Installation de climatisation utilisant une pompe à chaleur avec échangeur de chaleur extérieur statique et régulation du point de vapeur sèche par variation automatique du débit du détendeur

Abstract

 Pompe à chaleur utilisée en climatisation et en chauffage, dont le condenseur et l'évaporateur sont constitués par deux échangeurs dont l'un (1), extérieur au local, est un échangeur statique composé d'un tube à ailettes, caractérisée par des moyens de régulation (138-B) servant à régler le débit du détendeur (13) de manière à maintenir le point du circuit de l'évaporateur en aval duquel le fluide caloporteur est entièrement vaporisé un peu au-delà du point de sortie de l'évaporateur.

Description

[0001] L'invention se rapporte aux installations à pompe à chaleur, pour le chauffage et/ou le refroidissement d'un local, comprenant, en série dans un circuit fermé de fluide caloporteur :

- un compresseur ;

- un condenseur relié à la sortie à haute pression du compresseur ;

- un détendeur :

- un évaporateur dont la sortie est reliée à l'entrée à basse pression du compresseur,

le condenseur et l'évaporateur étant constitués par des échangeurs dont l'un est situé à l'intérieur du local, l'autre à l'extérieur.

[0002] Lorsque ce genre d'installations fonctionne en chauffage, comme la source froide est constituée par l'air extérieur, sa température faible pénalise le coefficient de performance au moment où les besoins de chaleur sont élevés et la présence d'humidité nécessite habituellement une installation de dégivrage de l'échangeur extérieur, laquelle consomme de l'énergie. Généralement, l'échangeur extérieur comporte des ventilateurs pour augmenter l'échange thermique, solution bruyante et qui consomme de l'énergie et l'on prévoit en outre des résistances électriques complémentaires.

[0003] Un premier objet de l'invention est de réaliser une installation où l'échangeur extérieur est purement statique et où aucun chauffage d'appoint n'est prévu pour les locaux.

[0004] A priori, dans une telle installation, l'échangeur extérieur statique doit, pour le chauffage, récupérer toutes les calories disponibles dans l'air en mouvement et l'apport dû à l'irradiation solaire. Mais les capteurs solaires habituels, qui comportent une grande surface vitrée et utilisent de l'eau comme fluide caloporteur, ne fonctionnent pas en dehors des périodes d'ensoleillement.

[0005] Par ailleurs, compte tenu des variations importantes des apports thermiques en fonction de la température de l'air extérieur, de sa vitesse et de l'ensoleillement, il est évidemment nécessaire de prévoir une régulation ; mais les solutions connues, telles que celle qui consiste à réguler le débit à l'entrée du compresseur, ne sont pas satisfaisantes.

[0006] Suivant une première particularité de l'invention, l'échangeur extérieur est un échangeur statique à grande surface d'échange thermique avec l'air extérieur, de préférence du type comportant une multiplicité de tubes à ailettes, dans lequel circule le liquide frigorigène et des moyens de régulation sont prévus pour régler le débit du détendeur, de manière à maintenir le point du circuit de l'évaporateur en aval duquel le fluide caloporteur est entièrement vaporisé au voisinage du point de sortie de l'évaporateur et même, de préférence, un peu au-delà de ce point de sortie.

[0007] Suivant un mode d'exécution préféré, lesdits moyens de régulation comportent une membrane dont les déplacements sont transmis à l'organe de régulation de débit du détendeur, et des moyens de soumettre la membrane, dans le sens de l'ouverture, à la pression de vapeur saturante qui correspond à la température du fluide à l'aspiration du compresseur et, dans le sens de la fermeture, à la pression effective du fluide à l'aspiration du compresseur et à une poussée supplémentaire réglable, avantageusement exercée par un ressort, ladite poussée supplémentaire étant déterminée pour tenir compte de la perte de charge du circuit jusqu'à l'aspiration et pour obtenir une valeur de surchauffe prédéterminée, avantageusement de l'ordre de 6 à 8°C.

[0008] Comme la régulation ne permet pas de pallier complètement une insuffisance importante d'apport thermique, suivant une autre particularité de l'invention, avantageusement conjuguée à la précédente lorsque l'installation est destinée à fonctionner à des températures extérieures relativement basses, elle comporte des moyens d'échange thermique entre le fluide caloporteur qui sort de l'évaporateur et le fluide à haute pression et un organe de mise en service de ces moyens lorsque la température ou la pression du fluide qui sort de l'évaporateur ou du compresseur devient inférieure à une première valeur prédéterminée.

