Brevet FR3016207A1 — publié le 20150710

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne une pompe à chaleur produisant du froid. ETAT DE L'ART Une pompe à chaleur est un dispositif thermodynamique conçu pour 10 forcer un transfert de chaleur d'une source froide (d'où on extrait la chaleur) vers une source chaude (où on la réinjecte). La figure 1 représente l'architecture générale d'une pompe à chaleur classique. Elle comprend un circuit 10 d'un fluide thermique à changement de phase, sur lequel sont disposés successivement : 15 - un évaporateur 20, en échange thermique avec un milieu à refroidir (source froide) via un circuit 30, dans lequel le fluide thermique passe à l'état gazeux en absorbant la chaleur environnante ; - un compresseur 11 permettant une remontée en pression du 20 fluide ; - un condenseur 21, en échange thermique avec un milieu à chauffer (source chaude) via un circuit 31, dans lequel le fluide passe à l'état liquide en libérant de l'enthalpie sous forme de chaleur ; 25 - un détendeur 12. Dans une configuration orientée « production de froid », la source froide est le milieu dont le refroidissement est souhaité (le circuit 30 est alors un circuit de valorisation de froid) et la source chaude est un milieu externe, en particulier l'eau d'une rivière, l'air ambiant, le sous-sol, etc. (le 30 circuit 31 est ainsi un circuit de dissipation de chaleur). On notera que de nombreuses pompes à chaleur sont alternativement utilisées en production de chaleur. L'intérêt d'une pompe à chaleur est son rendement (ou COP, COefficient de Performance) supérieur à 1 : une partie de l'énergie fournie par la pompe est « gratuite ». Les fluides thermiques du circuit 10 destinés à une production de 5 froid sont appelés fluides frigorigènes : ils sont capables de s'évaporer à une faible température sous pression atmosphérique. Les fluides frigorigènes communément utilisés dans les machines frigorifiques posent toutefois problème car ils ont un impact sur l'environnement ou sur la sécurité des personnes. En particulier : 10 - les fluides carbonés, essentiellement les HFC (hydrofluorocarbures), ont un potentiel d'effet de serre ; - l'ammoniac, est toxique et explosif ; - les hydrocarbures sont inflammables ; - le CO2 nécessite de très hautes pressions (100 bars). 15 Pour ces raisons, il a été proposé d'utiliser comme fluide frigorigène l'eau, qui est un fluide courant, bon marché, sans impact sur l'environnement et sans risque pour la sécurité des personnes. Toutefois, utiliser de l'eau pose aujourd'hui de fortes difficultés techniques (le traitement d'une quantité énorme de vapeur est requise) qui 20 nécessitent de repenser l'architecture des compresseurs. La demande de brevet FR2800159 propose ainsi une pompe à chaleur (à eau) dans laquelle les circuits de valorisation de froid et de dissipation de chaleur utilisent également l'eau comme fluide frigoporteur/caloporteur. Dans la mesure où l'eau est alors le fluide commun 25 aux trois circuits, des échanges thermiques par contact direct (c'est-à-dire sans barrière physique, en mélangeant les fluides des circuits) peuvent être mis en oeuvre dans l'évaporateur et le condenseur. Cette technique évite les déperditions thermiques au niveau des échangeurs et apporte satisfaction. 30 La publication « Water as refrigerant » de Madsboll, 23rd International Congress of Refrigeration, 21-26 Aout 2011, Prague, organisé par International Institute of Refrigeration, papier numéro 765, propose quant à elle d'utiliser un compresseur axial (habituellement utilisé pour la compressions d'autres gaz que la vapeur d'eau et des applications complètement différentes, par exemple dans des réacteurs d'avions) en lieu et place des compresseurs centrifuges radiaux connus. On constate toutefois que ces techniques ne sont aujourd'hui pas suffisantes pour lancer commercialement les pompes à chaleurs frigorifiques à eau. L'invention vient améliorer la situation. