2 Pile à combustible
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1. Valid_eau Change_mode a Eau_0k 1 x Stan_pompeo RESET l interface HMI apr s sn Fu contr le des vannes NE TEEN main Start_pompe IN Q 2_OFFS A Compresseur 0N mm amp Stop D Arr t de l installation par p T_discordance_DCAC Ee AND le bouton S2 OFF par le T T 10s JPT D ET Stop de HMI ou par Puiss_DCAC une discordance Fig 7 1 3 Start Stop de la pompe chaleur ROUILLER Olivier Rapport Page 33 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne A an hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me 7 2 Gestion des modes La gestion des modes passe par la d tection des diff rents param tres qui les diff rencient soit le type de vanne eau le type de d tendeur et le type d alimentation lectrique Ce dernier param tre est automatiquement d tect via un contact sur le commutateur de puissance S10 Les autres param tres doivent tre entr s manuellement via l interface homme machine MO PLC_PRG Sart pompe Reset mod D SR Reset 0 SET Qi Gestion ve aleatio Reset mod 0 RESET Fig 7 2 1 S lection du Mode 0 Le mode 0 la particularit de fonctionner avec ou sans l interface homme machine Il faut donc d tecter si l interface est enclench ou non Ceci se fait lorsque l utilisateur clique sur le bouton Entrer de la premi re fen tre La variable Visu ON est alors mise 1 Le reset du mode 0 se fait par la d tection de la fen2. Annexe 7 Pressostats Alco Controls PSI Annexe 8 Vanne eau pressostatique Johnson Controls Serie V46 Annexe 9 Voyant Alco Controls AMI IMM2 Annexe 10 Filtre d shydrateur Alco Controls ADK 0 53S ROUILLER Olivier Rapport Page 48 49 24 11 2006 4 HEVS haute cole valaisanne hochschule wallis Int gration pile combustible et pompe chaleur Travail de dipl me Annexe 11 Annexe 12 Annexe 13 Annexe 14 Annexe 15 Annexe 16 Annexe 17 Annexe 18 Annexe 19 Annexe 20 Annexe 21 Annexe 22 Annexe 23 Annexe 24 Annexe 25 Annexe 26 Annexe 27 Annexe 28 Annexe 29 Thermocouples Thermocoax type K Carte de mesure de puissance triphas e Dimensionnement des conduites par Solkane Tableau des conduites Tableau des coudes t s et r ductions Evaporateur LU VE Contardo S2HC 36 50E R gulateur de vitesse de ventilateur Carel FCS 1022300 D tendeur Carel E2V 09 Pilote de d tendeur Carel EVD420 Vanne magn tique Alco Controls 110RB2T3 et 200RB3T3 Vanne eau Belimo R207K et pilote TRD24 SR D bitm tre B I O Tech Dessins du ch ssis Vanne main Alco Controls BVA Dessin d ensemble et liste de composants Potentiom tre 0 10V Sch mas lectriques Notice d utilisation Estimation du co t de l installation Remarque Les annexes not es d un ast risque sont regroup es dans le classeur d installation qui
3. Vanne eau pressostatique D tendeur pilot D tendeur pilot Alimentation r seau Alimentation pile Mode 3 Vanne eau pilot e Mode 7 Vanne eau pilot e D tendeur pilot D tendeur pilot Alimentation r seau Alimentation pile Les modes principalement vis s sont bien entendus les modes 0 et 7 correspondants aux fonctionnements conventionnel et r gul lectroniquement pr sent s dans les chapitres 5 1 et 5 2 Le mode 0 appara t comme le mode par d faut qui permet une utilisation exempt d interface homme machine Les modes permettant une adaptation du point de fonctionnement sont ceux qui font intervenir la vanne eau pilot e Ce sont donc les modes 1 3 5 et 7 Attention Les modes 4 et 6 ne sont pas accessible car la r gulation de puissance thermique n est pas possible et donc la consommation d nergie lectrique n est pas contr lable ce qui est une n cessit avec la pile combustible ROUILLER Olivier Rapport Page 28 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible h Scole valaisann aa a A et pompe chaleur Travail de dipl me hochschule wallis 6 Armoire lectrique Afin de rendre l installation encore plus param trable 1l fut d cid de non seulement se donner le moyen de passer d une source d alimentation de puissance lectrique une autre mais galement de pouvoir commuter les sources d nergies lectriques de commande L alimentation gl
4. chaleur Travail de dipl me 1 Introduction Depuis de nombreuses ann es la Haute Ecole Valaisanne de Sion oriente ses recherches vers des nergies non polluantes En 2004 un travail de dipl me r alis par M Samuel Bonvin permis d tudier l optimisation d un groupe nerg tique compos d une pompe chaleur et d une pile combustible Le but de ce travail fut d tudier le fonctionnement d une pile combustible de type PEMFC Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell et de l int grer dans le fonctionnement d une pompe chaleur en tant que source d nergie lectrique Les essais effectu s en cabine climatis e lors de ce premier travail de dipl me ont permis de d terminer les conditions atmosph riques id ales pour le fonctionnement de la pile combustible Au chapitre suivant les r sultats obtenus lors de ces essais seront comment s En 2005 un deuxi me travail de dipl me cette fois r alis par M Francesco Poretti permis de r aliser une petite pompe chaleur Le but de ce travail fut d tudier dimensionner et mettre en uvre une pompe chaleur r pondant aux limitations impos es par la pile combustible La pr sentation de cette installation est faite au chapitre 3 Les r sultats obtenus lors de ces deux travaux de dipl me tant prometteurs c est tout naturellement que leur mise en commun fut propos e L obJjet de ce troisi me travail porte donc sur la r alisation
5. 3 3 1 3 Coudes T s et r ductions Afin d viter de couder des tubes et de les craser il est possible de mettre des raccords 45 ou 90 De plus chaque embranchement 1l est n cessaire de placer un raccord en T Lors du passage d une section l autre par exemple adaptation de la section d une conduite 1 2 un organe de section 3 8 il faut mettre un r ducteur La liste des coudes t s et r ducteur s est op r e de la m me mani re que pour les conduites En annexels se trouve le r capitulatif des raccords 3 4 Modifications envisag es Les conduites doivent donc tre remplac es Mais de nombreuses autres modifications doivent tre apport es En effet l optimisation de la pile combustible passe par son maintien une faible temp rature et donc sa ventilation Il devient alors int ressant de remplacer l vaporateur eau par un vaporateur ventil qui permettra de r cup rer l air refroidi pour maintenir la pile une temp rature optimale D autre part pour adapter la consommation d nergie thermique l apport fluctuant d nergie lectrique fourni par la pile combustible il faut pouvoir adapter le point de fonctionnement de la pompe chaleur Le d bit d eau au condenseur le d bit d air l vaporateur ainsi que la d tente de gaz doivent tre variables Pour se faire le remplacement des organes pressostatique et thermostatique point de fonctionnement
6. 8 4 3 1 Visualisation en mode 2 ROUILLER Olivier Rapport Page 43 49 Ce mode fait intervenir la vanne eau pilot e On remarque donc cot de son symbole la pr sence d une case permettant d afficher l tat de sa consigne Il est obligatoire d ajouter cette visualisation une case permettant l utilisateur d entrer la valeur de limitation de puissance Ce mode fait intervenir le d tendeur lectronique On remarque donc cot de son symbole la pr sence d une case permettant l utilisateur d entrer la consigne de surchauffe 24 11 2006 4 HEVS haute cole valaisanne hochschule wallis Int gration pile combustible et pompe chaleur Travail de dipl me 8 4 4 Mode 3 Pompe chaleur Ti 2 2f C P1 2 2f bar A T8 22f C TS 2 21 C 2x i T S22 C P2 2 2f bar Da 5i m3ih 3 0f Vitesse Modes Graphes Fig 8 4 4 1 Visualisation en mode 3 8 4 5 Mode 5 Pompe chaleur Pile combustible Ti 2 2f C P1 2 2f bar 3 0f TS 2 2f C P2 2 2f bar 3 0f Vitesse Modes Graphes Fig 8 4 5 1 Visualisation en mode 5 ROUILLER Olivier Rapport Page 44 49 Le mode 3 tant un m lange des modes 1 et 2 il fait intervenir une case permettant d afficher l tat de la consigne de la vanne eau et une case permettant l utilisateur d entrer la consigne de surchauffe Il est obligato
7. Belimo R207K ainsi que son pilote TRD24 SR ont t choisis Fig 3 4 4 1 Vanne Belimo Les donn es techniques de la vanne et de son pilote se trouvent en annexe 21 3 4 5 D bitm tres Le d bitm tre choisi est une mini turbine permettant un d bit allant de 8 33 e m s 2 66 e m s 3 1 h 960 h Il fournit 150 impulsions litre C est un capteur de type PNP ou NPN choix qui transmet le train d impulsion Il est noter qu une carte de comptage devient n cessaire sur l automate programmable afin de traiter convenablement les informations recueillies par ce capteur Fig 3 4 5 1 D bitm tre B I O Tech Les donn es techniques de la vanne et de son pilote se trouvent en annexe 22 ROUILLER Olivier Rapport Page 19 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible h Scole valaisann S a et pompe chaleur Travail de dipl me hochschule wallis 4 Design de la nouvelle installation Le nombre relativement lev de changements op rer sur l installation a rendu obligatoire laboration d une nouvelle mise en place des composants En effet l vaporateur ventil n cessite un grand espace ainsi qu un acc s libre l aspiration et au reflux d air Une nouvelle construction fut donc d velopp e autour de cet l ment Les principaux composants tant virtuellement dispos en lair sur Autodesk Inventor un ch ssis fut d velopp autour afin de les supporter Il e
