Brevet FR2562644A1 — publié le 19851011

Procédé d'exploitation d'une installation de pompe à chaleur et pompe à chaleur mettant en oeuvre le procédé. On sait que les pompes à chaleur sont basées sur un cycle comportant l'évaporation d'un liquide, la compression des vapeurs et leur liquéfaction dans un condenseur. Lors de l'évaporation l'agent caloporteur emprunte à une source les calories nécessaires à sa vaporisation et il les restitue lors de sa liquéfaction dans un échangeur dit condenseur. Les pompes à chaleur fonction nent parce que la température de changement d'état entre les phases liquide et vapeur est d'autant plus élevée que la pression est plus élevée. Le compresseur a essentiellement pour but de porter les vapeurs qui sont à une pression correspondant sensiblement à leur tension de vapeur à la température de la source alimentant l'évaporateur à une pression supérieure à leur tension de vapeur à la température à atteindre au condenseur. En général, la température à atteindre au condenseur est fixée et on choisit l'agent caloporteur pour qu'à la température la plus basse que peut atteindre la source alimentant l'évaporateur, il se vaporise sous la pression de fonctionnement de l'évaporateur qui dépend de la dépression à l'aspiration du compresseur et de la chute de pression créée par le détendeur entre le condenseur et l'évaporateur. Dans le cycle ci-dessus des valeurs sont fixes et correspondent à des caractéristiques de l'installation, savoir la puissance du compression, la nature du fluide caloporteur donc son diagramme des tensions de vapeurs, les caractéristiques des échangeurs thermiques qui constituent l'évaporateur et le condenseur. Le rendement de l'installation est fixé par le rapport entre la puissance thermique transférée et la puissance absorbée par le compresseur. Or la puissance absorbée par le compresseur est fonction de la différence des pressions entre évaporateur et compresseur et du volume des gaz transférés alors que la puissance thermique transférée est essentiellement fonction de la chaleur de condensation et accessoirement de la chaleur sensible des gaz et de la masse des gaz transférée par le compresseur.Le rendement de la pompe à chaleur est donc et comme cella est bien connu d'autant plus élevé que la différence des pressions entre évaporateur et condenseur est plus faible, c'est-à-dire que les températures de vaporisation et de condensation sont plus proches. L'invention s'applique essentiellement aux installations dans lesquelles la température du fluide assurant liapport de calories à l'évaporateur est variable ou dans lesquelles il faut obtenir une température variable au condenseur et elle a pour but d'améliorer le rendement de telles installations qui sont habituel le- ment conçues pour fonctionner avec une différence entre lesdites températures qui est la différence maximale caractéristique de la pompe.De telles installations sont illustrées dans le premier cas par des installations puisant leurs calories dans une masse liquide à température variable par exemple une rivière, un étang, les rejets d'une usine à feu discontinu ou variable, l'eau chaude d'un échangeur solaire ou dans l'atmosphère ou alternativement dans des masses liquides à des températures différentes, et, dans le second cas, par des pompes à chaleur qui doivent fonctionner tantôt à basse température et tantôt à haute température, par exemple pour le chauffage d'air assurant un séchage et/ou un traitement thermique à température croissante. Conformément à l'invention, le procédé d'exploitation d'une pompe à chaleur est caractérisé en ce que l'on fait varier les pressions internes dans l'évaporateur et/ou le condenseur du circuit du fluide caloporteur en fonction de la variation de la température de fonctionnement de l'échangeur en cause. La température de fonctionnement de l'évaporateur est la température de la source fournissant les calories à l'evaporateurt le fluide caloporteur liquéfié absorbant dans l'évaporateur sa chaleur de vaporisation avec un débit thermique assuré à travers l'échangeur qui est fonction de la différence des températures des deux fluides participant à l'échange et la température de vaporisation étant fonction de la pression. La température de fonctionnement du condenseur est la température à laquelle est portée le fluide réchauffé, le fluide caloporteur devant se condenser à une température donc être sous une pression suffisante pour assurer le débit