[0009] Suivant une autre particularité de l'invention, l'installation est réversible et, à cet effet, comporte un organe de distribution apte à établir un circuit de chauffage dans lequel l'échangeur extérieur joue le rôle d'évaporateur et l'échangeur intérieur joue le rôle de condenseur, ou un circuit de réfrigération dans lequel l'échangeur intérieur joue le rôle d'évaporateur et l'échangeur extérieur joue le rôle de condenseur, tandis que lesdits moyens d'échange thermique comportent un premier échangeur auxiliaire dans lequel circulent, d'une part, le fluide caloporteur sortant de l'échangeur extérieur en mode chauffage ou entrant dans l'échangeur extérieur en mode réfrigération, d'autre part, l'eau d'un circuit auxiliaire en dérivation sur un circuit d'eau fermé, et un second échangeur auxiliaire dans lequel circulent, d'une part, le fluide caloporteur sortant du compresseur, d'autre part, l'eau dudit circuit fermé, un organe de mise en service du circuit auxiliaire lorsque la température du fluide qui sort de l'évaporateur devient inférieure à ladite première valeur prédéterminée en mode chauffage, ledit circuit auxiliaire étant en service quasi- permanent en mode réfrigération.

[0010] D'autres particularités, ainsi que les avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lumière de la description ci-après :

Au dessin annexé :

La figure 1 est un schéma de principe d'une installation de chauffage conforme à un mode d'exécution préféré de l'invention ;

La figure 2 représente l'un des tubes à ailettes de l'échangeur extérieur ;

La figure 3 représente un mode d'exécution préféré du détendeur et des organes de régulation de son débit ;

La figure 4 est un diagramme d'enthalpie illustrant le fonctionnement de l'installation ; et

La figure 5 est un schéma de principe d'une installation de climatisation réversible conforme à un mode d'exécution préféré de l'invention.

[0011] A la figure 1, on a représenté en 1 un échangeur composé d'un faisceau de tubes de cuivre (100, figure 2) munis, sur toute leur périphérie, d'ailettes d'aluminium 101. Avantageusement, ces tubes ont un diamètre de 5/8 de pouce (15,87 mm) et les ailettes ont 43 à 44 mm de diamètre et sont distribuées à un pas compris entre 4 et 5 mm (4,2 mm par exemple). Des ailettes plus serrées entraîneraient un risque excessif de givrage et, si les ailettes avaient un diamètre plus grand, les pertes en périphérie seraient telles que la portion périphérique ne transmettrait plus de chaleur au tube correspondant. La surface d'échange thermique totale peut être très grande, par exemple 96 m² pour un compresseur de 4,5 CV, sous volume relativement faible (le cadre de support de la tubulure a par exemple 2 m X 1 m et la tubulure, une longueur totale de 80 m).

[0012] Un fluide frigorigène, avantageusement du "Fréon 22", circule à l'intérieur des tubes, entre une tubulure d'amenée 102 et une tubulure de sortie 103. Cette dernière est raccordée à un petit échangeur 2, dans lequel, comme on l'expliquera plus loin, est par ailleurs établie une circulation à contre-courant de "Fréon" sous-refroidi (flèches en pointillé) au moyen d'une canalisation d'amenée 201 et d'une canalisation de sortie 202. Le courant principal de "Fréon" pénètre ensuite dans un séparateur de gouttes de liquide 3 comportant un tube d'amenée 301 et un tube de sortie 302 ayant leurs extrémités ouvertes à une certaine distance l'une de l'autre.

[0013] Entre la sortie à basse pression de l'échangeur 2 et l'entrée du séparateur 3 est disposé un échangeur -supplémentaire 303 dans lequel circulent, d'une part, le fluide à basse pression qui sort de l'échangeur 2, d'autre part, le fluide sous-refroidi provenant du receveur 9 mentionné plus loin. En variante, l'échangeur 303 pourrait être réalisé en disposant une tubulure supplémentaire autour du séparateur 3.

[0014] Avantageusement, l'échangeur auxiliaire 2 est du type comportant un tube central fileté hélicoldalement sur sa surface extérieure et entouré d'un tube extérieur concentrique. Le "Fréon" sous refroidi circule dans l'intervalle entre les deux tubes en tournant le long du filetage, à une vitesse de l'ordre de 10 m/s, tandis que le "Fréon" à basse pression circule dans le tube intérieur.

[0015] La canalisation 302 de sortie du séparateur est raccordée à un compresseur 4 par l'intermédiaire d'un pressostat à basse pression 5.

[0016] A la sortie du compresseur 4, le "Fréon" surchauffé (vers 100 à 110°C) passe dans un pressostat à haute pression 6 et un clapet anti-retour 7 et arrive à un condenseur 8. Celui- - ci est un condenseur à eau de type traditionnel. Les canalisations d'eau, symbolisées en 801-802, sont raccordées à des terminaux d'utilisation, non figurés.

