FR3009071A1 - REFRIGERATIVE CIRCUIT, INSTALLATION COMPRISING SUCH CIRCUIT AND CORRESPONDING METHOD - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un circuit frigorifique (2) pour une installation, appelée thermofrigopompe (1), comprenant un compresseur (200), un échangeur condenseur (21, 22), un échangeur (25) d'équilibrage, un nœud (NL1) de liaison entre l'échangeur condenseur (21, 22) et l'échangeur (25) d'équilibrage, et un échangeur (23) évaporateur, deux dispositifs (51, 52) de gestion de fluide comprenant chacun quatre voies. L'invention concerne également une installation comprenant un tel circuit frigorifique et des circuits de production de fluide chaud et froid, et un procédé de chauffage et/ou de refroidissement de fluide à l'aide d'une telle installation.The invention relates to a refrigerant circuit (2) for an installation, called thermofridge pump (1), comprising a compressor (200), a condenser exchanger (21, 22), a balancing exchanger (25), a node (NL1) connection between the condenser exchanger (21, 22) and the balancing exchanger (25), and an evaporator exchanger (23), two fluid management devices (51, 52) each comprising four channels. The invention also relates to an installation comprising such a refrigerant circuit and hot and cold fluid production circuits, and a method for heating and / or cooling fluid using such a facility.
Description
La présente invention concerne de manière générale les installations et les procédés de chauffage et de refroidissement de fluides, notamment pour un bâtiment.The present invention generally relates to installations and methods for heating and cooling fluids, in particular for a building.
On connait de l'état de la technique des installations de chauffage et de refroidissement de fluides, de type pompe à chaleur. Ainsi, le document "La production simultanée d'eau glacée et d'eau chaude à 95°C par une thermofrigopompe d'une laiterie", rédigé en 1982 par E. Lecrivain, G. Laroche et A. Vallot, dans la Revue Internationale du Froid, décrit une installation composée de deux circuits frigorifiques en cascade permettant de fournir de l'eau à 95°C et de l'eau glacée. Une telle installation permet d'économiser une quantité d'énergie importante par comparaison avec une installation équivalente qui serait composée d'un groupe frigorifique et d'une chaudière à gaz.It is known from the state of the art heating and cooling fluid systems, heat pump type. Thus, the document "The simultaneous production of ice water and hot water at 95 ° C by a thermofridge pump of a dairy", written in 1982 by E. Lecrivain, G. Laroche and A. Vallot, in the International Review Cold, describes an installation consisting of two cascade refrigerant circuits to supply water at 95 ° C and chilled water. Such an installation saves a significant amount of energy compared to an equivalent installation which would be composed of a refrigeration unit and a gas boiler.
Cependant, les fonctionnalités offertes par ces installations connues de l'état de la technique sont limitées et leur complexité s'est avérée source de problèmes.However, the features offered by these known prior art installations are limited and their complexity has proved to be a source of problems.
Il est donc souhaitable de développer une nouvelle installation de chauffage et de refroidissement de fluides apportant un gain d'efficacité énergétique par rapport aux solutions usuelles, tout en utilisant un minimum de fluide frigorigène et en permettant l'activation de différents modes de fonctionnement pour répondre aux besoins de chauffage et de refroidissement de fluides dans un bâtiment, dans une architecture simplifiée. La présente invention a pour but de proposer une nouvelle installation de chauffage et de refroidissement de fluides proposant une architecture autorisant le chauffage d'un fluide, par exemple pour la production d'eau chaude sanitaire et/ou le chauffage du bâtiment, et le refroidissement d'un autre fluide, aussi bien simultanément qu'indépendamment l'un de l'autre.It is therefore desirable to develop a new installation for heating and cooling fluids bringing a gain in energy efficiency compared to conventional solutions, while using a minimum of refrigerant and allowing the activation of different modes of operation to meet the need for heating and cooling fluids in a building, in a simplified architecture. The object of the present invention is to propose a new installation for heating and cooling fluids proposing an architecture allowing the heating of a fluid, for example for the production of domestic hot water and / or the heating of the building, and the cooling of another fluid, both simultaneously and independently of each other.
Un autre but de l'invention est de proposer une nouvelle installation de chauffage et de refroidissement de fluides utilisant un minimum de fluide frigorigène.Another object of the invention is to propose a new installation for heating and cooling fluids using a minimum of refrigerant.
Un autre but de l'invention est de limiter la consommation en énergie de l'installation. Un autre but de l'invention est aussi de proposer une installation de chauffage et de refroidissement de fluides permettant de dégivrer, avec une 10 consommation d'énergie réduite, la partie de l'installation soumise au givre. A cet effet, l'invention a pour objet un circuit frigorifique pour une installation, appelée thermofrigopompe, pour le chauffage et/ou le refroidissement de fluides, comprenant : 15 - un compresseur, - un échangeur, appelé échangeur condenseur, comprenant un circuit condenseur, - un échangeur, appelé échangeur d'équilibrage, comprenant un circuit appelé circuit condenseur/évaporateur apte à fonctionner soit en condenseur soit en 20 évaporateur, et de préférence un ventilateur associé audit échangeur d'équilibrage, - un premier noeud de liaison entre une branche du circuit frigorifique munie de l'échangeur condenseur et une branche du circuit frigorifique munie de l'échangeur d'équilibrage, ledit noeud de liaison étant situé du côté de la sortie 25 de l'échangeur condenseur, - un échangeur, appelé échangeur évaporateur, comprenant un circuit évaporateur, - un premier dispositif de gestion de fluide comprenant quatre voies, dont une première voie, appelée voie d'entrée, raccordée à la sortie du compresseur, 30 une deuxième voie, appelée voie basse pression, une troisième voie raccordée à l'échangeur d'équilibrage du côté opposé au premier noeud de liaison, et une quatrième voie raccordée à l'entrée dudit échangeur condenseur ; - un deuxième dispositif de gestion de fluide comprenant quatre voies, dont une première voie, appelée voie d'entrée, raccordée audit premier noeud de liaison, une deuxième voie, appelée voie basse pression, une troisième voie raccordée à l'entrée de l'échangeur évaporateur, et une quatrième voie raccordée à l'échangeur d'équilibrage entre le premier noeud de liaison et le circuit condenseur/évaporateur de l'échangeur d'équilibrage ; - un premier détendeur situé entre la troisième voie du deuxième dispositif de gestion de fluide et l'échangeur évaporateur, et - un deuxième détendeur situé entre la quatrième voie du deuxième dispositif 10 de gestion de fluide et l'échangeur d'équilibrage, les deuxièmes voies des dispositifs de gestion étant raccordées à une branche du circuit frigorifique qui s'étend entre la sortie du circuit évaporateur de l'échangeur évaporateur et l'entrée du compresseur, chaque dispositif de gestion de fluide étant configuré pour présenter une 15 première configuration selon laquelle la voie d'entrée est mise en communication avec la troisième voie, la voie basse pression étant mise en communication avec la quatrième voie, et une deuxième configuration dans laquelle la voie d'entrée est mise en communication avec la quatrième voie, la voie basse pression étant mise en 20 communication avec la troisième voie. Comme détaillé ci-après, une telle installation permet de bénéficier d'une production simultanée ou alternée de fluide chaud et de fluide froid utilisables pour le chauffage, la production d'eau chaude sanitaire, et le rafraichissement, 25 notamment pour un bâtiment par exemple de type résidentiel ou tertiaire. L'échangeur d'équilibrage permet d'ajuster la production de chaud et de froid en passant d'un mode à un autre par pilotage des dispositifs de gestion de fluide de sorte que dans certains modes l'échangeur d'équilibrage fonctionne 30 en condenseur et dans d'autres modes l'échangeur d'équilibrage fonctionne en évaporateur.Another object of the invention is to limit the energy consumption of the installation. Another object of the invention is also to provide a heating and cooling fluid facility for defrosting, with reduced energy consumption, the portion of the installation subjected to frost. For this purpose, the subject of the invention is a refrigerant circuit for an installation, called a heat pump, for heating and / or cooling fluids, comprising: a compressor, an exchanger, called a condenser exchanger, comprising a condenser circuit; an exchanger, called a balancing exchanger, comprising a circuit called a condenser / evaporator circuit able to operate either in a condenser or in an evaporator, and preferably a fan associated with said balancing exchanger, a first connection node between a branch of the refrigerant circuit provided with the condenser exchanger and a branch of the refrigerant circuit provided with the equilibrium exchanger, the said connection node being situated on the side of the outlet 25 of the condenser exchanger, - an exchanger, referred to as the evaporator exchanger , comprising an evaporator circuit, - a first fluid management device comprising four channels, including a first channel, called input channel, connected to the output of the compressor, a second channel, called a low-pressure path, a third channel connected to the balancing exchanger on the opposite side to the first connection node, and a fourth channel connected to the input of said condenser exchanger; a second fluid management device comprising four channels, including a first channel, called an input channel, connected to said first connection node, a second channel, called a low-pressure channel, a third channel connected to the input of the second channel; evaporator exchanger, and a fourth channel connected to the balancing exchanger between the first connection node and the condenser / evaporator circuit of the balancing exchanger; a first expander located between the third channel of the second fluid management device and the evaporator exchanger, and a second expander situated between the fourth channel of the second fluid management device and the balancing exchanger, the second wherein the channels of the management devices are connected to a branch of the refrigerant circuit which extends between the evaporator exchanger circuit output and the compressor inlet, each fluid management device being configured to have a first configuration according to which the input channel is in communication with the third channel, the low-pressure path being communicated with the fourth channel, and a second configuration in which the input channel is put in communication with the fourth channel, the channel low pressure being communicated with the third channel. As detailed below, such an installation makes it possible to benefit from a simultaneous or alternating production of hot fluid and of cold fluid that can be used for heating, the production of domestic hot water, and cooling, particularly for a building for example residential or tertiary type. The balancing exchanger makes it possible to adjust the production of hot and cold by switching from one mode to another by controlling the fluid management devices so that in certain modes the balancing exchanger operates as a condenser. and in other modes the balancing exchanger operates as an evaporator.
Grâce au raccord de chaque deuxième voie (voie basse pression) à la partie du circuit frigorifique située en aval de l'échangeur évaporateur et en amont du compresseur, les dispositifs de gestion à quatre voies permettent de connecter, suivant le mode de fonctionnement activé, les échangeurs non utilisés du circuit frigorifique à la partie basse pression du circuit frigorifique, tout en mettant en communication entre eux les échangeurs utilisés dans ce mode de fonctionnement. Cette spécificité de l'architecture du circuit frigorifique qui permet de raccorder les échangeurs non utilisés à la partie basse pression, agit comme un tirage au vide dans les parties non utilisées du circuit frigorifique et permet de réintégrer le fluide frigorigène dans les parties utiles du circuit frigorifique en évitant le piégeage de fluide frigorigène dans les parties du circuit non utilisées.Thanks to the connection of each second channel (low pressure path) to the part of the refrigerant circuit located downstream of the evaporator exchanger and upstream of the compressor, the four-way management devices make it possible to connect, according to the activated operating mode, the unused exchangers of the refrigerant circuit at the low-pressure part of the refrigerant circuit, while putting the exchangers used in this operating mode into communication with each other. This specificity of the architecture of the refrigerant circuit which makes it possible to connect the unused exchangers to the low-pressure part acts as a draw-off in the unused parts of the refrigerant circuit and makes it possible to reintegrate the refrigerant into the useful parts of the circuit. refrigerant by avoiding the trapping of refrigerant in unused parts of the circuit.