8. aa hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me 2 3 2 2 Sortie Tension monophas e 230 Vac 50 Hz Tension triphas e 3 x 400 Vac 50 Hz Attention e La puissance de sortie est limit e par la puissance qui entre puissance fournie par la pile combustible e Le courant maximal de sortie est limit gt si la puissance demand e est trop importante le courant sature et la tension chute e La tension de sortie varie sous forme de rampes 2 3 2 3 Contr le Chaque port doit tre sp cifi soit comme entr e soit comme sortie et n est ensuite plus modifiable 4 x In Out digitales 0 10 V Pr vu pour la commande ou le contr le de param tres 1 x In Out analogique 0 10 V ou 4 20 mA Pr vu pour la commande de puissance 2 3 2 4 Batterie Une batterie 24 Vdc n cessaire pour le d marrage et l arr t de la pile combustible est pr vue avec un chargeur convertisseur DC DC ROUILLER Olivier Rapport Page 7 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne P aa hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me 3 Pompe chaleur La pompe chaleur comme son nom l indique sert pomper des calories soit de l nergie La premi re installation de Suisse fut r alis e dans les salines de Bex il y a 100 ans Le fonctionnement d une pompe chaleur est inverse celui d un frigo La pompe chaleur extrait les calories de divers
9. des l ments secondaires sserssseososseeeessrnscccossscesssssscccssssseesssscccesssecssnee 22 4 4 Desin de la DRE LU RS 5 OP TRES nee en 25 AU OL OO I LA TA EE e naia anna kear isinai ii 27 5 1 CONVENAONINOL 5 522e see seen csescedenee cos s desc a 27 5 2 R gul lectroniquement sescscsccccccccccccccccccccccccccccccccccccccecccccccccccccccccccececccccccccccccccceccceccccceccceceeeee 27 5 3 NO Re RAR ee 28 5 4 AMICHEU TION ee E OE ne en ns 28 5 5 R CMIOUIAUT nr E pe mere bird ee denses tele ed rte l ions os sera pied tedetpos tele trie lien lebele ie distant 28 O Armon eC UC en EEDE EEEE lies dla at 29 T Pma On A eoe T 32 7 1 Conversions d CCDEIECS 55 isiin reni na ene AE E EESE NEAS a EE Eai 32 7 2 Gestion des MOURS ns ssecsccsssecsesesccssecenecesesesceesecesseesecosceasecesecesesesceesesosseesecesccesecsseceseceseeeseses 34 7 3 Mode APR ne ee EE EE Sen 36 7 4 Mode IL rao a re E rE E NEE E S 37 7 5 Mode 2 nine ss sisesdesstssstensdecatcsssensssssdscssesatesstebatecetesttosstessdsestessto 37 7 6 NID sis sssssnsle seins sadsstonsssdesn ss stats le seins sa destene sites nes sset its le sets nes s sens cles seen ste 37 7 7 Mode Sereas e eee 37 7 8 Mod 7 sssssssssssscss des ssesnsssssssnecscscssesssscestescscssecssscsnesscecasencsscsotesdnesescasscsnesssetasenessceotes seseess 38 7 9 SSI A DU LA POS RE 3 O1 PPT OR E EE 39 S LL OR E RRA 40 ROUILLER Olivier Rapport Page 1 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combust
10. dipl me 4 4 Design de la tuyauterie Les l ments furent plac s de mani re optimale sur le ch ssis et la tuyauterie fut d velopp e de fa on limiter les pertes de charges limiter le nombre de coudes et assurer le mieux possible le retour de l huile au compresseur Fig 4 4 1 Tuyauterie de refoulement Fig 4 4 2 Tuyauterie de fr on liquide Fig 4 4 3 Tuyauterie d aspiration Fig 4 4 4 Tuyauterie d eau ROUILLER Olivier Rapport Page 25 49 24 11 2006 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne A hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me Fig 4 4 5 Tuyauterie vue de dessus Fig 4 4 6 Tuyauterie vue de face Fig 4 4 7 Tuyauterie Le dessin de la vue d ensemble de l installation avec sa liste de composants se trouve en annexe 25 ROUILLER Olivier Rapport Page 26 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne P aa hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me 5 Modes de fonctionnement De part la mise en place des l ments conventionnels point de fonctionnement fixe pressostatique et thermostatique ainsi que de leur mise en parall le d l ments lectroniquement pilotable 1l est envisageable d utiliser l installation dans des buts diff rents Par exemple pour un laboratoire o seule la pompe chaleur est tudi e la partie r glage peut tre simplifi e en uti
11. es techniques de l vaporateur ainsi que du variateur se trouvent en annexe 16 et 17 3 4 2 D tendeur lectronique Dans la gamme EEV Carel propose un logiciel tournant l aide d un Run Time Labview permettant de d terminer quelle est la vanne de d tente la plus propice Il en ressort que la vanne de type E2V 09 correspond tout fait l application De plus Carel propose diff rents r gulateurs et drivers de vanne Le driver de type EVD4 permet une entr e en 0 10V commandant directement l ouverture de la vanne de d tente iiidid wiii E e piu uyy ELLE far mi l m E Fig 3 4 2 1 D tendeur E V pilote EVD4 Les donn es techniques du d tendeur ainsi que de son driver se trouvent en annexe 18 et 19 ROUILLER Olivier Rapport Page 18 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible h Scole valaisann x a a et pompe chaleur Travail de dipl me hochschule wallis 3 4 3 Vannes magn tiques La vanne magn tique sur la ligne de r frig rant liquide reste en place Il faut cependant ajouter une deuxi me vanne la sortie du compresseur afin d viter le retour de liquide Leur fiche technique se trouve en annexe 20 3 4 4 Vanne eau pilot e D apr s les essais r alis s lors des laboratoires sur la pompe chaleur il s est av r que le d bit l entr e du condenseur oscillait entre 100 et 400 1 h Afin de remplacer la vanne pressostatique la vanne de
12. tre du choix de mode Interface Homme Machine E HEVS haute cole valaisanne hochschule wallis Laboratoire de Thermique Automate WAGO IP 153 109 2 51 Version 1 0 Olivier Rouiller 24 novembre 2006 Fig 7 2 2 Fen tre d accueil Tous les autres mode ne peuvent tre s lectionn s que si la variable Visu ON preuve de l utilisation de l interface HMI est 1 ROUILLER Olivier Rapport Page 34 49 24 11 2006 haute cole valaisanne hochschule wallis 04 Charge mo 03 mz Charge _mod PLC_PRG Strt pompe 04 m3 Ciadg mo PLC_PRG Sar pompes lis US C karge mot i PLC PRG Start pompe UT Chage mot PLC PRG Start pompes 07 Mko PLC PRG Start pompe Fig 7 2 3 Bloc de s lection des modes ROUILLER Olivier HEVS Int gration pile combustible et pompe chaleur Travail de dipl me Remarque Un changement de mode en cours de fonctionnement n est pas possible La s lection de param tres entrainant un mode incorrect modes 4 et 6 g n re une alarme l utilisateur lui demandant de changer de param tres Rapport Page 35 49 24 11 2006 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne n _ hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me Chaque mode est ensuite impl ment de fa on fonctionner selon le cahier des charges suivant 7 3 Mode 0 Alimentation lectrique via le r seau Vanne eau pressostati
13. 0 EvD400_100 a Consigne_Surchauffe V3 _100 REAL_TO_WORD FCS_100 EvD400_1 Puiss_100 REAL_TO_WORD EvD400_2 REAL_TO_WORD EVD_100 32764 EVD400_3 Conversion_100_32764 REAL_TO_ WORD SE EVD400_100 IN Conversion_100_32764 EVD400 EvD400_5 REAL_TO_WORD EvD400_7 V3_100_32764 Conversion_100_ 32764 REAL_TO_WORD sI 3_100 IN Conversion _100_32764 v3 Consigne_Belimo REAL_TO_WORD wi i FCS_100_32764 5 Conversion _100_32764 REAL_TO_WORD IN Conversion_100_32764 Fes P EAL_TO_WORD 7 4 _ EAL_TO_WORD 37 Cmde_Puiss EAL_TO_WORD WORD_TO_REAL FCS_0 EAL_TO_WORD ERCTONORD Remarque Le bloc Conversion 100 32764 ne fait qu une mise l chelle permettant de passer d un signal 0 100 en mot de 0 32764 An D D Consigne _Verntilateur 2 FCS_1 D FCS_2 2 EAL_TO_WORD FCS3 EAL_TO_WORD FCS_5 EAL_TO_WORD D D FCS_7 EAL_TO_WORD OR WORD_TO_REAL Puiss_0 EAL_TO_WORD 7 Consigne_puissance 7 Puiss_1 Fig 7 1 2 Interface de conversion d chelle pour les sorties analogiques Les sorties digitales ne demandent elles pas d attention particuli re Seul leur verrouillage est important afin de mettre l installation en s curit et ne pas cr er de d marrages intempestifs SR_pompe 51_ON gg Da SETI 5 Qi Start_pompe j Valid_freon ju su_on EE Start de l installation par Change mode a Freon_ok HE le bouton SI ON ou par Start_pompeo RESET Waming_OK le bouton Start de
14. 100 Fotentiel de r chauffe ment plan taire sur 100 ans AEL Limite admissible d exposition plus AEL est faible plus le fluide est toxique Fig 3 2 11 2 Comparaisons de plusieurs fluides frigorig nes sur l impact environnemental Attention M lang dans de bonnes proportions de l air et sous une pression de 6 bar le R134a peut devenir explosif 3 3 Contr le de dimensionnement L installation r alis e par M Francesco Poretti fonctionne correctement Cependant il a t constat suite au contr le de dimensionnement des conduites que ces derni res taient de trop faibles sections certains endroits de l installation Le sous chapitre suivant explique comment dimensionner convenablement les conduites de gaz et de liquide de fr on Le d bitm tre d eau du condenseur devra galement tre remplac car son faible nombre d impulsions d livr es par litre n est pas satisfaisant ROUILLER Olivier Rapport Page 15 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne P aa hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me 3 3 1 Dimensionnement des conduites 3 3 1 1 Section des conduites Afin de fournir des param tres de fonctionnement optimaux il faut faire sp cialement attention deux contraintes La vitesse du fluide frigorig ne l aspiration ainsi qu au refoulement doit tre suffisamment lev e pour transporter correctement l huile quelles que