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention propose de pallier ces inconvénients en proposant selon un premier aspect un système de pompe à chaleur adaptée pour une production de froid, comprenant - un circuit principal sur lequel sont disposés successivement un évaporateur, un compresseur, un condenseur et un détendeur ; - un circuit de valorisation de froid ; - un circuit de dissipation de chaleur ; les circuit principal, circuit de valorisation de froid et circuit de dissipation de 20 chaleur étant des circuits d'eau à l'état liquide et/ou vapeur ; l'évaporateur mettant l'eau du circuit principal en échange thermique par contact direct avec l'eau du circuit de valorisation de froid, le condenseur mettant l'eau du circuit principal en échange thermique par contact direct avec l'eau du circuit de dissipation de chaleur ; 25 caractérisé en ce que le compresseur est un compresseur axial directement accouplé à l'évaporateur et configuré pour augmenter la pression de la vapeur d'eau du circuit principal d'au moins 400%. Le dispositif selon l'invention est avantageusement complété par les 30 caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - le compresseur est configuré pour augmenter la pression de la vapeur d'eau du circuit principal d'un facteur compris entre 500% et 700% ; - le compresseur est configuré pour augmenter la pression de la vapeur d'eau du circuit principal d'environ 600% ; - le système est configuré pour que la pression de vapeur dans le circuit principal soit inférieure à 12 millibars en entrée du compresseur, et supérieure à 50 millibars en sortie du compresseur ; - le système est configuré pour que la pression de vapeur dans le circuit principal soit environ 8 millibars en entrée du compresseur, et environ 56 10 millibars en sortie du compresseur ; - le système comprend en outre un désurchauffeur disposé sur le circuit principal entre le compresseur et le condenseur, le désurchauffeur mettant la vapeur d'eau comprimée du circuit principal en échange thermique avec le fluide d'un circuit de valorisation de chaleur ; 15 - le désurchauffeur est directement accouplé au compresseur et au condenseur ; - le système présente le compresseur, le désurchauffeur et le condenseur empilés sur une hauteur inférieure à la hauteur de l'évaporateur, de sorte que le compresseur soit accouplé à l'évaporateur au 20 niveau d'une partie haute de l'évaporateur, et le condenseur soit disposé en vis-à-vis d'une partie basse de l'évaporateur ; - le système comprend en outre une pompe à vide reliée au condenseur pour le démarrage du système et la régulation des niveaux de pression en fonctionnement ; 25 - la pompe à vide est reliée au condenseur via au moins un piquage en partie haute du condenseur ; - le système comprend en outre un circuit de by-pass permettant la circulation de la vapeur entre le condenseur et l'évaporateur lors du démarrage du système ; 30 - l'évaporateur comprend au moins un agitateur et/ou au moins une plaque inclinée ; - le circuit de dissipation de chaleur comprend au moins une buse pour la pulvérisation d'eau dans le condenseur ; - le circuit comprend en outre un circuit de lubrification du compresseur, le fluide du circuit de lubrification étant de l'eau provenant d'une branche du 5 circuit de valorisation de froid et/ou d'une branche du circuit de dissipation de chaleur ; - le système comprend en outre un circuit de refroidissement du compresseur, le fluide du circuit de refroidissement étant de l'eau provenant d'une branche du circuit de valorisation de froid et/ou d'une branche du 10 circuit de dissipation de chaleur ; - l'eau est l'unique fluide utilisé comme fluide thermique ou fluide de lubrification. Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un procédé de 15 production de froid à l'aide d'un système de pompe à chaleur, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de : - condensation de vapeur d'eau d'un circuit principal dans un condenseur en échange thermique par contact direct avec de l'eau d'un circuit de dissipation de chaleur ; 20 - détente de l'eau liquide dans un détendeur ; - vaporisation de l'eau liquide dans un évaporateur en échange thermique par contact direct avec de l'eau d'un circuit de valorisation de froid ; - compression de la vapeur d'eau par un compresseur axial 25 directement accouplé à l'évaporateur de sorte à augmenter la pression de la vapeur d'eau du circuit principal d'au moins 400% ; - renvoi de la vapeur d'eau comprimée dans le condenseur. 