En particulier, le fait de pouvoir mettre en communication la deuxième voie (voie basse pression) du premier dispositif de gestion avec la quatrième voie raccordée à l'échangeur condenseur ou encore la troisième voie raccordée à l'échangeur d'équilibrage, permet, lorsque ledit échangeur condenseur ou l'échangeur d'équilibrage n'est pas actif, du fait du mode de fonctionnement sélectionné de l'installation, de faire migrer la vapeur de fluide frigorigène, emprisonnée dans ces échangeurs, dans la partie basse pression active du circuit frigorifique. De même, le raccord de la sortie de l'échangeur évaporateur à la partie basse-pression permet lorsque ledit échangeur évaporateur est inactif de récupérer dans la partie basse pression active du circuit frigorifique les vapeurs de fluide frigorigène restées dans ledit échangeur évaporateur. Il est ainsi possible de réduire la charge du circuit frigorifique en fluide frigorigène au minimum nécessaire au mode de fonctionnement qui demande le plus de charge.In particular, the fact of being able to put in communication the second channel (low pressure way) of the first management device with the fourth channel connected to the condenser exchanger or the third channel connected to the balancing exchanger, allows, when said condenser exchanger or the balancing exchanger is not active, because of the selected operating mode of the installation, to migrate the refrigerant vapor, trapped in these exchangers, in the low active pressure part of the circuit refrigeration. Likewise, the connection of the outlet of the evaporator exchanger to the low-pressure part makes it possible, when said evaporator exchanger is inactive, to recover in the active low-pressure part of the refrigerant circuit the vapor of refrigerant remaining in said evaporator exchanger. It is thus possible to reduce the refrigerant refrigerant circuit load to the minimum necessary for the operation mode that requires the most load.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le circuit frigorifique comporte aussi un échangeur, appelé échangeur sous-refroidisseur, qui comprend un premier circuit de transfert de chaleur disposé entre la voie d'entrée du deuxième dispositif de gestion et le premier noeud de liaison, et de préférence disposé entre ladite voie d'entrée et une bouteille de liquide.According to a preferred embodiment of the invention, the refrigerant circuit also comprises an exchanger, called a subcooler exchanger, which comprises a first heat transfer circuit arranged between the input channel of the second management device and the first node. connecting, and preferably disposed between said inlet channel and a bottle of liquid.
Comme détaillé ci-après, l'utilisation d'un tel échangeur sous-refroidisseur permet de récupérer et de stocker de l'énergie pour l'utiliser en temps différé afin d'améliorer les performances de chauffage de fluide et/ou de dégivrer l'échangeur d'équilibrage.As detailed below, the use of such a subcooler exchanger makes it possible to recover and store energy for using it in a delayed time in order to improve the fluid heating performance and / or to defrost the fluid. balancing exchanger.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit circuit comprend un clapet anti-retour agencé entre la sortie de l'échangeur évaporateur et ledit raccord des deuxièmes voies des dispositifs de gestion pour empêcher le fluide de circuler depuis ledit raccord vers l'échangeur évaporateur.According to an advantageous characteristic of the invention, said circuit comprises a non-return valve arranged between the outlet of the evaporator exchanger and said connection of the second channels of the management devices to prevent the fluid from flowing from said connection to the evaporator exchanger. .
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit circuit comprend un clapet anti-retour agencé entre le premier noeud de liaison et l'échangeur condenseur pour empêcher une circulation de fluide depuis ledit premier noeud de liaison vers l'échangeur condenseur.According to an advantageous characteristic of the invention, said circuit comprises a non-return valve arranged between the first connection node and the condenser exchanger to prevent a fluid flow from said first connection node to the condenser exchanger.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit circuit frigorifique comprend un clapet anti-retour agencé entre, d'une part, le premier noeud de liaison et, d'autre part, un troisième noeud de liaison entre le deuxième détendeur et l'échangeur d'équilibrage, pour empêcher une circulation de fluide depuis ledit premier noeud de liaison vers le troisième noeud de liaison.According to an advantageous characteristic of the invention, said refrigerant circuit comprises a nonreturn valve arranged between, on the one hand, the first connection node and, on the other hand, a third connection node between the second expander and the balancing exchanger, for preventing fluid flow from said first link node to the third link node.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit circuit comprend un clapet anti-retour agencé entre la quatrième voie du deuxième dispositif de gestion et le deuxième détendeur pour empêcher une circulation de fluide depuis le deuxième détendeur vers la quatrième voie du deuxième dispositif de gestion. La présence de ces clapets anti-retour permet de bénéficier des différents modes de fonctionnement de l'installation sans avoir à prévoir d'électrovannes spécifiques. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit premier dispositif de 5 gestion de fluide est une vanne 4-voies qui comprend un organe, appelé tiroir, déplaçable entre deux positions correspondant respectivement auxdites première et deuxième configurations du premier dispositif de gestion de fluide. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit deuxième dispositif 10 de gestion de fluide est une vanne 4-voies qui comprend un organe, appelé tiroir, déplaçable entre deux positions correspondant respectivement auxdites première et deuxième configurations du deuxième dispositif de gestion de fluide. 15 La conception d'une telle architecture de communication entre les échangeurs du circuit frigorifique et l'utilisation de deux vannes 4-voies permet de n'utiliser qu'un nombre réduit d'actionneurs pour commander les différents modes de fonctionnement de l'installation, et ainsi de réduire le coût et d'améliorer la fiabilité de l'installation, et de gérer de manière optimale la charge de fluide 20 frigorigène. En effet, l'utilisation de deux vannes 4-voies pour distribuer le fluide frigorigène dans les échangeurs utilisés dans les différents modes simplifie le passage d'un mode à un autre par rapport à une solution à quatre électrovannes 2- 25 voies. Le nombre d'actionneurs et de sorties d'automate est donc limité. En outre, comme détaillé ci-après, le raccordement de la deuxième voie de chaque dispositif de gestion à l'entrée d'une bouteille anti-coup de liquide dont la sortie est elle même raccordée à l'entrée du compresseur, permet d'assurer 30 une différence de pression entre les couples de voies du dispositif de gestion mises en communication afin d'assurer un bon déplacement du tiroir du dispositif de gestion correspondant. En effet, chaque deuxième voie est mise à la basse pression par sa connexion avec l'entrée de la bouteille anti-coup de liquide. La voie du dispositif de gestion mise en communication avec cette deuxième voie est alors aussi ramenée à la basse pression, et la voie d'entrée de chaque dispositif de gestion, de même que la voie avec laquelle ladite voie d'entrée est mise en communication, sont à haute pression. Avantageusement, ledit circuit comprend un échangeur supplémentaire, disposé en série avec l'échangeur condenseur, entre ledit premier noeud de liaison et la quatrième voie du premier dispositif de gestion. Ainsi, comme détaillé ci-après, l'un des deux échangeurs peut servir au chauffage de l'eau chaude sanitaire et l'autre au chauffage d'un fluide de circuit de chauffage. En variante, lesdits deux échangeurs peuvent servir à chauffer un fluide, gaz ou liquide, à deux niveaux de températures différents. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit circuit comprend un réservoir, appelé bouteille anti-coup de liquide, positionné entre le compresseur et le raccord des deuxièmes voies des dispositifs de gestion. 20 L'utilisation d'une bouteille anti-coup de liquide ainsi positionnée en amont du compresseur permet de s'assurer que le compresseur soit bien alimenté en fluide à l'état vapeur et non pas à l'état liquide. Un éventuel fluide à l'état liquide entrant dans la bouteille serait piégé dans la bouteille puis naturellement vaporisé avant aspiration par le compresseur. 25 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit circuit comprend un réservoir, appelé bouteille de liquide, et ladite voie d'entrée du deuxième dispositif de gestion de fluide est raccordée audit premier noeud de liaison par l'intermédiaire de la bouteille de liquide. 30 15 L'utilisation d'une telle bouteille de liquide permet de s'assurer que les détendeurs sont alimentés en fluide frigorigène à l'état liquide et non pas à l'état de vapeur. Ladite bouteille de liquide permet aussi comme détaillé ci-après de s'assurer que l'échangeur de sous-refroidissement, qui fonctionne par transfert sensible, soit alimenté en fluide liquide et non en vapeur.According to an advantageous characteristic of the invention, said circuit comprises a non-return valve arranged between the fourth channel of the second management device and the second expander to prevent a circulation of fluid from the second expander to the fourth channel of the second management device . The presence of these non-return valves makes it possible to benefit from the different modes of operation of the installation without having to provide specific solenoid valves. According to an advantageous characteristic of the invention, said first fluid management device is a 4-way valve which comprises a member, called a slide, movable between two positions respectively corresponding to said first and second configurations of the first fluid management device. According to an advantageous characteristic of the invention, said second device 10 fluid management is a 4-way valve which comprises a member, called drawer, movable between two positions respectively corresponding to said first and second configurations of the second fluid management device. The design of such a communication architecture between the exchangers of the refrigerant circuit and the use of two 4-way valves makes it possible to use only a small number of actuators to control the various modes of operation of the installation. and thereby reduce the cost and improve the reliability of the installation, and optimally manage the refrigerant charge. Indeed, the use of two 4-way valves for distributing the refrigerant in the exchangers used in the different modes simplifies the transition from one mode to another compared to a solution with four solenoid 2- ways. The number of actuators and controller outputs is therefore limited. In addition, as detailed below, the connection of the second channel of each management device to the inlet of a bottle anti-liquid stroke whose output is itself connected to the compressor inlet, allows to ensure a pressure difference between the pair of channels of the management device placed in communication in order to ensure a good displacement of the drawer of the corresponding management device. Indeed, each second channel is put at low pressure by its connection with the inlet of the bottle anti-coup de liquid. The channel of the management device placed in communication with this second channel is then also reduced to the low pressure, and the input channel of each management device, as well as the channel with which said input channel is placed in communication , are at high pressure. Advantageously, said circuit comprises an additional exchanger, arranged in series with the condenser exchanger, between said first connection node and the fourth channel of the first management device. Thus, as detailed below, one of the two heat exchangers can be used for heating the domestic hot water and the other for heating a heating circuit fluid. Alternatively, said two exchangers can be used to heat a fluid, gas or liquid, at two different temperature levels. According to an advantageous characteristic of the invention, said circuit comprises a reservoir, called anti-blow bottle of liquid, positioned between the compressor and the connection of the second channels of the management devices. The use of an anti-liquid bottle thus positioned upstream of the compressor makes it possible to ensure that the compressor is well fed with fluid in the vapor state and not in the liquid state. Any fluid in the liquid state entering the bottle would be trapped in the bottle and then naturally vaporized before suction by the compressor. According to an advantageous characteristic of the invention, said circuit comprises a reservoir, called a liquid bottle, and said inlet channel of the second fluid management device is connected to said first connection node via the liquid bottle. . The use of such a liquid bottle makes it possible to ensure that the regulators are supplied with refrigerant in the liquid state and not in the vapor state. Said liquid bottle also allows as detailed below to ensure that the subcooling heat exchanger, which works by sensitive transfer, is fed with liquid fluid and not with steam.
L'invention concerne aussi une installation comprenant un circuit frigorifique tel que décrit ci-dessus, caractérisée en ce que, l'échangeur condenseur comprenant un circuit de transfert de chaleur, ladite installation comporte un circuit de chauffage qui comprend ledit circuit de transfert de l'échangeur condenseur, une pompe de circulation, et de préférence un réservoir de stockage de fluide, appelé ballon d'eau chaude, et en ce que, l'échangeur évaporateur comprenant un circuit de transfert de chaleur, ladite installation comporte un circuit de refroidissement qui comprend ledit circuit de transfert de l'échangeur évaporateur, une pompe de circulation, et de préférence un réservoir de stockage de fluide, appelé ballon de fluide froid. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'échangeur supplémentaire comprenant un circuit de transfert de chaleur, ladite installation comporte un circuit supplémentaire de production de fluide chaud qui comprend ledit circuit de transfert de l'échangeur supplémentaire, une pompe de circulation, et de préférence un réservoir de stockage de fluide, appelé ballon d'eau chaude. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'échangeur sous- refroidisseur comprenant un deuxième circuit de transfert, ledit deuxième circuit de transfert de l'échangeur sous-refroidisseur est monté sur le circuit de refroidissement en dérivation du circuit de transfert de l'échangeur évaporateur.The invention also relates to an installation comprising a refrigerant circuit as described above, characterized in that, the condenser exchanger comprising a heat transfer circuit, said installation comprises a heating circuit which comprises said transfer circuit of the heat transfer circuit. condenser exchanger, a circulation pump, and preferably a fluid storage tank, called a hot water tank, and in that, the evaporator exchanger comprising a heat transfer circuit, said installation comprises a cooling circuit which comprises said evaporator exchanger transfer circuit, a circulation pump, and preferably a fluid storage tank, called cold fluid balloon. According to an advantageous characteristic of the invention, the additional exchanger comprising a heat transfer circuit, said installation comprises an additional hot fluid production circuit which comprises said exchanger transfer circuit, a circulation pump, and preferably a fluid storage tank, called a hot water tank. According to an advantageous characteristic of the invention, the subcooling exchanger comprising a second transfer circuit, said second transfer circuit of the subcooler exchanger is mounted on the bypass cooling circuit of the transfer circuit of the evaporator exchanger.
