Brevet FR2493481A1 — publié le 19820507

La presente invention se rapporte aux pompes à chaleur du type prelevant des calories sur l'air extérieur dans le but de les transférer à un niveau de temperature supérieur à un milieu caloporteur destiné par exemple au chauffage d'un logement et/ou la production d'eau sanitaire. On sait que les pompes à chaleur comprennent généralement un circuit fermé de fluide frigorigène sur le parcours duquel sont disposes un evaporateur ou échangeur froid, un compresseur, un détendeur et un condenseur ou echangeur chaud qui permettent de puiser des calories sur l'air extérieur et de les restituer à un fluide caloporteur. Le passage de l'air extérieur dans la pompe à chaleur est assuré par un groupe de ventilation. Les calories sont prelevées par evaporation du fluide frigorigène dans l'évaporateur et ensuite restituées au fluide caloporteur par condensation dudit fluide frigorigène dans le condenseur. Le fluide caloporteur passe dans des émetteurs de chaleur prevus dans les pièces à chauffer ou dans un réservoir à accumulation pour le réchauffage de l'eau sanitaire. L'utilisation de l'air extérieur constitue une source de calories, dites source chaude, indéfinie. En faisant passer le débit d'air sur l'échangeur parcouru par le fluide frigorigène maintenu en évaporation à une temperature inférieure à celle de l'air, il se trouve refroidi de quelques degres. La quantité de chaleur Q ainsi prélevée est donnée par la relation Q = M x c x 4H, dans laquelle M est le débit massique d'air, c sa valeur specifique et iS H la différence d'enthalpie entre l'air avant passage sur la batterie d'échange et l'air rejeté après traitement. On voit donc que pour une certaine quantité de chaleur correspondant à une puissance frigorifique donnée, assuree par le compressueur, on peut choisir toutes les combinaisons possibles entre le débit massique d'air et la différence d'enthalpie et en particulier faire passer sur la batterie d'echange, un grand débit avec un faible refroidissement ou un faible debit d'air avec un fort refroidissement. Dans le premier cas cité, on peut s'attendre à être en dehors des conditions de givrage pour des températures positives. En effet, l'écart de température entre la source et les surfaces actives de l'échangeur peut être faible. Toutefois la valeur du débit est limite par la consommation du moteur du ventilateur, ce qui conduit à choisir un échangeur généralement peu épais à grande surface frontale, le debit d'air étant fourni par un ventilateur helicolde, bien adapté à ce type d'é- changeur. Dans le deuxième cas, on a tendance à augmenter l'épaisseur de l'échangeur de façon à eviter une évarroration à telmperature trop basse pour l'abaissement de température d'air recherchée. L'échangeur présente alors une plus fable surface frontale que dans le cas precédent, le débit d'air pouvant être fourni par un ventilateur centrifuge. Dans la plupart des cas et en particulier en chauffage domestique, il existe une valeur de la température extérieure pour laquelle la quantité de chaleur produite par la pompe à chaleur dépasse les besoins calorifiques du local chauffé. Par conséquent, le but de la presente invention est d'augmenter le rendement des pompes a chaleur en période d'intermittence de fonctionnement. Suivant l'invention, la pompe à chaleur du type prélevant des calories sur l'air extérieur comporte -un groupe de ventilation pour assurer le passage du débit d'air, -un thermostat reglé à une valeur de consigne prédéterminée de la température de l'air avant refroidissement et -un dispositif de commutation de la vitesse dudit groupe de ventilation commandé par le thermostat de façon à augmenter le débit d'air au-dessous de ladite valeur de consigne. Suivant une caracteristique supplémentaire de l'invention, le groupe de ventilation est constitué par deux moto-ventilateurs électriques agencés en parallèle sur le circuit d'air. Les dispositions particulières selon la présente invention permettent d'abaisser le debit d'air traité au-dessus d'une certaine valeur de température de la source chaude. Le principal avantage qui en résulte est une diminution de la consommation du groupe de ventilation, du fait de l'évolution exponentielle des pertes de charge d'un échangeur. Un autre avantage réside dans la possibilité de récupérer la chaleur latente de l'air même pour une temperature de source relativement elevée. On peut également mentionner la moindre usure des roulements ou paliers du ventilateur et la réduction du niveau sonore, ce qui est particulièrement important en fonctionnement d'été production d'eau sanitaire) pour les pompes à chaleur disposées à l'extérieur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement de la description suivante en référence aux dessins annexés qui représentent : - figure 1 : une vue schématique en coupe du caisson de la pompe à chaleur - figure 2 : une vue schématique du circuit frigorifique de la pompe à chaleur - figure 3 : le schéma electrique On a représenté sur la figure 1, une pompe à chaleur comprenant un caisson 1 de forme générale parallélépipédique constitué d'un bac 2 et d'un couvercle 3. Le couvercle 3 comporte sur ses parois latérales des orifices 4 d'entree d'air extérieur en face desquels sont montés deux motoventilateurs électriques Va et Vb. Ces deux ventilateurs sont donc agences en parallèle sur le circuit d'air. Un compresseur frigorifique 5 est solidarisé par l'intermédiaire d'organes de suspension appropriés à la paroi inférieure du bac 2. Un échangeur fluide frigorigène-eau ou condenseur 6 de conformation torique est disposé sur le fond dudit bac autour du compresseur. Le bac 2 comporte latéralement deux orifices 7 d'evacuation d'air sur chacun desquels est placé un échangeur fluide frigorigene-air ou évaporateur 8 coiffé par un capot 9. L'air exterieur aspiré dans le caisson 1 par les ventilateurs Va et b circule à travers les