[0017] A la sortie du condenseur, le "Fréon" sous-refroidi (entre 35 et 40°C) arrive à un receveur 9 destiné au stockage du "Fréon" condensé à l'arrêt de la machine, puis passe dans l'échangeur 303, de façon à subir un sous-refroidissement complémentaire permanent.

[0018] La canalisation 304 de sortie de l'échangeur 303 est raccordée, d'une part, à travers une vanne 10, un filtre 11 et une vanne électro-magnétique 12, à un détendeur 13 lui-même relié à la canalisation 102 d'entrée de l'échangeur 1, d'autre part, directement à la canalisation 201 d'amenée du contre-courant dans le petit échangeur 2. Comme on l'expliquera plus loin, ce contre-courant sert à élever la température du courant principal de "Fréon" envoyé au compresseur, lorsque la température extérieure est relativement basse.

[0019] Le "Fréon" à contre-courant qui sort par la canalisation 202 a été sous-refroidi dans l'échangeur 2 par le courant principal et amené par exemple entre 25 et 27°C.

[0020] Lorsque la température extérieure est supérieure à 5°C par exemple, on ouvre la vanne 10, de façon à by-passer le circuit 201-202 de l'échangeur 2. Celui-ci n'est donc en service que pour les températures extérieures plus basses. Ce résultat peut également être obtenu automatiquement en mesurant la pression et/ou la température du fluide à l'entrée ou à la sortie du compresseur pour commander la vanne 10.

[0021] A la sortie du filtre 11, le liquide sous-refroidi à haute pression arrive à la vanne 12 ouverte en permanence en fonctionnement et aboutit au détendeur 13.

[0022] Celui-ci est agencé, de la manière qui sera expliquée en se référant à la figure 3, pour que son débit soit régulé,-en fonction de la température qui règne dans la canalisation 302 d'aspiration du compresseur (mesurée par un bulbe _B) et de la pression, prélevée par un capillaire 138 (figure 3) qui règne dans ladite canalisation d'aspiration, au droit du bulbe, de manière à faire travailler l'évaporateur 1 dans des conditions optimales, quelles que soient les conditions climatiques extérieures et la charge de l'installation. L'intérêt de cette mesure sera expliqué dans la suite.

[0023] Une vanne 14 est branchée dans une petite canalisation 140 qui relie la canalisation 202 à la canalisation 102. Il se produit ainsi une petite injection temporaire, à l'entrée de l'échangeur, du fluide sous-refroidi. On règle cette injection pour que la température du fluide d'entrée de l'échangeur soit telle que les ailettes soient toujours maintenues au-dessus du point de rosée de l'air. On évite ainsi la formation de givre sur les parois extérieures des tubes du capteur.

[0024] En pratique il suffit, pour obtenir ce résultat, de commander la vanne 14 au moyen d'un capteur de température 141 placé sur la canalisation 103 de sortie de l'échangeur 1, pour une consigne de température inférieure à -12°C.

[0025] A la figure 3, on a représenté schématiquement un détendeur dans lequel le fluide à haute pression P1 arrive, après passage dans un filtre 130, dans une chambre d'admission 132 d'où il ne peut s'échapper que par un orifice calibré de détente fermé au repos par un pointeau 133 poussé contre son siège 132 par un petit ressort 134. L'ouverture est obtenue lorsque le pointeau 133 est poussé vers le bas, à l'encontre du ressort 134, par l'extrémité inférieure d'une tige 135 qui coulisse dans une pièce de guidage et est fixée, à son extrémité supérieure, à une membrane 136. Celle-ci est montée dans un soufflet 137 où elle définit une chambre supérieure reliée au bulbe capteur de température B placé sur la canalisation d'aspiration 302 du compresseur. Un capillaire 138 prélève d'autre part la pression P ₄ dans ladite canalisation d'aspiration.

[0026] Un ressort 139, disposé autour de la tige 135, est, à son extrémité supérieure, en appui sur la face inférieure de la membrane et, par son extrémité inférieure, en appui sur une bague de butée 1390 montée sur la tige 135. La position de cette bague sur la tige est réglable au moyen d'une vis 1391.

[0027] Le fluide sort du détendeur à basse pression P₂ et à une température T₂. Des joints d'étanchéité 1392 et 1350 isolent l'une de l'autre les chambres soumises aux pressions P₂ et ^P₄.

[0028] En négligeant la pression du ressort 134, on peut dire que le détendeur est fermé tant que la poussée exercée par la pression P(T₄) sur sa face supérieure (pression qui dépend de la température du gaz aspiré par le compresseur) est inférieure à la somme des poussées respectivement exercées, sur sa face inférieure, par le ressort 139 (poussée réglable au moyen de la vis 1391) et par la pression P₄.

