Brevet FR2894017A1 — publié le 20070601

La présente invention concerne une pompe à chaleur destinée au chauffage d'eau de piscine, et un procédé de chauffage d'eau de piscine. On sait déjà utiliser des pompes à chaleur pour le 5 chauffage de l'eau des piscines. Les pompes à chaleur sont des systèmes de chauffage thermodynamique qui comprennent un circuit primaire de fluide frigorifique qui comprend, comme indiqué sur la figure 1, un compresseur 10 qui alimente un condenseur 12 10 qui constitue un échangeur de chaleur entre le fluide frigorifique et l'eau de piscine à chauffer, un détendeur 14 et un évaporateur 16 qui constituent un échangeur de chaleur entre le milieu extérieur, par exemple l'air extérieur, et le fluide frigorifique. 15 Les caractéristiques des échangeurs, notamment leurs dimensions, et le réglage du détendeur et du compresseur sont optimisés pour un régime de fonctionnement déterminé. En particulier, le condenseur est destiné à permettre à la pompe à chaleur de donner sa puissance maximale tout en 20 gardant un régime de fonctionnement optimal au point de vue du circuit frigorifique (pression et température du fluide frigorifique). Lorsqu'une telle pompe à chaleur est utilisée pour le chauffage d'eau de piscine, certains paramètres de fonction- 25 nement ont des valeurs déterminées. Ainsi, même lorsque l'eau de la piscine est très froide, à peine supérieure à 0', la température que souhaite obtenir l'utilisateur est en général comprise entre 15 et 32 'C. Par ailleurs, le débit de circulation d'eau de la piscine est habituellement de 30 l'ordre de 5 à 15 m3/h. On conçoit donc que, lorsque l'échange thermique est très important parce que le débit d'eau circulant dans le condenseur est très élevé et/ou parce que la température de l'eau est très basse, le fluide frigorifique est refroidi de 35 façon très importante de sorte que la pression du fluide frigorifique dans le condenseur est très basse. Le rendement de la pompe à chaleur, défini en général par son coefficient de performance, est alors réduit et il peut même arriver que la pompe à chaleur présente un défaut de fonctionnement et qu'elle soit même endommagée. Par contre, si l'échange thermique dans le condenseur est réduit, parce que le débit d'eau est faible ou parce que la température de l'eau de piscine est élevée, le fluide frigorifique est échauffé de façon importante et provoque une augmentation de pression dans le condenseur. Le rende-ment de la pompe à chaleur est alors aussi réduit, le bon fonctionnement peut être perturbé et la pompe à chaleur peut même être endommagée. En particulier, au-delà d'une certaine pression, la machine est arrêtée par un pressostat de sécurité. Pour tenir compte de cette situation pratique, la plu-part des pompes à chaleur de piscine comporte une dérivation hydraulique placée en amont de la pompe à chaleur et permettant de régler le débit d'eau circulant dans le circuit secondaire du condenseur (échangeur) de la pompe à chaleur, afin que l'échange thermique reste optimal et que le fonctionnement de la pompe à chaleur soit satisfaisant. L'installation doit donc comporter un dispositif de régulation qui fait varier le débit d'eau circulant dans le condenseur. Compte tenu des débits d'eau traités, un tel dispositif de régulation a un fonctionnement relativement délicat et il est coûteux. Très souvent, il est simplement manuel. Selon l'invention, le problème posé est résolu par modulation de la capacité d'échange thermique du circuit d'échange de chaleur de fluide frigorifique du condenseur, et non par modulation du débit d'eau qui circule dans le condenseur. Plus précisément, si le débit d'eau est élevé et la température de l'eau est basse à l'entrée du circuit secondaire du condenseur, c'est-à-dire si le circuit secondaire du condenseur a une grande aptitude à absorber les calories, la surface d'échange de chaleur du circuit primaire du condenseur est automatiquement réduite. Inversement, si le débit d'eau est réduit et l'eau a une température élevée à l'entrée du condenseur, et a donc une faible aptitude à absorber les calories, la surface d'échange de chaleur du circuit primaire de fluide frigorifique du condenseur est automatiquement augmentée. De cette manière, une même puissance calorifique prati- quement peut être transmise au circuit secondaire du condenseur, et le circuit primaire de la pompe à chaleur peut fonctionner avec un régime optimal de fonctionnement pression-température du fluide frigorifique. Ce résultat est obtenu en pratique par utilisation d'un condenseur dont le circuit primaire comporte plusieurs circuits d'échange de chaleur qui sont mis en circuit au nombre d'un seul ou de plusieurs. Dans le condenseur, le circuit primaire de fluide