Brevet FR2505989A1 — publié le 19821119

L'invention se rapporte à un module électronique @égulateu@ pour le fon@tionnement à rendement optimal d'une pompe à chaleur utilisée en relève de chaudière. Pour tirer le profit d'une pompc à chaleur utilisé@ en relève de chaudière, il s'avère nécess@ir@ de la faire travailler à tout moment dans les meilleures conditions de rendement. On sait que le coefficient de performance d'une pompe à chaleur AIR/EAU ou EAU/EAU varie en fonction de la température de l'eau du circuit de restitution de chaleur. Lorsqutel le est utilisée en chauffage, son coefficient de performance croît donc en fonction inverse de la température de l'eau de chauffage pour une température extér i eure donnée. Ainsi, lorsque la pompe fonctionne seule, on a tout intérêt à réduire la température de départ de I 'eau de chauffage au minimum nécessaire afin de bénéficier du mei I leur coefficient de performance possible pour un régime de fonctionnement donne. La température de départ de l'eau de chauffage auymente en fonction des besoins calorifiques fonctions des variations de la température extérieure jusqu'à une température limite établie en général autour de 800C. Pour bénéficier de l'inertie de l'installation et éviter le fonctionnement de la pompe à chaleur en courtcycles, i I est apparu intéressant de réguler la température de retour de l'eau de l'installation en fonction de la température extérieure, ceci notamment lorsque la pompe à chaleur fonctionne seule. En pratique, il existe un écart de température à peu près constant entre I 'eau de départ et I 'eau de retour, et la régulation selon l'invention procure à peu près les mêmes effets lorsque la température de l'eau de chauffage est mesure sur le circuit départ. L'invention a pour but de procurer un module Je régulation commandant la durée de fonctionnement d'une pomps à chaleur à partir de la température extérieure @fin de bénéficier du meilleur rendement possible pour un régime de looctionnement donne, en choisissant pour ce régime une température d'eau de retour appropriée A cet effet, le module selon l'invention se montre remarquable en ce qu'il comporte deux chaînes de détection et de comparaison de température extérieure et de température de l'eau de retour commandant le temps de fonctionnement de la pompe à chaleur à travers un sélecteur de la courbe de régulation correspondant à une température d'eau de chauffage donnée, le module comprenant en outre un comparateur de blocage stoppant le fonctionnement de la pompe en-dessous d'une pluralité de valeurs de coupure dont OOC. Le module de régulation selon l'invention permet surtout de diminuer les temps de fonctionnement du compresseur et, par conséquent, de réaliser des économies de consommation, mais aussi d'augmenter la durée de vie du matériel. De par sa conception, il permet le remplacement des sondes sans aucun réglage malgré la légère dispersion de caractéristiques qui existe toujours à la fabrication. La précision de déclenchement à t 0,500C permet d'économiser davantage d'énergie. Par ailleurs, le montage ne présente aucun. organe de réglage du type potentiomètre d'étalonnage. Il ne nécessite donc aucun réglage de mise au point. D'autres caractéristiques techniques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, effectuée à titre d'exemple non limitatif sur un mode d'exécution en référence aux dessins accompagnants dans lesquels la figure 1 est le schéma général du montage régulateur selon l'invention. la figure 2 est le schéma général des circuits du montage' régulateur selon l'invention. la figure 3 représente le diagramme des courbes de régula tion sur lequel se déplace le point de fonctionnement P. la figure 4 est une représentation des courbes de puis sance et du coefficient de performance avec ou sans te module régulateur selon l'invention. la Figure 5 est une vue de la face avant montrant le réglage et l'affichage des différents régimes de fonction nement se traduisant au niveau de i 'ut i I i sateur par le réglage Je la température de I 'eau de chauffage. En se réferant à la figure 1, le module électronique selon l'invention se compose, de façon générale, d'une part, d'une chaîne de traitement 1 de l'information relative à la température extérieure, suivie d'un élément 2 Je réglage de la pente de régulation et, d'autre part, d'une chaîne de traitement 3 de l'information relative à la température de l'eau de chauffage. Le circuit d'entrée de la première chaîne comporte une sonde 4 de température extérieure et le circuit d'entrée de la deuxième chaîne est relié à une sonde 5 de température d'eau de chauffage. Les chaînes mentionnées précédemment aboutissent à un comparateur de fonctionnement 6 raccordé à la première entrée du circuit logique 7 de commande de fonctionnement par