En particulier, une première électrovanne est positionnée entre l'entrée du circuit de transfert de l'échangeur évaporateur et le raccordement de l'entrée du deuxième circuit de transfert de l'échangeur sous-refroidisseur au circuit de refroidissement. De même, une deuxième électrovanne est positionnée entre l'entrée du deuxième circuit de transfert de l'échangeur sous-refroidisseur et le raccordement de cette entrée du deuxième circuit de transfert de l'échangeur sous-refroidisseur au circuit de refroidissement.In particular, a first solenoid valve is positioned between the inlet of the transfer circuit of the evaporator exchanger and the connection of the inlet of the second transfer circuit of the subcooler exchanger to the cooling circuit. Similarly, a second solenoid valve is positioned between the inlet of the second transfer circuit of the subcooler heat exchanger and the connection of this input of the second transfer circuit of the subcooler heat exchanger to the cooling circuit.
Une telle disposition d'électrovanne permet de commander le passage de fluide du circuit de refroidissement par l'échangeur sous-refroidisseur ou par l'échangeur évaporateur.Such an arrangement of solenoid valve makes it possible to control the passage of fluid of the cooling circuit by the subcooler exchanger or by the evaporator exchanger.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'installation comporte une unité de pilotage comprenant des moyens de commande pour commander l'arrêt et la marche de chacune des pompes de circulation, indépendamment les unes des autres.According to an advantageous characteristic of the invention, the installation comprises a control unit comprising control means for controlling the stopping and running of each of the circulation pumps, independently of one another.
Comme détaillé ci-après l'unité de pilotage permet de commander les différents composants de l'installation pour obtenir le mode de fonctionnement souhaité, et notamment : - le positionnement du tiroir du premier ou deuxième dispositif de gestion de fluide en première ou deuxième position ; 20 - la mise en marche ou arrêt du ventilateur de l'échangeur d'équilibrage ; - la mise en marche ou arrêt de la pompe du circuit de chauffage ; - la mise en marche ou arrêt de la pompe du circuit de refroidissement ; - la mise en marche ou arrêt de la pompe du circuit de production d'ECS ; - la commande de l'électrovanne en entrée de l'échangeur sous-refroidisseur ; 25 - la commande de l'électrovanne en entrée de l'échangeur évaporateur. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'installation comporte une unité de pilotage configurée pour exécuter une séquence d'instructions, appelée mode chauffage, comprenant les étapes suivantes : 30 - pour chacun des premier et deuxième dispositifs de gestion, mise en communication de la quatrième voie avec la première voie ; - activation de la pompe du circuit de chauffage, - de préférence activation du ventilateur associé à l'échangeur d'équilibrage. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'installation comporte une unité de pilotage configurée pour exécuter une séquence d'instructions, 5 appelée mode simultané, comprenant les étapes suivantes : - pour le premier dispositif de gestion, mise en communication de la première voie avec la quatrième voie ; - pour le deuxième dispositif de gestion, mise en communication de la première voie avec la troisième voie ; 10 - activation de la pompe du circuit de chauffage et de la pompe du circuit de refroidissement. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'installation comporte une unité de pilotage configurée pour exécuter une séquence d'instructions, 15 appelée mode de stockage d'énergie, comprenant les étapes suivantes : - en mode chauffage, activer la pompe du circuit de refroidissement et commander les électrovannes de manière à laisser circuler le fluide du circuit de refroidissement à travers le deuxième circuit de transfert de l'échangeur sous-refroidisseur, et le ballon correspondant. 20 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'unité de pilotage est configurée pour exécuter une séquence d'instructions, appelée mode d'utilisation de l'énergie stockée sur le circuit de refroidissement, qui comprend les étapes suivantes ; en temps différé et dans un mode de fonctionnement de 25 l'installation correspondant au mode simultané ou au mode rafraichissement de préférence sans ventilation, activer la pompe du circuit de refroidissement et commander les électrovannes de manière à laisser circuler le fluide chaud contenu dans le ballon du circuit de refroidissement à travers le circuit de transfert de l'échangeur évaporateur. 30 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'installation comporte une unité de pilotage configurée pour exécuter une séquence d'instructions, appelée mode rafraichissement, comprenant les étapes suivantes : - pour chaque dispositif de gestion, mise en communication de la première voie avec la troisième voie ; - activation de la pompe du circuit de refroidissement, - de préférence activation du ventilateur associé à l'échangeur d'équilibrage. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit circuit de chauffage étant un circuit de chauffage d'eau chaude sanitaire, appelé circuit ECS, ladite installation comporte une unité de pilotage configurée pour exécuter une séquence d'instructions, appelée mode ECS simultané, comprenant les étapes suivantes : - pour le premier dispositif de gestion mise en communication de la première voie avec la quatrième voie ; - pour le deuxième dispositif de gestion mise en communication de la première 15 voie avec la troisième voie ; - activation de la pompe du circuit ECS et de la pompe du circuit de refroidissement. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit circuit de chauffage 20 étant un circuit de chauffage d'eau chaude sanitaire, appelé circuit ECS, ladite installation comporte une unité de pilotage configurée pour exécuter une séquence d'instructions, appelée mode ECS seul, comprenant les étapes suivantes : - pour chaque dispositif de gestion, mise en communication de la première voie 25 avec la quatrième voie ; - activation de la pompe du circuit ECS et de préférence du ventilateur associé à l'échangeur d'équilibrage. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'installation comporte 30 une unité de pilotage configurée pour exécuter une séquence d'instructions, appelée mode dégivrage, comprenant les étapes suivantes : - pour chaque dispositif de gestion, mise en communication de la première voie avec la troisième voie ; - les électrovannes sont commandées de manière à empêcher la circulation de fluide du circuit de refroidissement par le deuxième circuit de transfert de l'échangeur sous-refroidisseur et à permettre la circulation dudit fluide par le 5 circuit de transfert de l'échangeur évaporateur, - activation de la pompe du circuit de refroidissement, - de préférence, arrêt du ventilateur associé à l'échangeur d'équilibrage. Lors d'un fonctionnement en mode chauffage, l'échangeur d'équilibrage 10 fonctionne comme évaporateur. Lorsque les températures extérieures sont inférieures à environ 6°C (et particulièrement lorsqu'elles sont comprises entre 0°C et 6°C), l'accumulation de givre sur l'échangeur d'équilibrage dégrade sensiblement les performances de l'installation. De ce fait, il est utile d'inclure un système de dégivrage performant afin d'assurer une efficacité énergétique 15 élevée et de préférence une production d'eau chaude continue. La méthode de dégivrage utilisée s'apparente à une inversion de cycle comme moyen d'élimination du givre de l'échangeur d'équilibrage. En effet, l'échangeur d'équilibrage fonctionne de manière alternée soit en évaporateur soit en condenseur. Cela permet, lors d'un passage en mode dégivrage, d'injecter 20 directement les gaz chauds au refoulement du compresseur dans l'échangeur à air. Dans cette séquence, l'échangeur évaporateur est relié au ballon de fluide froid qui a précédemment stocké du fluide chaud. On utilise alors l'énergie précédemment récupérée et stockée dans le ballon de fluide froid pour assurer l'évaporation du fluide frigorigène. Cette méthode de dégivrage 25 permet de ne pas puiser d'énergie dans le ballon de chauffage et constitue en cela un avantage par rapport à l'état de l'art. En effet, des calculs issus de mesure expérimentale démontrent que le rendement (COP) saisonnier est amélioré de 13% du fait de cette solution de dégivrage. 30 En mode dégivrage, la logique de fonctionnement de l'installation correspond à un fonctionnement du circuit frigorifique en mode rafraîchissement de préférence sans ventilation. L'arrêt du ventilateur permet d'orienter davantage le transfert de chaleur vers la couche de givre et d'économiser de l'énergie électrique. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, chaque ballon est équipé 5 d'un capteur d'une valeur représentative de la température du fluide contenu à l'intérieur dudit ballon, le compresseur est équipé d'un capteur d'une valeur représentative de la pression en entrée et d'un capteur d'une valeur représentative de la pression en sortie, et le circuit frigorifique comprend de préférence un capteur d'une valeur représentative de la température à l'entrée 10 de l'échangeur d'équilibrage et une capteur d'une valeur représentative de la température de la surface extérieure de l'échangeur d'équilibrage, ladite unité de pilotage est configurée pour commander le passage d'un mode de fonctionnement de l'installation à un autre en fonction des valeurs mesurées et de valeurs seuils prédéfinies. 15 L'invention concerne aussi un procédé de chauffage et/ou de refroidissement de fluides à l'aide d'une installation telle que décrite ci-dessus. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante 20 d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de l'installation selon l'invention couplée à un ensemble de réseaux de distribution de fluide ; - la figure 2 est une vue du système de récupération de fluide chaud de l'installation selon l'invention, en configuration de stockage de fluide chaud 25 dans un ballon ; - la figure 2A est une vue du système de récupération de fluide chaud de l'installation selon l'invention, en configuration de circulation du fluide chaud, précédemment stocké, à travers l'échangeur évaporateur ; - la figure 3 est une vue schématique de l'architecture du circuit frigorifique de 30 l'installation selon l'invention ; - la figure 4 est une vue du circuit frigorifique de la figure 3 selon un premier mode de fonctionnement, appelé mode chauffage ; - la figure 5 est une vue du circuit frigorifique de la figure 3 selon un deuxième mode de fonctionnement, appelé mode simultané ; - la figure 6 est une vue du circuit frigorifique de la figure 3 selon un troisième mode de fonctionnement, appelé mode rafraichissement ; - la figure 7 est une vue du circuit frigorifique de la figure 3 selon un quatrième mode de fonctionnement, appelé mode ECS simultané; - la figure 8 est une vue du circuit frigorifique de la figure 3 selon un cinquième mode de fonctionnement, appelé mode ECS; - la figure 9 est une vue du circuit frigorifique de la figure 3 selon un sixième 10 mode de fonctionnement, appelé mode dégivrage; - la figure 10 est une vue schématique de l'installation selon l'invention, montrant des sondes de mesure associées à différents composants de l'installation ; - les figures 11 à 13 présentent des schémas logiques basés sur des 15 thermostats différentiels et comparateurs logiques exprimant des besoins en chauffage, rafraîchissement et eau chaude sanitaire et dégivrage ; - les figures 14 à 16 sont des graphiques illustrant des essais de performance réalisés sur un prototype de thermofrigopompe conforme à l'invention. 20 En référence aux figures, on a représenté une installation, appelée thermofrigopompe 1, pour le chauffage et le refroidissement de fluides, par exemple dans un bâtiment résidentiel ou tertiaire. Bien entendu, des applications industrielles d'une telle installation sont aussi envisageables. 25 Dans l'exemple illustré aux figures et comme détaillé ci-après, ladite installation permet de chauffer le fluide d'un circuit de chauffage, de produire de l'eau chaude sanitaire (ECS), et de refroidir le fluide d'un circuit de refroidissement de type climatisation. Grâce à l'architecture détaillée ci-après de l'installation, ces fonctionnalités peuvent être activées simultanément ou indépendamment. 30 Ladite installation comporte un circuit frigorifique 2 à fluide frigorigène qui comprend un compresseur 200. Ledit compresseur 200 permet de comprimer de la vapeur de fluide frigorigène. Préférentiellement, ladite installation comprend un réservoir 201 appelé bouteille anti-coup de liquide. Ladite bouteille 201 anti-coup de liquide présente une entrée et une sortie raccordée à l'entrée du compresseur 200. Ladite bouteille 201 anti-coup de liquide est configurée de telle sorte que le fluide sortant de ladite bouteille est à l'état de vapeur même si une partie du fluide entrant contient des gouttes de liquide.As detailed below, the control unit makes it possible to control the various components of the installation to obtain the desired operating mode, and in particular: the positioning of the spool of the first or second fluid management device in first or second position ; 20 - switching on or off the balancing exchanger fan; - starting or stopping the heating circuit pump; - switching on or off the cooling circuit pump; - starting or stopping the pump of the DHW production circuit; the control of the solenoid valve at the inlet of the subcooler exchanger; The control of the solenoid valve at the inlet of the evaporator exchanger. According to an advantageous characteristic of the invention, the installation comprises a control unit configured to execute a sequence of instructions, called the heating mode, comprising the following steps: for each of the first and second management devices, placing in communication the fourth lane with the first lane; - Activation of the heating circuit pump, - preferably activation of the fan associated with the balancing exchanger. According to an advantageous characteristic of the invention, the installation comprises a control unit configured to execute a sequence of instructions, called simultaneous mode, comprising the following steps: for the first management device, putting in communication the first track with the fourth lane; for the second management device, placing the first channel in communication with the third channel; 10 - activation of the heating circuit pump and the cooling circuit pump. According to an advantageous characteristic of the invention, the installation comprises a control unit configured to execute a sequence of instructions, called the energy storage mode, comprising the following steps: in heating mode, activate the circuit pump cooling and control the solenoid valves so as to circulate the cooling circuit fluid through the second transfer circuit of the