frigorifique comporte toujours au moins un circuit d'échange de chaleur, et au moins un autre circuit d'échange de chaleur peut être mis en circuit par au moins un organe de commutation, sous la commande d'un organe de commande qui est relié à un capteur d'un paramètre de fonctionnement, tel que la pression de vapeur de fluide frigorifique entre le compresseur et le détendeur. Ainsi, lorsque la pression mesurée augmente, le circuit primaire du détendeur est augmenté par mise en circuit de circuits d'échange de chaleur supplémentaires, et le fonctionnement est inverse lorsque la pression mesurée diminue. Plus précisément, l'invention concerne une pompe à chaleur destinée au chauffage de l'eau d'une piscine, du type qui comprend, dans un circuit primaire de fluide frigorifique, un compresseur, un condenseur constituant un échangeur de chaleur entre le fluide frigorifique et l'eau de piscine circulant dans un circuit secondaire, un déten- Beur, et un évaporateur constituant un échangeur de chaleur entre le milieu extérieur et le fluide frigorifique ; selon l'invention, le condenseur comporte au moins deux circuits d'échange de chaleur, et la pompe à chaleur comporte un capteur d'un paramètre du fonctionnement de la pompe à chaleur, au moins un organe de commutation de la circulation du fluide frigorifique entre un état de circulation dans un seul des circuits d'échange de chaleur et un état de circulation dans au moins deux des circuits d'échange de chaleur, et un organe de commande de l'organe de commutation au moins en fonction de la valeur du signal du capteur. De préférence, un organe de commutation au moins comporte au moins une vanne électromagnétique. De préférence, le capteur d'un paramètre de fonctionnement de la pompe à chaleur détecte la pression du fluide frigorifique sur la partie à haute pression du circuit frigorifique, par exemple entre le compresseur et le condenseur. Dans un mode de réalisation, la pompe à chaleur comporte au moins deux circuits d'échange de chaleur qui sont disposés en série dans le condenseur. Elle peut alors comporter en outre une dérivation par rapport à l'un des circuits d'échange de chaleur. Dans un autre mode de réalisation, la pompe à chaleur comporte au moins deux circuits d'échange de chaleur disposés en parallèle dans le condenseur. L'invention concerne aussi un procédé de chauffage d'eau de piscine à l'aide d'une pompe à chaleur selon les paragraphes précédents, qui comprend la mesure d'un para-mètre du fonctionnement de la pompe à chaleur, la comparai-son de la valeur mesurée du paramètre à un seuil et, lorsque le paramètre dépasse un seuil, la commande de la commutation de la circulation du fluide frigorifique dans un circuit d'échange de chaleur. De préférence, la comparaison à un seuil comprend l'utilisation de deux seuils différents selon que le para-mètre croît ou décroît, afin que la commande soit assurée avec un effet d'hystérésis. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1, déjà décrite, représente un schéma de 35 pompe à chaleur utilisée pour le chauffage d'eau de piscine ; les figures 2 et 3 représentent deux exemples de montage de circuits d'échange de chaleur du circuit primaire du condenseur de la pompe à chaleur ; la figure 4 est un schéma d'un condenseur de pompe à chaleur selon l'invention ; et la figure 5 est une vue en perspective avec des parties arrachées d'un exemple du condenseur schématiquement représenté sur la figure 4. Comme l'indique la figure 1, le compresseur 10 porte le fluide frigorifique, à l'état de vapeur, à une pression élevée, cette pression étant avantageusement mesurée par un capteur 18. Le fluide frigorifique à l'état de vapeur pénètre dans le condenseur 12 et circule dans une partie de circuit primaire 20. La partie de circuit primaire 20 du condenseur 12 peut comporter, selon l'invention, au moins deux circuits d'échange de chaleur 22, montés en série et dont l'un peut avoir une dérivation 24 qui est mise en circuit ou non par une vanne électromagnétique 26. Lorsque cette vanne 26 est ouverte, le fluide frigorifique circule en série dans les deux circuits d'échange de chaleur 22, par exemple deux serpentins, alors que, lorsque la vanne 26 alimente la dérivation 24, seul le second circuit 22 est alimenté. La figure 3 représente une variante dans laquelle des circuits d'échange de chaleur 22 sont montés en parallèle et chaque circuit d'échange de chaleur, au-delà du premier, est mis en circuit ou non par commande d'une vanne électromagnétique associée 28. Bien entendu, le circuit en série de la figure 2, comme le circuit en parallèle de la figure 3, peuvent comporter un nombre plus élevé de circuits d'échange de chaleur, c'est-à-dire de serpentins, comme suggéré par les traits