30 Selon des caractéristiques avantageuses : - la détente est mise en oeuvre jusqu'à une pression inférieure à 12 millibars, et la compression est mise en oeuvre jusqu'à une pression supérieure à 50 millibars ; - l'étape de renvoi de la vapeur d'eau comprimée dans le condenseur comprend la circulation de la vapeur d'eau dans un désurchauffeur en échange thermique avec le fluide d'un circuit de valorisation de chaleur de sorte à refroidir la vapeur d'eau du circuit principal jusqu'à une température inférieure à 40°C. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : 15 - la figure 1 est un schéma d'une pompe à chaleur connue ; - la figure 2 est un schéma d'un mode de réalisation préféré du système de pompe à chaleur selon l'invention ; - la figure 3 est un schéma d'un compresseur d'une installation selon l'invention ; 20 - la figure 4 est un graphique représentant un diagramme de Mollier porté sur un diagramme de phase de l'eau ; - la figure 5 est un schéma d'un détail de la liaison évaporateur-compresseur ; - la figure 6 est un schéma d'un détail de la liaison compresseur-25 désurchauffeur ; - la figure 7 est un schéma d'un détail de la liaison désurchauffeur-condenseur. DESCRIPTION DETAILLEE 30 Principe de l'invention En référence à la figure 2, l'invention propose un système 1 de pompe à chaleur adaptée pour une production de froid. On retrouve un circuit principal 10 sur lequel sont disposés successivement un évaporateur 20, un compresseur 11, un condenseur 21 et un détendeur 12 ; un circuit de valorisation de froid 30 ; et un circuit de dissipation de chaleur 31 ; les circuit principal 10, circuit de valorisation de froid 30 et circuit de dissipation de chaleur 31 étant des circuits d'eau à l'état liquide et/ou vapeur. En particulier, le circuit principal 10 est un circuit à changement de 10 phase, donc l'eau est à l'état liquide sur une partie du cycle et gazeuse sur l'autre partie. Comme dans l'art antérieur FR2800159 cité, l'évaporateur 20 met l'eau du circuit principal 10 en échange thermique par contact direct avec l'eau du circuit de valorisation de froid 30, le condenseur 21 mettant l'eau du 15 circuit principal 10 en échange thermique par contact direct avec un circuit de dissipation de chaleur 31. Comme expliqué, par « contact direct », on entend que les fluides des trois circuits 10, 30 et 31 ne sont pas séparés par des barrières physiques, et donc sont dans une seule et même enceinte. En particulier, 20 comme on voit dans l'exemple préféré illustré par la figure 2, l'eau du circuit de valorisation de froid 30 pénètre dans l'évaporateur 20 en partie basse, où elle se mélange avec l'eau liquide issue du détendeur 12, et l'eau du circuit de dissipation de chaleur 31 est pulvérisée dans le condenseur 21 en partie haute, où elle se mélange avec les condensats de vapeur d'eau. 25 Le présent système 1 se distingue par des spécificités du compresseur 11. Ce dernier est un compresseur axial tel qu'évoqué. Un compresseur axial comprend des roues fixes 114 et des roues mobiles 113 (non représentées sur la figure 2, mais visibles sur la figure 3). Les roues fixes (appelées redresseurs) sont fixées sur un stator 112, les roues 30 mobiles sont fixées sur un rotor 111. Les roues fixes 114 sont équipées d'aubes dites orientables (leur pied peut être soumis à une rotation dont l'angle peut être ajusté en fonction de la vitesse de rotation du rotor 111). Un ensemble d'une roue fixe 114 et d'une roue mobile 113 constitue un étage. Il a été constaté que l'eau utilisée comme fluide frigorigène nécessite, contrairement aux fluides classiques (HFC, Ammoniac, etc.), un taux de 5 compression très élevé, associé à un volume massique très important. Volume massique de la vapeur d'eau à saturation à 4°C (m3/kg) Ordre de grandeur du taux de compression eau 157,117 7 HFC 134a 0,060 2,6 Ammoniac NH3 0,252 2,7 Contrairement aux techniques antérieures, qui ont un taux de compression de l'ordre de 2 à 4, le présent compresseur est configuré pour augmenter la pression de la vapeur d'eau du circuit principal 10 d'au moins 10 400% (i.e. taux de compression d'au moins 5), avantageusement configuré pour augmenter la pression de la vapeur d'eau du circuit principal 10 d'un facteur compris entre 500% et 700% (i.e. taux de compression compris entre 6 et 8), plus avantageusement configuré pour augmenter la pression de la vapeur d'eau du circuit principal 10 d'environ 600% (i.e. taux de 15 compression de 7). Cela correspond à une pression de vapeur dans le circuit principal 10 inférieure à 12 millibars (avantageusement inférieure à 9 millibars, et en particulier environ 8 millibar) en entrée du compresseur 11, et supérieure à 50 millibars (en particulier environ 56 millibars) en sortie du compresseur 11. 