évaporateurs 8. Il est refroidi sous l'action réfrigérante d'un fluide frigorigène en evaporation et rejeté à une température plus basse que la température d'introduction. Le fluide frigorigene à l'état gazeux (figure 2) est introduit dans le compresseur 5 et refoulé à haute pression vers le condenseur 6 dans lequel il se condense, la chaleur latente de condensation étant transférée à de l'eau en circulation dont la température s'elève de ce fait.Le fluide condensé est détendu dans un organe de détente 10 de type approprié tel qu'un détendeur thermostatique ou un détendeur capillaire avant d'être reintroduit dans les evaporateurs 8. Le circuit frigorifique de la pompe à chaleur comporte un circuit de dégivrage des évaporateurs 8 formé par un conduit de derivation 11 du fluide frigorigène chaud à l'état gazeux et dispose en aval du compresseur 5 et en amont desdits évaporateurs. Dans le conduit de dérivation 11 est placée une électrovanne EV commandée par une minuterie MH qui a pour but de diriger périodiquement les gaz chauds directement dans les évaporateurs 8 afin d'assurer le dégivrage. A la figure 3, on a représenté le schéma électrique de la pompe à chaleur dans lequel les symboles suivants représentent . R : la bobine relais de commande du compresseur 5. R1 : contact travail du relais R . Text. Thermostat d'air extérieur. . V : la bobine de relais de commutation de la vitesse des deux ventilateurs. . V1. V2 : contacts travail du relais V. V3 : contact repos du relais V . Va. Vb : les deux ventilateurs. . EV : l'électrovanne de dégivrage MH : le moteur de la minuterie de dégivrage . c,1,o : le contact inverseur de la minuterie de dégivrage. Au moment de la mise en route de la pompe à chialeur, la bobine R est sous tension ce qui provoque la fermeture du contact R1 et par conséquent le fonctionnement du compresseur 5. Si la température extérieure est supérieure à une valeur de consigne t par exemple de 8 C, le thermostat extérieur Text est ouvert, la bobine V n'est pas alimentée si bien que les contacts V1 - V2 sont ouverts et le contact V3 fermé. Les deux ventilateurs Va - Vb sont donc en série et fonctionnent à petite vitesse ce qui donne par exemple un debit d'air de 600 m3heure pour une consommation globale de 75 W, chaque ventilateur se trouvant en fait alimenté sous une tension réduite. Dès que la température extérieure descend au-dessous de la valeur t, le thermostat extérieur Text se ferme et met sous tension la bobine de relais V. Les contacts V1 - V2 se ferment et le contact V3 s'ouvre. Les deux ventilateurs Va - Vb sont électriquement en parallèle et fonctionnent à grande vitesse donnant un debit d'air de 1000 m3heure avec une consommation de 170 W sous 220 V. On voit donc que cette disposition abaisse le débit d'air traité au-dessus d'une certaine valeur de température de la source chaude ce qui permet de diminuer d'une part la consommation du groupe de ventilation et d'autre part les cycles de dégivrage tout en ayant une température d'evaporation stable. Par ailleurs, cela permet également de limiter l'usure des ventilateurs et du compresseur. Ce dernier peut en effet se trouver surchargé par des conditions de température d'évaporation trop élevées. De plus, le thermostat extérieur Text peut commander egalement le dispositif de dégivrage des évaporateurs 8 de la pompe à chaleur. Comme représenté sur la figure 3, le moteur MH de la minuterie est toujours sous tension et provoque periodiquement le basculement du contact inverseur c de la position 0 à la position 1. Si la température exterieure est inferieure à la valeur t, le contact du thermostat Text est fermé. Quand le contact c est sur la position 1, pour un temps déterminé, l'électrovanne EV sous tension s'ouvre ce qui provoque le passage des gaz chauds dans le conduit de derivation 11 (figure 2) et le dégivrage des évaporateurs 8. On voit--- donc que le thermostat extérieur commande en même temps la commu- tation des ventilateurs Va - Vb de la petite à la grande vitesse et les cycles de dégivrage. La description se rapporte à un mode de réalisation préféentielle de l'invention, des variantes pouvant etre envisagées sans sortir du cadre de l'invention. -R E V E N D I C A T I O N S 1/ Pompe à chaleur utilisée notamment pour le chauffage des locaux et/ou la production d'eau sanitaire du type prélevant des calories sur l'air extérieur par passage d'un debit d'air sur une batterie de refroidissement alimentée par un fluide frigorigène en évaporation caractériséeen ce qu'elle comporte -un groupe de ventilation pour assurer le passage du débit d'air, -un thermostat (Text) régle à une valeur de consigne "t" prédéterminée de la température de l'air avant refroidissement, et -un dispositif de commutation de la vi tesse du groupe de ventilation commandé par ledit thermostat de façon à augmenter le débit d'air au-dessous de la valeur de consigne "t". 20/ Pompe à chaleur selon la revendication 1 caractérisée en ce que le groupe de ventilation est constitué par deux moto ventilateurs électriques (Va) et Vb) agencés en parallèle sur le circuit d'air. 30/ Pompe à chaleur selon les revendications 1 et 2 caractérisée en ce que le dispositif de commutation de vitesse est consti tué par un commutateur électromécanique (V, V1, V2, V3) per mettant d'alimenter les moto-ventilateurs (Va - Vb) par un couplage électrique en parallèle au-dessous de la valeur de consigne "t" et par un couplage électrique en serie au-dessus de ladite valeur. 40/ Pompe à chaleur selon la revendication 1 équipée d'un dispositif de degivrage dont le fonctionnement est de façon connue en soi, autorisé au-dessous d'une certaine valeur de la température de l'air extérieur détectée par un thermostat de commande caractérise en ce que le thermostat de commande du dispositif de dégivrage est constitué par le thermostat (Text) de commande du dispositif de commutation de la vitesse du groupe de ventila tion (Va - Vb).