inter-rompus. En outre, il est possible de combiner des dispositifs 35 en série et en parallèle tels qu'illustrés sur les figures 2 et 3. La caractéristique importante de l'invention est que, grâce aux vannes électromagnétiques 26, 28, la capacité d'échange de chaleur du circuit primaire 20 du condenseur 12 peut être modulée à plusieurs valeurs afin que la pompe à chaleur se trouve toujours dans ses conditions optimales de fonctionnement. La figure 4 représente un exemple de condenseur 12 selon l'invention. Dans cet exemple, l'eau pénètre par une entrée 30 jusqu'à proximité de l'extrémité opposée du condenseur 12 où elle rencontre le fond 31 d'un déflecteur 32 qui oblige l'eau à revenir du côté de son entrée, avant d'être déviée à nouveau par l'extrémité du corps extérieur 34 vers une sortie 36 d'eau. Lorsqu'elle circule entre le conduit central et le déflecteur 32, l'eau s'écoule à la surface d'un serpentin 38 formant un premier circuit d'échange de chaleur 22. Lors- qu'elle circule entre le déflecteur 32 et la paroi externe du corps 34, l'eau s'écoule à la surface d'un autre serpentin 40 constituant un second circuit 22 d'échange de chaleur du circuit primaire. Sur la figure 4, on n'a pas représenté les raccor- dements de conduits ni la vanne électromagnétique permettant le montage en série ou en parallèle des deux serpentins 38 et 40. La figure 5 représente une réalisation pratique du condenseur représenté sur la figure 4, avec les mêmes réfé-25 rences numériques que sur celle-ci. Bien qu'on ait indiqué que la modulation de la surface d'échange de chaleur du condenseur était assurée par mesure de la pression à la sortie du condenseur, il est possible de mesurer d'autres paramètres. En fait, il est en général 30 souhaitable de surveiller d'une part la pression et d'autre part la température du fluide frigorifique, au moins à un emplacement du circuit primaire. Ce sont en effet ces deux paramètres qui sont les plus importants pour l'obtention du meilleur coefficient de performances de la pompe à chaleur. 35 Le paramètre mesuré peut donc être toute combinaison de paramètres couramment utilisée à cet effet dans la technologie des pompes à chaleur. REVENDICATIONS 1. Pompe à chaleur destinée au chauffage de l'eau d'une piscine, du type qui comprend, dans un circuit primaire de fluide frigorifique : - un compresseur (10), - un condenseur (12) constituant un échangeur de chaleur entre le fluide frigorifique et l'eau de piscine circulant dans un circuit secondaire, - un détendeur (14), et - un évaporateur (16) constituant un échangeur de chaleur entre le milieu extérieur et le fluide frigorifique, caractérisée en ce que le condenseur (12) comporte au moins deux circuits (22) d'échange de chaleur, et la pompe à chaleur comporte un capteur (18) d'un paramètre du fonctionnement de la pompe à chaleur, au moins un organe (26, 28) de commutation de la circulation du fluide frigorifique entre un état de circulation dans un seul des circuits (22) d'échange de chaleur et un état de circulation dans au moins deux des circuits (22) d'échange de chaleur, et un organe de commande de l'organe de commutation au moins en fonction de la valeur du signal du capteur (18). 2. Pompe à chaleur selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe de commutation au moins comporte au moins une vanne électromagnétique (26, 28). 3. Pompe à chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le capteur (18) d'un paramètre de fonctionnement de la pompe à chaleur détecte la pression du fluide frigorifique sur la partie à haute pression du circuit frigorifique. 4. Pompe à chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux cir- cuits (22) d'échange de chaleur qui sont disposés en série dans le condenseur (12). 5. Pompe à chaleur selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une dérivation (24) par rapport à l'un des circuits (22) d'échange de chaleur. 6. Pompe à chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux circuits (22) d'échange de chaleur disposés en parallèle dans le condenseur (12). 7. Procédé de chauffage d'eau de piscine à l'aide d'une pompe à chaleur selon l'une quelconque des revendications 10 précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend : la mesure d'un paramètre du fonctionnement de la pompe à chaleur, la comparaison de la valeur mesurée du paramètre à un seuil et, 15 lorsque le paramètre dépasse un seuil, la commande de la commutation de la circulation du fluide frigorifique dans un circuit (22) d'échange de chaleur. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la comparaison à un seuil comprend l'utilisation de deux 20 seuils différents selon que le paramètre croît ou décroît, afin que la commande soit assurée avec un effet d'hystérésis.