20 Il n'avait jamais été possible jusqu'à présent de mettre en oeuvre les niveaux de pression requis. Pour configurer ainsi le compresseur 11, la Demanderesse a eu l'idée d'accoupler directement le compresseur axial à l'évaporateur. Par « accoupler directement », on entend qu'il n'y a pas de tuyauterie du circuit 10 entre les deux. En particulier, l'évaporateur contient, 25 dans sa partie haute, un « trou d'homme » finalisé par une demi-bride 100 (voir la figure 5 qui présente ce détail), et l'enveloppe 110 du compresseur 11 est également dotée d'une demi-bride 100 qui vient se fixer sur la demi- bride 100 de l'évaporateur 20 de sorte à former l'accouplement. La partie « aspiration » du compresseur 11 (en d'autres termes les premiers étages selon le sens de circulation de la vapeur) peut même être légèrement emboîtée dans l'évaporateur 20, voire même être sensiblement disposée à l'intérieur de l'évaporateur 20. Cet accouplement permet de limiter les pertes de charges même en véhiculant un volume particulièrement important de gaz (comme c'est nécessaire pour la vapeur d'eau) et d'abaisser au maximum la pression au sein de l'évaporateur 20. Il suffit alors de choisir un nombre d'étages tel qu'il permet d'atteindre le taux de compression requis. La vitesse des roues peut être de l'ordre de 9000tr/min pour un diamètre de roue de l'ordre de 1,37m. Evaporateur L'évaporateur 20 est le composant de la pompe à chaleur dans lequel, sous l'effet de la basse pression qui y règne, l'eau s'évapore en vapeur d'eau en prélevant la chaleur du milieu ambiant, en particulier l'eau de retour du circuit 30 de valorisation de froid. L'évaporateur 20 est avantageusement équipé, dans sa partie inférieure, d'au moins un agitateur 200 (ou mélangeur), lui-même relié à un arbre de rotation, lui-même actionné par un moteur situé à l'extérieur de l'évaporateur. Des plaques inclinées 201, en particulier métalliques, sont avantageusement soudées à la partie basse de l'évaporateur 20 avec un angle tel qu'elles permettent, grâce à l'action combinée de l'agitateur 200, l'homogénéisation d'un « coulis de glace » qui peut apparaitre aux températures proches de 0°C qui y règnent. L'agitateur 200 permet également l'homogénéisation de la température de l'eau et/ou du coulis contenus dans l'évaporateur 20. L'évaporateur 20 peut être isolé thermiquement dans sa partie basse. Un piquage y permet l'aspiration de l'eau glacée/coulis (à une température autour de 5°C) dans le circuit de valorisation de froid 30 par une pompe. Un piquage toujours dans sa partie basse, par exemple sur le flanc, permet le refoulement de l'eau glacée/coulis après valorisation, et donc à une température supérieure (environ 12°C) ou à une concentration en glace moindre. La vapeur d'eau est située dans la partie médiane et haute de l'évaporateur 20, présente par échange thermique direct une température d'environ 5°C et une pression d'environ 8 millibars. Désurchauffeur Le fort taux de compression obtenu par le compresseur 11 entraîne une hausse notable de la température de la vapeur d'eau, elle peut dépasser 100°C voire 200°C, et de façon particulièrement préférée atteindre environ 270°C. De façon préférée, un désurchauffeur 22 permet de récupérer la chaleur à très haute température (supérieure à 100°C) au refoulement du compresseur par l'intermédiaire d'un circuit de valorisation de chaleur 32. On comprendra que le désurchauffeur 22, s'il est présent, se distingue du condenseur 21 en ce qu'il n'est le lieu d'aucun changement de phase. Contrairement à ce qui se passe dans l'évaporateur 20 ou condenseur 21, il n'est pas nécessaire que l'échange thermique mis en oeuvre par le désurchauffeur 22 se fasse par contact direct, ni que le fluide caloporteur du circuit 32 soit de l'eau (même si le choix de l'eau est préféré). Le désurchauffeur peut ainsi être un échangeur de chaleur que l'on trouve classiquement dans le commerce. Il est alimenté en chaleur surchauffée à plus de 100°C et au moins 50 millibars par le compresseur 11 dans sa partie haute. Avantageusement, le désurchauffeur met en