Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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La présente invention concerne un procédé et un disposi-
tif de régulation pour thermopompe, du type de celles qui sont de
plus en plus fréquemment utilisées au sein d'installations d'ex-
ploitation et d'utilisation de l'énergie calorifique contenue dans
tout générateur-accumulateur, tel que constitué par l'air extérieur
ou d'évacuation (à partir de locaux dans lesquels des ordinateurs,
par exemple, dissipent de la chaleur) ou par tout ensemble d'élé-
ments naturels, tal que l'eau des nappes phréatiques et le sol
(source géothermique) et dont les propriétés thermiques rendent in-
téressante son utilisation en tant que source froide d'une instal-
lation de chauffage et/ou de climatisation de locaux industriels
ou privés.
La présente invention s'applique à la régulation des
thermopompes de type connu, extrayant des calories d'une source
froide pour les transmettre à un fluide d'utilisation qui les véhi-
cule ensuite dans les locaux, ces thermopompes étant, de fac~on
classique, couplées thermiquement à un circuit de refroidissement
de la source froide au moyen d'au moins un premier échangeur, dans
lequel un fluide frigorigène circulant dans la pompe à chaleur
absorbe des calories en excès véhiculées par un fluide caloporteur
provenant du circuit de refroidissement de la source froide, ces
calories étant restituées au fluide du circuit d'utilisation, par
exemple un circuit de chauffage central, au moyen d'au moins un
second échangeur.
De préférence, l'invention s'applique à la régulation
des thermopompes du type à compression, où un groupe compresseur
transmet le fluide frigorig~ne à un condenseur libérant de l'éner-
gie calorifique au circuit d'utilisation par l'intermédiaire du
second échangeur.
Bien entendu, l'invention s'applique également aux
thermopompes qui, en plus des éléments déjà définis, comprenent
au moins un échangeur surchauffeur, un désydrateur, un détendeur,
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voire également un compresseur stato-thermique, étagé ou à veine
convergente de façon continue, comme cela est décrit dans la deman-
de de brevet canadien No. 26b,636 deposee le 7 septem~Ee 197~.
Le problème que l'invention vise à résoud.re~est de con-
cevoir un procédé et un dispositif permettant d'assurer de façon
simple et automatique, la régulation du fonctionnement d'une ther-
mopompe, à partir de sondes permettant le contrale qualitatif et/
ou quantitatif de certains paramètres d'entrée et de sortie de la
thermopompe.
A cet effet, le procédé selon la présente invention se
caractérise en ce qu'il consiste à moduler, à l'entrée du premier
échangeur, le débit du fluide caloporteur en fonction de la tempé-
rature, mesurée à la sortie du second échangeur, du fluide du cir-
cuit d'utilisation, dont le débit d'entrée dans le second échangeur
est lui-même modulé en fonction de la pression ou de la température,
à la sortie du second échangeur, du fluide frigorigène.
De plus. le fluide du circuit d'utilisation ne traver-
sant pas le second échangeur peut atre conduit à se mélanger à la
sortie de ce dernier à celui 1'ayant traverse,la température en fonc-
tion de laquelle le debit du fluide caloporteur est module etant me-
suree après que se soit effectue le mélange.
. Dans le cas où il s'applique à la regulation du fonction-
nement d'une thermopompe comprenant au moins un groupe compresseur,
le procédé selon la presente invention se caracterise, en outre,
en ce qu'il consiste à commander le fonctionnement du groupe com-
presseur en fonction de la temperature du fluide caloporteur mesu-
ree à la sortie du premier echangeur.
Avantageusement, le fonctionnement du groupe compresseur
est interrompu lorsque la temperature du fluide caloporteur ~ la
sortie du premier echangeur atteint une première valeur de seuil,
et la mise en service du groupe compresseur est provoquee lorsque
la temperature du fluide caloporteur atteint une seconde valeur de
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seuil superieure à la première.
Enfin, toute mise en sexvice du ~roupe compresseur peut
etre interdite si la temperature du fluide caloporteur atteint une
troisieme valeur de seuil, inferieuere à la première, ceci permet-
tant d'eviter tout risque de gel de l'installation.
Le dispositif selon l'invention, permettant la mise en
oeuvre du procede qui vient d'être defini, se caracterise en ce
qu'il comprend une première vanne motorisee, situee à l'entree du
circuit de refroidissement dans le premier echangeur, pilotee à
lQ partir d'une sonde de temperature disposee sur le circuit d'utilisa-
tion à la sortie du second echangeur et detectant la temperature
du fluide du circuit d'utilisation, dont le debit d'entree dans
le second echangeur est module par une seconde vanne motorisee, pi-
lotee à partir d'une sonde de temperature ou de pression, situee
sur le circuit de fluide frigorigène à la sortie du second echan-
geur.
Selon une realisation preferee, la seconde vanne moto-
risee est une vanne trois-voies dont l'unique entree reçoit le de-
bit de retour du fluide du circuit d'utilisation, dont une premiè-
re sortie delivre au second echangeur le debit module de fluidedu circuit d'utilisation, et dont la seconde sortie dirige direc-
tement à la sortie du second échangeur, en amont de la sonde de
temperature du circuit d'utilisation, le fluide de ce ciruit
n'ayant pas traverse le second echangeur.
Pour une thermopompe dont le circuit de fluide frigo-
rigène comprend de plus un groupe compresseur, le dispositif se-
lon la presente invention se caracterise en ce qu'il comporte,
en outre, une sonde de temperature, disposee sur le circuit de
refroidissement à la sortie du premier echangeur, et couplee à un
contacteur à seuil de declenchement, commandant, d'une part, l'ar-
rêt du fonctionnement du groupe compresseur lorsque la sonde de-
tecte une première valeur de seuil et, d'autre part, la mise en
~ "
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service du groupe compresseur lorsque la sonde detecte une seconde
valeur de seuil superieure à la premiere.