subcooler heat exchanger, and the corresponding balloon. According to an advantageous characteristic of the invention, the control unit is configured to execute a sequence of instructions, called the mode of use of the energy stored on the cooling circuit, which comprises the following steps; In a delayed mode and in an operating mode of the installation corresponding to the simultaneous mode or the cooling mode, preferably without ventilation, activate the cooling circuit pump and control the solenoid valves so as to circulate the hot fluid contained in the balloon. of the cooling circuit through the transfer circuit of the evaporator exchanger. According to an advantageous characteristic of the invention, the installation comprises a control unit configured to execute a sequence of instructions, called refresh mode, comprising the following steps: for each management device, putting the first channel into communication with the third way; - Activation of the cooling circuit pump, - preferably activation of the fan associated with the balancing exchanger. According to an advantageous characteristic of the invention, said heating circuit being a heating circuit of domestic hot water, called ECS circuit, said installation comprises a control unit configured to execute a sequence of instructions, called simultaneous ECS mode, comprising the following steps: for the first management device placed in communication of the first channel with the fourth channel; for the second management device placed in communication of the first channel with the third channel; - activation of the DHW circuit pump and the cooling circuit pump. According to an advantageous characteristic of the invention, said heating circuit 20 being a hot water heating circuit, called ECS circuit, said installation comprises a control unit configured to execute a sequence of instructions, called ECS mode alone, comprising the following steps: - for each management device, placing the first channel 25 in communication with the fourth channel; - Activation of the DHW circuit pump and preferably the fan associated with the balancing exchanger. According to an advantageous characteristic of the invention, the installation comprises a control unit configured to execute a sequence of instructions, called defrosting mode, comprising the following steps: for each management device, putting the first channel into communication with the third way; the solenoid valves are controlled so as to prevent the circulation of fluid of the cooling circuit by the second transfer circuit of the subcooler exchanger and to allow the circulation of said fluid by the transfer circuit of the evaporator exchanger; activation of the cooling circuit pump, - preferably, stop of the fan associated with the balancing exchanger. When operating in heating mode, the balancing exchanger 10 operates as an evaporator. When outside temperatures are below about 6 ° C (and especially when they are between 0 ° C and 6 ° C), the accumulation of frost on the balancing exchanger significantly degrades the performance of the installation. Therefore, it is useful to include an efficient de-icing system to ensure high energy efficiency and preferably continuous hot water production. The de-icing method used is similar to a cycle reversal as a means of removing frost from the balancing exchanger. Indeed, the balancing exchanger operates alternately either evaporator or condenser. This allows, during a transition to defrost mode, to inject the hot gases directly to the discharge of the compressor in the air exchanger. In this sequence, the evaporator exchanger is connected to the cold fluid flask that previously stored hot fluid. The energy previously recovered and stored in the cold fluid flask is then used to ensure the evaporation of the refrigerant. This defrosting method 25 makes it possible not to draw energy from the heating balloon and thus constitutes an advantage over the state of the art. Indeed, calculations from experimental measurement show that the seasonal yield (COP) is improved by 13% because of this deicing solution. In defrost mode, the operating logic of the installation corresponds to operation of the cooling circuit in cooling mode, preferably without ventilation. Stopping the fan allows more heat transfer to the frost layer and saves electrical energy. According to an advantageous characteristic of the invention, each flask is equipped with a sensor of a value representative of the temperature of the fluid contained inside said flask, the compressor is equipped with a sensor of a value representative of the inlet pressure and a sensor of a value representative of the outlet pressure, and the refrigerant circuit preferably comprises a sensor of a value representative of the temperature at the inlet 10 of the balancing exchanger and a sensor of a value representative of the temperature of the outer surface of the balancing exchanger, said control unit is configured to control the transition from one operating mode of the installation to another depending on the measured values and predefined threshold values. The invention also relates to a method for heating and / or cooling fluids using an installation as described above. The invention will be better understood on reading the following description of exemplary embodiments, with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 is a schematic view of the installation according to the invention coupled to a set of networks fluid distribution; FIG. 2 is a view of the hot fluid recovery system of the plant according to the invention, in a configuration for storing hot fluid in a flask; FIG. 2A is a view of the hot fluid recovery system of the installation according to the invention, in the circulation configuration of the hot fluid, previously stored, through the evaporator exchanger; - Figure 3 is a schematic view of the architecture of the refrigerant circuit of the installation according to the invention; - Figure 4 is a view of the refrigerant circuit of Figure 3 according to a first mode of operation, called heating mode; - Figure 5 is a view of the refrigerant circuit of Figure 3 according to a second mode of operation, called simultaneous mode; - Figure 6 is a view of the refrigerant circuit of Figure 3 according to a third mode of operation, called cooling mode; - Figure 7 is a view of the refrigerant circuit of Figure 3 according to a fourth mode of operation, called simultaneous ECS mode; - Figure 8 is a view of the refrigerant circuit of Figure 3 according to a fifth mode of operation, called ECS mode; FIG. 9 is a view of the refrigerant circuit of FIG. 3 according to a sixth mode of operation, called the deicing mode; FIG. 10 is a schematic view of the installation according to the invention, showing measuring probes associated with various components of the installation; FIGS. 11 to 13 show logic diagrams based on differential thermostats and logic comparators expressing heating, cooling, hot water and defrosting needs; FIGS. 14 to 16 are graphs illustrating performance tests carried out on a prototype thermofridge pump according to the invention. With reference to the figures, there is shown an installation, called thermofridge pump 1, for heating and cooling fluids, for example in a residential or tertiary building. Of course, industrial applications of such an installation are also conceivable. In the example illustrated in the figures and as detailed below, said installation makes it possible to heat the fluid of a heating circuit, to produce domestic hot water (DHW), and to cool the fluid of a circuit. cooling type air conditioning. Thanks to the following detailed architecture of the installation, these features can be activated simultaneously or independently. Said plant comprises a refrigerant refrigerant circuit 2 which comprises a compressor 200. Said compressor 200 makes it possible to compress refrigerant vapor. Preferably, said installation comprises a reservoir 201 called anti-blow liquid bottle. Said anti-blow bottle 201 has an inlet and an outlet connected to the inlet of the compressor 200. Said anti-blow bottle 201 is configured in such a way that the fluid leaving said bottle is in the vapor state. even if some of the incoming fluid contains drops of liquid.
Le circuit frigorifique 2 comprend aussi un échangeur 21, appelé échangeur ECS, qui comprend un circuit condenseur, c'est-à-dire un circuit apte à assurer la condensation du fluide frigorigène, et un circuit, appelé circuit de transfert raccordé à un circuit 31 de production d'eau chaude sanitaire, appelé circuit ECS 31 pour permettre, par transfert de chaleur depuis le circuit condenseur vers le circuit de transfert dudit échangeur 21, de chauffer l'eau dudit circuit ECS 31. En variante, on peut prévoir que le circuit 31 contienne un fluide qui peut être un gaz ou un liquide destiné à être amené à haute température, c'est-à-dire à au moins 55°C.The refrigerant circuit 2 also comprises an exchanger 21, called the heat exchanger ECS, which comprises a condenser circuit, that is to say a circuit adapted to ensure the condensation of the refrigerant, and a circuit, called a transfer circuit connected to a circuit 31 of domestic hot water production, called ECS circuit 31 to allow, by heat transfer from the condenser circuit to the transfer circuit of said exchanger 21, to heat the water of said ECS circuit 31. Alternatively, it can be provided that the circuit 31 contains a fluid which may be a gas or a liquid intended to be brought to a high temperature, that is to say at least 55 ° C.
Ledit circuit ECS 31 comprend ledit circuit de transfert de l'échangeur ECS 21, une pompe 310 de circulation, et de préférence un réservoir de stockage de fluide, appelé ballon 311 d'eau chaude sanitaire. De manière similaire, le circuit frigorifique 2 comprend aussi un échangeur 22, appelé échangeur de chauffage, qui comprend un circuit condenseur, c'est-à-dire un circuit apte à assurer la condensation du fluide frigorigène, et un circuit, appelé circuit de transfert, raccordé à un circuit 32 de chauffage pour permettre, par transfert de chaleur depuis le circuit condenseur vers le circuit de transfert dudit échangeur 22, de chauffer le fluide dudit circuit de chauffage 32. Le fluide peut être un gaz ou un liquide. Ledit circuit 32 de chauffage comprend ledit circuit de transfert de l'échangeur 22 de chauffage, une pompe 320 de circulation, et de préférence un réservoir de stockage de fluide, appelé ballon 321 d'eau chaude. Les échangeurs 21, 22 sont disposés en série sur une même branche du 5 circuit frigorifique. L'échangeur 21 est positionné en amont de l'échangeur 22. Une autre branche du circuit frigorifique comprend aussi un échangeur 25, appelé échangeur d'équilibrage, qui comprend un circuit, appelé circuit condenseur/évaporateur, apte à fonctionner soit en condenseur soit en 10 évaporateur suivant le mode de fonctionnement de l'installation comme détaillé ci-après. Dans l'exemple illustré aux figures, l'échangeur 25 d'équilibrage fonctionne par échange de chaleur entre ledit le fluide parcourant le circuit 15 condenseur/évaporateur et de l'air. Préférentiellement, un ventilateur est agencé avec l'échangeur 25 pour générer un mouvement de convection forcée autour de l'échangeur 25 d'équilibrage. En variante, on peut prévoir que le milieu avec lequel échange le circuit condenseur/évaporateur dudit échangeur 25 d'équilibrage soit un autre circuit de fluide formant circuit de transfert de 20 chaleur. Ledit circuit frigorifique 2 présente un premier noeud de liaison NL1 entre la branche du circuit frigorifique 2 munie des échangeurs 21, 22 ECS et de chauffage et la branche du circuit frigorifique 2 munie de l'échangeur 25 25 d'équilibrage. Ledit noeud de liaison NL1 est situé du côté de la sortie de l'échangeur 22. Le circuit comprend un échangeur 23, appelé échangeur évaporateur, qui présente un circuit évaporateur, c'est-à-dire un circuit apte à vaporiser le fluide 30 frigorigène, dont la sortie est raccordée à l'entrée de la bouteille 201 anti-coup de liquide, et un circuit de transfert raccordé à un circuit de refroidissement 33, pour permettre par transfert de chaleur depuis le circuit de transfert vers le circuit évaporateur dudit échangeur 23 évaporateur, de refroidir le fluide dudit circuit de refroidissement 33. Ledit fluide du circuit de refroidissement 33 peut être un gaz ou un liquide.Said DHW circuit 31 comprises said transfer circuit of the DHW exchanger 21, a circulation pump 310, and preferably a fluid storage tank, called hot water tank 311. Similarly, the refrigerant circuit 2 also comprises an exchanger 22, called a heat exchanger, which comprises a condenser circuit, that is to say a circuit adapted to ensure the condensation of the refrigerant, and a circuit, called a cooling circuit. transfer, connected to a heating circuit 32 to allow, by heat transfer from the condenser circuit to the transfer circuit of said exchanger 22, to heat the fluid of said heating circuit 32. The fluid may be a gas or a liquid. Said heating circuit 32 comprises said transfer circuit of the heat exchanger 22, a circulation pump 320, and preferably a fluid storage tank, called a hot water cylinder 321. The exchangers 21, 22 are arranged in series on the same branch of the refrigerant circuit. The exchanger 21 is positioned upstream of the heat exchanger 22. Another branch of the refrigerant circuit also comprises an exchanger 25, called a balancing exchanger, which comprises a circuit, called a condenser / evaporator circuit, capable of operating either as a condenser or in the evaporator according to the operating mode of the installation as detailed below. In the example illustrated in the figures, the balancing exchanger 25 operates by heat exchange between said fluid flowing through the condenser / evaporator circuit and the air. Preferably, a fan is arranged with the exchanger 25 to generate a forced convection movement around the balancing exchanger. Alternatively, it can be provided that the medium with which the condenser / evaporator circuit of said balancing exchanger 25 exchanges is another heat transfer circuit fluid circuit. Said refrigerant circuit 2 has a first connection node NL1 between the branch of the refrigerant circuit 2 provided with the exchangers 21, 22 ECS and heating and the branch of the refrigerant circuit 2 provided with the equilibrium exchanger 25. Said connecting node NL1 is located on the output side of the exchanger 22. The circuit comprises an exchanger 23, called evaporator exchanger, which has an evaporator circuit, that is to say a circuit capable of vaporizing the fluid 30 refrigerant, the output of which is connected to the inlet of the bottle 201 anti-coup of liquid, and a transfer circuit connected to a cooling circuit 33, to allow heat transfer from the transfer circuit to the evaporator circuit of said evaporator exchanger 23, to cool the fluid of said cooling circuit 33. Said fluid of the cooling circuit 33 may be a gas or a liquid.