commutation en 8 de l'alimentation des organes de puissance de la pompe, en principe l'alimentation du compresseur 9. Un circuit de coupure 10 est monté entre la chaîne de traitement de l'information relative à la température extérieure et la deuxième entrée du circuit logique 7 de commande de fonctionnement. Ce circuit de coupure 10 stoppe le fonctionnement de la pompe à chaleur lorsque la température extérieure descend en dessous des températures de référence R1, R2, R3,... Rn, fixées par les distributeurs d'énergie. Ces valeurs sont simulées par des tensions sélectionnées par un sélecteur 11, du type, par exemple, interrupteur qui court-circuite des résistances. La régulation de la température de l'eau de chauffage s'effectuera selon les courbes représentées à partir des valeurs de la température extérieure de manière à faire rester le point de fonctionnement P sur une des. droites représentées en figure 3. En fonction des exigences de l'utilisateur et des caractéristiques de l'installation, on pourra choisir la pente de la droite de régulation en agissant sur le bouton de réglage du sélecteur 2. Comme on le verra ci-après, on a limité pratiquement le fonctionnement de la pompe à chaleur à une température extérieure supèrieure à 23 C et inférieure à 0 C, ou, le CdS échéant, à d'autres valeurs de coupure choisies en @onction de besoins pariculiers. Les I imites correspondantes de la température d'eau de chauffage sont respectivement 500C et 230C. En dehors de ce domaine de fonctionnement la marche de la pompe à chaleur n'est plus souhaitée dans ce mode de fonctionnement. On examinera ci-après en détail la composition des chaînes de traitement de l'information et des circuits annexes du module électronique selon l'invention tel que représenté en figure 2. La chaîne de traitement 1 de l'information relative à la température extérieure comprend la sonde de température extérieure 4, un réseau 11 résistif-capacitif tel que représenté sur l'entrée d'un amplificateur-suiveur 12 d'une première voie de mesure 13. La deuxième voie, dite voie de référence 14 comprend un pont résistif 15 et un amplificateur-suiveur 16. Elle forme la tension représentant la température limite, c'est à dire la valeur de consigne 230C. Les ampl ificateurs-suiveurs 12 et 16 attaquent sur chacune de ses deux entrées un amplificateur opérationnel monte en amplificateur différentiel 17 de gain égal à l'unité. On remarque les résistances d'adaptation 18 et 19, de boucle 20 et d'équilibrage 21. L'amplificateur différentiel 17 est relié à une charge résistive réglable sous la forme d'un potentiomètre 22 permettant de régler la tension d'entrée sur la première entrée du comparateur 6. La deuxièmc entrée de ce comparateur est reliée à la sortie de la chaîne de trdite- ment 3 des informations relatives à la température de l'eau de chauffage. Le potentiomètre 22 permet de régler la pente de la droite choisie pour la régulation correspondant à un régime donné. @@ constitue l'une des réalisations possibles à commande continue du sélecteur 2. Le comparateur @ se présente sous la forme d'un @mplificateur opérationnel monté en amplificateur différentiel 23 par l'intermédiaire des résistances d'entrée, de boucle et d'équilibrage 24, 25,26 et 27. La chaîne 3 de traitement de l'information relative à la température de l'eau de départ présente une voie de mesure 28 qui comporte un amp i f icateur-suiveur dont une des entrées est reliée à un réseau- résistif capacit i f 30 comprenant la sonde 5. La chaîne 3 présente aussi une voie de référence 31 pour la valeur limite 230C, à pont résistif 32, reliée à l'entrée d'un amplificateur différentiel 33 de gain voisin de l'unité présentant les résistances appropriées d'entrée 34, 35, de boucle 36 et d'équilibrage 37. L'autre entrée se trouve reliée à l'amplifi- cateur-su i veur 29. La voie de référence comporte un interrupteur l2 qui permet, le cas échéant, par son ouverture, de mainte nir le fonctionnement de la pompe même si la température de l'eau de chauffage est supérieure à la température I imite de régulation. l1 est commandé en ouverture par exemple par le deuxième étage du thermostat d'ambiance. Ceci permet, lorsque la température du local n'est plus suffisante, de monter l'eau de chauffage en température. Au-delà, on enclenche la chaudière. Par l'ouverture de l1, on augmente artificiellement la température de consigne pour éviter la coupure de la pompe. Le module électronique selon l'invention présente également une chaîne de coupure 10 à des températures déterminées, constituée d'un pont résistif 38 à résistances mu I t i p I es, dans lequel se trouve monté l'interrupteur li Dans un exemple de réalisation, il existera autant de résistances que de positions de I 'interrupteur Chaque résistance pourra être court-circuitée