CA2389023A1

CA2389023A1 - Method and device for accumulating heat by evaporation-condensation

Info

Publication number: CA2389023A1
Application number: CA002389023A
Authority: CA
Inventors: Georges El Khoury; Denis Clodic
Original assignee: Individual
Current assignee: Association pour la Recherche et le Developpement des Methodes et Processus Industriels
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 2000-10-03
Publication date: 2001-05-03
Also published as: WO2001031265A1; EP1224427A1; FR2800447A1; FR2800447B1

Abstract

The invention relates to a method for accumulating heat in a container (1), comprising the following steps: storing the heat in a first fluid (2a, 2b) at its vapour pressure, especially water, in a sealed container (1); transferring the heat by condensing (3) the vapour phase (2b) of said fluid on the external surface (4a) of an exchanger (4) which is situated in the vapour phase (2b) of the first fluid; and supplying heat to the container using a heat source (5), especially a heating resistor (5a) or a burner.

Description

WO 01/31265 CA 02389023 2002-04-23 pCT/FR00/02734 PROCEDE ET DISPOSITIF D'ACCUMULATION DE CHALEUR A EFFET
CALODUC
I1 est connu que des chauffe-eau, en particulier des chauffe-eau électriques, répondent aux besoins journaliers d'une famille. Pour une famille de quatre personnes consommant environ 150 litres d'eau par jour, ces chauffe-eau ont en général un volume de 200 litres.
Réglementairement, l'eau chaude doit être stockée à
une température égale ou supérieure à 60°C pour éviter les proliférations bactériennes de type légionella. I1 existe donc un écart de température de 40K entre l'eau chaude qui est stockée dans le chauffe-eau et la pièce dans laquelle celui-ci est situé et dont la température est de l'ordre de 20°C.
L'eau chaude du chauffe-eau est stockée dans un conteneur (également dénommé "ballon") en général de forme cylindrique ayant un diamètre de 45 cm et une hauteur de plus de 125 cm (non compris l'enveloppe isolante thermique).
Les déperditions thermiques journalières d'un tel chauffe-eau d'une contenance de 200 litres sont significatives. Elles se situent entre 1,4 et 2 kWh par jour.
Par ailleurs, l'eau chaude consommée, généralement soutirée en haut du ballon d' eau chaude, est remplacée par un volume d'eau froide équivalent entrant par 1e bas de WO 01/31265 CA 02389023 2002-04-23 pCT / FR00 / 02734 METHOD AND DEVICE FOR STORING EFFECT HEAT
Heat pipe It is known that water heaters, in particular electric water heaters, meet the needs family day laborers. For a family of four people consuming about 150 liters of water a day, these water heaters generally have a volume of 200 liters.
By regulation, hot water must be stored at a temperature equal to or higher than 60 ° C to avoid Legionella-type bacterial blooms. It exists therefore a temperature difference of 40K between the hot water which is stored in the water heater and the room in which this one is located and whose temperature is around 20 ° C.
The hot water from the water heater is stored in a container (also called "balloon") generally shaped cylindrical with a diameter of 45 cm and a height of more than 125 cm (not including the insulating jacket thermal).
The daily heat losses of such water heaters with a capacity of 200 liters are significant. They are between 1.4 and 2 kWh per day.
In addition, the hot water consumed, generally withdrawn at the top of the hot water tank, is replaced by an equivalent volume of cold water entering through the bottom of