Ledit circuit de refroidissement 33 comprend ledit circuit de transfert de l'échangeur 23 évaporateur, une pompe 330 de circulation, et de préférence un réservoir de stockage de fluide, appelé ballon 331 de fluide froid. La présence des ballons 311, 321, 331 permet de découpler la production de 10 fluide froid et de fluide chaud, par rapport à la distribution vers les réseaux 4 correspondants. Pour chaque circuit 31, 32, 33, la pompe de circulation 310, 320, 330 correspondante est placée entre l'échangeur 21, 22, 23 et le ballon 311, 321, 15 331 correspondant. La thermofrigopompe 1 comprend ainsi deux ensembles : - Le circuit frigorifique 2 qui permet la production de l'énergie calorifique ou frigorifique simultanée ou alternée, 20 - l'ensemble des circuits hydrauliques 31, 32, 33 reliés aux différents réseaux 4 de distribution, ici un réseau de fluide froid, un réseau d'eau chaude et un réseau d'eau chaude sanitaire. Un premier dispositif 51 de gestion de fluide permet de diriger et/ou arrêter la 25 circulation de fluide entre les composants, en particulier les échangeurs, du circuit frigorifique. Ledit premier dispositif 51 de gestion de fluide comprend quatre voies, dont : - une première voie, appelée voie d'entrée 511, raccordée à la sortie du compresseur 200, 30 - une deuxième voie, appelée voie basse pression 512, raccordée à l'entrée de la bouteille 201 anti-coup de liquide, c'est-à-dire raccordée à une partie basse pression du circuit frigorifique 2, - une troisième voie 513 est raccordée au circuit condenseur/évaporateur de l'échangeur 25 d'équilibrage du côté dudit échangeur opposé au premier noeud de liaison NL1 ; et - une quatrième voie 514 est raccordée à l'entrée du circuit condenseur dudit 5 échangeur 21 de chauffage. Ledit circuit frigorifique comprend aussi un deuxième dispositif 52 de gestion de fluide comprenant aussi quatre voies, dont une première voie, appelée voie d'entrée 521, raccordée audit premier noeud de liaison NL1 par l'intermédiaire 10 d'une bouteille de liquide 202. Comme détaillé ci-après, le raccord entre cette voie d'entrée 521 et le premier noeud de liaison NL1 est réalisé par l'intermédiaire d'un échangeur 24 sous-refroidisseur. Une deuxième voie, appelée voie basse pression 522, est raccordée à l'entrée de la bouteille 201 anti-coup de liquide, correspondant à une partie basse pression du circuit 15 frigorifique 2. Une troisième voie 523 est raccordée à l'entrée de l'échangeur 23 évaporateur, et une quatrième voie 524 est raccordée à l'échangeur 25 d'équilibrage, entre le premier de noeud de liaison NL1 et l'échangeur 25 d'équilibrage, via un noeud NL3. 20 Chaque dispositif de gestion de fluide 51, 52 est une vanne 4-voies qui comprend un organe, appelé tiroir, déplaçable entre une première position et une deuxième position. Dans ladite première position la voie d'entrée 511, 521 est mise en communication avec la troisième voie 513, 523, la deuxième voie 512, 522 étant mise en communication avec la quatrième voie 514, 524. Dans 25 ladite deuxième position, la voie d'entrée 511, 521 est mise en communication avec la quatrième voie 514, 524, la deuxième voie 512, 522 étant mise en communication avec la troisième voie 513, 523. Ledit circuit frigorifique comprend aussi un premier détendeur 203 situé entre 30 la troisième voie 523 de la vanne 52 et l'échangeur 23 évaporateur, et un deuxième détendeur 205 situé entre la quatrième voie 524 de la vanne 52 et l'échangeur 25 d'équilibrage.Said cooling circuit 33 comprises said transfer circuit of the evaporator exchanger 23, a circulating pump 330, and preferably a fluid storage tank, called a cold-fluid balloon 331. The presence of the flasks 311, 321, 331 makes it possible to decouple the production of cold fluid and hot fluid, with respect to the distribution towards the corresponding networks 4. For each circuit 31, 32, 33, the corresponding circulation pump 310, 320, 330 is placed between the exchanger 21, 22, 23 and the corresponding balloon 311, 321, 331. The thermofridge pump 1 thus comprises two sets: - The refrigerant circuit 2 which allows the production of heat energy or refrigeration simultaneous or alternating, 20 - all the hydraulic circuits 31, 32, 33 connected to the different distribution networks 4, here a cold fluid network, a hot water network and a hot water network. A first fluid management device 51 makes it possible to direct and / or stop the circulation of fluid between the components, in particular the exchangers, of the refrigerant circuit. Said first fluid management device 51 comprises four channels, of which: a first channel, called an input channel 511, connected to the output of the compressor 200, a second channel, called a low-pressure channel 512, connected to the inlet of the bottle 201 anti-coup de liquid, that is to say connected to a low-pressure part of the refrigerant circuit 2, - a third channel 513 is connected to the condenser / evaporator circuit of the balancing exchanger 25 side of said exchanger opposite the first link node NL1; and a fourth channel 514 is connected to the input of the condenser circuit of said heat exchanger 21. Said refrigerant circuit also comprises a second fluid management device 52 also comprising four channels, of which a first channel, called input channel 521, connected to said first connection node NL1 via a liquid bottle 202. As detailed below, the connection between this input channel 521 and the first connection node NL1 is made via a heat exchanger 24 subcooler. A second path, called a low-pressure path 522, is connected to the inlet of the anti-blow-off cylinder 201, corresponding to a low-pressure portion of the refrigerant circuit 2. A third path 523 is connected to the inlet of the refrigerant. evaporator exchanger 23, and a fourth channel 524 is connected to the balancing exchanger 25, between the first link node NL1 and the balancing exchanger, via a node NL3. Each fluid management device 51, 52 is a 4-way valve which comprises a member, called a slide, movable between a first position and a second position. In said first position, the input channel 511, 521 is placed in communication with the third channel 513, 523, the second channel 512, 522 being placed in communication with the fourth channel 514, 524. In said second position, the channel 511, 521 is placed in communication with the fourth channel 514, 524, the second channel 512, 522 being placed in communication with the third channel 513, 523. Said refrigerating circuit also comprises a first expander 203 located between the third track 523 of the valve 52 and the exchanger 23 evaporator, and a second expander 205 located between the fourth channel 524 of the valve 52 and the balancing exchanger 25.
Ladite bouteille de liquide 202 est un réservoir agencé sur une branche du circuit frigorifique définie entre le noeud de liaison NL1 et la voie d'entrée 521 du deuxième dispositif 52 de gestion. La bouteille 202 de liquide est placée sur la ligne liquide pour optimiser la charge en fluide frigorigène circulant dans le circuit frigorifique dans tous les modes de fonctionnement. Dans l'exemple illustré aux figures, l'échangeur sous-refroidisseur 24 (détaillé ci-après) est situé sur cette branche du circuit en aval de la bouteille 202.Said liquid bottle 202 is a reservoir arranged on a branch of the refrigerant circuit defined between the link node NL1 and the input channel 521 of the second management device 52. The bottle 202 of liquid is placed on the liquid line to optimize the refrigerant charge circulating in the refrigerant circuit in all modes of operation. In the example illustrated in the figures, the subcooler exchanger 24 (detailed below) is located on this branch of the circuit downstream of the bottle 202.
La bouteille de liquide 202 est configurée pour piéger le fluide à l'état vapeur qui arrive à ce niveau du circuit frigorifique, c'est-à-dire le fluide présent dans la partie haute pression du circuit en amont de la vanne 4-voies 52, de sorte que l'on s'assure que le fluide qui passe à travers le ou les détendeurs 203, 205 est bien en phase liquide afin d'obtenir un fonctionnement efficace de l'installation. Ladite bouteille de liquide 202 contient en pratique un mélange liquide-vapeur de fluide frigorigène. Une séparation des phases liquide et vapeur s'effectue par gravité. La sortie de cette bouteille de liquide 202 puise du fluide frigorigène en partie basse du réservoir qui contient du fluide frigorigène à l'état liquide. L'échangeur 24 sous-refroidisseur comprend un premier circuit de transfert formant partie du circuit frigorifique 2 et disposé entre la voie d'entrée 521 de la vanne 52 et la bouteille de liquide 202. L'échangeur 24 sous-refroidisseur comprend aussi un deuxième circuit de transfert permettant au fluide qui le traverse de récupérer de la chaleur du fluide traversant le premier circuit de transfert dudit échangeur 24. Ledit deuxième circuit de transfert de l'échangeur 24 sous-refroidisseur est monté sur le circuit de refroidissement 33 en dérivation du circuit de transfert de l'échangeur 23 évaporateur. Une première électrovanne 333 est positionnée entre l'entrée du circuit de transfert de l'échangeur 23 évaporateur et le raccordement de l'entrée du circuit de récupération de l'échangeur 24 sous-refroidisseur sur le circuit de refroidissement 33. Une deuxième électrovanne 334 est positionnée entre l'entrée du deuxième circuit de transfert de l'échangeur 24 sous-refroidisseur et le raccordement de cette entrée du deuxième circuit de transfert sur le circuit de refroidissement 33. Lesdites électrovannes permettent de définir le chemin parcouru par le liquide dans le circuit de refroidissement 33. La présence de la bouteille 202 en amont du premier circuit de transfert de l'échangeur sous-refroidisseur 24 permet de s'assurer que le fluide qui traverse l'échangeur sous-refroidisseur 24 est à l'état liquide, ce qui, en mode de stockage d'énergie comme détaillé ci-après, permet d'assurer un bon transfert sensible de chaleur entre le premier circuit de transfert parcouru par le fluide frigorigène et le deuxième circuit de transfert parcouru par le fluide du circuit de refroidissement. Le circuit frigorifique comprend une partie basse pression et une partie haute pression. La partie basse pression correspond aux branches du circuit frigorifique parcourues par le fluide qui sont situées en aval du ou des détenteurs et en amont du compresseur. La partie haute pression correspond aux branches du circuit frigorifique parcourues par le fluide qui sont situées en amont du ou des détendeurs et en aval du compresseur. Comme illustré plus particulièrement à la figure 3, le circuit frigorifique 2 comprend un deuxième noeud de liaison NL2 entre l'entrée de la bouteille 201 anti-coup de liquide, la voie 512 basse pression de la vanne 51, la voie basse pression 522 de la vanne 52 et la sortie du circuit évaporateur de l'échangeur 23 évaporateur.The bottle of liquid 202 is configured to trap the fluid in the vapor state that arrives at this level of the refrigerant circuit, that is to say the fluid present in the high pressure part of the circuit upstream of the 4-way valve. 52, so that it is ensured that the fluid passing through the regulator (s) 203, 205 is in the liquid phase in order to obtain an efficient operation of the installation. Said liquid bottle 202 contains in practice a liquid-vapor mixture of refrigerant. A separation of the liquid and vapor phases is carried out by gravity. The outlet of this liquid bottle 202 draws refrigerant at the bottom of the tank which contains refrigerant in the liquid state. The exchanger 24 subcooler comprises a first transfer circuit forming part of the refrigerant circuit 2 and disposed between the inlet channel 521 of the valve 52 and the liquid bottle 202. The exchanger 24 subcooler also comprises a second transfer circuit enabling the fluid flowing through it to recover heat from the fluid flowing through the first transfer circuit of said exchanger 24. Said second transfer circuit of exchanger 24 subcooler is mounted on the cooling circuit 33 in parallel with the transfer circuit of the exchanger 23 evaporator. A first solenoid valve 333 is positioned between the inlet of the transfer circuit of the exchanger 23 evaporator and the connection of the inlet of the recovery circuit of the exchanger 24 subcooler on the cooling circuit 33. A second solenoid valve 334 is positioned between the inlet of the second transfer circuit of the exchanger 24 subcooler and the connection of this input of the second transfer circuit to the cooling circuit 33. Said solenoid valves define the path traveled by the liquid in the cooling circuit 33. The presence of the bottle 202 upstream of the first transfer circuit of the subcooler heat exchanger 24 ensures that the fluid flowing through the subcooler heat exchanger 24 is in the liquid state, which, in energy storage mode as detailed below, ensures a good heat transfer sensible heat between the first transfer circuit traveled by the refrigerant and the second transfer circuit traversed by the fluid of the cooling circuit. The refrigerant circuit includes a low pressure portion and a high pressure portion. The low pressure part corresponds to the branches of the refrigerant circuit traversed by the fluid which are located downstream of the holder (s) and upstream of the compressor. The high pressure part corresponds to the branches of the refrigerant circuit traversed by the fluid which are located upstream of the pressure regulator (s) and downstream of the compressor. As illustrated more particularly in FIG. 3, the refrigerant circuit 2 comprises a second connection node NL2 between the inlet of the anti-blow bottle 201, the low pressure path 512 of the valve 51, the low pressure path 522 of the the valve 52 and the outlet of the evaporator circuit of the exchanger 23 evaporator.