oeuvre un refroidissement de la vapeur jusqu'à la limite de condensation (point de rosée). Après échange thermique, la vapeur saturée est typiquement évacuée en partie basse à environ 34°C vers le condenseur 21. Le désurchauffeur 22 peut être absent du circuit 10. Dans ce cas, la désurchauffe de la vapeur se fait directement dans le condenseur 21. L'intérêt du désurchauffeur 22 est d'éviter de dissiper (et donc de perdre) toute l'énergie thermique via le circuit 31 de dissipation de chaleur, mais de pouvoir en valoriser une partie à des niveaux de température suffisants par exemple pour des applications diverses de chauffage ou préchauffage (d'air, de liquide, etc.) via le circuit 32, qui est un récupérateur de chaleur, et donc de limiter la part de la chaleur dissipée via le circuit 31. Le bilan énergétique reste équivalent. De façon préférée, le compresseur 11 est également accouplé au désurchauffeur 22 : comme l'on voit sur la figure 6, il n'y a pas de tuyauterie entre les deux éléments. L'enveloppe 110 du compresseur 11 contient, dans la partie basse du côté refoulement, une autre demi-bride 100. L'enveloppe 220 du désurchauffeur 22, dans sa partie haute et à son extrémité, comporte également une demi-bride 100 qui vient se fixer sur la demi-bride du refoulement du compresseur. Le désurchauffeur peut également être accouplé au condenseur 21 par un système de bride 100 identique à celui de l'accouplement com presseur/désurchauffeur. Condenseur Le condenseur 21 est le composant de la pompe à chaleur dans lequel la vapeur d'eau cède généralement sa chaleur sensible en refroidissant, la vapeur d'eau cède sa chaleur latente en se condensant, et l'eau cède parfois sa chaleur sensible en se refroidissant (phénomène appelé sous-refroidissement). L'existence ou non des phénomènes ci-avant dépend du dimensionnement du condenseur 21 et de la présence ou non du désurchauffeur 22. Dans tous les cas, la chaleur cédée l'est au milieu extérieur (via le circuit 31 de dissipation de chaleur). Le condenseur 21 est alimenté en vapeur saturée dans la partie 30 haute par le désurchauffeur 22 (ou directement par le compresseur 11), la vapeur se condense grâce à la distribution (voir plus loin) d'eau liquide à environ 28°C de retour du circuit 31 de dissipation de chaleur. L'eau liquide à environ 34°C est recueillie dans la partie basse du condenseur 21. Le condenseur 21 y est équipé d'un piquage de façon à évacuer cette eau tiède vers le circuit 31 de dissipation de chaleur à l'aide d'une pompe. Une purge 210 optionnelle permet de vider un trop plein de condensats. Le condenseur 21 peut en outre être équipé d'un piquage dans sa partie haute de façon à le relier à une pompe à vide 13. Cette dernière permet le démarrage du système 1 en amorçant les conditions de pression requises à son bon fonctionnement et peut être nécessaire pour l'entretien du vide (i.e. la régulation des niveaux de pression) durant le fonctionnement du système 1. Le condenseur 21 peut en outre être équipé d'un ou plusieurs piquages dans sa partie haute ou médiane de façon à le relier à l'évaporateur 20 par un circuit de « by-pass », en d'autres termes un circuit court-circuitant le circuit principal 10 (et le détendeur 12). Ce by-pass permet le démarrage du système 1 en amorçant la circulation de la vapeur dans l'ensemble du système 1. Il comprend au moins une vanne permettant sa fermeture, déclenchée dès que le fonctionnement du système 1 est stabilisé. Le refroidissement du condenseur 21 est avantageusement assuré par une distribution d'eau « en pluie » dans la partie haute du condenseur 21 : l'eau de retour du circuit 31 de dissipation de chaleur (à environ 28°C), est distribuée par une ou plusieurs buses 311 situées à l'intérieur du condenseur 21, qui pulvérisent l'eau (voir figure 7). L'eau retombe ensuite dans la partie inférieure du condenseur 21 en captant la chaleur latente de la vapeur d'eau environnante. L'évaporateur 20 et le condenseur 21 sont reliés par une branche du circuit principal 10 comprenant un tuyau muni du détendeur 12 (par exemple une électrovanne). La détente (en particulier jusqu'à environ 8 millibars) s'accompagne d'un refroidissement de l'eau, comme on le voit sur le diagramme de Mollier (Figure 4) et permet l'équilibre des pressions. En référence à ce diagramme, le système