[0029] Le dispositif est réglé pour fonctionner constamment au voisinage de l'équilibre des poussées.

[0030] Pour une température extérieure donnée, il est clair que l'alimentation de l'évaporateur est assurée avec un débit tel que la pression moyenne soit maintenue constante. En effet, toute chute de pression a alors pour effet (en agissant sous la membrane) d'ouvrir le détendeur, donc d'augmenter la pression dans l'évaporateur et, inversement, toute augmentation de pression _P4 a pour effet de fermer le détendeur, donc de faire baisser rapidement la pression dans l'évaporateur, du fait de l'aspiration du compresseur. Le détendeur s'ouvre finalement pour une valeur P₂ - ΔP'₂ de la pression d'évaporation, et se ferme pour une valeur P₂ + ΔP₂. Il se produit une succession d'injections périodiques de fluide dans l'évaporateur.

[0031] Il est évident que, dans ce régime oscillant stable, pendant les phases de fermeture du détendeur, il se produit en fait une élévation de T₄, puisque les calories extérieures absorbées par l'évaporateur n'ont plus de nouvel apport de liquide à évaporer et provoquent la surchauffe de la vapeur sèche. Il en résulte une tendance supplémentaire à l'ouverture, par croissance de la pression P(T₄) en même temps que chute de P₄. Inversement, la diminution de T₄ pendant les phases d'ouverture provoque également une tendance supplémentaire à la fermeture. Ainsi, la régulation s'effectue avec une oscillation de température allant de T₄ + AT à T₄ - ΔT.

[0032] Mais il est évident que l'apport extérieur de calories à l'échangeur extérieur subit des variations très importantes, en fonction de l'ensoleillement, du vent et de la température extérieure. Lorsque, au cours d'un régime de marche donné, il se produit un apport supplémentaire de calories, la température à la sortie de l'évaporateur augmente et, par suite, il en résulte une tendance à l'ouverture du détendeur [action de P(T₄)], laquelle pourrait créer une instabilité. Mais l'apport supplémentaire de calories fait en même temps croître la pression, et l'action de P₄ sous la membrane s'exerce cette fois en sens inverse de celle de P(T₄), grâce à quoi un nouveau régime stable de régulation, correspondant à une température et à une pression plus élevées, peut être atteint. Un raisonnement identique montre qu'une diminution de l'apport calorifique conduit également à un nouveau régime stable, à température et à pression plus basses.

[0033] Il convient de faire observer qu'à chaque point de fonctionnement en régime stable défini par une pression P₂ et une température T₂, il correspond, dans la tubulure de l'échangeur extérieur, un point compris entre son entrée et à sa sortie, ou même, au-delà de cette dernière, dans la conduite de sortie, au-delà duquel tout le fluide caloporteur a été vaporisé et où la vapeur sèche commence à subir une surchauffe. Entre l'entrée de l'évaporateur et ce point limite de vapeur saturante, on a un mélange liquide-vapeur dont la proportion de vapeur croît le long du parcours.

[0034] Tant que l'apport extérieur de calories reste dans une zone moyenne de valeurs, la régulation a pour effet de maintenir stable la position moyenne du point limite, et l'on choisit les réglages pour que cette position moyenne soit proche de la sortie de l'évaporateur ou même un peu au-delà.

[0035] En effet, toute réduction de l'apport calorifique extérieur réduit à la fois le débit du fluide d'une part, et la température et la pression d'ébullition d'autre part, donc l'équilibre peut être atteint ; à l'inverse, toute augmentation de l'apport calorifique se traduit par une augmentation à la fois du débit d'une part, et de la température et la pression d'ébullition d'autre part, donc l'équilibre peut également être atteint.

[0036] La position d'équilibre correspond à une absorption maximale des calories extérieures par l'échangeur, puisque l'évaporation se poursuit sensiblement sur toute la longueur du parcours. Grâce au séparateur de gouttes liquides 3, on supprime le risque, inhérent à ce réglage particulier du dispositif, qu'un fluide non entièrement à l'état de vapeur sèche puisse arriver au compresseur.

[0037] En dehors de la zone moyenne définie ci-dessus, une première situation est celle où l'apport thermique est très faible et pourrait conduire à un débit nul permanent. Dans ce cas, comme on l'expliquera ci-après, l'échangeur 2 apporte une surchauffe qui ramène la plage de fonctionnement de la régulation et le point limite de vapeur saturante dans des zones acceptables. Ce mode de fonctionnement revient à suralimenter l'évaporateur lorsque les conditions climatiques sont sévères, ce qui, dans certaines limites, pourrait aussi être obtenu en agissant sur les réglages, mais avec un risque de coups de liquide à l'aspiration du compresseur.