15. 4 2 1 Ch ssis et l ments de l tage inf rieur Les dessins des pi ces du ch ssis ainsi que les plans de montage se trouvent en annexe 23 4 3 Placement des l ments secondaires A ce stade l installation se pr sente comme une table ayant une surface sup rieure totalement libre L emplacement des l ments restant condenseur r servoir de fr on liquide d shydrateur voyant d humidit et de gaz vannes magn tiques d tendeur vanne eau doit tre fait bloc par bloc La ligne de r frig rant liquide fut dessin en premier en respectant les r gles d emplacement des l ments montage vertical du d shydrateur ainsi que du voyant de gaz dans une colonne descendante la suite de la bouteille r servoir de r frig rant liquide L r Fi ROUILLER Olivier Rapport Page 22 49 24 11 2006 4 Fig 4 3 1 El ments de la ligne liquide 4 HEVS Int gration pile combustible h Scole valaisann l P a et pompe chaleur Travail de dipl me hochschule wallis Le condenseur ainsi que le d tendeur furent ensuite plac s de chaque c t L espace disposition restant amena la r flexion suivante Afin de rendre l installation multi usages pourquoi ne pas laisser les l ments pressostatique et thermostatique en place Apr s plusieurs r flexions de base sur les diff rents modes de fonctionnement que cela apporte et sur la r gulation d une telle installation il fut d cid de mettr
16. 49 Ce mode fait intervenir la vanne eau pilot e On remarque donc cot de son symbole la pr sence d une case permettant d afficher l tat de sa consigne De plus la surchauffe tant r glable une case permet l utilisateur d entrer la consigne de surchauffe Une case permet de contr ler directement la valeur de la puissance lectrique consomm e Il est obligatoire d ajouter cette visualisation une case permettant l utilisateur d entrer la valeur de limitation de puissance La fig 9 5 1 montre la fen tre qui appara t quand l utilisateur presse le bouton Graphes d une fen tre de visualisation Le premier graphe repr sente les caract ristiques de l vaporateur Le deuxi me graphe repr sente celles du condenseur Le troisi me graphe repr sente le bilan des puissances Chaque courbe a sa valeur affich e c t de la l gende 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne P aa hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me 9 Mise en Service et tests La mise en service suivie des tests usuels de fonctionnement et de rendement seront r alis s apr s ce travail de dipl me Une notice d utilisation a toutefois d j t r alis e En annexe 28 se trouve la notice d utilisation de l installation Elle pourra tre amen e voluer en fonction des r sultats des tests et de ses premi res utilisations 10 Co ts Tou
17. 4L PUISS_ ele T3 WORD TO REAL T4 WORD TO REAL wA S T5 WMIOUT_P1 30 0 0000 0IN_P1 BOUT _P2 9 0 0000 01M_P 2 1 WYORD_TO_REAL j3 TG GOUT _T1 IN_ T1 0 WORD_TO_REAL ISOUT_T2 IN T2 0 T7 IBIOUT_T3 IN_ T3 0 DAOUT_T4 IN_ T4 0 EE IAQUT_TS IN T5 0 ISIOUT_T IN_ TE 0 WORD TO REAL OOUT_TT IM_T7M 0 D_air QUT_TE IN T8 0 WORD_TO_REAL MAUT Dair IN Dar PF ele 1 a Tree QUT_ELE IN_ELE1 IN_ELEZ PF ele _2 Remarque Les cartes d entr es transmettent leurs informations sous forme de mots Une conversion en un type R el virgule flottante devient n cessaire pour un affichage coh rent des valeurs Cette conversion est faite par le biais du bloc WORD TO REAL Fig 7 1 1 Interface de conversion d chelle pour les entr es analogiques ROUILLER Olivier Rapport Page 32 49 24 11 2006 HEVS Int gration pile combustible h Scole valaisann aa do A et pompe chaleur Travail de dipl me hochschule wallis A l inverse il a galement fallu transformer les grandeurs physiques entr es par l utilisateur de l interface graphique en grandeurs compr hensibles pour l automate et ses cartes de sorties Les valeurs de sorties proviennent de plusieurs endroit et rend obligatoire l ajout de portes OU Celles ci n cessitent une entr e de type WORD ou BOOL ce qui a rendu n cessaire l ajout de bloc de conversion juste devant et derri re elles Sorties _analog REAL_TO_WORD WORD_TO_REAL Sorties_analog EvD400_
18. Fili re Syst mes industriels Orientation Power amp Control Dipl me 2006 Olivier Rouiller Int gration pile combustible et pompe chaleur Expert Jo l Fournier Professeur Jean Claude H ritier noc EVS IN O ALLO 000052 4 LL 4 t J KA L L Y EE A 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me Table des mati res OO A 3 2 PC CODES ADO niri Nn EAEAN EREEREER 4 2 1 Principe de TONCLHOUANOMENE 8 cesse snonepns sin oe ne date se nens ee eva ne es iicn aaea test benne e siaina 4 2 2 Rendement sssrin saaa Saase EE ETEO 5 2 3 Interlace DOUAC osionsa onsas aono aA a AEn Dnes D EES POTSER EEEN 6 E E A EEE E EE A E A E 8 3 1 Principe de foncHhonnemieni ssiri annn EEE E 8 3 2 ISA OO existante sssisseomsissnssrssaoeos onses n esasan Ena EEEn ESE a ENEE 9 3 3 Conirole de dimensionnement sisisi iiisge 15 3 4 Modifications enyisadCES sissrsssscisesssicivesrarisasiiees ausa reai a Eea A a Sr iiaeiai 17 4 Design de la nouvelle installation sseeeseesesssseeeeeosssseseeeecccsssseeeeeccocsssseececcccssseseeeecccssssseeeesossses 20 4 1 Placement des l ments principauX ssscccccccccccccccccccccccccccccececcecccccccccececccccccccccccccccccccssesssecesesee 20 4 2 Elaboration du CHASSIS dsssetsessseneseleebnseunscndssaccctertsnesedensssaneaanstssstaee tte nano deoen sdeactstss 22 4 3 Placement
19. LE_PRG Warning _GK THEN 0023 Currentigu W RNING 0 TIRE Fesethlode FALSE 0025 ELSIF Modei AND MOT PLC_PRG Warning _ok THEN 0026 Currentisu WARNING 1 TIEF Fesethlode FALSE 002a ELSIF Modez AMDO MOT PLC_PRG Warning _ GK THEN 0024 currentis WARNING 2 0na Fesethlode FALSE 0031 ELSIF Modes AMD MOT PLC_PRG Warning _ GK THEN 0032 Currentigu WARNING 3 0033 Fesethlode FALSE 3 4 ELSIF Modes AMDO MOT PLC_PRG Warning _ GK THEN 0035 Currents WARNING 5 0036 ResetMode FALSE TIEF ELSIF Mode AMDO NOT PLE_PRG Warning _GK THEN 003g currentis WAR MIMG_ T 00 34 ResetMode FALSE O 40 ELSIF Mode_KO AND HOT PLE_PRG Warning _OKk THEN 004i Currentisu MODE INMYALIDE 0042 ResetMode FALSE O 43 OO 4 ELSIF NOT YarBOOLT THEN 0045 Currentwigu MODE 0046 ResetMode TRLE 0047 Reset made _ z TRLE O 48 END IF an4a ROUILLER Olivier Rapport Page 39 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne i aa hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me 8 Interface graphique L interface graphique choisie est celle fournie par le m me d veloppeur que l outil de programmation de l automate Elle a l avantage d tre directement int gr e au logiciel CoDeSys Cependant ses possibilit s de programmation et ses qualit s visuelles sont quelque peu limit es Cette interface n est en effet pas de type SCADA Elle ne permet donc pas de faire d acquisition de d
20. Olivier Rapport Page 29 49 24 11 2006 4 HEVs Int gration pile combustible haute cole valaisanne m Travail ibl m rocce wi et pompe chaleur avail de dipl me S 30 S 20 S 10 Alimentation Alimentation Alimentation 24 V OC 230 V AC 400 V AC 1t R seau AC DC tR seau tR seau 2 Batterles 2 Pile via DCAC 2 Pile via DCAC Fig 6 2 Commutateurs d alimentation lectrique La mise en et hors service de l installation peut se faire soit par l interface HMI soit par deux boutons poussoir S1 et S2 sur l armoire lectrique La limitation de puissance peut galement se commander de mani re locale via un potentiom tre mont sur l armoire lectrique Le montage donnant une commande 0 10V par potentiom tre aliment en 24Vdc se trouve en annexe 26 L interrupteur S100 permet d enclencher le d givrage de l vaporateur Il est noter que l alimentation de ce dernier se fait uniquement par le r seau et non par la pile combustible cause de la grande puissance consomm e par le corps de chauffe Compresseur 1 S1 0N 0 S2 0FF 5 30 5 20 5 10 Alimentation Alimentation Alimentaiion 24 V DC 230 V AC 400 V AC 1R seau AC DC R seau l R seau 2 Batteries Pile via DCAC 2 Pile via DCAC Fig 6 3 Organes de commande mont s sur l armoire lectrique ROUILLER Olivier Rapport Page 30 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne r M hochschule w
21. a hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me Fig 3 2 1 1 Echangeur de chaleur coaxial 3 2 2 Compresseur Le compresseur est de type Scroll Cette technologie permet une compression plus r guli re qu un compresseur piston Pour une temp rature d vaporation de 5 C et une temp rature de condensation de 40 C la puissance absorb e par le compresseur mis en place vaut 870W valeur obtenue pour du R134a La fiche technique se trouve en annexe 3 Fig 3 2 2 1 Compresseur scroll 3 2 3 D tendeur thermostatique Une vanne de d tente est constitu e d un l ment thermostatique 1 s par du corps de vanne par une membrane Un tube capillaire relie l l ment thermostatique un bulbe 2 Afin de compenser les pertes de charges dans l vaporateur une contre pression est prise la sortie de l vaporateur et non directement au d tendeur La fiche technique se trouve en annexe 4 Fig 3 2 3 1 D tendeur thermostatique Son fonctionnement d pend de 3 pressions fondamentales P1 pression du bulbe exerc e sur la face sup rieure de la membrane ouverture du d tendeur P2 pression d vaporation exerc e sur la face inf rieure de la membrane fermeture du d tendeur P3 pression du ressort exerc e elle aussi sur la face inf rieure de la membrane fermeture du d tendeur ROUILLER Olivier Rapport Page 10 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole va