thermique voulu à travers 1' échangeur qui constitue le condenseur. La variation de la pression conformément au procédé de l'invention peut être obtenue en modifiant la section du détendeur pour augmenter ou diminuer la pression à l'évaporateur. Dans ce cas la pression à l'évaporateur sera plus élevée ou plus faible donc la température d'évaporation sera plus élevée ou plus faible, cette température devant rester inférieure- à la température de la source alimentant l'évaporateur pour, en fonction des caractéristiques d'échange thermique de l'évaporateur, assurer le transfert des thermies nécessaires au condenseur. Si le compresseur est à débit fixe, il comprimera une plus grande masse de gaz si la pression à l'évaporateur qui est sa pression à l'admission, eK relevée et la puissance calorigique transférée sera plus grande.Selon le réglage du détendeur, c'est-à-dire en fonction de la chute de pression à laquelle est soumis l'agent caloporteur liquide évacué du condenseur, la pression dans le condenseur pourra rester constante, être relevée ou abaissée et donc la température de condensation être relevée ou abaissée. Le compresseur peut également être à débit variable, une augmentation du débit avec un détendeur de section constant abaissant la pression à l'évaporateur et augmentant la pression au condenseur, cette variation pouvant également être contrôlée par réglage du détendeur. I1 est enfin possible da faire varier d'une manière simple la pression interne dans l'installation en faisant varier le volume de fluide caloporteur. Ceci est de préférence réalisé en prévoyant sur l'installation une réserve de fluide caloporteur en communication avec le circuit de la pompe à chaleur avec des moyens pour injecter le fluide dans le circuit ou l'en extraire en fonction des températures de fonctionnement de la pompe à chaleur. Ces moyens peuvent être une petite pompe volumétrique asservie à la température par exemple du fluide fournissant les calories à l'évaporateur ou un accumulateur hydropneumatique dont la pression gazeuse est fonction de la température de ce même fluide et égale à la pression dans l'échangeur dont on veut contrôler la température de fonctionnement. L'invention a également pour objet les installations de pompe à chaleur mettant en oeuvre le procédé de l'invention et notamment une installation de pompe à chaleur présentant une ou plusieurs des caractéristiques suivantes considérées isolément ou en combinaison. 10 - la section de passage du détendeur est réglable et asservie à la différence de température à établir entre l'évaporateur et le compresseur; 20 - le compresseur est à débit réglable, le régulateur du débit étant asservi à un détecteur de la différence de température à établir entre l'évaporateur et le compresseur; 30 - le volume de liquide caloporteur enfermé dans le circuit est réglable et asservi à la différence de température à établir entre l'évaporateur et le condenseur. Revendications 1. Procédé d'exploitation d'une installation de pompe à chaleur, caractérisé en ce que l'on fait varier les pressions internes dans l'évaporateur et/ou le condenseur du circuit du fluide caloporteur en fonction de la variation de la température de fonctionnement de l'échangeur en cause. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait varier la pression interne dans l'évaporateur en fonction de la température du fluide assurant l'apport thermique à lévaporateur 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait varier la pression interne dans le condenseur en fonction de la température à laquelle doit être chauffé le fluide chauffé dans cet échangeur. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on fait varier dans l'installation de pompe à chaleur au moins un des facteurs parmi le débit du détendeur, le débit du compresseur et le volume d'agent caloporteur dans l'installation. 5. Une installation de pompe à chaleur, caractérisée par une ou plusieurs des caractéristiques constituées par 10 - la section de passage du détendeur est réglable et asservie à la différence de température à établir entre l'évaporateur et le compresseur; 2 - le compresseur est à débit réglable, le régulateur du débit étant asservi à un détecteur de la différence de température à établir entre l'évaporateur et le compresseur; 3 - le volume de liquide caloporteur enfermé dans le circuit est réglable et asservi à la différence de température à établir entre l'évaporateur et le condenseur.