[0038] Une deuxième situation est celle où l'apport thermique est très important (ensoleillement considérable par exemple). Un emballement de l'installation est alors accepté, jusqu'au moment où les terminaux d'utilisation provoquent l'arrêt de la machine.

[0039] Il convient de souligner que le mode de régulation qui vient d'être décrit diffère notablement de celui qui est utilisé dans certaines installations de chambre froide où un détendeur relié à un capteur de la température de la chambre froide fournit à un évaporateur un débit régulé pour maintenir constante ladite température.

[0040] Dans cette régulation, la pression n'est pas prise en compte et il n'y a aucune préoccupation de maintenir le point limite de vapeur saturante au voisinage de la sortie de l'évaporateur.

[0041] Au contraire, lorsque ladite température est basse, la régulation rapproche ce point limite de l'entrée de l'évaporateur, diminuant ainsi le rendement, dont le maintien à une valeur optimale n'est nullement recherché.

[0042] Dans les explications qui précèdent, il n'a pas été tenu compte de l'influence des pertes de charge dans le circuit de l'évaporateur, entre son entrée et l'entrée d'aspiration du compresseur.

[0043] Or, pour une température d'ébullition T_o à la pression P qui règne à l'entrée de l'évaporateur, on aura une pression P_o - p_c (P_c étant la perte de charge), à l'entrée du compresseur et, dans le bulbe, une pression P_o +ΔP(ΔT), P étant l'accroissement de la pression d'ébullition quand la température passe de la valeur T_o à la valeur T_o + ΔT,ΔT étant la surchauffe. Si P_R est la pression du ressort (en supposant égales les surfaces de poussée, pour simplifier le raisonnement), l'équilibre sera donc atteint pour ^P₀ +ΔP(ΔT) = P_R ⁺ P_o - P_c, Par conséquent, la surchauffe ΔT sera telle que : ΔP(ΔT) ⁼ p_R- p_c

[0044] En réglant convenablement la pression du ressort, on peut ainsi obtenir, pour une perte de charge donnée, une surchauffe fixée à l'avance (6 à 7°C par exemple).

[0045] L'installation qui vient d'être décrite ne fonctionne que pour le chauffage, c'est-à-dire avec des températures extérieures qui sont, en hiver, le plus souvent suffisamment basses pour que la vanne 10 se trouve fermée, mettant ainsi en service l'échangeur 2.

[0046] Grâce à la régulation, on évite ainsi toute surchauffe excessive qui risquerait d'amener le gaz à haute pression à une température supérieure à la température critique du "Fréon" 22 (130°C) ou, en tout cas, d'accroître la consommation du moteur électrique du compresseur et, en réduisant la viscosité de l'huile de graissage miscible au "Fréon", de réduire la durée de vie du compresseur.

[0047] Comme on l'a expliqué ci-dessus, la régulation, à elle seule, n'absorbe par contre pas complètement les insuffisances graves d'apport calorifique en cas de températures extérieures très basses et d'absence de vent et d'ensoleillement. Or il est essentiel que le compresseur puisse fonctionner avec son débit spécifique pour amener le fluide à une température d'au moins 100°C qui permettra à la condensation de restituer les calories avec un bon coefficient de performance.

[0048] Les échangeurs 303 et surtout 2 permettent l'obtention de ce résultat en élevant la température du gaz à basse pression. Ils ont en outre un rôle de sous-refroidissement complémentaire : la température du fluide à contre-courant qui sort de l'échangeur 2 se trouve abaissée (entre 25 et 27°C par exemple), si bien qu'il comporte une proportion plus importante de phase liquide.

[0049] La figure 4 permet de se rendre compte que le complément de sous-refroidissement apporté par les échangeurs 2 et 303 a pour effet de déplacer vers la gauche le point 3 du diagramme d'enthalpie, qui passe ainsi en 3'.

[0050] Dans ce diagramme, 1-2 représente la phase de compression, 2-3 la phase de condensation, 3-3' le sous-refroidissement complémentaire, 3'-4 la phase de détente, 4-1 la phase d'évaporation. La surface hachurée illustre l'apport thermique supplémentaire dû au complément de sous-refroidissement.

[0051] Le diagramme illustre également les effets qui résulteraient d'une pression d'évaporation trop basse ou d'une surchauffe excessive, effets que la régulation et les échangeurs auxiliaires permettent d'éviter.