22. allis et pompe chaleur Travail de dipl me Le code de couleurs suivant a t respect pour le c blage de l armoire 1 Force Phase 1 LI Noir Phase 2 L2 Rouge Phase 3 L3 Blanc Neutre N Bleu clair Terre PE Jaune vert 2 Commande 24 V Rouge OV Bleu fonc 24 V coup Rouge blanc 0 10 V Violet R f rence du 0 10V Violet blanc Tous les sch mas lectriques se trouvent en annexe 27 ROUILLER Olivier Rapport Page 31 49 24 11 2006 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne n A hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me 7 Programmation API La programmation de l automate permet non seulement de commander l installation mais aussi d acqu rir des valeurs analogiques ou num riques repr sentant l tat de l installation et les grandeurs physiques mesur es Le programme a t d velopp en plusieurs parties 7 1 Conversions d chelles La premi re consiste acqu rir les mesures et de convertir les mots de donn s sous un format compr hensible pour l utilisateur Il a donc fallu cr er un bloc transformant les signaux 0 10V en grandeurs physiques analog_ in RD TO _REAL Conversion signaux entree F1 Pression haute Pression basse WORD TO RE L T_out_comp pa T_ au in T_eau_out WYORD_TO_REAL T_out_cand Ti T_in_ vap T_air_in WYORD_TO_REAL T_air_out T2 T_in_comp D bit _air WORD TO REA
23. ctricien de l cole Monsieur Alain Roduit pour m avoir aid lors du montage de l armoire lectrique Merci Monsieur Hans Peter Biner et Monsieur Didier Blatter pour la r alisation de l interface lectrique DCAC Egalement un grand merci l entreprise Belimo qui a fourni gratuitement le mat riel demand et pass du temps pour r pondre aux questions et pr senter leurs solutions ROUILLER Olivier Rapport Page 47 49 24 11 2006 haute cole valaisanne hochschule wallis HEVs Int gration pile combustible et pompe chaleur Travail de dipl me 14 R f rences 1 2 3 4 5 6 Travail de Dipl me Groupe de production chaleur avec pile combustible Samuel Bonvin HEVSs 2004 Travail de Dipl me Pompe chaleur Francesco Poretti HEVSs 2005 Formulaire du froid 13 dition Pierre Rapin et Patrick Jacquard Dunod ISBN 2 10 049993 9 Les bases du froid 3 dition Francis Cabeza Didafrio ISBN 2 9511345 09 Les pompes chaleur et la maison individuelle Serge Alquier et Yves Lecoffre Editions du Moniteur ISBN 2 281 11063 X Rapport PilePac Jean Claude H ritier ao t 2006 15 Annexes Annexe 1 Nexa Power Module User s Manual Annexe 2 Condenseur Coaxial COAX 2101H Annexe 3 Compresseur Scroll ZR22K3E TFD Annexe 4 D tendeur thermostatique TIS MW Annexe 5 Manom tres REFCO R3 220BC 4 et R3 320BC 4 Annexe 6 Transmetteurs de pression PENN
24. e Une membrane s che r ne laisse plus passer les ions H e Des cycles de purges permettent d vacuer l eau des membranes ROUILLER Olivier Rapport Page 5 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne P aa hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me 2 3 Interface DC AC 2 3 1 Principe Le but du convertisseur DC AC est de convertir la tension lectrique continue fournie par la pile combustible en une tension triphas e sinuso dale 30Yac 50Hz fixe Ovac dO0vac 50Hz Triphas variable en tension File combustible z5 100 de Batteries 2 Vde F GND FT GND Fig 4 4 1 1 Sch ma de principe du convertisseur DC AC Pile combustible 25 100V et batteries 24V Convertisseur DC DC Buck Boost gt Uin 50Vdc Convertisseur DC DC Boost gt Uzw 700Vdc Convertisseur monophas DC AC gt 230Vac Convertisseur triphas DC AC gt 0 400Vac Un Aa D e e 2 3 2 Sp cifications Puissance maximale 3 kW Consommation interne en stand by 2W Consommation interne en fonction 10 20W 2 3 2 1 Entr e Tension d entr e 20 Vde 100 Vdc pile combustible 22 100 Vdc Courant nominal d entr e 50 A pour pile combustible Surveillance interne de la tension et du courant d entr e ROUILLER Olivier Rapport Page 6 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne P
25. e d shydrateur et voyant ROUILLER Olivier Rapport Page 12 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne P aa hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me 3 2 8 Bouteille r servoir de r frig rant liquide Le r servoir mis en place provient du fabricant WAEKA Il permet de contenir 1 6 dm de r frig rant et supporte des pressions allant jusqu 28 bar Son raccord sup rieur permet un remplissage ais du r frig rant Afin d assurer une alimentation du d tendeur en liquide la sortie du r servoir capte le r frig rant au point le plus bas r servoir en t le d acier noir pression de service 28 bar entr e raccord fixe braser sortie m le 1 14 UNF avec vanne Rotalock braser r servoirs sans voyant avec vanne Rotalock article volume entr e sortie vanne dimensions mm 100 pouce pouce tube plongeur dm C D B E int mm 113 0184A 1 6 3 8 3 8 253 100 M8 11 3 Fig 3 2 8 1 R servoir de r frig rant 3 2 9 Accumulateur d aspiration L accumulateur d aspiration a pour mission de prot ger le compresseur d une arriv e de liquide Il est constitu d une entr e sup rieure sous forme de diffuseur et d une sortie captant le gaz son sommet La tuyauterie interne en U est perc e au point le plus bas Ceci permet de r cup rer l huile par aspiration Remarque Au d montage de l installation une quantit d huile non n gligeable se retro
26. e du ventilateur gr ce une r gulation de type PID 7 5 Mode 2 Alimentation lectrique via le r seau Vanne eau pressostatique D tendeur lectronique Ce mode de fonctionnement est identique au mode 0 la nuance pr s que l utilisateur peut faire varier la surchauffe du gaz la sortie de l vaporateur Il n cessite donc en plus du mode 0 une consigne permettant l utilisateur de donner une valeur de surchauffe au d tendeur lectronique 7 6 Mode 3 Alimentation lectrique via le r seau Vanne eau pilot e D tendeur lectronique Ce mode est un m lange des modes 1 et 2 En effet les r glages de la puissance lectrique et de la surchauffe se font de la m me mani re que pour les modes 1 et 2 7 7 Mode 5 Alimentation lectrique via la pile combustible Vanne eau pilot e D tendeur thermostatique Ce mode permet le r glage de la puissance consomm e L utilisateur introduit une consigne de puissance lectrique max qu il veut atteindre Un pr r glage de d bit se fait par le biais de la vanne eau pilot e et d une commande priori Une fois le d bit atteint le compresseur et le ventilateur s enclenchent La mesure de puissance lectrique consomm e permet ensuite un r glage fin du point de fonctionnement par le biais du d bit d eau et de la vitesse du ventilateur gr ce une r gulation de type PID ROUILLER Olivier Rapport Page 37 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combust
27. e en parall le sur le d tendeur lectronique l organe thermostatique et en parall le sur la vanne eau pilot e l organe pressostatique L ajout de vannes de s lection est alors n cessaire Les vannes main se trouvant sur l installation d velopp e par M Poretti sont r cup r es pour la s lection de la vanne eau Des vannes sp cialement con ues pour la s lection de circuits de fr on furent choisies dans le catalogue de Charles Hasler Il s agit de la vanne BVA dont les caract ristiques se trouvent en annexe 24 b i oh s j Fig 4 3 2 Vanne main pour l eau Fig 4 3 3 Vanne BVA pour fr on Des raccords tanches furent mis en place pour l arriv e et l vacuation de l eau afin de limiter les risques dus l lectricit Le d bitm tre fut plac le plus proche possible du condenseur afin de limiter les turbulences engendr es par les vannes eau Fig 4 3 4 Position des l ments de l tage sup rieur ROUILLER Olivier Rapport Page 23 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible a O Ua ane et pompe chaleur Travail de dipl me hochschule wallis Fig 4 3 5 Vue d ensemble des l ments de l tage sup rieur Fig 4 3 6 Vue d ensemble de l installation ROUILLER Olivier Rapport Page 24 49 24 11 2006 4 HEVs Int gration pile combustible haute cole valaisanne a m Travail ipl m a et pompe chaleur avail de
28. ec les recommandations d un autre fournisseur de mat riel frigorifique Tecumseh pr conisant l augmentation de la vitesse du fluide dans les conduites ascendantes Etant donn le faible changement de niveau entre les diff rents organes donc la faible longueur des conduites ascendantes 1l fut d cid de maintenir une section constante autant plat qu la verticale ROUILLER Olivier Rapport Page 16 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne P aa hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me Diam tre Diam tre Diam tre x PURE n Epaisseur De Conduite normalis gt ext rieur x int rieur mm pouces mm mm Mesures de pression 1 4 6 321X 0 62 5 08 Conduite de liquide 3 8 9 52 1x 0 76 8 00 Conduite de refoulement 1 2 12 0 x 0 89 10 92 Conduite d aspiration 5 8 15 87 x 1 01 1400 Fig 3 2 1 1 2 R capitulatif des sections des conduites 3 3 1 2 Longueur des conduites L installation a t enti rement dessin e sur Inventor10 et permet donc de d terminer de mani re exacte la longueur de chaque conduite Cette op ration permet de commander la quantit voulue de conduites sans se retrouver ni en manque ni en surplus exag r Une marge est tout de m me observ e afin de pouvoir op rer des modifications en cours de fabrication ou de palier un accident de brasage En annexe 14 se trouve le r capitulatif des longueurs de conduite