parcourt dans le sens inverse des aiguilles d'une montre le cycle dessiné. A 3 B : compression dans le compresseur 11 ; B 3 C : refroidissement dans le désurchauffeur 22 ; C 3 D : condensation dans le condenseur 21 ; D 3 E : détente dans le détendeur 12 ; E 3 A : vaporisation dans l'évaporateur 20 ; Compacité du système Comme expliqué, l'évaporateur 20, le compresseur 11, le désurchauffeur 22 et le condenseur 21 sont de façon préférés accouplés successivement deux à deux. En d'autres termes, la majeure partie du circuit 10 (en l'espèce la 15 totalité sauf la portion sur laquelle est disposé le détendeur 12) est formée par les enveloppes des composants eux-mêmes. Ceci permet une architecture de système 1 comprenant deux blocs tels que représentés sur la figure 2 : d'un côté l'évaporateur 20, et de l'autre côté le compresseur 11, le désurchauffeur 22 et le condenseur 21 empilés. 20 La hauteur de l'évaporateur 20 est au moins égale à la hauteur de l'empilement des trois autres composants, de sorte à permettre l'accouplement de l'évaporateur 20 et du compresseur 11 en partie haute, et d'avoir l'évaporateur 20 disposé en vis-à-vis du condenseur 21, c'est-à-dire en partie basse. 25 La branche du circuit 10 permettant la communication entre le condenseur 21 et l'évaporateur 20 est alors de longueur minimale. Cette architecture permet un encombrement minimal du système 1 tout en limitant au maximum les pertes de charges dues à la longueur de tuyauterie. 30 On constate sur la figure 2 que cette architecture offre en son centre (entre le compresseur 11, le désurchauffeur 22, le condenseur 21 et l'évaporateur 20) un emplacement pour intégrer l'éventuelle pompe à vide 13. Toutefois cette architecture n'est en rien limitative et la pompe à vide peut par exemple être en dessous du condenseur 21. Par ailleurs, si le compresseur 11 est largement inclus dans l'évaporateur 20, le désurchauffeur 22 peut être disposé au même niveau, avec le condenseur 21 en dessous. Circuit de lubrification et refroidissement du compresseur Dans un compresseur classique, on utilise de l'huile pour refroidir et 10 lubrifier le compresseur. Le présent système 1 permet le remplacement de l'huile par de l'eau, et de façon générale permet même que l'eau soit l'unique fluide utilisé comme fluide thermique et/ou fluide de lubrification. Il n'y ainsi plus le moindre risque de contamination des fluides frigorigène, frigoporteur et 15 caloporteur puisqu'il n'y a plus d'autres fluides que de l'eau dans le système. Ainsi, le système comprend avantageusement un circuit de lubrification 40 du compresseur 11 et/ou un circuit de refroidissement 41 du compresseur 11 (de façon préférée les deux), alimenté par l'eau des circuits 20 thermiques 10, 30 et 31. Le fluide du circuit de refroidissement 41 et/ou le fluide du circuit de lubrification 40 est en effet de l'eau provenant d'une branche 300 du circuit de valorisation de froid 30 et/ou d'une branche 310 du circuit de dissipation de chaleur 31. 25 De façon préférée, le circuit de refroidissement 41 et le circuit de lubrification 40 sont les seuls circuits de lubrification/refroidissement du compresseur 11, en d'autres termes le compresseur 11 est lubrifié/refroidi uniquement par de l'eau. On note que le débit d'eau nécessaire pour le refroidissement et la 30 lubrification du compresseur 11 est inférieur à 1`)/0 du débit d'eau circulant de l'évaporateur 20 vers le circuit de valorisation de froid 30 ou du condenseur 21 vers le circuit de dissipation de chaleur 31. Si le prélèvement a lieu sur le circuit de valorisation de froid 30 (en sortie de l'évaporateur 20), la température sera de l'ordre de 10°C. Si le prélèvement a lieu sur le circuit de dissipation de chaleur 31 (en sortie du condenseur 21), la température de l'eau prélevée sera de l'ordre de 30°C. Le débit prélevé pour le refroidissement sera moins important si l'eau est prélevée au circuit de valorisation de froid 30. Le lieu de prélèvement pour la lubrification et le refroidissement du compresseur 11 n'a pas de conséquence sur les performances de la machine. Dans le cas où l'eau des deux circuits 30 et 31 est prélevée à la fois, 10 une vanne trois voies permet de sélectionner une combinaison des débits des branches 300 et 310 de sorte à régler dynamiquement la température de l'eau dans les circuits 