2 l'appareil. De tels chauffe-eau présentent un défaut majeur. En effet, même si des anodes sont disposées à côté
de la résistance chauffante à la base de l'appareil, l'encrassement par le calcaire et les différents sels minéraux est significatif et entraîne des pertes énergétiques supplémentaires dues aux résistances thermiques additionnelles associées au dépôt.
L' invention vise à remédier à ces inconvénients et à améliorer le bilan énergétique des chauffe-eau. Plus généralement, l'invention vise à améliorer le bilan énergétique des procédés et des dispositifs d'accumulation de chaleur dont les ballons des chauffe-eau ne sont qu'une application particulière.
Le procédé d'accumulation de chaleur selon l'invention consiste à prévoir un récipient contenant un premier fluide sous sa tension de vapeur et à prévoir les étapes suivantes .
- on stocke la chaleur dans le premier fluide sous sa tension de vapeur, notamment de l'eau, dans un conteneur étanche, - on transfère la chaleur par condensation de la phase vapeur dudit fluide sur la surface externe d'un échangeur, située dans 1a phase vapeur du premier fluide, - on apporte de 1a chaleur audit conteneur au moyen d'une source chaude, notamment une résistance chauffante ou un brûleur .
Pour obtenir un premier fluide sous sa tension de vapeur, il est nécessaire qu'avant remplissage le conteneur soit vide d'air. Ainsi, le transfert de chaleur s'effectue par effet caloduc, c'est-à-dire par évapo-condensation.
De préférence, on isole thermiquement le conteneur.
Ainsi que cela va être démontré par 1a suite, notamment lors de la description détaillée d'un ballon de chauffe-eau, la mise en oeuvre d'un fluide sous sa tension de vapeur permet de réduire les dimensions du conteneur d'environ 75 ~ pour répondre aux mêmes besoins. Compte tenu de cette diminution du volume, pour un coût d'isolation identique, on améliore les performances de l'enveloppe 2 the device. Such water heaters have a defect major. Indeed, even if anodes are placed next to it of the heating resistance at the base of the device, fouling with limestone and various salts minerals is significant and leads to losses additional energy due to resistances additional thermal associated with the deposit.
The invention aims to remedy these drawbacks and improve the energy balance of water heaters. More generally, the invention aims to improve the balance sheet energy of accumulation processes and devices heat of which the water heater cylinders are only one particular application.
The heat accumulation process according to the invention consists in providing a container containing a first fluid under its vapor pressure and predict the following steps .
- the heat is stored in the first fluid under its vapor pressure, especially water, in a container waterproof, - the heat is transferred by condensation of the vapor phase of said fluid on the external surface of a exchanger, located in the vapor phase of the first fluid, - heat is supplied to said container by means a hot source, in particular a heating resistor or a burner.
To obtain a first fluid under its tension of steam, it is necessary that before filling the container either empty of air. Thus, the heat transfer takes place by heat pipe effect, that is to say by evapo-condensation.
Preferably, the container is thermally insulated.
As will be demonstrated below, especially during the detailed description of a balloon water heater, the use of a fluid under its voltage steam reduces the dimensions of the container about 75 ~ to meet the same needs. Considering of this reduction in volume, for an insulation cost identical, we improve the performance of the envelope

3 isolante thermique et on réduit les déperditions thermiques d'un facteur de 3 à 4.
Par ailleurs, notamment dans le cas d' un ballon de chauffe-eau, l'eau chaude stockée et traitée n'est pas renouvelée. I1 n'y a donc ni dépôt, ni perte d'efficacité
de transfert.
De préférence, on apporte de la chaleur en quantité
suffisante pour maintenir le premier fluide à une température telle que la pression dans le conteneur soit sensiblement égale à la pression atmosphérique.
En variante, on peut apporter de la chaleur en quantité suffisante pour maintenir le premier fluide à une température telle que la pression absolue dans le conteneur soit supérieure à la pression atmosphérique, en particulier sensiblement égale à 2 bar. Dans le cas où le premier fluide est de l'eau, la température de maintien est d'environ 120°C pour une pression de 2 bar.
De préférence également, l'échangeur comprend un circuit parcouru par un second fluide, notamment de l'eau, dont la température est inférieure à celle du premier fluide.
On peut stocker la chaleur non seulement dans le premier fluide mais également dans une matière subissant un changement de phase solide/liquide dans la plage de variation de température du premier fluide dans le conteneur.
Selon une première possibilité, on introduit la matière à changement de phase solide/liquide dans des nodules, notamment des capsules en matière plastique, et on immerge ces nodules dans le premier fluide.
Selon une autre possibilité, une masse de matière à
changement de phase solide/liquide est introduite dans un récipient distinct du conteneur du premier fluide, et ce récipient est relié thermiquement au conteneur par un échangeur de chaleur qui peut être mis en service ou hors service à volonté. Le récipient contenant la matière à
changement de phase peut en outre comporter une plaque chauffante. On peut moduler la capacité du chauffe-eau en 3 thermal insulation and reduces heat loss by a factor of 3 to 4.
Furthermore, in particular in the case of a balloon water heater, hot water stored and treated is not renewed. There is therefore no deposit or loss of efficiency transfer.
Preferably, heat is provided in quantity sufficient to maintain the first fluid at a temperature such that the pressure in the container is substantially equal to atmospheric pressure.
Alternatively, heat can be provided by sufficient to maintain the first fluid at a temperature such as absolute pressure in the container is higher than atmospheric pressure, in particular substantially equal to 2 bar. In the event that the first fluid is water, the holding temperature is about 120 ° C for a pressure of 2 bar.
Also preferably, the exchanger comprises a circuit traversed by a second fluid, in particular water, whose temperature is lower than that of the first fluid.
Heat can be stored not only in the first fluid but also in a material undergoing a solid / liquid phase change in the range of temperature variation of the first fluid in the container.
According to a first possibility, the solid / liquid phase change material in nodules, including plastic capsules, and immerse these nodules in the first fluid.
Alternatively, a mass of material to solid / liquid phase change is introduced into a separate container from the container of the first fluid, and this container is thermally connected to the container by a heat exchanger which can be turned on or off unlimited service. The container containing the material to phase change may also include a plate heating. You can adjust the capacity of the water heater by