Un clapet anti-retour CARI est agencé entre la sortie du circuit évaporateur de l'échangeur 23 évaporateur et ledit deuxième noeud de liaison NL2 pour empêcher le fluide de rentrer dans l'échangeur 23 évaporateur par la sortie du circuit évaporateur dudit échangeur. Un autre clapet anti-retour CAR2 est agencé entre le premier noeud de liaison NL1 et l'échangeur 22 pour empêcher une circulation de fluide depuis ledit 5 premier noeud de liaison NL1 vers l'échangeur 22. Un clapet anti-retour CAR3 est agencé entre, d'une part, le premier noeud de liaison NL1 et, d'autre part, un troisième noeud NL3 de liaison entre le deuxième détendeur 205 et l'échangeur d'équilibrage 25, pour empêcher une 10 circulation de fluide depuis ledit premier noeud de liaison NL1 vers le troisième noeud NL3 de liaison et donc vers l'échangeur d'équilibrage 25. Ledit circuit comprend un clapet anti-retour CAR4 agencé entre la quatrième voie 524 du deuxième dispositif de gestion 52 et le deuxième détendeur 205 15 pour empêcher une circulation de fluide depuis le détendeur 205 vers la quatrième voie 524 de la vanne 52. Ladite installation comporte une unité de pilotage 7 qui comprend des moyens de commande permettant de commander l'arrêt et la marche de chacune des 20 pompes 310, 320, 330 de circulation, indépendamment les unes des autres. L'unité de pilotage se présente sous la forme d'un automate programmable muni d'une mémoire dans laquelle sont enregistrées notamment des valeurs seuil comme détaillé ci-après. Lorsque dans la suite de la description, il est précisé que l'unité est configurée ou comprend des moyens pour réaliser une opération donnée, cela signifie que l'automate correspondant comprend des instructions permettant de réaliser ladite opération. 25 30 Le circuit de chauffage 32 et le circuit d'ECS 31 sont indépendants l'un de l'autre. L'activation ou l'arrêt de chacun de ces circuits est réalisé par commande de marche ou d'arrêt de la pompe de circulation du circuit correspondant. On distingue six modes de fonctionnement détaillés ci-après : mode chauffage, 5 mode simultané, mode rafraichissement, mode ECS simultané, mode ECS seul, et mode dégivrage. L'automate utilise une logique de contrôle commande pour le passage d'un mode à un autre en fonction des besoins. L'automate programmable est configuré pour contrôler l'enclenchement des 10 différents modes de fonctionnement selon l'évolution des besoins du bâtiment. L'automate peut comprendre des moyens de détermination des besoins utilisant des capteurs et des consignes comme détaillé ci-après. Les différents modes de fonctionnement sont détaillés ci-dessous. 15 Le mode chauffage est activé par l'unité de pilotage de l'installation lorsque celle-ci identifie un besoin de chauffage seul. Comme illustré à la figure 4, l'activation du mode chauffage correspond à la séquence d'instructions suivantes. Le tiroir de chaque vanne 51, 52 est situé dans la position correspondant à une mise en communication de la première voie 511,521 avec 20 la quatrième voie 514, 524 et donc de la troisième voie 513, 523 avec la deuxième voie 512,522, de manière à connecter l'échangeur d'équilibrage 25 à la basse pression et l'échangeur 22 de chauffage au refoulement du compresseur 200. Parallèlement, la pompe 320 du circuit de chauffage 32 est activée, de même que le ventilateur associé à l'échangeur 25 d'équilibrage, 25 tandis que la pompe du circuit ECS 31 est arrêtée. Ainsi, le fluide frigorigène, qui circule dans le circuit frigorifique grâce au compresseur 200, condense dans le circuit condenseur de l'échangeur 22 de chauffage pour céder sa chaleur au fluide circulant à travers le circuit de 30 transfert dudit échangeur 22 de chauffage afin d'être stocké dans le ballon 321 du circuit de chauffage 32. L'échangeur 21 ECS se comporte comme une simple conduite. Au niveau de l'échangeur 25 d'équilibrage, le ventilateur est en marche et le fluide est vaporisé lors de son passage par le circuit évaporateur dudit échangeur 25 d'équilibrage, en prélevant de la chaleur à l'air extérieur, puis les vapeurs sont aspirées au niveau de la bouteille 201 anticoup de liquide.A non-return valve CARI is arranged between the outlet of the evaporator circuit of the evaporator exchanger 23 and said second connection node NL2 to prevent the fluid from entering the evaporator exchanger 23 through the outlet of the evaporator circuit of said exchanger. Another check valve CAR2 is arranged between the first connection node NL1 and the exchanger 22 to prevent a fluid flow from said first connection node NL1 to the exchanger 22. A check valve CAR3 is arranged between on the one hand, the first link node NL1 and, on the other hand, a third link node NL3 connecting the second expander 205 and the balancing exchanger 25, to prevent a flow of fluid from said first node connecting link NL1 to the third link node NL3 and therefore to the balancing exchanger 25. Said circuit comprises a nonreturn valve CAR4 arranged between the fourth channel 524 of the second management device 52 and the second expander 205 to prevent a flow of fluid from the expander 205 to the fourth channel 524 of the valve 52. Said installation comprises a control unit 7 which comprises control means for controlling the stopping and running of each of the pumps 310, 320, 330 of circulation, independently of each other. The control unit is in the form of a programmable controller provided with a memory in which are recorded in particular threshold values as detailed below. When in the following description, it is specified that the unit is configured or comprises means for performing a given operation, it means that the corresponding controller comprises instructions for performing said operation. The heating circuit 32 and the DHW circuit 31 are independent of each other. The activation or stop of each of these circuits is achieved by controlling the running or stopping of the circulation pump of the corresponding circuit. There are six modes of operation detailed below: heating mode, simultaneous mode, cooling mode, simultaneous DHW mode, DHW mode only, and defrost mode. The controller uses control logic to switch from one mode to another as needed. The programmable controller is configured to control the engagement of the various operating modes according to the changing needs of the building. The controller may include means for determining requirements using sensors and instructions as detailed below. The different modes of operation are detailed below. The heating mode is activated by the control unit of the installation when it identifies a need for heating alone. As illustrated in FIG. 4, the activation of the heating mode corresponds to the following sequence of instructions. The slide of each valve 51, 52 is located in the position corresponding to a communication of the first channel 511, 521 with the fourth channel 514, 524 and therefore of the third channel 513, 523 with the second channel 512, 522, so as to connect the equilibrium exchanger 25 to the low pressure and the heat exchanger 22 to the discharge of the compressor 200. In parallel, the pump 320 of the heating circuit 32 is activated, as well as the fan associated with the exchanger 25. while the pump of the DHW circuit 31 is stopped. Thus, the refrigerant, which circulates in the refrigerant circuit through the compressor 200, condenses in the condenser circuit of the heat exchanger 22 to give up its heat to the fluid flowing through the transfer circuit of said heat exchanger 22 in order to It is stored in the tank 321 of the heating circuit 32. The exchanger 21 ECS behaves like a simple pipe. At the balancing exchanger 25, the fan is turned on and the fluid is vaporized as it passes through the evaporator circuit of said balancing exchanger, drawing heat from the outside air and then the vapors. are sucked at the level of the bottle 201 anticoup of liquid.
Dans ce mode de fonctionnement le fluide frigorigène ne parcourt pas le circuit évaporateur de l'échanger 23 évaporateur, mais ce dernier reste connecté à l'aspiration du compresseur 200 par une branche qui le relie à la bouteille 201 anti-coup de liquide. Comme rappelé ci-dessus, cette branche, munie du clapet anti retour CARI , permet de récupérer la charge piégée dans l'évaporateur et de s'affranchir d'un éventuel dysfonctionnement du compresseur, lors des transitions entre modes. Comme détaillé ci-après, le stockage d'énergie peut être activé en parallèle de ce mode chauffage. Pour ce stockage, comme illustré à la figure 2, la pompe 330 du circuit de refroidissement 33 est activée et les électrovannes 333, 334 sont en position adaptée à la circulation du fluide du circuit de refroidissement 33 par le deuxième circuit de transfert de l'échangeur 24 sous-refroidisseur. Ainsi, le liquide qui traverse le circuit de transfert de l'échangeur 24 sous- refroidisseur cède par transfert sensible de la chaleur au fluide qui circule grâce à la pompe 330 dans le deuxième circuit de transfert de l'échangeur 24 sous-refroidisseur afin d'être stocké dans le ballon 331. Le ballon 331 peut ainsi stocker de l'eau chaude pour une utilisation en temps différé comme expliqué ci-après.In this operating mode the refrigerant does not flow through the evaporator circuit to exchange the evaporator 23, but the latter remains connected to the suction of the compressor 200 by a branch which connects it to the bottle 201 anti-coup liquid. As mentioned above, this branch, equipped with the CARI nonreturn valve, makes it possible to recover the charge trapped in the evaporator and to overcome any malfunction of the compressor during transitions between modes. As detailed below, the energy storage can be activated in parallel with this heating mode. For this storage, as illustrated in FIG. 2, the pump 330 of the cooling circuit 33 is activated and the solenoid valves 333, 334 are in a position adapted to the circulation of the fluid of the cooling circuit 33 by the second transfer circuit of the exchanger 24 subcooler. Thus, the liquid that passes through the transfer circuit of the exchanger 24 subcooler yields by sensible transfer of heat to the fluid that flows through the pump 330 in the second transfer circuit of the heat exchanger 24 sub-cooler in order to The balloon 331 can thus store hot water for use in deferred time as explained hereinafter.
En période de chauffage, cette installation offre ainsi la possibilité de stocker une certaine quantité d'énergie à basse température sur le circuit 33 de refroidissement à l'aide de l'échangeur 24 sous-refroidisseur. Cette énergie stockée peut être utilisée en temps différé, dans les modes simultané et/ou dégivrage, par circulation à travers l'échangeur 23 évaporateur en inversant l'ordre d'ouverture et de fermeture des deux électrovannes 333, 334 (voir figure 2A).During the heating period, this installation thus offers the possibility of storing a certain quantity of energy at low temperature on the cooling circuit 33 by means of the exchanger 24 subcooler. This stored energy can be used in deferred time, in the simultaneous modes and / or defrosting, by circulation through the evaporator exchanger 23 by reversing the opening and closing order of the two solenoid valves 333, 334 (see FIG. 2A). .