40 et 41. Un piquage au niveau du circuit de retour d'eau vers le condenseur 21 (branche 310) ou un piquage au niveau du circuit de retour d'eau vers 15 l'évaporateur 20 (branche 300) permet d'acheminer l'eau jusqu'au compresseur 11. Cette eau est distribuée au compresseur 11 via le circuit de refroidissement 41 et/ou le circuit de lubrification 40. Le circuit de lubrification 40 comprend, lui-même, deux piquages vers le compresseur 11 20 : l'un à l'aspiration (partie avant selon le sens de circulation de la vapeur) et l'autre au refoulement (partie arrière) pour assurer la lubrification des roulements avant et roulements arrière 115. Le circuit de refroidissement 40 comprend plusieurs piquages, situés au refoulement (partie arrière) du compresseur 11, et qui assurent le refroidissement du stator 112 et du rotor 25 111. L'eau en provenance de ces deux circuits 40 et 41 est ensuite ramenée vers le condenseur 21 via le désurchauffeur 22. Procédé 30 Selon un deuxième aspect, l'invention concerne également un procédé de production de froid à l'aide d'un système 1 de pompe à chaleur selon le premier aspect de l'invention. Le procédé comprend des étapes de : - condensation de vapeur d'eau d'un circuit principal 10 dans un condenseur 21 en échange thermique par contact direct avec de l'eau d'un circuit 31 de dissipation de chaleur (en particulier via pulvérisation) ; - détente de l'eau liquide dans un détendeur 12 ; - vaporisation de l'eau liquide dans un évaporateur 20 en échange thermique par contact direct avec de l'eau d'un circuit 30 de valorisation de froid (on obtient typiquement une vapeur à environ 5°C et une pression inférieure à 12 millibars, voire inférieure à 9 millibars, et avantageusement environ 8 millibars) ; - compression de la vapeur d'eau par un compresseur 11 axial directement accouplé à l'évaporateur 20 de sorte à augmenter la pression de la vapeur d'eau du circuit principal 10 d'au moins 400% (avantageusement entre 500% et 700%, plus avantageusement environ 600%, soit un taux de compression de 7. La température monte à plus de 100°C (voire jusqu'à environ 270°C) et la pression dépasse 50 millibars, avantageusement atteint environ 56 millibars) ; - renvoi de la vapeur d'eau comprimée dans le condenseur 21. La dernière étape comprend préférentiellement la circulation de la vapeur d'eau dans un désurchauffeur 22 en échange thermique avec le fluide d'un circuit 32 de valorisation de chaleur, de sorte à refroidir la vapeur d'eau du circuit principal 10 jusqu'à une température inférieure à 40°C, ce qui comme expliqué permet de valoriser le différentiel de température et limite la chaleur à rejeter via le circuit de dissipation de chaleur 31. REVENDICATIONS1. Système (1) de pompe à chaleur adaptée pour une production de froid, comprenant - un circuit principal (10) sur lequel sont disposés successivement un évaporateur (20), un compresseur (11), un condenseur (21) et un détendeur (12) ; - un circuit de valorisation de froid (30) ; - un circuit de dissipation de chaleur (31) ; les circuit principal (10), circuit de valorisation de froid (30) et circuit de dissipation de chaleur (31) étant des circuits d'eau à l'état liquide et/ou vapeur ; l'évaporateur (20) mettant l'eau du circuit principal (10) en échange thermique par contact direct avec l'eau du circuit de valorisation de froid (30), le condenseur (21) mettant l'eau du circuit principal (10) en échange thermique par contact direct avec l'eau du circuit de dissipation de chaleur (31) ; caractérisé en ce que le compresseur (11) est un compresseur axial directement accouplé à l'évaporateur (20) et configuré pour augmenter la 20 pression de la vapeur d'eau du circuit principal (10) d'au moins 400%. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel le compresseur (11) est configuré pour augmenter la pression de la vapeur d'eau du circuit principal (10) d'un facteur compris entre 500% et 700%. 25 3. Système selon la revendication 2, dans lequel le compresseur (11) est configuré pour augmenter la pression de la vapeur d'eau du circuit principal (10) d'environ 600%. 30 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, configuré pour que la pression de vapeur dans le circuit principal (10) soit inférieure à 12millibars en entrée du compresseur (11), et supérieure à 50 millibars en sortie du compresseur (11). 