4 utilisant ou non la résistance supplémentaire (plaque chauffante) prévue dans 1e récipient contenant la matière à
changement de phase.
La matière à changement de phase peut être constituée par une cire végétale , une cire d'abeille ou une cire minérale.
Avantageusement, on introduit dans le fluide du conteneur un additif qui permet d'élever la température de la phase liquide sans augmentation de la pression de vapeur, tout en conservant la capacité calorifique. Dans le cas où ce premier fluide est constitué par de l'eau, l'additif peut être constitué par du chlorure de sodium.
La présente invention concerne également un dispositif d'accumulation de chaleur comprenant .
- un conteneur étanche contenant un fluide, notamment de l'eau, sous sa tension de vapeur, - un échangeur situé dans la partie du conteneur contenant la phase vapeur dudit fluide, - une source chaude, notamment une résistance chauffante ou un brûleur, pour apporter de la chaleur à la phase liquide dudit fluide.
De préférence, le dispositif d'accumulation de chaleur selon l'invention comprend en outre un isolant thermique enveloppant le conteneur.
De préférence également, la quantité de chaleur apportée par la source chaude est déterminée de manière suffisante pour maintenir le fluide à une température telle que la variation maximale de pression à l'intérieur du conteneur soit de ~ 1 bar absolu. Cette variation correspond à un conteneur qui, lors de la charge initiale en eau, peut être sous une pression de 20 mb absolus à une température de 20°C alors que sa pression absolue sera de 2 bar environ pour une température de 120°C.
De préférence également, l'échangeur comprend un circuit parcouru par un second fluide, notamment de l'eau.
La présente invention concerne également l'application du procédé et du dispositif selon l'invention et de leurs variantes de réalisation préférentielles à 1a WO 01/31264 using or not the additional resistance (plate heating) provided in the container containing the material to be phase change.
The phase change material can be consisting of vegetable wax, beeswax or a mineral wax.
Advantageously, is introduced into the fluid container an additive which raises the temperature of the liquid phase without increasing the pressure of steam, while retaining the heat capacity. In the case where this first fluid consists of water, the additive may consist of sodium chloride.
The present invention also relates to a heat storage device comprising.
- a sealed container containing a fluid, especially water, under its vapor pressure, - an exchanger located in the part of the container containing the vapor phase of said fluid, - a hot spring, in particular a resistance or a burner, to bring heat to the liquid phase of said fluid.
Preferably, the device for accumulating heat according to the invention further comprises an insulator thermal wrapping the container.
Also preferably, the amount of heat brought by the hot spring is determined so sufficient to maintain the fluid at such a temperature that the maximum pressure variation inside the container is ~ 1 bar absolute. This variation corresponds to a container which, during the initial charge in water, can be under a pressure of 20 mb absolute at a temperature of 20 ° C while its absolute pressure will be 2 bar approximately for a temperature of 120 ° C.
Also preferably, the exchanger comprises a circuit traversed by a second fluid, in particular water.
The present invention also relates to the application of the method and the device according to the invention and their preferred embodiments to 1a WO 01/3126