Ceci permet d'améliorer les performances de l'installation dans un mode simultané par un relèvement de la température d'évaporation ou si nécessaire de dégivrer l'échangeur 25 d'équilibrage sans avoir à puiser de chaleur dans le 5 milieu à chauffer. En effet, la logique de dégivrage de la thermofrigopompe ne puise pas d'énergie dans le ballon de chauffage et ne consomme pas d'énergie pour le ventilateur. Comme expliqué ci-dessus, le dégivrage est effectué dans un mode spécial correspondant au mode rafraîchissement sans ventilation. L'énergie utilisée pour le dégivrage provient d'un stockage d'énergie dans le 10 ballon ce qui permet d'améliorer les performances par rapport au mode habituel par inversion de cycle selon l'état de l'art des pompes à chaleur dites « air/eau ». Comme illustré à la figure 5, un autre mode, appelé mode simultané, est activé 15 par l'unité de pilotage lorsque celle-ci identifie un besoin de chauffage concomitant à un besoin de rafraichissement. L'unité de pilotage est alors configurée pour exécuter les étapes suivantes. Le tiroir de la vanne 51 est en position de mise en communication de la voie basse pression 512 avec la troisième voie 513 de sorte que la voie d'entrée 511 communique avec la 20 quatrième voie 514. Il en résulte que l'entrée du circuit condenseur de l'échangeur 22 de chauffage est raccordée à la sortie de refoulement du compresseur, et que l'échangeur 25 d'équilibrage est raccordé à l'entrée de la bouteille 201. De même, le tiroir de la vanne 52 est en position de mise en communication de la voie basse pression 522 avec la quatrième voie 524 de 25 sorte que la voie d'entrée 521 communique avec la troisième voie 523. L'unité commande aussi l'activation de la pompe 320 du circuit de chauffage 32 et de la pompe 330 du circuit de refroidissement 33. La pompe 310 du circuit ECS 31 est arrêtée, de sorte que le circuit condenseur de l'échangeur 21 ECS 30 se comporte comme une simple conduite. Les électrovannes 333, 334 sont commandées de manière à empêcher la circulation de fluide par le deuxième circuit de transfert de l'échangeur 24 sous-refroidisseur et permettre la circulation dudit fluide par le circuit de transfert de l'échangeur 23 évaporateur, de sorte que le premier circuit de transfert de l'échangeur 24 sous-refroidisseur se comporte comme une simple conduite. Ainsi, le fluide frigorigène, qui circule dans le circuit frigorifique grâce au compresseur 200, condense dans le circuit condenseur de l'échangeur 22 de chauffage pour céder sa chaleur au fluide circulant à travers le circuit de transfert dudit échangeur 22 de chauffage pour être stocké dans le ballon 321 du circuit de chauffage 32. En sortie de l'échangeur 22 de chauffage, le fluide à l'état liquide est dirigé par la vanne 52 vers le détendeur 203. Le fluide frigorigène passe alors à travers le circuit évaporateur de l'échangeur 23 évaporateur où il est vaporisé, tandis que le fluide du circuit de refroidissement 33 circulant dans le circuit de transfert de l'échangeur 23 est refroidi.This makes it possible to improve the performance of the installation in a simultaneous mode by increasing the evaporation temperature or, if necessary, deicing the balancing exchanger without having to draw heat from the medium to be heated. Indeed, the defrost logic of the thermofridge pump does not draw energy from the heating tank and does not consume energy for the fan. As explained above, the defrost is performed in a special mode corresponding to cooling mode without ventilation. The energy used for the defrosting comes from energy storage in the balloon, which improves the performance compared to the usual cycle reversal mode according to the state of the art of the so-called heat pumps. air / water ". As illustrated in FIG. 5, another mode, called simultaneous mode, is activated by the control unit when it identifies a need for heating concomitant with a need for refreshing. The control unit is then configured to perform the following steps. The slide of the valve 51 is in the communication position of the low pressure path 512 with the third path 513 so that the entry way 511 communicates with the fourth path 514. As a result, the entrance of the circuit condenser of the heat exchanger 22 is connected to the discharge outlet of the compressor, and that the balancing exchanger 25 is connected to the inlet of the bottle 201. Similarly, the slide of the valve 52 is in position placing the low-pressure path 522 in communication with the fourth path 524 so that the input path 521 communicates with the third path 523. The unit also controls the activation of the pump 320 of the heating circuit 32 and of the pump 330 of the cooling circuit 33. The pump 310 of the DHW circuit 31 is stopped, so that the condenser circuit of the exchanger 21 ECS 30 behaves as a single pipe. The solenoid valves 333, 334 are controlled so as to prevent the circulation of fluid by the second transfer circuit of the exchanger 24 subcooler and allow the circulation of said fluid by the transfer circuit of the exchanger 23 evaporator, so that the first transfer circuit of the heat exchanger 24 subcooler behaves as a simple pipe. Thus, the refrigerant, which circulates in the refrigerant circuit through the compressor 200, condenses in the condenser circuit of the heat exchanger 22 to transfer its heat to the fluid flowing through the transfer circuit of said heat exchanger 22 to be stored in the tank 321 of the heating circuit 32. At the outlet of the heat exchanger 22, the fluid in the liquid state is directed by the valve 52 to the expander 203. The refrigerant then passes through the evaporator circuit of the evaporator exchanger 23 where it is vaporized, while the fluid of the cooling circuit 33 flowing in the transfer circuit of the exchanger 23 is cooled.
L'entrée et la sortie du circuit condenseur/évaporateur de l'échangeur 25 d'équilibrage se retrouvent connectées avec la bouteille 201 anti-coup de liquide, ce qui facilite la réintégration de la charge de fluide frigorigène piégée dans l'échangeur 25 d'équilibrage non utilisé dans ce mode.The inlet and the outlet of the condenser / evaporator circuit of the equilibrium exchanger 25 are connected to the anti-blow bottle 201, which facilitates the reintegration of the charge of refrigerant trapped in the exchanger 25. balancing not used in this mode.
Comme illustré à la figure 6, un autre mode, appelé mode rafraichissement, est activé par l'unité de pilotage lorsque celle-ci identifie un besoin de refroidissement seul. Ce mode rafraichissement comprend les étapes suivantes. Le tiroir de chaque vanne 51, 52 est positionné pour la mise en communication de la quatrième voie 514, 524 avec la voie basse pression 512, 522. Ainsi, l'échangeur 25 d'équilibrage communique, du côté opposé au noeud de liaison NL3, avec la sortie de refoulement du compresseur 200, et l'autre côté de l'échangeur 25 d'équilibrage communique (par la bouteille 202) avec l'entrée du circuit évaporateur de l'échangeur 23 évaporateur.As illustrated in Figure 6, another mode, called cooling mode, is activated by the control unit when it identifies a need for cooling alone. This refresh mode includes the following steps. The slide of each valve 51, 52 is positioned for communication of the fourth channel 514, 524 with the low pressure path 512, 522. Thus, the balancing exchanger 25 communicates on the opposite side to the link node NL3 , with the discharge outlet of the compressor 200, and the other side of the balancing exchanger 25 communicates (through the bottle 202) with the inlet of the evaporator circuit of the exchanger 23 evaporator.
Les électrovannes 333, 334 sont commandées pour permettre la circulation du fluide du circuit de refroidissement par le circuit de transfert de l'échangeur 23 évaporateur et la pompe 330 du circuit de refroidissement 33 est en marche.The solenoid valves 333, 334 are controlled to allow the circulation of the cooling circuit fluid by the transfer circuit of the evaporator exchanger 23 and the pump 330 of the cooling circuit 33 is running.
Le fluide frigorigène du circuit frigorifique passe alors à travers le circuit évaporateur de l'échangeur 23 évaporateur où il est vaporisé tandis que le fluide du circuit de refroidissement circulant dans le circuit de transfert de l'échangeur 23 évaporateur est refroidi. Au niveau de l'échangeur 25 d'équilibrage, le ventilateur est en marche et le fluide sortant du compresseur 200 condense dans le circuit condenseur/évaporateur de l'échangeur 25 d'équilibrage en cédant sa chaleur à l'air. Les échangeurs 21, 22 d'ECS et de chauffage ne sont pas sollicités dans ce mode et sont connectés à la bouteille 201 anti-coup de liquide afin de faciliter la réintégration de la charge en fluide frigorigène. 15 Comme illustré à la figure 7, un autre mode, appelé mode ECS simultané, est activé par l'unité de pilotage lorsque celle-ci identifie un besoin simultané d'eau chaude sanitaire (ECS) et de refroidissement. Le tiroir de la vanne 51 est positionné pour mettre la troisième voie 513 en communication avec la voie basse pression 512 de sorte que la voie d'entrée 511 communique avec la 20 quatrième voie 514. Ainsi, l'entrée du circuit condenseur de l'échangeur 21 ECS est raccordée à la sortie de refoulement du compresseur 200 et l'échangeur d'équilibrage est raccordé à la basse pression par l'entrée de la bouteille 201. De manière similaire, le tiroir de la vanne 52 est positionné pour mettre la quatrième voie 524 en communication avec la voie basse pression 25 522 de sorte que la voie d'entrée 521 communique avec la troisième voie 523. Ainsi, la sortie du circuit condenseur de l'échangeur 21 ECS communique avec l'entrée du circuit évaporateur de l'échangeur 23 évaporateur. L'unité commande l'activation de la pompe 310 du circuit ECS 31 et de la pompe 330 du circuit de refroidissement 33. 30 10 Le fonctionnement de ce mode correspondant à celui du mode simultané à la différence près que la condensation du fluide frigorigène s'effectue dans l'échangeur 21 ECS, et non pas dans l'échangeur 22 de chauffage qui se comporte comme une simple conduite. Comme illustré à la figure 8, un autre mode, appelé mode ECS seul, est activé par l'unité de pilotage lorsque celle-ci identifie un besoin seul d'eau chaude sanitaire ECS. Ce mode comprend les étapes suivantes. Le tiroir de chaque vanne 51, 52 est en position assurant la mise en communication de la troisième voie 513, 523 avec la voie basse pression 512, 522, de sorte que chaque voie d'entrée 511, 521 communique avec la quatrième voie 514, 524.The refrigerant refrigerant circuit then passes through the evaporator circuit of the exchanger 23 evaporator where it is vaporized while the cooling circuit fluid flowing in the transfer circuit of the exchanger 23 evaporator is cooled. At the balancing exchanger 25, the fan is on and the fluid exiting the compressor 200 condenses in the condenser / evaporator circuit of the balancing exchanger by giving up its heat to the air. DHW exchangers 21, 22 and heating are not solicited in this mode and are connected to the bottle 201 anti-liquid stroke to facilitate the reintegration of the refrigerant charge. As illustrated in FIG. 7, another mode, called simultaneous DHW mode, is activated by the control unit when it identifies a simultaneous need for domestic hot water (DHW) and cooling. The slide of the valve 51 is positioned to put the third channel 513 in communication with the low pressure path 512 so that the inlet channel 511 communicates with the fourth channel 514. Thus, the inlet of the condenser circuit of the exchanger 21 DHW is connected to the discharge outlet of the compressor 200 and the balancing exchanger is connected to the low pressure by the inlet of the bottle 201. Similarly, the slide valve 52 is positioned to put the fourth channel 524 in communication with the low pressure path 25 522 so that the input channel 521 communicates with the third channel 523. Thus, the output of the condenser circuit of the exchanger 21 ECS communicates with the inlet of the evaporator circuit of the exchanger 23 evaporator. The unit controls the activation of the pump 310 of the DHW circuit 31 and the pump 330 of the cooling circuit 33. The operation of this mode corresponds to that of the simultaneous mode, with the difference that the condensation of the refrigerant s is performed in the exchanger 21 ECS, and not in the heat exchanger 22 which behaves like a simple pipe. As illustrated in Figure 8, another mode, called ECS mode alone, is activated by the control unit when it identifies a single need DHW DHW. This mode includes the following steps. The slide of each valve 51, 52 is in position ensuring the communication of the third channel 513, 523 with the low pressure path 512, 522, so that each input channel 511, 521 communicates with the fourth channel 514, 524.
