait des dispositifs de régulation thermostatique qui agissent sur le débit de l'eau circulant dans l'installation de chauffage pour qu'elle atteigne une température déterminée suffisamment élevée. Ces dispositifs comportent une conduite de dérivation, montée en amont d'une source de chaleur additionnelle, qui recycle directement le fluide caloporteur dans le condenseur de la pompe à chaleur, et une vanne thermostatique disposée en aval de ladite conduite de dérivation qui contrôle le débit du fluide caloporteur dans le circuit d'utilisation en fonction de sa température. Mais ces systemes de régulation présentent des inconvénients importants. Tout d'abord ils sont coûteux et encombrants car ils sont dimensionnes pour les débits d'eau necessaires au chauffage qui peuvent être de l'ordre de 350 à 600. 1/heurte et ensuite ils sont fermés à l'arrêt, ce qui ne facilite pas les opérations de remplissage et de dégazage de l'installAtion de chauffage. De plus, étant donné que la totalité de l'eau du circuit de chauffage circule dans la boucle de recyclage au moment de la mise en route, la montée en température est relativement longue et d'autre part cela peut être très gênant notamment dans-le cas où le chauffage d'appoint, disposé en aval de ladite boucle, se met en route pendant cette période. L'objet de l'invention est donc de définir un système qui évite ces inconvénients et qui permet de maintenir le condenseur de la pompe à chaleur au voisinage des conditions de régime nominal quelles que soient les conditions de températures du circuit d'utilisation. Suivant l'invention, l'installation comprend une pompe à chaleur du type utilisé pour chauffer l'eau alimentant soit un circuit de chauffage, soit un circuit de réchauffage de l'eau sanitaire contenue dans un réservoir d'accumulation et comportant un régulateur thermostactique placé sur la sortie du condenseur de la pompe à chaleur et une conduite de dérivation disposée entre l'arrivée et la sortie eau du condenseur, ladite conduite de dérivation débitant en aval dudit régulateur thermostatique. Suivant une variante de l'invention, un élément de chauffage d'appoint électrique ou au gaz est disposé sur le parcours de la conduite de dérivation. D'autres caractéristiques et avantages del'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante en référence aux dessins annexés qui représentent - figure 1 : une vue schématique d'une pompe à chaleur alimentant un circuit d'utilisation. - figure 2 : une variante de l'invention. On a représenté sur la figure 1 une pompe à chaleur désignée dans son ensemble par la référence 1 comprenant un compresseur 10, un échangeur chaud ou condenseur 11, un détendeur 12 et un échangeur froid ou évaporateur 13, ces organes étant parcourus par un fluide frigorigene et constituant le circuit frigorifique proprement dit de la pompe à chaleur. Un ventilateur 2 assure la circulation du flux d'air d'une gaine 3 vers l'évaporateur puis dans la gaine 4. Le condenseur 11 est du type condenseur à eau, l'eau constituant un fluide caloporteur alimentant en boucle fermée un circuit d'utilisation par une canalisation de départ 20 et une canalisation de retour 21 reliées respectivement à la sortie et à l'entrée du condenseur 11. Le circuit d'utilisation comporte plusieurs radiateurs ou un tube 22 noyé en dalle et un serpentin 27 d'un réservoir de production d'eau sanitaire 23 montés en parallèle entre les canalisations de départ et de retour 20 et 21. Un clapet de commutation 24 à commande automatique est disposé entre les canalisations de retour du tube 22 et du serpentin 27 et la canalisation de retour générale 21, de façon à passer d'une position de production d'eau de chauffage à une position de production d'eau sanitaire. Le réservoir d'accumulation 23 est relié à une conduite 25 pour l'arrivée d'eau sanitaire et à une conduite de puisage 26. Une conduite de dérivation 28 est disposée entre l'entrée et la sortie du condenseur en aval du clapet de commutation 24 sur la canalisation de retour 21. Cette conduite de dérivation 28 comporte par exemple un petit tube capillaire 35 pour provoquer une perte de charge afin de limiter le débit d'eau Q2 dans ladite conduite à une valeur raisonnable par rapport au débit d'eau circulant dans le condenseur 11. Un régulateur thermostatique 29 est monté à la sortie du condenseur 11 sur la canalisation de départ 20 en amont du branchement de la conduite de dérivation 28 par rapport au sens de circulation de l'eau. Ce régulateur thermostatique 29 court circuité par une petite conduite de fuite 30 à forte perte de charge s'ouvre seulement quand la température de l'eau en amont de celui-ci est supérieure à une température T1. Une pompe de circulation 31 montée dans la canalisation de retour 21 entre le clapet de commutation 24 et le branchement de la conduite de dérivation 28 assure la circulation de l'eau dans le circuit d'utilisation. Suivant la variante de réalisatton illustree à la figure 2, un élément de chauffage d'appoint. 