5 CA 02389023 2002-04-23 pCT~R00/02734 réalisation de ballon d'accumulation d'eau chaude, notamment pour chauffe-eau.
D'autres caractéristiques et avantages de l' invention apparaîtront à la lecture de la description de 5 variantes de réalisation de l'invention données à titre d'exemple indicatif et non limitatif, avec référence aux dessins annexés.
La figure l, de ces dessins, est une vue schématique, en perspective ouverte, d'une variante de réalisation d'un dispositif d'accumulation de chaleur selon l'invention.
La figure 2 est une coupe schématique d'une autre variante d'un dispositif selon l'invention.
La figure 3, enfin, est une coupe verticale schématique d'une variante du dispositif de la figure 2.
On va maintenant décrire la figure 1. La température de l'eau froide varie relativement peu au cours de l'année, entre 12 et 22°C. Dans le ballon d'accumulation 1 à effet caloduc, l'eau froide 4c circule dans un échangeur 4, de préférence dans un circuit 4b en cuivre, situé à la partie supérieure du ballon. L'eau circulant dans l'échangeur 4 est réchauffée par condensation 3 de la vapeur d'eau 2b provenant de l'évaporation au niveau de la surface libre 2c de l'eau chaude 2a stockée, sous sa tension de vapeur, dans le ballon à effet caloduc. L'eau chaude 2a est stockée à une température variant, par exemple, entre 100 et 90°C. Ces niveaux de température sont choisis pour limiter les déperditions et faire que la pression interne du ballon d'eau chaude varie entre 0,7 et 1 bar absolu. Le ballon 1 est entouré d'une enveloppe 6 thermiquement isolante.
Selon une disposition avantageuse, le ballon 1 est prévu pour résister à des pressions plus élevées, notamment d'au moins 2 bar absolus de telle sorte que l'on peut stocker l'eau à une température d'environ 120°C. La capacité de stockage sous un même volume se trouve augmentée.
La description du mécanisme est la suivante.

WO 01/31265 CA 02389023 2002-04-23 pCT/FR00/02734 5 CA 02389023 2002-04-23 pCT ~ R00 / 02734 realization of hot water storage tank, especially for water heaters.
Other features and benefits of the invention will appear on reading the description of 5 alternative embodiments of the invention given as indicative and non-limiting example, with reference to attached drawings.
Figure l, of these drawings, is a view schematic, in open perspective, of a variant of production of a heat storage device according to the invention.
Figure 2 is a schematic section of another variant of a device according to the invention.
Figure 3, finally, is a vertical section schematic of a variant of the device of FIG. 2.
We will now describe Figure 1. The cold water temperature varies relatively little during of the year, between 12 and 22 ° C. In the accumulation tank 1 with heat pipe effect, cold water 4c circulates in a exchanger 4, preferably in a copper circuit 4b, located at the top of the balloon. Circulating water in the exchanger 4 is heated by condensation 3 of the water vapor 2b from evaporation at the free surface 2c of stored hot water 2a, under its vapor pressure, in the heat pipe effect balloon. The water hot 2a is stored at a varying temperature, for example, between 100 and 90 ° C. These temperature levels are chosen to limit losses and make the internal pressure of the hot water tank varies between 0.7 and 1 bar absolute. The balloon 1 is surrounded by an envelope 6 thermally insulating.
According to an advantageous arrangement, the balloon 1 is designed to withstand higher pressures, especially at least 2 bar absolute so that we can store water at a temperature of around 120 ° C. The storage capacity under one volume is found increased.
The description of the mechanism is as follows.