29. et la r gulation de la pompe chaleur aliment e par la pile combustible L optimisation nerg tique du rendement de la pile combustible passera par son refroidissement direct via la pompe chaleur L int gration de ce concept n cessitera de traiter la probl matique de l adaptation du point de fonctionnement de la pompe chaleur pour pouvoir g rer la pile combustible ROUILLER Olivier Rapport Page 3 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne i aa hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me 2 Pile combustible Les piles combustible sont pr sent es comme l nergie de demain en parall le avec l hydrog ne Et pourtant elles ne sont pas une technologie nouvelle puisque leur principe de fonctionnement a t d couvert en 1839 Jusqu au milieu de ce si cle elles sont rest es oubli es jusqu ce que l on s y int resse de nouveau avec les programmes spatiaux des ann es 1960 La pile combustible peut se d finir comme un g n rateur lectrochimique permettant de convertir directement l nergie chimique interne d un combustible en nergie lectrique sans passer par l nergie thermique 2 1 Principe de fonctionnement La pile combustible test e par M Samuel Bonvin lors de son travail de dipl me provient de chez Ballard C est une pile de type PEMFC Elle est compos e de deux lectrodes l anode et la cathode charg es en cata
30. fois varier dans de faibles proportions la puissance fournie au condenseur via la pr contrainte du ressort de la vanne pressostatique 5 2 R gul lectroniquement L interface homme machine prend dans ce cas de figure une place importante Elle permet de rentrer les valeurs de point de fonctionnement En fonction des param tres entr s par l utilisateur dans l interface homme machine HMI l automate assigne des consignes de vitesse au ventilateur de l vaporateur d ouverture la vanne eau du condenseur de surchauffe au d tendeur thermostatique et aussi de limitation de puissance au convertisseur DCAC de la pile combustible 5 2 1 Avantages Ce mode de fonctionnement permet toutes les fantaisies de r glage de puissances Il permet aussi bien d tudier le fonctionnement de la pompe chaleur que de travailler sur l optimisation nerg tique du groupe pile combustible pompe chaleur 5 2 2 Inconv nients L utilisation d une interface HMI devient obligatoire pour entrer les diverses consignes et contr ler le fonctionnement de l installation ROUILLER Olivier Rapport Page 27 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne P aa hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me 5 3 Mixte Il est tout fait envisageable de travailler de fa on mixte sur cette installation On peut en effet utiliser le d tendeur thermostatique surchauffe du r frig
31. ge de visualisation en fonction du mode ou de l tape dans laquelle l utilisateur se trouve La variable CurrentVisu peut tre accessible en lecture et en criture Ceci permet de forcer sa valeur afin d atteindre une page sur demande OOG1PROGERAM Gestion _Visualisation GOO2 FR INPUT 0003 YISI ONM BOOL DOPAENMC WAR SRinst SR WarBOOLT BOOL Feset_mode_0 BOOL QOOAIIF VISU ON THEN et pompe chaleur Travail de dipl me IF PLC_PRG Start_pompe AND Change_mode OR VarBOOL1 THEN Curre ntvisu DEMANDE_ARRET SRInst SET1 Change_mode RESET Demande_arret VarBOOLT1 SRinst Q1 ResetMode FALSE END _IF IF Graph THEN Currentvisu GRAPH ENDIF Fig 7 9 1 Gestion de l affichage nid TE IF Model AND PLE_PR G Warning _ GK AND NOT YarBOGLT THEN 0004 Currentigu 1510 0 000s ResetMode FALSE minii ELSIF Modei AMO PL _PRG Warning Ok AND MOT YarBDOLI THEN 000r currentis wS 1 000g ResetMode FALSE nigy ELSIF Modez AMDO PL _PFR G Warning Ok AND MOT YarBOOL1 THEN 001 0 currentis wS 2 0011 ResetMode FALSE O0 2 ELSIF Modes AMC PLEC_PRGWarming Ok AND MOT YarAGOLT THEN 001 3 currentis sws a 001 4 ResetMode FALSE 0015 ELSIF Modes AMDO PL _PRG Warning _Ok AND MOT YarBOOL1 THEN 0016 Currentwigu 1810 5 001 7 ResetMode FALSsE 001s ELSIF Mode AMDO PL _PR G Warming_Ok AND MOT YarB0OLI THEN 0019 Currentisu sws Tr n020 ResetMode FALSE 0021 0022 ELSIF Modet ANDO MOT P
32. hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me De 2 3 Le fluide se refroidit et se condense pression constante en c dant de la chaleur au fluide de refroidissement De 3 3 Sous refroidissement du fluide frigorig ne pour assurer une alimentation liquide du d tendeur De 3 4 Le fluide se d tend en n changeant avec le milieu ext rieur ni nergie m canique ni chaleur 3 2 Installation existante La pompe chaleur d velopp e par M Francesco Poretti fournit une puissance thermique th orique de 3 5 kW pour une puissance lectrique consomm e de 0 8 kW Condenseur Groupe de charge Pressostat DD NA A Manom tre R servoir Vanne de d tente Accumulateur aspiration F1g 3 2 1 Installation et sch ma technologique de la pompe chaleur Ci dessous se trouve la liste des l ments principaux de la pompe chaleur mise en place par M Francesco Poretti 3 2 1 Condenseur et vaporateur Le condenseur permet au fluide frigorig ne de transmettre son nergie thermique au liquide chauffer L vaporateur ferme la boucle du cycle thermique Le m lange de liquide et gaz la sortie de la vanne de d tente se transforme en gaz L eau qui passe dans l changeur donne sa chaleur pour la transformation La fiche technique se trouve en annexe 2 ROUILLER Olivier Rapport Page 9 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne P a
33. ible haute cole valaisanne Ed et pompe chaleur Travail de dipl me 8 1 Choix du mode de TonCHOonneMeNT sssssssssessscssscsssesssonescneossosecsoesceesesossecsenesesessossocecesesceesseess 40 8 2 Message de mise en ME LD COOPER Re eee PES 41 8 3 Messages d FFOD S 5e rss ssonsnnssssssnsscsenncs eos EN En ESNAERA EN EN est i sentence dense scsi certes 41 8 4 Visualisation ses sssssesdesstsssscnssecescsssonsscesdncecesatenatenace case Ea EE aE sa erena DEES 42 8 5 Cao LATE EE E ET T E AET E E EEE OEE 45 MURS a E CLOS TEINN I ETE et net E OTE ET 46 10 CONS T A EE ee 46 11 Am liorations ODDOTIEE aan dt een elite ee atelier de 46 IEL yanes DU CL sa E 46 11 2 E E E E E 46 11 3 Interface graphique sur InTouch ssesisircsiscsscscricoruesnsiinsssisisveusrsidvssevcdoneusssiivudcaciovocckornoesrsdsvdssnidovsi 46 LL4 Graphes Vismensemple ssirisssiscsiisiniscansrsiaiaienn a aaie aaaeaii ai 47 11 5 Meilleure diff rentiation entre affichage d tat et entr e de consigne sssssssssssssessoscosssssosssso 47 11 6 D givrage de l vaporateur ssecccecececccecccccccccccoccccccocccoeooococccococcoceoocccooccooecoceeecesecesoceseseseessesesosoe 47 12 CONCIS ONS rin EAEE E AE EAE O 47 13 KEMO OME S aA E A E EE de oo 47 14 ALE APR 48 15 AON OS ea E EE E E E EEA E E 48 ROUILLER Olivier Rapport Page 2 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne P aa hochschule wallis et pompe
34. ible haute cole valaisanne 7 hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me Dans ce mode la demande en nergie peut appara tre comme tant plus importante que la capacit de la pile combustible L automate doit donc adapter lui m me le point de fonctionnement de la pompe chaleur en fonction de la mesure de puissance consomm e En effet si cette valeur chute en dessous de la valeur de consigne malgr les r glages de l installation cela signifie que la tension d entr e chute et que la pile combustible sature Il faut donc diminuer le point de fonctionnement de la pompe chaleur et en avertir l utilisateur 7 8 Mode 7 Alimentation lectrique via la pile combustible Vanne eau pilot e D tendeur lectronique Ce mode est identique au mode 5 mais permet en plus de faire varier la valeur de la surchauffe du gaz la sortie de l vaporateur De par le manque de temps d l apprentissage de l outil de programmation CoDeSys et de son interface graphique et de par la longue dur e des travaux de design et de montage de l installation 1l n a pas t possible d impl menter les modes 1 7 Seul le mode 0 est op rationnel selon les simulations effectu es ROUILLER Olivier Rapport Page 38 49 24 11 2006 haute cole valaisanne hochschule wallis HEVS Int gration pile combustible 7 9 Gestion de l affichage L affichage est g r par des variables internes permettant d appeler une pa
35. ire d ajouter cette visualisation une case permettant l utilisateur d entrer la valeur de limitation de puissance Ce mode fait intervenir la vanne eau pilot e On remarque donc cot de son symbole la pr sence d une case permettant d afficher l tat de sa consigne Compar au mode 1 on remarque l ajout d une case permettant de contr ler directement la valeur de la puissance lectrique consomm e Il est obligatoire d ajouter cette visualisation une case permettant l utilisateur d entrer la valeur de limitation de puissance 24 11 2006 haute cole valaisanne hochschule wallis HEVs Int gration pile combustible et pompe chaleur Travail de dipl me 8 4 6 Mode 7 Pompe chaleur Pile combustible T1 22 C P1 22f bar Start Stop T8 2 2f C P2 22f bar Vitesse Modes Graphes Fig 8 4 6 1 Visualisation en mode 7 68 5 Graphe Evaporateur Delta temp rature air 2 0f Es Delta temp rature fr on 2 0f D D bit air 2 0f ai Surchauffe 2 0f e Condenseur Delta temp rature eau 2 0f E Delta temp rature fr on 2 0f D D bit eau 2 0f Es Puissances Puissance lectrique consomm e 2 0f ESS Puissance thermique au condenseur 2 0f ON Puissance thermique l vaporateur 2 0f EEE Process Coefficient de performance 2 0f Fig 8 5 1 Graphe ROUILLER Olivier Rapport Page 45