par I 'inter- rupteur l1 pour donner une nouvelle valeur de coupure. te pont forme par exemple, dans un cas simple, une première tension de rélérence, interrupteur ferme, correspondant à la température d'arrêt la plus basse, so soit OC. I I établit une deuxième tension de référence, @nterrupteur ouvert, correspondant à une autre température d'arrêt soit, par exemple, 3 C. Cette tension est amplifiée par un amplificateur-suiveur 39, à sortie connectée à une des entrées d'un ampliFicateur opérationnel 40 ut I isé en comparateur. L'autre entrée de ce comparateur est reliée à la voie de mesure 13 de la chaîne 1 de traitement de l'information relative à la température extérieure. Ce comparateur comporte les résistances classiques d'entrée 41, 42, de boucle 43 et d'équilibrage 44. Les sorties des chaînes 1 et de coupure 10 sont appliquées au circuit logique 6 formé, par exemple, par une association de deux diodes 45 et 46 et d'une résistance de charge 47 pour commander un circuit de commutation 48, par exemple à relais 49, placé dans le circuit d'alimen- tation du compresseur 9. L'utilisateur disposera, sur la face avant de l'appareil, d'un bouton de réglage 50 gradué en température d'eau de chauffage dont la valeur est affichée sur un cadran voisin 51. Cette commande permet de choisir la pente dc régulation. Elle agit directement sur le sélecteur 2 réalisé, par exemple, sous la forme du potentiomètre 22. On appréciera l'intéret de cette régulation en analysant les courbes de puissance. On remarque un gain en puissance intéréssant en raison d'une exploitation de la pompe à chaleur à des coefficients de performance plus élevés. Le zone hachurée il lustre le gain en puissance c'est à dire l'économie réalisée par rapport à un fonctionnement normal sans régulation. Les courbes situées en partie inférieure montrent les plus fortes valeurs du coefficient de performince lors Je la régulation par le module selon l'invention. Le gain est illustré ici également par la zone hachurée dé I imitée par la courbe supér i curc en gras, représentant la variation du coefficient de performance obtenue @vec la régulation selon l'invention, et par la codurbe inféri@ur@ représentant les variations du coefficient de performance ù température d'eau de chauffage constante. II est bien entendu que l'invention cidessus ne saurait se limiter aux seuls détails décrits et que diverses modifications simples, de variantes directes, de substitutions par des moyens équivalents, entrent au contraire pleinement dans le cadre de la présente protection. REVENDICATIONS 1. Module électronique régulateur pour le @onetionnement à rendement optimal d'une pomope à chaleur utilisée en relève de chaudiére caractérisé en ce qu'il présente une première chaîne (1) de traitement de l'informat i on relative à la température e@tér i eure, re I i ée à une sonde (4) de température extérieure, suivie d'un sélecteur (2) du régi me Je régu I at i on ut i I i sé, une deux i me chai |ne (3) de traitement de l'information relative à la température d'eau de chauffage reliée à une sonde (5) de température de I 'eau e chauffage, chaînes aboutissant à un comparateur de fon@tionnement (6), ledit module selon l'invention comprenant également une chaîne de coupure (10) à partir d'une série de valeurs de la température extérieure aboutissant à un circuit logique de commande relié également au comparateur de fonctionnement (6) en vue de la commande des moyens d'alimentation du compresseur (9) de la pompe à chaleur; la composition de ce module permettant le changement des sondes sans aucun réglage et une mise en fonction nement sans étalonnage. 2. . Module selon la revendication I carac- térisé en ce que la chaîne (I) de traitement de l'information relative à la température extérieure présente une voie de mesure (13) comprenant la sonde extérieure (4) dans son ci@cuit d'entrée et un amplificateur-suiveur (12), une voie de référence (14) pour la création d'une valeur de consigne de température, les deux voies étant reliées aux entrées d'un comparateur (17) suivi du sélecteur (2). 3. Module selon la revendication 1 caractérisé en ce que la chaîne (3) de traitement de l'information relative à la température de l'eau de chauffage présente une voie de mesure (28) comprenant une sonde de température d'eau dans son circuit d'entrée et un amplificateur-suiveur (29) et une voie de référence (31) pour la création d'une valseur dc consigne de température, les deux voies étant relies d un comparateur (33). 4. Module selon la revendication l car@e- térisé en @@ que la voie de référence (31) de la ch@în@ (3) comporte une mise hors circuit de la consigne sous la forme d'un interrupteur l2. 5. Module selon lès revendications l t't 2 caractérisé en ce ce que le sélecteur (2) est un poten- tiomètre (22).