WO 01/31265 CA 02389023 2002-04-23 pCT / FR00 / 02734

6 Lorsque de la chaleur est apportée par la source chaude 5, elle entraîne une augmentation de la température du liquide 2a. Ce phénomène a pour effet d'accroître le nombre de molécules de la phase vapeur 2b et par conséquent a pour effet d'accroître la pression. Inversement, lorsque l'on introduit de l'eau froide 4c dans le circuit 4b de l'échangeur, on refroidit la phase vapeur 2b ; une fraction de celle-ci se condense 3 sur la surface externe 4a de l'échangeur 4. Corrélativement, le nombre des molécules de la phase gazeuse 2b diminue et la pression baisse dans le conteneur 1. I1 y a donc un ajustement concomitant de la pression et de la température.
Dans l'exemple décrit, le stock d'eau chaude est de 50 litres. Il est chauffé à 100°C, par exemple. Lorsque l'utilisateur a besoin d'eau chaude, l'ouverture du robinet provoque une circulation d'eau froide 4c qui entre dans l'échangeur 4 situé à la partie supérieure du ballon à
accumulation à effet caloduc. Cette eau froide entre à une température variable entre 12 et 22°C. Elle est réchauffée jusqu'à une température de sortie qui peut varier entre 45 et 60°C. Selon le niveau de température souhaité, on ajuste le débit dans le circuit 4b de l'échangeur 4 et/ou le mélange avec de l'eau froide additionnelle en sortie de l'échangeur 4. L'échangeur 4 constitue un point froid situé
dans la phase vapeur 2b du ballon à effet caloduc.
Compte tenu du fait que l'eau chaude stockée est à
une température de 100°C (par exemple) en début de journée et de 90°C (par exemple) en fin de journée, cette eau s'évapore à la surface libre 2c. Elle vient se condenser 3 sur la paroi extérieure 4a de l'échangeur et réchauffe ainsi l'eau circulant 4b à l'intérieur de l'échangeur 4.
L'eau condensée 3 retombe en gouttes sur la réserve d'eau 2a où elle vient se mélanger. Il en résulte un léger abaissement, entre 100 et 90°C, de la température de l'eau stockée.
Le conteneur 1 (le ballon) à effet caloduc permet de modifier radicalement le volume du stockage puisque .
- l'énergie échangée d'un côté de l'échangeur est 6 When heat is supplied by the hot source 5, it increases the temperature of the liquid 2a. This phenomenon has the effect of increasing the number of molecules of the vapor phase 2b and therefore has for effect of increasing pressure. Conversely, when we introduces cold water 4c into the circuit 4b of the exchanger, the vapor phase 2b is cooled; a fraction of it condenses 3 on the external surface 4a of exchanger 4. Correlatively, the number of molecules of the gas phase 2b decreases and the pressure drops in the container 1. There is therefore a concomitant adjustment of the pressure and temperature.
In the example described, the hot water stock is 50 liters. It is heated to 100 ° C, for example. When user needs hot water, tap open causes a circulation of cold water 4c which enters exchanger 4 located at the top of the tank heat pipe accumulation. This cold water enters a variable temperature between 12 and 22 ° C. She is warmed up to an outlet temperature which can vary between 45 and 60 ° C. Depending on the desired temperature level, we adjust the flow in the circuit 4b of the exchanger 4 and / or the mixing with additional cold water at the outlet of the exchanger 4. The exchanger 4 constitutes a cold point located in the vapor phase 2b of the heat pipe effect balloon.
Taking into account that the stored hot water is at a temperature of 100 ° C (for example) at the start of the day and 90 ° C (for example) at the end of the day, this water evaporates on the free surface 2c. It comes to condense 3 on the outer wall 4a of the exchanger and heats up thus the water circulating 4b inside the exchanger 4.
Condensed water 3 drops in drops on the water reserve 2a where it comes to mix. This results in a slight lowering of the water temperature between 100 and 90 ° C
stored.
The container 1 (the balloon) with heat pipe effect to radically modify the storage volume since.
- the energy exchanged on one side of the exchanger is