36. laisanne r a m Travail ipl m et pompe chaleur avail de dipl me La r gulation assur e par le d tendeur est en fait le maintien de l quilibre entre la pression du bulbe d un c t de la membrane et la pression d vaporation additionn de la pression du ressort du c t oppos La pr contrainte vis du ressort permet le r glage de la surchauffe 3 2 4 Mesure des pressions Pour g rer le fonctionnement de l installation 1l faut 1 Deux manom tres BP et HP qui permettent de visualiser la pression instantan e ainsi que la temp rature correspondante pour le fluide frigorig ne La fiche technique se trouve en annexe 5 2 Deux capteurs de pression qui permettent d envoyer un signal 0 10V pour l acquisition de mesures La fiche technique se trouve en annexe 6 3 Deux pressostats qui permettent de couper l alimentation lectrique du compresseur si la pression est trop haute ou trop basse La fiche technique se trouve en annexe 7 Fig 3 2 4 1 Groupe de contr le de pression 3 2 5 Mesure des d bits L eau n cessaire refroidir le condenseur et r chauffer l vaporateur est branch e sur l arri re de la machine avec des raccords rapides Le signal donn par les d bitm tres permet d afficher le d bit sur l interface graphique du PC Le d bitm tre donne une impulsion chaque 0 251 ce qui on le verra plus tard n est pas suffisant pour une bonne acquisition de la mes
37. lisant les organes conventionnels et une alimentation en nergie lectrique galement conventionnelle Cependant si l tude se porte plus pr cis ment sur l optimisation nerg tique de la pompe chaleur associ e la pile combustible alors l utilisation des l ments pilotables devient obligatoire 5 1 Conventionnel Un point de fonctionnement fixe est donn sous forme de consigne de d bit d air vitesse de rotation du ventilateur l vaporateur Le d tendeur thermostatique r gle la d tente du r frig rant afin de maintenir une surchauffe constante la sortie de l vaporateur r glage de la surchauffe par le biais d une vis directement sur l organe La vanne eau pressostatique maintient une pression constante dans le circuit haute pression en agissant sur le d bit d eau et donc la puissance absorb e du condenseur afin d quilibrer les puissances entre vaporateur et condenseur 5 1 1 Avantages Ce mode de fonctionnement l avantage d tre extr mement simple mettre en place En effet dans ce cas de figure l automate devient quasi inutile et ne sert plus qu faire de l acquisition de mesures 5 1 2 Inconv nients Le point de fonctionnement est fixe Afin de le modifier l intervention d une personne comp tente sur le logiciel de programmation de l automate est n cessaire pour modifier la consigne de vitesse du ventilateur de l vaporateur On peut toute
38. lyseur s par es par un lectrolyte dont le r le est de permettre la migration des ions d une lectrode l autre sous l effet du champ lectrique cr L anode cot oxydation est aliment e en combustible H2 La cathode lieu de la r duction est aliment e en comburant O2 air On voit donc que le combustible et le comburant n entrent pas en contact direct dans la pile Manuel d utilisation en annexe 1 br gt gt gt gt gt HE E E bipolaire BE i T DLN N D D S PL gt gt gt gt gt gt DE E SE A E x Pos ss gt gt gt gt gt gt D RRARRERERER 7 9 9 9 gt MS HO Catalyseur Fig 2 1 2 R actions dans la pile PEMFC ROUILLER Olivier Rapport Page 4 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne P aa hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me 2 2 Rendement La puissance de la pile combustible est th oriquement de 1200W Les tests r alis s ont d montr que le rendement est bien meilleur une puissance inf rieure Rendement Puissance lectrique Puissance H2 Temp rature variable Humidit variable 40 12 C 44 23 C 44 32 C 44 12 C 55 23C 55 32 C 55 Rendement 09 O1 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Puissance lectrique aux bornes de la pile 01030 W Fig 2 2 1 Rendement de la pile p
39. mande d arr t 8 4 Visualisation Chaque mode de fonctionnement poss de sa propre interface visuelle Elle permet de d marrer et arr ter l installation mais aussi de visualiser les valeurs instantan es de temp ratures pressions et aussi des consignes des diff rents organes 8 4 1 Mode 0 A vanne pressostatique et le d tendeur thermostatique C est pour cette raison qu il n y a pas d affichage de consigne au niveau de ces deux l ments EE Les valeurs de puissances se trouvent sur la visualisation Stop Graphe Pompe chaleur Le mode 0 fonctionne avec la AR 5i m 2 2f C P1 2 2f bar TS 2 21 C TS 2 2f C ce T6 2 2f C P2 2 2f bar Da 5i m3h Ce 3 0f Vitesse Modes Graphes Fig 8 4 1 1 Visualisation en mode 0 ROUILLER Olivier Rapport Page 42 49 24 11 2006 4 HEVS haute cole valaisanne hochschule wallis Int gration pile combustible et pompe chaleur Travail de dipl me 8 4 2 Mode 1 Pompe chaleur Ti 2 2f C P1 2 2f bar Da 5i m3h R a 3 0f vitesse AA T8 S22 C T5 2 2f C xx l TE 22 i 7 P2 2 2f bar Modes Graphes Fig 8 4 2 1 Visualisation en mode 1 8 4 3 Mode 2 Pompe chaleur T1 2 2f C Pi 2 2f bar A T8 2 2f C T5 2 2f C 2x ii T6 2 2f C P2 2 2f bar e 3 0f Vitesse Modes Graphes Fig
40. milieux eau air sol et les utilise dans le syst me de chauffage et la production d eau chaude sanitaire Elle m rite l heure du choix un examen approfondi quant l opportunit technique et financi re de son installation 3 1 Principe de fonctionnement P bar l iguide ga7 eee Fig 3 1 1 Sch ma de principe d une pompe chaleur Le syst me pompe chaleur est constitu d un fluide changeur qui circule dans la pompe Ce liquide froid va absorber toute chaleur d un environnement plus chaud que lui dans un changeur et va se transformer en vapeur froide Cette vapeur sera ensuite compress e Le compresseur concentre cette chaleur en augmentant la pression de la vapeur Cette vapeur chaude se condense en liquide et transmet sa chaleur gr ce un deuxi me changeur Ce liquide pouss par la haute pression traverse un d tendeur Sa pression chute et on retrouve alors un liquide froid basse pression le cycle peut recommencer De 4 1 Le fluide frigorig ne s vapore pression constante et emmagasine de l nergie thermique De 1 1 Surchauffe de la vapeur pour viter la pr sence de gouttelettes de liquide dans le compresseur De 1 2 Le fluide frigorifique est comprim isentropiquement Au cours de cette compression la temp rature du fluide s l ve ROUILLER Olivier Rapport Page 8 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne i P
41. nsi qu une carte d acquisition externe IOTech 3 2 13 Fluide frigorige ne Le fluide frigorig ne utilis tait du R134a CH F CF3 C est un gaz ne pr sentant pas de risque pour l environnement Il fait partie de la famille des hydrofluorocarbones HFC et ne contient donc pas de chlore d o son inaction sur la couche d ozone Ce fluide frigo sera r utilis pour la nouvelle installation Le R407C pr sente de meilleures caract ristiques thermiques mais de ce fait augmente la consommation d nergie lectrique au compresseur ce qui n est pas notre objectif Point d bullition pression atmosph rique 26 4 C Chaleur latente de vaporisation 216 3 kJ Kg Pression de saturation 25 C 6 621 bar L utilisation du R134a exige une huile polyolester La mol cule du R134a est tr s petite et n cessite donc un maximum de raccords bras s ROUILLER Olivier Rapport Page 14 49 24 11 2006 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne P aa hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me T fip 50 40 30 20 Temp rature C m T 0 0136x 0 30038 4 11917 25474x 47 691 Pression bar Fig 3 2 11 1 Courbe de temp rature en fonction de la pression du R134a 1 1 M l Q GDOP Potentiel de destruction de l ozone 0 sans action sur l ozone EN Potentiel de r chauffe ment plan taire 0 action nulle GWP
42. obale de l installation se fait donc par le biais de trois commutateurs de type 1 0 2 Il devient alors possible de choisir les sources du 400V triphas n cessaire au compresseur du 230V monophas n cessaire au ventilateur de l vaporateur et du 24Vdc n cessaire l automate programmable et aux organes de contr le L alimentation lectrique provenant du r seau est contr l e par un disjoncteur triphas avec sectionneur de neutre Les deux sources d alimentation 230V monophas es passent par un disjoncteur diff rentiel de protection FI afin de prot ger les utilisateurs des prises de courants des dangers dus l eau et ainsi pr venir l lectrocution De gauche droite et de haut en bas l armoire comporte Automate Wago Carte de mesure de puissance triphas e Disjoncteur triphas Disjoncteur FI Disjoncteur moteur Contacteur moteur Pilote de d tendeur EV D4 Pilote de ventilateur FCS Bornier Prise triple 230V Fig 6 1 Armoire lectrique Le 400 V triphas et le 230V monophas peuvent provenir soit du r seau soit de la pile combustible via le convertisseur DCAC commutateur S10 et S20 Le 24Vdc peut provenir soit des batteries de la pile combustible dans le cas d un stockage d nergie dans des batteries de grandes capacit s soit d une alimentation ACDC 230 24V aliment e par le r seau commutateur S30 ROUILLER