Ainsi, l'entrée du circuit condenseur de l'échangeur 21 communique avec la sortie de refoulement du compresseur 200 et la sortie du circuit condenseur de l'échangeur 21 communique avec l'entrée du circuit condenseur/évaporateur de l'échangeur 25 d'équilibrage. La sortie dudit circuit condenseur/évaporateur de l'échangeur 25 d'équilibrage communique avec l'entrée de la bouteille 201.Thus, the inlet of the condenser circuit of the exchanger 21 communicates with the discharge outlet of the compressor 200 and the outlet of the condenser circuit of the exchanger 21 communicates with the inlet of the condenser / evaporator circuit of the exchanger 25. balancing. The output of said condenser / evaporator circuit of the balancing exchanger 25 communicates with the inlet of the bottle 201.
L'unité commande l'activation de la pompe 310 du circuit ECS 31 et de préférence du ventilateur associé à l'échangeur 25 d'équilibrage. Le fonctionnement de ce mode est similaire à celui du mode chauffage à la différence près que le fluide frigorigène condense dans l'échangeur 21 ECS, 20 tandis que l'échangeur 22 de chauffage se comporte comme une simple conduite. Comme évoqué ci-avant, l'installation selon l'invention permet de procéder au dégivrage de l'échangeur 25 d'équilibrage en mode dégivrage (figure 9). A cet 25 effet, l'unité exécute un mode, appelé mode dégivrage qui comprend les étapes suivantes. Pour chaque vanne 51, 52, la quatrième voie 514, 524 est mise en communication avec la voie basse pression 512, 522 de sorte que la voie d'entrée 511, 521 communique avec la troisième voie 513, 523. Comme illustré à la figure 2A, les électrovannes 333, 334 du circuit de refroidissement 33 sont 30 commandées de manière à empêcher la circulation de fluide du circuit de refroidissement 33 par le deuxième circuit de transfert de l'échangeur 24 sous-refroidisseur et à permettre la circulation dudit fluide par le circuit de transfert de l'échangeur 23 évaporateur. L'unité commande l'activation de la pompe 330 du circuit de refroidissement 33. L'unité commande l'arrêt du ventilateur 250 associé à l'échangeur 25 5 d'équilibrage. Le deuxième circuit de transfert de l'échangeur 24 sous-refroidisseur étant by-passé, le fluide chaud précédemment stocké dans le ballon 33 au cours d'un mode chauffage, parcourt le circuit de transfert de l'échangeur 23 évaporateur et cède sa chaleur au fluide frigorigène circulant dans le circuit évaporateur dudit échangeur 23 évaporateur, ce qui permet de 10 le vaporiser pour ensuite passer à travers l'échangeur 25 d'équilibrage et ainsi dégivrer son circuit. L'énergie stockée dans le ballon 331 de fluide froid peut aussi être utilisée en temps différé pour vaporiser le fluide frigorigène dans l'échangeur 23 qui 15 condense dans l'échangeur 21 ou 22 au cours d'un mode de type simultané ou ECS simultané pour lesquels la pompe 330 est mise en marche pour utiliser l'énergie stockée dans le ballon 331. Lorsque l'échangeur d'équilibrage 25 fonctionne soit en condenseur soit en 20 évaporateur, le fluide frigorigène parcourt l'ensemble des tubes de l'échangeur d'équilibrage. Comme illustré à la figure 10, chaque ballon 31, 32, 33 est équipé d'une sonde de température Tecs, Teec, Teef disposée à l'intérieur dudit ballon. Le 25 compresseur 200 est équipé d'un capteur de pression BP en entrée et d'un capteur de pression HP en sortie. Le circuit frigorifique comprend de préférence une sonde de température Teea située à l'entrée de l'échangeur 25 d'équilibrage et une sonde de température Tcross située sur la surface extérieure du circuit condenseur/évaporateur de l'échangeur 25 d'équilibrage. 30 Ladite unité de pilotage 7 est configurée pour commander le passage d'un mode de fonctionnement de l'installation à un autre en fonction des valeurs de pression et de température mesurées et de valeurs seuils prédéfinies.The unit controls the activation of the pump 310 of the ECS circuit 31 and preferably the fan associated with the balancing exchanger. The operation of this mode is similar to that of the heating mode with the difference that the refrigerant condenses in the exchanger 21 ECS, 20 while the heat exchanger 22 behaves as a simple pipe. As mentioned above, the installation according to the invention makes it possible to defrost the balancing exchanger 25 in defrost mode (FIG. 9). For this purpose, the unit executes a mode, called the defrosting mode, which comprises the following steps. For each valve 51, 52, the fourth channel 514, 524 is put into communication with the low pressure pathway 512, 522 so that the inlet channel 511, 521 communicates with the third channel 513, 523. As illustrated in FIG. 2A, the solenoid valves 333, 334 of the cooling circuit 33 are controlled so as to prevent the circulation of fluid of the cooling circuit 33 by the second transfer circuit of the exchanger 24 subcooler and to allow the circulation of said fluid by the transfer circuit of the exchanger 23 evaporator. The unit controls the activation of the pump 330 of the cooling circuit 33. The unit controls the shutdown of the fan 250 associated with the balancing exchanger 25. The second transfer circuit of the exchanger 24 subcooler being by-passed, the hot fluid previously stored in the tank 33 during a heating mode, travels the transfer circuit of the exchanger 23 evaporator and gives up its heat the refrigerant circulating in the evaporator circuit of said exchanger 23 evaporator, which allows to vaporize and then pass through the balancing exchanger 25 and thus defrost its circuit. The energy stored in the coolant flask 331 can also be used in delayed time to vaporize the refrigerant in the exchanger 23 which condenses in the exchanger 21 or 22 during a simultaneous type mode or simultaneous DHW for which the pump 330 is turned on to use the energy stored in the balloon 331. When the balancing exchanger 25 operates either as a condenser or as an evaporator, the refrigerant flows through all the tubes of the exchanger balancing. As illustrated in FIG. 10, each flask 31, 32, 33 is equipped with a Tecs, Teec, Teef temperature probe disposed inside said flask. The compressor 200 is equipped with a BP pressure sensor input and an HP pressure sensor output. The refrigerant circuit preferably comprises a Teea temperature probe located at the inlet of the balancing exchanger and a Tcross temperature probe located on the outer surface of the condenser / evaporator circuit of the balancing exchanger. Said control unit 7 is configured to control the transition from one operating mode of the installation to another as a function of the measured pressure and temperature values and predefined threshold values.
Dans une des applications de l'invention, les besoins en chauffage, rafraîchissement et eau chaude sanitaire du bâtiment sont déterminés par des opérations de comparaisons de valeurs réalisées à l'aide de thermostats 5 différentiels et de comparateurs. Comme illustré à la figure 11, les thermostats différentiels comprennent un thermostat de chauffage permettant de définir le besoin de chauffage, un thermostat de rafraîchissement permettant de définir le besoin de rafraîchissement, et un thermostat d'eau chaude sanitaire permettant de définir le besoin en eau chaude sanitaire. CECS, CCH et CRAF sont des 10 valeurs de température de consigne, et DIFECS, DIFCH et DIFRAF sont des valeurs de différentiel de température. Comme illustré à la figure 12, lorsque la différence entre la température de rosée Trosée du fluide frigorigène calculée à partir de la pression BP à 15 l'aspiration du compresseur, et la température Teea mesurée à l'entrée de l'échangeur 25 d'équilibrage dépasse un certain seuil, noté SDGIV, le mode dégivrage est enclenché. La température de rosée est déterminée à partir d'une équation avec comme paramètre d'entrée la mesure de la pression BP en entrée du compresseur. Lorsque la température Tcross de surface de 20 l'échangeur 25 d'équilibrage est supérieure à un certain seuil SFDGIV, la phase de dégivrage est arrêtée. La figure 13 illustre une logique de commande de basculement en mode simultané (« basculement simultané ») ou en mode chauffage (« basculement 25 chauffage »). Le basculement en mode simultané lors du fonctionnement en mode chauffage est géré par un autre thermostat différentiel. CSR est une valeur de température de consigne et DIFSR une valeur de différentiel de température. 30 A titre d'exemple, des essais de performances selon la norme EN14511 ont été réalisés sur un prototype de thermofrigopompe conforme à l'invention en utilisant du propane comme fluide frigorigène. Les résultats d'essais sont présentés ci-après en liens avec les figures 14 à 16. Les performances sont calculées à partir de relevés d'essais en régime stationnaire. Une période de stabilisation des conditions de 30 minutes précède la période d'une heure d'acquisition en régime établi. Le pas d'acquisition des données est de 10 secondes. La consommation des pompes et du ventilateur est prise en compte dans le calcul du Coefficient de Performance (COP) et de l'efficacité énergétique de rafraichissement (EER) de la thermofrigopompe.In one of the applications of the invention, the heating, cooling and domestic hot water requirements of the building are determined by value comparison operations carried out using differential thermostats and comparators. As shown in Figure 11, the differential thermostats include a heating thermostat to define the need for heating, a cooling thermostat to define the need for cooling, and a hot water thermostat to define the need for water sanitary hot. CECS, CCH and CRAF are setpoint temperature values, and DIFECS, DIFCH and DIFRAF are temperature differential values. As illustrated in FIG. 12, when the difference between the dew point temperature of the refrigerant calculated from the pressure BP at the suction of the compressor, and the temperature Teea measured at the inlet of the exchanger 25. balancing exceeds a certain threshold, noted SDGIV, the defrost mode is engaged. The dew point temperature is determined from an equation with the input parameter of the compressor as the input parameter. When the surface Tcross temperature of the balancing exchanger is greater than a certain threshold SFDGIV, the defrosting phase is stopped. Figure 13 illustrates a tilt control logic in simultaneous ("simultaneous tilt") or heating ("tilt heating") mode. Failover in simultaneous mode during operation in heating mode is managed by another differential thermostat. CSR is a setpoint temperature value and DIFSR is a temperature differential value. By way of example, performance tests according to the EN14511 standard have been carried out on a prototype thermofridge pump according to the invention using propane as a refrigerant. The test results are presented below in connection with FIGS. 14 to 16. The performances are calculated from steady-state test reports. A 30 minute stabilization period precedes the one hour steady state acquisition period. The data acquisition step is 10 seconds. The consumption of the pumps and the fan is taken into account in the calculation of the Coefficient of Performance (COP) and the energy efficiency of cooling (EER) of the thermo-pump.
La figure 14 présente le coefficient de performance (COP) de la thermofrigopompe en mode chauffage en fonction de la température d'air pour une température de production d'eau chaude de 35°C (courbe "COP 35°C") et 45°C (courbe "COP 45°C"). A un régime de production d'eau chaude de 35°C, la puissance calorifique produite est de 11 kW à -7°C d'air extérieur et 17,5kW à 7°C. La figure 15 présente l'efficacité énergétique de rafraichissement (EER) de la thermofrigopompe en mode rafraichissement pour différentes températures d'air avec une production d'eau froide à 7°C (courbe "EER SEF 7°C") et 14°C (courbe "EER SEF 14°C"). La puissance frigorifique délivrée varie suivant les régimes de 13,4 à 19 kW. La figure 16 présente le coefficient de performance (COP) de thermofrigopompe en mode simultané en fonction de la température d'eau en sortie de l'échangeur de chauffage et pour une température de production d'eau froide de 7°C (courbe "TFP SEF 7°C") et 15°C (courbe "TFP SEF 15°C"). Ces essais montrent que la puissance calorifique varie entre 23 et 16 kW et la puissance frigorifique entre 10 et 18 kW.Figure 14 shows the coefficient of performance (COP) of the heat pump in heating mode as a function of the air temperature for a hot water production temperature of 35 ° C (curve "COP 35 ° C") and 45 ° C ("COP 45 ° C" curve). At a hot water production rate of 35 ° C, the heat output is 11 kW at -7 ° C outside air and 17.5 kW at 7 ° C. Figure 15 shows the cooling energy efficiency (EER) of the heat pump in cool mode for different air temperatures with a cold water production at 7 ° C ("EER SEF 7 ° C" curve) and 14 ° C (curve "EER SEF 14 ° C"). The cooling capacity delivered varies from 13.4 to 19 kW. Figure 16 shows the coefficient of performance (COP) of the thermo-pump in simultaneous mode as a function of the water temperature at the outlet of the heat exchanger and for a cold water production temperature of 7 ° C (curve "TFP SEF 7 ° C ") and 15 ° C (" TFP SEF 15 ° C "curve). These tests show that the heating capacity varies between 23 and 16 kW and the cooling capacity between 10 and 18 kW.
La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute varianteThe present invention is not limited to the embodiments described and shown, but the skilled person will be able to make any variant
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