7 constituée d'une énergie dite sensible, permettant le réchauffement de l'eau liquide pour des écarts de température d'environ 40K (variable entre 23 et 58K) et - l'énergie échangée de l'autre côté résulte d'un S échange par chaleur latente de condensation à des températures variables entre 90°C et 100°C.
Les débits habituels d'eau chaude sanitaire sont de l'ordre de 10 1/mn, la puissance échangée est donc élevée .
27,8 kW. Cependant, puisque la chaleur latente de vaporisation de l'eau est de 2250 kJ/kg pour des températures variables entre 90 et 110°C, il suffit que le débit d'évapo-condensation provenant du stockage soit de 12 g/s. Le temps de fonctionnement total sur une journée est de 900 s (15 mn pour 150 litres d'eau chaude sanitaire).
Pour une telle durée de fonctionnement, la masse évapo-condensée est d'un peu plus de 11 kg. Ces 11 kg d'eau tombent goutte à goutte, à une température variable entre 65 et 50°C, dans la phase liquide 2a (initialement à 100°C) avec laquelle ils se mélangent. On peut calculer la quantité d'eau chaude 2a avec laquelle la masse évapo-condensée de 11 kg doit se mélanger pour qu'en fin de journée la température àu mélange reste égale ou supérieure à 60°C.
La réduction de 1a masse d'eau par 4 implique, pour une déperdition de chaleur de 1K du stock d'eau pour un ballon de 200 litres comparativement à un ballon de 50 litres, une diminution de la perte énergétique qui est en rapport direct avec la masse stockée et qui se caîcule par la relation Qdéperdition = M x cP x DT.
Dans le cas où l' écart de température est égal, ~! a déperdition énergétique est donc bien diminuée par 4.
Dans 1e cas d'un ballon de 50 litres selon l'invention, la température moyenne sur la journée est de 95°C. Dans le cas d'un ballon de 200 litres classique, ia température moyenne est de 60°C. Pour une même température extérieure de 20°C, l'écart pour 1e ballon de 50 litres est donc de 75K et de 40K pour le ballon de 200 litres. Si WO 01/31265 CA 02389023 2002-04-23 pCT/FR00/02734 7 consisting of a so-called sensitive energy, allowing the liquid water heating for deviations from temperature around 40K (variable between 23 and 58K) and - the energy exchanged on the other side results from a Exchange by latent heat of condensation at variable temperatures between 90 ° C and 100 ° C.
The usual domestic hot water flow rates are around 10 1 / min, the power exchanged is therefore high.
27.8 kW. However, since the latent heat of water vaporization is 2250 kJ / kg for variable temperatures between 90 and 110 ° C, it suffices that the evapo-condensation flow rate from storage either 12 g / s. Total operating time over one day is 900 s (15 min for 150 liters of hot water sanitary).
For such an operating time, the mass evapo-condensed is just over 11 kg. These 11 kg of water drop by drop, at a variable temperature between 65 and 50 ° C, in the liquid phase 2a (initially at 100 ° C) with which they mix. We can calculate the quantity of hot water 2a with which the mass evaporates 11 kg condensate must mix so that at the end of day the temperature at the mixture remains equal or higher at 60 ° C.
Reducing the body of water by 4 implies, for a 1K heat loss from the water stock for a 200 liter tank compared to a tank 50 liters, a decrease in energy loss which is directly related to the stored mass which is aging by the relation Qdeperition = M x cP x DT.
In case the temperature difference is equal, ~! at energy loss is therefore reduced by 4.
In the first case of a 50 liter flask according to the invention, the average temperature over the day is 95 ° C. In the case of a classic 200 liter tank, ia average temperature is 60 ° C. For the same temperature outside of 20 ° C, the difference for the 50 liter tank is therefore 75K and 40K for the 200 liter tank. Yes WO 01/31265 CA 02389023 2002-04-23 pCT / FR00 / 02734