5. Système selon la revendication 4, configuré pour que la 5 pression de vapeur dans le circuit principal (10) soit environ 8 millibars en entrée du compresseur (11), et environ 56 millibars en sortie du compresseur (11). 6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant 10 en outre un désurchauffeur (22) disposé sur le circuit principal (10) entre le compresseur (11) et le condenseur (21), le désurchauffeur (22) mettant la vapeur d'eau comprimée du circuit principal (10) en échange thermique avec le fluide d'un circuit de valorisation de chaleur (32). 15 7. Système selon la revendication 6, dans lequel le désurchauffeur (22) est directement accouplé au compresseur (11) et au condenseur (21). 8. Système selon la revendication 7, présentant le compresseur 20 (11), le désurchauffeur (22) et le condenseur (21) empilés sur une hauteur inférieure à la hauteur de l'évaporateur (20), de sorte que le compresseur (11) soit accouplé à l'évaporateur (20) au niveau d'une partie haute de l'évaporateur (20), et le condenseur (21) soit disposé en vis-à-vis d'une partie basse de l'évaporateur (20). 25 9. Système selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant en outre une pompe à vide (13) reliée au condenseur (21) pour le démarrage du système (1) et la régulation des niveaux de pression en fonctionnement. 30 10. Système selon la revendication 9, dans lequel la pompe à vide (13) est reliée au condenseur (21) via au moins un piquage en partie haute du condenseur (21). 11. Système selon l'une des revendications 9 et 10, comprenant en outre un circuit de by-pass permettant la circulation de la vapeur entre le condenseur (21) et l'évaporateur (20) lors du démarrage du système (1) ; 12. Système selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel 10 l'évaporateur (20) comprend au moins un agitateur (200) et/ou au moins une plaque inclinée (201). 13. Système selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel le circuit de dissipation de chaleur (31) comprend au moins une buse (311) 15 pour la pulvérisation d'eau dans le condenseur (21). 14. Système selon l'une des revendications 1 à 13, comprenant en outre un circuit de lubrification (40) du compresseur (11), le fluide du circuit de lubrification (40) étant de l'eau provenant d'une branche (300) du 20 circuit de valorisation de froid (30) et/ou d'une branche (310) du circuit de dissipation de chaleur (31). 15. Système selon l'une des revendications 1 à 14, comprenant en outre un circuit de refroidissement (41) du compresseur (11), le fluide du 25 circuit de refroidissement (41) étant de l'eau provenant d'une branche (300) du circuit de valorisation de froid (30) et/ou d'une branche (310) du circuit de dissipation de chaleur (31). 16. Système selon les revendications 14 et 15 en combinaison, 30 dans lequel l'eau est l'unique fluide utilisé comme fluide thermique ou fluide de lubrification. 17. Procédé de production de froid à l'aide d'un système (1) de pompe à chaleur, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de : - condensation de vapeur d'eau d'un circuit principal (10) dans un condenseur (21) en échange thermique par contact direct avec de l'eau d'un circuit de dissipation de chaleur (31) ; - détente de l'eau liquide dans un détendeur (12) ; - vaporisation de l'eau liquide dans un évaporateur (20) en échange thermique par contact direct avec de l'eau d'un circuit de valorisation de froid (30) ; - compression de la vapeur d'eau par un compresseur (11) axial directement accouplé à l'évaporateur (20) de sorte à augmenter la pression de la vapeur d'eau du circuit principal (10) d'au moins 400% ; - renvoi de la vapeur d'eau comprimée dans le condenseur (21). 18. Procédé selon la revendication 17, dans lequel la détente est mise en oeuvre jusqu'à une pression inférieure à 12 millibars, et la compression est mise en oeuvre jusqu'à une pression supérieure à 50 20 millibars. 19. Procédé selon l'une des revendications 17 et 18, dans lequel l'étape de renvoi de la vapeur d'eau comprimée dans le condenseur (21) comprend la circulation de la vapeur d'eau dans un désurchauffeur (22) en 25 échange thermique avec le fluide d'un circuit (32) de valorisation de chaleur de sorte à refroidir la vapeur d'eau du circuit principal (10) jusqu'à une température inférieure à 40°C.