43. onn es mais uniquement de les repr senter en instantan 8 1 Choix du mode de fonctionnement Une fen tre s ouvre d s l ouverture de l interface permettant l utilisateur de d terminer avec quels l ments 1l veut travailler En cliquant sur le bouton Pressostatique 1l choisi de faire fonctionner l installation par le biais de la vanne eau pressostatique Sa repr sentation s affiche sous le bouton de s lection afin de l assurer dans son choix Le principe est le m me pour les 4 boutons de s lection Tout droite une indication lui permet de v rifier avec quelle alimentation il va travailler r seau ou pile combustible Ci dessous se trouvent deux exemples de modes de fonctionnement mn sr T x q D p i a k G am he u i T CA F1g 8 1 1 Mode de fonctionnement 0 Fig 8 1 2 Mode de fonctionnement 7 Le bouton Valider permet comme son nom l indique de valider le choix des l ments Ceci active le mode correspondant dans le programme de l automate et am ne la page de mise en garde sur le positionnement des vannes main respecter ROUILLER Olivier Rapport Page 40 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne i aa hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me 8 2 Message de mise en garde Cette page demande l utilisateur de v rifier la position des vannes main sur l installation Il doit galemen
44. our diff rentes caract ristiques atmosph riques Il est constatable que sur les 6 essais r alis s des temp ratures et des degr s d humidit diff rents l optimum se situe une temp rature moyenne ainsi qu l humidit environnante la plus faible Ceci s explique par les cycles internes que doit r aliser la pile combustible pour pr server ses membranes Voici le d tail des conclusions mises en vidence par M Samuel Bonvin e La pile a des conditions de fonctionnement optimal 23 C et 44 d humidit son rendement est maximal e Si la temp rature augmente la pile va utiliser sa puissance produite afin d alimenter son ventilateur pour se refroidir Lorsque la temp rature des membranes augmente ces derni res ne retiennent plus l eau correctement et la migration des protons n est plus assur e de mani re convenable et le rendement de la pile chute e A basse temp rature la pile n augmente pas son rendement car elle a toujours besoin de refroidir les membranes Celles c1 ont une temp rature de fonctionnement de 65 C e Les temp ratures basses peuvent augmenter le rendement de la pile uniquement lorsque l humidit est trop importante e L humidit joue un r le important sur le rendement de la pile Plus l humidit de lair introduit dans la pile augmente plus le rendement diminue Si les membranes ne sont pas suffisamment humidifi es elles peuvent se casser et la tension chut
45. que D tendeur thermostatique Le mode 0 fonctionne sur un point fixe Il n y a aucun r glage de puissance possible Le ventilateur a une consigne de vitesse non modifiable par l utilisateur Afin d viter tout probl me le d tendeur lectronique ainsi que la vanne eau pilot e ont leur consigne 0 organe ferm JONF LINCTION_ LOCK Model JOAAR INPUT J03 Activation BOOL J OHENMDO_ VAR JOSYAR OUTPUT surchauffe REAL ouverture vanne REAL ventilateur REAL Fiss REAL validation BODL DCAC BOOL Fig 7 3 1 impl mentation du Mode 0 Remarque La valeur de la consigne fixe de vitesse du ventilateur Ventilateur doit tre d termin e par des essais ROUILLER Olivier Rapport Page 36 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne 7 hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me 7 4 Mode 1 Alimentation lectrique via le r seau Vanne eau pilot e D tendeur thermostatique Ce mode permet le r glage de la puissance consomm e L utilisateur introduit une consigne de puissance lectrique max qu il veut atteindre Un pr r glage de d bit se fait par le biais de la vanne eau pilot e et d une commande priori Une fois le d bit atteint le compresseur et le ventilateur s enclenchent La mesure de puissance lectrique consomm e permet ensuite un r glage fin du point de fonctionnement par le biais du d bit d eau et de la vitess
46. r Les essais permettront de d terminer si cet artifice de contr le est fonctionnel ou s il faudra changer la vanne et passer par un positionneur air comprim plus rapide 11 3Interface graphique sur In Touch Une interface de type InTouch serait plus appropri e dans l optique d utiliser cette installation pour des laboratoires Ce logiciel permettrait en effet de non seulement acqu rir des valeurs mais aussi de les enregistrer Elle n cessite cependant un relativement long apprentissage d utilisation pour la programmer ROUILLER Olivier Rapport Page 46 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne P aa hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me 11 4Graphes Visu ensemble La mise en commun des diff rents graphes ainsi que de la visualisation du processus rendrait l interface plus conviviale pour l utilisateur Ceci lui viterait de jongler entre deux fen tres 11 5 Meilleure diff rentiation entre affichage d tat et entr e de consigne Certaines cases dans les visualisations de processus servent afficher des valeurs et d autres cases servent entrer des consignes Une meilleure diff rentiation des fonctions serait plus agr able pour l utilisateur 11 6 D givrage de l vaporateur Aucune surveillance de la temp rature n est faite lors du d givrage de l vaporateur L utilisateur doit contr ler lui m me de ne pas le laisser surchauffer Il serait
47. rant l vaporateur fixe et travailler quand m me sur une adaptation de puissance en pilotant le d bit d air l vaporateur et le d bit d eau au condenseur 5 4 Alimentation lectrique L alimentation en nergie lectrique doit se faire part le biais de la pile combustible Cependant pour des raisons inh rentes au d veloppement de cette installation une deuxi me source d nergie est disponible En effet 1l est possible de commuter l alimentation lectrique de la pile au r seau Ceci permet d effectuer des tests sans risquer d endommager la pile et de pratiquer des laboratoires sans user inutilement la pile dur e de vie limit e 1500 heures pour le mod le disposition dans l cole 5 5 R capitulatif Il y a donc trois param tres qui doivent tre pris en consid ration pour la gestion des diff rents modes de fonctionnement le type de d tendeur de vanne eau et d alimentation lectrique Avec les deux possibilit s li es chacun de ces organes l installation poss de 8 modes de fonctionnement Mode 0 Vanne eau pressostatique Mode 4 Vanne eau pressostatique D tendeur thermostatique D tendeur thermostatique Alimentation r seau Alimentation pile Mode 1 Vanne eau pilot e Mode 5 Vanne eau pilot e D tendeur thermostatique D tendeur thermostatique Alimentation r seau Alimentation pile Mode 2 Vanne eau pressostatique Mode 6
48. se trouve avec la machine au laboratoire de thermique CE07 Il s y trouve galement les commandes de mat riel accompagn es des bulletins de livraison ROUILLER Olivier Rapport Page 49 49 24 11 2006
49. soient les conditions d utilisation La perte de charge dans les conduites doit tre minimale afin de limiter au mieux les pertes thermiques Pour supprimer la premi re contrainte 1l faut diminuer les sections de tuyauterie Pour supprimer la deuxi me contrainte 1l faut augmenter les sections de tuyauterie Le constat qui s impose est qu il faut faire un compromis entre les pertes de charge et la lubrification Afin de dimensionner au mieux les conduites 1l existe des diagrammes ou des abaques donnant les diam tres des tuyauteries en fonction de la puissance frigorifique de l installation ASPIRATION REFOULEMENT LIQUIDE Connections Minimum Maximum Minimum Maximum Minimum Maximum Lyres 25 m s 25 m s Tuyauteries 4 m s 15 m s 4 m s 15 m s 0 3 m s 1 m s Evaporateur 3 m s 8 m s Temaene D EL LS Fig 3 2 1 1 1 Vitesse des fluides dans les conduites selon Tecumseh Il existe galement des logiciels de dimensionnement Le logiciel Solkane du fournisseur de r frig rants Solvay Fluor permet de dimensionner une installation compl te en fonction des param tres thermiques C est avec ce logiciel que la pompe chaleur a t dimensionn e Les r sultats de calculs du logiciel pour le dimensionnement des conduites se trouvent en annexe 13 Toutefois on peut constater que ce logiciel pr conise de diminuer la vitesse du fluide frigorig ne dans les colonnes ascendantes Ceci est totalement contradictoire av
50. st noter galement que l installation se doit d pla able le plus ais ment possible Y y Vannes eau ES eS V3 y2 ZX X O PNR I Voyant Filtre R servoir Condenseur Q a es AN AA M m Evaporateur 4 rs EOI re P2 LAS I i Le Da FCS Fig 4 1 Sch ma de processus 4 1 Placement des l ments principaux Le premier l ment tre plac est l vaporateur Son d bit d air relativement lev n cessite pour des raisons de confort d utilisation de le placer soit en hauteur soit assez bas de fa on ce que l utilisateur ne se retrouve pas avec le visage dans un flux d air constant La sortie d air de l vaporateur fut donc orient e vers l arri re de l installation L vaporateur devant tre suspendu 1l fut d cid de le placer en position basse Il est noter galement que l espace se situant face son entr e est r serv pour la pile combustible En JE Fig 4 1 1 Evaporateur et pile combustible ROUILLER Olivier Rapport Page 20 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible h Scole valaisann SE a et pompe chaleur Travail de dipl me hochschule wallis Le compresseur pouvant tre plac soit plus haut soit plus bas que l vaporateur 1l fut d cid de le mettre la m me hauteur que les pieds de la pile combustible soit la partie compresseur la m me hauteur que l vaporate