[0052] Le mode de fonctionnement décrit procure finalement un meilleur coefficient de performance que dans une pompe à chaleur classique.

[0053] Dans la variante à fonctionnement réversible représentée à la figure 5, on retrouve l'échangeur extérieur 1, le petit échangeur 2, le séparateur 3, le compresseur 4, les pressostats 5 et 6, l'échangeur "Fréon-eau" 8, le receveur 9. Deux détendeurs 13e et 13h sont prévus, ainsi qu'une vanne d'inversion été-hiver 16 à quatre voies et, en outre, un petit échangeur supplémentaire 17 et un ballon d'eau chaude 18.

[0054] En hiver, la vanne 16 est positionnée pour établir la connexion 16h indiquée en pointillé, c'est-à-dire que la canalisation qui sort de l'échangeur 2 est reliée à la canalisation 301, tandis que la canalisation 171 qui sort de l'échangeur 17 est reliée à l'échangeur intérieur "Fréon-eau" 8 qui joue alors le rôle de condenseur.

[0055] Le "Fréon" à haute pression qui sort du compresseur traverse l'échangeur supplémentaire 17 avant d'arriver dans le condenseur 8 par la canalisation 171. L'échangeur 17 comporte un circuit d'eau 172, muni d'une pompe 173 et d'un vase d'expansion 174 et qui traverse le ballon 18 alimenté en 180 en eau de la ville.

[0056] Un capteur de température 181 commande l'ouverture d'une vanne 182 dès que la température de l'eau du ballon atteint par exemple 46°C. L'échangeur 17 est alors by-passé.

[0057] On notera que, dans le mode d'exécution de la figure 5, l'échangeur 2 comporte, en dehors du circuit principal de "Fréon", un circuit d'eau à contre-courant 200, monté en dérivation sur le circuit 172 et muni d'une électro-vanne 203. Celle-ci est commandée en hiver par un capteur de température 204 qui mesure la température du fluide dans la canalisation 103. Si cette température descend par exemple en dessous de -12°C, la vanne 203 s'ouvre et le "Fréon" est ainsi porté à température suffisante pour assurer une pression d'évaporation normale. Autrement dit, l'échangeur 2 joue le même rôle qu'à la figure 1 et coopère de la même façon avec la régulation du détendeur 13h pour obtenir les mêmes conditions de travail optimal de l'évaporateur, quelles que soient les conditions extérieures. Pour simplifier le dessin, on n'a pas représenté le bulbe et le capteur de pression qui sont associés au détendeur 13h et placés en amont du compresseur, comme dans le mode d'exécution précédent.

[0058] On notera que ce rôle de l'échangeur 2 ne peut être joué pleinement que lorsque l'eau du circuit 172 a été portée à sa température normale de 46°C par l'échangeur 17. Compte tenu de cette température, la pression d'évaporation du "Fréon" peut être élevée d'environ 300 g/_cm².

[0059] L'échangeur 17 est, comme on l'a indiqué, by-passé dès que l'eau du ballon est à 46°C. Cet échangeur fonctionne, en pratique, presque en permanence. On notera que si, malgré la régulation, et par suite d'un apport extérieur de calories exceptionnel au niveau de l'échangeur 1 (dû à une température élevée de l'air, un vent fort ou une irradiation solaire intense), la température à la sortie du compresseur avait tendance à s'élever, l'échangeur 17 jouerait alors, pendant ses périodes de fonctionnement, le rôle de désurchauffeur, ramenant ainsi la température de condensation à une valeur normale.

[0060] On a représenté en 140 une petite canalisation d'injection de "Fréon" à haute pression en aval du détendeur 13h, commandée par une vanne de dégivrage 14, elle-même ouverte sous la commande d'un capteur de température 141. Le dégivrage fonctionne comme on l'a expliqué en se référant à la figure 1.

[0061] A la sortie de l'échangeur interne 8, le "Fréon" à haute pression traverse le clapet anti-retour 90, le receveur 9, l'échangeur 303, le filtre 11, la vanne 12h alors ouverte (tandis que la vanne 12e est fermée) et le détendeur 13h, pour revenir à l'évaporateur 1 par la canalisation 102.

[0062] En été, la vanne 16 est positionnée pour établir la connexion figurée en trait plein, c'est-à-dire que la sortie de l'échangeur 8 est reliée à la canalisation 301, tandis que la canalisation 171 est reliée à l'échangeur 2.

[0063] L'eau qui circule dans le circuit de climatisation (non figuré) par les canalisations 801 et 802 est, à la mise en service de l'installation, à une température élevée (15 à 18⁰C par exemple). L'échangeur 8 joue alors le rôle d'évaporateur.