32 qui peut être constitué par un corps de chauffe de chauffe-eau à gaz, un échangeur alimenté par une resistance électrique ou tout autre système est monté directement dans la conduite de dérivation 28. Le dispositif fonctionne de la manière suivante La source de chaleur est constituée par de l'air extrait d'un local par exemple à une température voisine de 200C. Cet air est aspiré travers l'évaporateur 13 et cede une partie des calories au fluide frigorigene, l'air ainsi refroidi étant évacué à l'extérieur par le ventilateur 2. Ces calories récupérées, ainsi que la majeure partie des calories dissipées par le compresseur 10 sont cédées au fluide caloporteur circulant dans le condenseur 11. En considérant tout d'abord le fonctionnement au moment de la mise en route de l'installation sur le circuit de chauffage, le clapet de commutation 24 est orienté vers le circuit de chauffage. L'eau dans le condenseur 11 se trouve a une température Tg inférieure à la température T1 de consigne d'ouverture du régulateur thermostatique 29 qui est donc en position de fermeture ; seul un très faible débit de fuite est assuré par la petite conduite 30. Ce débit de fuite assure la transmission de l'information de température au bulbe de commande du régulateur thermostatique 29.Par conséquent le débit d'eau Q1 circulant dans le condenseur 11 est très faible et le débit global Q de l'installation, conditionné par les pertes de charge de l'installation, conduite de dérivation comprise, et par la puissance de la pompe de circulation 31, est voisin du débit Q2 traversant la conduite de dérivation 28. La puissance de la pompe à chaleur 1, se développant sur un tres faible débit, provoque un échauffement rapide de l'eau puisque P = Q1 xT ce qui entrai ne progressivement l'ouverture complete du régulateur thermostatique 29. L'eau circule donc normalement dans le condenseur de la pompe à chaleur et dans la conduite de dérivation pour alimenter le circuit de chauffage. Un deuxième cas de régime transitoire est constitué par le foction- nement en production d'eau sanitaire quand l'eau circule dans le serpentin de réchauffage 27 après basculement du clapet de commutation 24. Dans ce cas, le dispositif fonctionne exactement de la même manière. Dans le cas où un élément de chauffage d'appoint 32 (figure : 2) est place dans la conduite de dérivation 28, le dispositif fonctionne également de la même façon. Le chauffage d'appoint se met seulement en route quans la température fournie par la pompe à chaleur n'est pas suffisante pour chauffer le logement. Mais cette disposition assure une circulation permanente de l'eau sur le chauffage d'appoint ce qui est une sécurité supplémentaire si ledit chauffage fonctionne pendant la période de démarrage de la pompe à chaleur. Ce dispositif de regulation garantit entre autres un fonctionnement satisfaisant du circuit frigorifique en période transitoire de démarrage car les compresseurs en particulier du type hermétique admettent mal des périodes de fonctionnement prolongées en dehors du régime d'utilisation pour lequel ils sont été sélectionnés. De plus, le débit d'eau ne circule qu'en partie dans la pompe à chialeur, les pertes de charge de la conduite de dérivation, du condenseur et du régulateur thermostatique étant déterminées pour obtenir en régime permanent la répartition souhaitée. On peut donc dimensionner le régulateur thermostatique pour un débit substantiellement inférieur, ce qui réduit le coût de ce matériel. La description se rapporte à un mode de réalisation préférentielle de l'invention, des variantes pouvant être envisagées sans sortir du cadre de cette invention. REVENDICATIONS l / Dispositif de régulation d'une pompe à chaleur utilise pour le chauffage central et pour la production d'eau chaude sani taire comprenant un circuit d'utilisation dans lequel circule, en provenance du condenseur de la pompe à chialeur, un fluide caloporteur qui déssert par l'intermediaire-d'un clapet de commutation soit un circuit de chauffage, soit un circuit de réchauffage de l'eau sanitaire contenu dans un réservoir d'ac cumulation et comprenant également une conduite de dérivation entre les canalisations de départ et de retour du circuit d'u tilisation, caractérisé par le fait que ladite conduite de dérivation 28 est raccordée d'une part à la canalisation de depart 20 en aval d'un régulateur thermostatique 29 disposé à la sortie du fluide caloporteur provenant du condenseur 11, et d'autre part à la canalisation de retour 21 en aval de la pom pe de circulation 31 disposée sur le retour du circuit d'utili sation. 20/ Dispositif de régulation selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la conduite de dérivation 28 comporte un élement de chauffage d'appoint 32 electrique ou au gaz.