51. t valider son contr le en cliquant sur le bouton Circuit fr on OK et sur le bouton Circuit eau OK Circuli fr non OR Circus sau OK Fig 8 2 1 Message de mise en garde D s que les deux boutons ont t actionn s la fen tre de visualisation et de contr le de l installation correspondant au mode choisi apparait 6 3 Messages d erreurs Dans le cas o le choix des organes de contr le dans la fen tre de s lection de mode ne permet aucun mode de fonctionnement valide par exemple utilisation de la vanne pressostatique avec l alimentation lectrique via la pile un message d erreur demandant l utilisateur de changer ses param tres appara t l cran Le mode de fonctionnement s lectionn n est pas valide R rnarqu Vous n pouv t p s travailler Sur l pil combustible s ns vanne au pi t Cholsir un autre mode Fig 8 3 1 Message de mode invalide ROUILLER Olivier Rapport Page 41 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible h Scole valaisann Pn a et pompe chaleur Travail de dipl me hochschule wallis Dans le cas o l utilisateur est en mode visualisation et que l installation fonctionne il ne peut pas changer de mode de fonctionnement sans passer par un stop S il appuie sur le bouton Mode un message d erreur lui demande de d abord arr ter l installation Changer de mode n cessiste l arr t de l installation Fig 8 3 2 Message de de
52. te tude de concept peut donner des r sultats tr s satisfaisants o prometteurs Cependant sans un aspect de co t il est difficile de jauger son r el int r t Une estimation du co t de d veloppement de cette installation se trouve en annexe 29 Sur cette annexe se trouve aussi la comparaison du co t d utilisation obtenu avec une pompe chaleur aliment e par le r seau et avec la pompe chaleur aliment e par la pile combustible 11 Am liorations apporter 11 1 Vannes main Les vannes mains eau r frig rant repr sentent un r el danger pour l installation En effet dans le cas d une mauvaise manipulation l installation pourrait surchauffer ou alors givrer l vaporateur Une protection est d j existante par le biais des pressostats haute et basse pression qui coupe de mani re hard le compresseur en cas de d passement de valeurs limites Cependant un contr le du positionnement des vannes mains serait une protection suppl mentaire Ceci est r alisable par le biais de capteurs de proximit s Une autre solution consisterait remplacer ces vannes mains et de les remplacer par des vannes magn tiques pilot es par l automate 11 2 Vanne eau pilot e La vanne eau pilot e Belimo R207K ainsi que son pilote TRD24 SR sont tr s lents En effet l ouverture totale de la vanne n cessite 90s Ceci rend le r glage peu vident et demande un pr r glage du d bit avant la mise en service du compresseu
53. tr s utile d ins rer l vaporateur un thermostat permettant de couper de mani re hard l alimentation lectrique du corps de chauffe d s que sa temp rature maximale est atteinte 12 Conclusions La nouvelle pompe chaleur r pond aux exigences de la pile combustible Elle permet son refroidissement direct gr ce l vaporateur ventil La gestion et l adaptation du point de fonctionnement thermique est devenue possible gr ce au remplacement de la vanne eau du condenseur De plus l optimisation de la surchauffe par le biais du d tendeur lectronique permettra d augmenter le rendement de l installation L installation se veut d sormais tre polyvalente et permettra aux tudiants de l utiliser dans le cadre de laboratoires Un dossier technique permettra d y apporter ais ment des modifications ou simplement de se renseigner sur le mat riel en place 13 Remerciements Un grand merci toutes les personnes qui m ont apport leurs exp riences et leurs connaissances lors de ce travail Un merci particulier Monsieur Jean Claude H ritier et Monsieur Pascal Grand pour leur suivi tout au long de ce projet Merci galement Monsieur Guy Ravaz ing nieur de l entreprise Gillioz Dayer pour ses pr cieux conseils Sans l atelier m canique de l cole et notamment Monsieur Pierre Andr Knupfer l installation n aurait pas pu prendre forme Mes remerciements les plus chaleureux lui sont adress s Merci galement l le
54. unique doit tre effectu au profit de composants lectroniques pilotables distance De plus afin de pouvoir calculer et donner des consignes ces diff rents organes un automate programmable API muni d une interface homme machine IHM devient n cessaire Le choix de ces organes s est effectu lors d une tude pr liminaire En voici les r sultats ROUILLER Olivier Rapport Page 17 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne r a m Travail ipl m et pompe chaleur avail de dipl me 3 4 1 Evaporateur ventil Le remplacement de l vaporateur eau s est dirig vers un vaporateur ventil d bit d air variable Il faut donc un ventilateur qui puisse tre r gl en vitesse Le choix s est directement focalis sur le catalogue de l entreprise Charles Hasler AG qui avait fournit la plus grande partie du mat riel en place sur la pompe chaleur Pour la puissance thermique d sir e le choix s est port sur le model de LU VE Contardo S2HC 36 50 Sa puissance thermique est de 3550 W pour un AT de 10 C Il comporte un ventilateur monophas consommant environ 1 A Afin de le piloter un r gulateur de vitesse est n cessaire Le choix s est port sur le variateur de Carel galement fourni par Charles Hasler AG FCS1022300 permettant un courant max de 2 A La commande de vitesse se fait en 0 10V Fig 3 4 1 1 Evaporateur ventil Les donn
55. ur Leur placement c te c te donne un encombrement total de moins d un m tre ce qui est tout fait tol rable E Fig 4 1 2 Emplacement du compresseur Une place fut r serv e devant le compresseur pour l accumulateur d aspiration Cet l ment doit en effet se trouver le plus proche possible du compresseur afin d viter les coups de liquide Fig 4 1 3 Emplacement de l accumulateur d aspiration A ce stade l encombrement total est de 1x0 7x 0 6 m tres Il fut alors d cid de se limiter la taille d une table afin de passer les portes lors d un ventuel d placement de l installation Les l ments restants doivent donc tre plac s un niveau sup rieur Le ch ssis permettant la pose de ces premiers l ments doit maintenant tre d velopp ROUILLER Olivier Rapport Page 21 49 24 11 2006 4 HEVs Int gration pile combustible haute cole valaisanne i aa hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me 4 2 Elaboration du ch ssis Le ch ssis fut donc d velopp sur le model d une table conventionnelle de 1 x 0 7 x Y m tres La hauteur reste d finir en fonction des l ments de l tage sup rieur Une base en tube carr de 30x2x30mm fut dessin e afin de supporter l vaporateur suspendu Quatre pieds ainsi qu un tage inf rieur permettant la fixation du compresseur et de la pile combustible furent ajout s Fig
56. ure Fig 3 2 5 1 D bitm tre ROUILLER Olivier Rapport Page 11 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible h scole valaisann x M nd et pompe chaleur Travail de dipl me hochschule wallis 3 2 6 Vanne pressostatique Le d bit d eau qui passe dans le condenseur est r gl par une vanne pressostatique Plus la pression augmente plus la vanne pressostatique s ouvre pour essayer de garder la temp rature de pr r glage A Fig 3 2 6 1 Vanne pressostatique La vanne pressostatique a une plage de fonctionnement de 5 23 bars c est dire une temp rature de condensation entre 15 et 75 C pour du R134a La fiche technique se trouve en annexe 8 3 2 7 Contr le Fr on Afin d assurer une bonne tenue du fluide frigorig ne et des diff rents organes il est n cessaire de contr ler l humidit du gaz ou l apparition de bulles certains endroits de l installation Le voyant indique si le fluide frigorig ne contient de l humidit L indicateur doit toujours tre bleu fonc La fiche technique se trouve en annexe 9 Attention Si on voit des bulles dans le voyant liquide en bullition le fluide frigorig ne dans l installation est insuffisant Si on a de l humidit dans le circuit on peut avoir des probl mes de givrage la sortie de la vanne de d tente c est pourquoi un filtre d shydrateur est n cessaire La fiche technique se trouve en annexe 10 Fig 3 2 7 1 Filtr
57. uva prisonni re de l accumulateur Ceci est certainement d au manque d aspiration lors de l op ration de vidange de l installation Fig 3 2 9 1 Accumulateur d aspiration ROUILLER Olivier Rapport Page 13 49 24 11 2006 4 HEVS Int gration pile combustible haute cole valaisanne P aa hochschule wallis et pompe chaleur Travail de dipl me 3 2 10 Mesure des temp ratures Toutes les temp ratures sont mesur es l aide de thermocouples autocollants de type K directement plac s sur les conduites Leur plage de mesure se situe entre 100 et 200 C L utilisation d un c ble de compensation pour les relier l automate est n cessaire afin de ne pas fausser les mesures Il doit tre de la m me mati re que le thermocouple soit Nickel Chrome et Nickel La fiche technique se trouve en annexe 11 Fig 3 2 10 1 Sonde thermocouple autocollante 3 2 11 Mesure de la puissance lectrique consomm e Une carte lectronique a t d velopp e afin de mesurer la puissance triphas e consomm e par le moteur du compresseur Elle se base sur le principe du montage Aaron comportant deux wattm tres mesurant chacun d eux la puissance entre une phase et une autre de r f rence L addition des deux valeurs ainsi obtenues donne la puissance totale triphas e La fiche technique se trouve en annexe 12 3 2 12 Acquisition des mesures Les mesures sont enregistr es sur un PC comportant une interface LabView ai
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