[0064] Le "Fréon" à basse pression pénètre dans le séparateur 3, et arrive au compresseur 4. Le "Fréon" à haute pression traverse l'échangeur 17, puis l'échangeur 2, l'échangeur extérieur 1 qui joue alors le rôle de condenseur, le clapet anti-retour 1020, le receveur 9, l'échangeur 303, le filtre 11, la vanne 12e alors ouverte, le détendeur 13e. Le "Fréon" à basse pression revient alors à l'évaporateur 8 par la canalisation 803.

[0065] La régulation de la pression d'évaporation s'effectue comme déjà indiqué, le débit du détendeur 13e étant commandé par des capteurs de température et de pression, non figurés, placés en amont du compresseur.

[0066] Dans ce mode de fonctionnement en climatisation, le "Fréon" qui circule dans l'échangeur 2 est à haute pression et à une température relativement élevée (60°C par exemple). C'est ce qui explique que l'échangeur extérieur 1 puisse jouer le rôle de condenseur, même s'il est lui-même porté à une température relativement élevée (toutefois inférieure à 40°C) par le rayonnement solaire. Comme il a une surface importante (structure à ailettes) et est conçu pour avoir des pertes par convection importantes, cet échangeur extérieur pourra évacuer statiquement les calories dues à la condensation.

[0067] En marche été, la vanne 203 n'est plus commandée par le capteur 204, mais par le pressostat 6 (cette commande a été représentée par un simple trait mixte au dessin ; en réalité, un dispositif de commutation été-hiver de la commande de la vanne 203 doit être prévu). Si la pression à la sortie du compresseur dépasse une valeur prédéterminée, par suite du fait que le condenseur 1 n'arrive plus à évacuer les calories, la vanne s'ouvre et, par conséquent, l'échangeur 2 contribue à évaluer les calories du "Fréon", qii sont récupérées par le circuit d'eau chaude 172.

[0068] L'échangeur 17 joue, de son côté, un rôle de désurchauffeur lorsque les apports de calories au niveau de l'échangeur intérieur 8 sont importants. Les calories en excès sont récupérées par le circuit d'eau chaude 172.

[0069] Bien que l'on ait représenté à la figure 5 un échangeur intérieur 8 du type "Fréon-eau", on pourrait le remplacer par un ou plusieurs échangeurs assurant l'échange thermique direct entre le "Fréon" du circuit de l'installation et l'air du local à climatiser. Dans cette solution, qui présente l'avantage de réduire l'inertie thermique de l'installation, on placera avantageusement les différents échangeurs intérieurs en dérivation sur le circuit de l'installation, suivant une disposition assurant l'égalisation des pertes de charge pour les différents échangeurs intérieurs. On peut ainsi alimenter plusieurs terminaux, du genre ventilo-convecteurs par exemple, avec un seul détendeur, celui-ci assurant la régulation en tenant compte de la perte de charge.

[0070] Dans cette variante (non figurée) on ajoutera, si nécessaire, un échangeur auxiliaire supplémentaire pour.assurer le sous-refroidissement.

[0071] Il va de soi que diverses variantes pourront être imaginées par l'homme du métier et diverses modifications apportées aux schémas décrits et représentés, sans s'écarter de l'esprit de l'invention.

Revendications

1. Installation à pompe à chaleur, pour le chauffage et/ou le refroidissement d'un local, comprenant, en série dans un circuit fermé de fluide caloporteur :

- un compresseur (4) ;

- un condenseur (8) relié à la sortie à haute pression du compresseur ;

- un détendeur (13) ;

- un évaporateur (1) dont la sortie est reliée à l'entrée à basse pression du compresseur,

le condenseur et l'évaporateur étant constitués par des échangeurs dont l'un (8) est situé à l'intérieur du local, l'autre (1) à l'extérieur,
caractérisée en ce que :

l'échangeur extérieur (1) est un échangeur statique à grande surface d'échange thermique avec l'air extérieur ; et que des moyens de régulation (138-B) sont prévus pour régler le débit du détendeur (13) de manière à maintenir le point du circuit de l'évaporateur en aval duquel le fluide caloporteur est entièrement vaporisé au voisinage du point de sortie de l'évaporateur et même, de préférence, un peu au-delà de ce point de sortie.

2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de régulation comportent une membrane (136) dont les déplacements sont transmis à l'organe (132) de régulation de débit du détendeur et des moyens (B) de soumettre la membrane, dans le sens de l'ouverture, à la pression de vapeur saturante qui correspond à la température du fluide à l'aspiration du compresseur et, dans le sens de la fermeture, à la pression effective du fluide à l'aspiration du compresseur (138) et à une poussée supplémentaire réglable, avantageusement exercée par un ressort (139), ladite poussée supplémentaire étant déterminée pour tenir compte de la perte de charge du circuit jusqu'à l'aspiration et pour obtenir une valeur de surchauffe prédéterminée, avantageusement de l'ordre de 6 à 8°C.