Enfin, un disjoncteur peut être associe au contacteur
pour empêcher toute mise en service du groupe compresseur si la son-
de de temperature du fluide caloporteur detecte une troisieme valeur
de seuil, inferieure à la première.
Avec reference à la figure unique, qui represente, à
titre d'exemple non limitatif, un mode de realisation du dispositif
de regulation selon la presente invention equipant une thermopompe
representee de façon très schematique par son circuit 1 de fluide
frigorigène, un premier echangeur 2 ou evaporateur, un compresseur
3 et son moteur d'entraînement 4, et un second echangeur 5 ou con-
denseur, le dispositif de regulation comprend une première vanne mo-
torisee 6, disposee sur le circuit de refroidissement 7, en amont du
premier echangeur 2, de facon à pouvoir moduler le debit de fluide
caloporteur du circuit de refroidissement 7 admis à traverser le
premier echangeur 2. Ce fluide, par exemple de l'eau à une tempe-
rature de 12C provenant d'une nappe phreatique, cède en traversant
l'echangeur 2 des calories au fluide frigorigene du circuit 1, dans
une proportion dependant directement du debit d'entree de l'eau dans
cet echangeur 2. La vanne motorisee 6 est commandee a partir d'une
sonde de temperature 8, detectant la temperature du fluide du cir-
cuit d'ut~ilisation a son depart 9 vers l'utilisation. Cette sonde
8 mesure la temperature de melange du fluide, par exemple de l'eau
d'un circuit de chauffage central, provenant, d'une part, du second
echangeur 5, ou des calories vehiculees par le fluide frigorigène
lui sont transferees, et, d'autre part, du retour 10 du circuit
d'utilisation, par l'intermediaire de Ia conduite 11 et d'une seconde
vanne motorisee 12. Cette vanne motorisee 12 est une vanne trois-
voies, dont une première sortie permet de moduler le debit de flui-
de d'utilisation traversant le second echangeur 5, en raison inverse
du debit directement dirige par la second sortie et la conduite 11
--4-- .
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vers la sonde 8.
~ a vanne 12 est commandee à partir d'une sonde 13, dis-
posee a la sortie du second echangeur 5 sur le circuit de fluide
frigorigene 1, et detectant, soit la pression, soit la temperature
de ce dernier, ces deux grandeurs etant physiquement liees l'une à
l'autre.
De la sorte, la modulation du debit d'entree du fluide
caloporteur au moyen de la vanne 6 permet de controler la quantite de
calories transferees par le circuit frigorigène 1 au circuit d'utili-
sation, ce dont temoigne la sonde de temperature 8, alors que simul-
tanément la vanne trois-voies 12 assure une juste repartition de la
quantite de fluide d'utilisation devant traverser le second echan-
geur 5 et de la quantite de ce meme fluide d'utilisation directement
retourne vers la sonde 8, en fonction de la pression ou de la tempe-
rature du fluide frigorigene en aval du second echangeur qùi temoigne
de la qualite de l'absorption par le flùide du circuit d'utilisation
des calories vehiculees par le fluide frigorigene du circuit 1 de
la pompe ~ chaleur.
Par exemple, pour une forte pression ou temperature
mesuree par la sonde 13, ce qui traduit une faible absorption par
le fluide du circuit d'utilisation des calories vehiculees dans le
circuit de fluide frigorigene 1, la vanne trois-voies 12 laissera
passer dans le second echangeur 5 un debit plus important.
Afin de tirer le meilleur parti des qualites du fluide
caloporteur du circuit de refroidissement 7 et principalement de sa
temperature sans risquer de nuire au fonctionnement de l'ensemble
de l'installation, une sonde de temperature est disposee sur ce
circuit de refroidissement, en 15 à la sortie du premier echangeur
2, au sein d'un ensemble 14, comprenant, de plus, un contacteur a
seuil de declenchement ainsi qu'un disjoncteur, ces deux derniers
appareils etant sensibles au franchissement de seuils de temperatu-
re, de sorte que le contacteur commande l'arrêt du fonctionnement
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du groupe compresseur (3,4) lorsque la sonde de l'ensemble 14 detec-
te que la temperature du fluide du circuit de refroidissement en
sortie du premier échangeur 2 est descendue à une première valeur de
seuil, par exemple 4C, ce même contacteur commandant la mise en
service du groupe compresseur (3,4) lorsque la sonde indique que la
temperature du fluide du circuit de refroidissement est remontee à
un second seuil superieur au premier, par exemple 6C. Le disjonc-
teur, pour sa part, se declenche lorsque la temperature atteint un
troisième seuil inferieur au premier, qui sera par exemple de 2C.
Dans ce cas, le disjoncteur interdira toute mise en route du groupe
compresseur (3,4) mise en route qui ne pourra s'effectuer qu'après
une manoeuvre manuelle de rearmement, sous reserve que la tempéra-
ture du fluide caloporteur du circuit de refroidissement en sortie
du premier echangeur 2 soit remontee au-delà de 6C.
Cette commande du groupe compresseur (3,4) à partir
de l'ensemble 14 permet d'eviter, de façon efficace, tout risque de
gel pour l'installation.
Le procede et le dispositif de regulation selon l'in-
vention du fonctionnement d'une thermopompe permettent donc, de
facon simple et automatique, de favoriser la qualite des echanges
entre source froide et circuit d'utilisation en tenant compte de
l'evolution des besoins au niveau du circuit d'utilisation aussi
bien que de l'evolution des conditions dans lesquelles se trouve
la source froide.