3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par des moyens (2) d'échange thermique entre le fluide caloporteur qui sort de l'évaporateur et le fluide à haute pression et un organe (10-1000) de mise en service de ces moyens en deçà d'un seuil prédéterminé d'apport thermique à l'évaporateur.

4. Installation selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que lesdits moyens comportent un bulbe (B) de prise de la température du fluide en amont du compresseur et un capillaire (138) de prise de la pression du fluide au voisinage du point de prise de la température.

5. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdits moyens d'échange thermique comportent un échangeur auxiliaire (2) dans lequel circulent en sens inverses le fluide sortant de l'évaporateur et le fluide sous-refroidi en aval du condenseur.

6. Installation selon la revendication 5, caractérisée par un échangeur de sous-refroidissement supplémentaire (303) placé entre ledit échangeur auxiliaire et le condenseur et dans lequel un échange thermique s'effectue en permanence entre le fluide sous-refroidi et le fluide à basse pression sortant de l'échangeur auxiliaire (2).

7. Installation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée par des moyens (14-140-141) d'injecter temporairement, à l'entrée de l'évaporateur (1), une fraction prédéterminée du fluide à haute pression, chaque fois que les conditions climatiques sont telles qu'un risque de givrage de l'échangeur extérieur se présente.

8. Installation selon l'une des revendications 1 à 4, comportant un organe de distribution (16) apte à établir un circuit de chauffage (16h) dans lequel l'échangeur extérieur M) joue le rôle d'évaporateur et l'échangeur intérieur (8) joue le rôle de condenseur, ou un circuit de réfrigération dans lequel l'échangeur intérieur (8) joue le rôle d'évaporateur et l'échangeur extérieur (1) joue le rôle de condenseur,
caractérisée en ce que lesdits moyens d'échange thermique comportent un premier échangeur auxiliaire (2) dans lequel circulent, d'une part, le fluide caloporteur sortant de l'échangeur extérieur en mode chauffage ou entrant dans l'échangeur extérieur en mode réfrigération, d'autre part, l'eau d'un circuit auxiliaire (200) en dérivation sur un circuit d'eau fermé (172), et un second échangeur auxiliaire (17) dans lequel circulent, d'une part, le fluide caloporteur sortant du compresseur, d'autre part, l'eau dudit circuit fermé (172), un organe (203) de mise en service du circuit auxiliaire, en mode chauffage lorsque la température du fluide qui entre dans l'évaporateur devient inférieure à une valeur prédéterminée, en mode réfrigération lorsque la pression à la sortie du compresseur (6) devient supérieure à une valeur prédéterminée.

9. Installation selon la revendication 8, caractérisée par un ballon (18) de chauffage d'eau sanitaire chauffé par ledit circuit fermé et par un organe (181-182) de commande de by-pass du circuit de fluide caloporteur dudit second échangeur auxiliaire (17) lorsque la température de l'eau du ballon atteint un seuil prédéterminé.

10. Installation selon la revendication 8 ou 9, caractérisée par un échangeur supplémentaire (303) de sous-refroidissement effectuant un échange thermique entre le fluide à basse pression sortant de l'évaporateur et le fluide sous-refroidi sortant du condenseur.

11. Installation selon la revendication 8, 9 ou 10, caractérisée par des moyens (14-140-141) d'injecter à l'entrée de l'évaporateur (1) une fraction prédéterminée du fluide à haute pression chaque fois que la température du fluide de sortie de l'évaporateur est inférieure à une seconde valeur prédéterminée.

₁₂. Installation selon l'une des revendications 1 à 11,
caractérisée en ce qu'au moins l'échangeur extérieur (1) comporte une pluralité de tubes (100) munis d'ailettes (101) et en contact direct avec l'air extérieur.

13. Installation selon la revendication 5 ou 8, caractérisée en ce que chacun desdits échangeurs auxiliaires comporte un tube central muni extérieurement d'un filetage hélicoïdal et dans lequel passe le fluide caloporteur à l'état gazeux et un tube extérieur concentrique, le fluide sous-refroidi ou l'eau circulant à grande vitesse en tournant le long dudit filetage.

14. Installation selon la revendication 8, caractérisée par un ou plusieurs échangeurs intérieurs assurant l'échange thermique direct entre le fluide caloportéur et l'air du local et montés en dérivation dans le circuit de façon à y introduire des pertes de charge sensiblement identiques.

Dessins