8 l'isolation est de même nature, la déperdition est en première approximation deux fois plus élevée puisqu'elle est proportionnelle à l'écart de température, mais comme la masse est 4 fois moindre, à pouvoir d'isolation égal, la déperdition thermique est divisée par 2.
On peut évaluer les conséquences de la réduction du volume de stockage sur le volume d'isolation. Dans l'hypothèse où les deux ballons, respectivement de 50 et 200 litres, ont le même diamètre de cuve de stockage de 45 cm, pour le ballon de 200 litres, la hauteur sera donc de 125 cm, tandis que pour le ballon de 50 litres, elle ne sera plus que de 30 cm. La hauteur est donc divisée par 4 ainsi que le volume d'isolation vertical. On peut par conséquent doubler l'épaisseur d'isolation sur l'ensemble du volume et diminuer d'autant la déperdition thermique à
coût moindre.
En se reportant à la figure 2, on peut voir une variante de réalisation dans laquelle la capacité de stockage de chaleur est augmentée en associant au premier fluide 2a un matériau 7 subissant un changement de phase solide/liquide dans la plage de variation de température subie par le fluide 2a. Les éléments identiques ou équivalents à des éléments déjà décrits précédemment sont désignés par les mêmes références, sans que leur description soit reprise.
Le schéma de la figure 2 fait apparaître une arrivée générale d'eau froide E, munie à'une vanne de commande, qui se divise en aval selon une ligne avec vanne de commande pour l'alimentation 4c de l'échangeur ~, et selon une ligne de dérivation B ou by-pris, également munie d'une vanne, qui aboutit à une entrée d'un mitigeur M dont une autre entrée reçoit l'eau chaude de sortie àe l'échangeur 4.
Le matériau 7 à changement de phase peut être conditionné sous forme de nodules 8, par exemple par remplissage de capsules en matière plastique avec 1e matériau 7. Les nodules 8 sont immergés dans l'eau 2a; ils permettent de fractionner la matière i et d'obtenir àe bons WO 01/31265 CA 02389023 2002-04-23 pCT/FR00/02734 8 the insulation is of the same nature, the loss is in first approximation twice as high since it is proportional to the temperature difference but as the mass is 4 times less, with equal insulation power, the heat loss is divided by 2.
We can assess the consequences of reducing the storage volume over the insulation volume. In the assumption that the two balloons, respectively 50 and 200 liters, have the same diameter of storage tank of 45 cm, for the 200 liter tank, the height will be 125 cm, while for the 50 liter tank, it does not will be more than 30 cm. The height is therefore divided by 4 as well as the volume of vertical insulation. We can by therefore double the thickness of insulation on the whole volume and reduce the heat loss by as much lower cost.
Referring to Figure 2, we can see a variant in which the ability to heat storage is increased by associating with the first fluid 2 has a material 7 undergoing a phase change solid / liquid in the temperature variation range undergone by the fluid 2a. Identical items or equivalent to elements already described above are designated by the same references, without their description be repeated.
The diagram in Figure 2 shows a general cold water inlet E, fitted with a control, which is divided downstream along a line with valve control for the power supply 4c of the exchanger ~, and according to a branch line B or by-taken, also provided a valve, which leads to an inlet of a mixer tap M, another inlet receives hot outlet water the exchanger 4.
The phase change material 7 can be packaged in the form of nodules 8, for example by filling of plastic capsules with 1e material 7. The nodules 8 are immersed in water 2a; they allow to split the material i and to get good WO 01/31265 CA 02389023 2002-04-23 pCT / FR00 / 02734

9 échanges thermiques par augmentation de la surface d'échange.
Pour un volume de 60 litres d'eau 2a, on peut introduire 10 kg de nodules, par exemple. Pour que le matériau 7 joue pleinement son rôle d'accumulateur de chaleur il faut, bien entendu, que sa plage de température de fusion soit supérieure à la température la plus basse de l'eau 2a dans le ballon.
Lorsque l'on admet une température basse de 80°C ou moins pour l'eau 2a, le matériau 7 à changement de phase peut être de la cire de Carnauba ayant une température de changement de phase de 82°C à 84°C avec chaleur latente de fusion de 190 J/g. Si l'on admet une température basse de 60°C, on peut choisir, pour le matériau 7, la cire d'abeille blanche ou jaune dont la chaleur latente de fusion est de 160 J/g, avec changement de phase solide/liquide s'effectuant de 61 à 65°C , ou la cire minérale blanche, avec chaleur latente de fusion de 130 J/g et température de changement de phase solide/liquide d'environ 70 à 75°C .
L'augmentation de la capacité de stockage de chaleur d'un volume d'eau de 60 litres comportant 10 kg de nodules est d'environ 20 %.
La figure 3 montre une variante selon laqueïle le matériau 7 à changement de phase est placé en masse dans un récipient 9 séparé de celui contenant l'eau 2a. Le couplage thermique entre l'eau chaude stockée 2a et le matériau 7 est assuré par un échangeur 10 comprenant un serpentin 10 noyé dans la masse du matériau 7 et permettant une circulation d'eau chaude 2a provenant àu ballon ~ et retournant à ce ballon. La mise en service ou hors service de l'échangeur 10 peut être commandée à r aide d'une vanne 11. Une résistance chauffante supplémentaire 12, par exemple sous forme d'une plaque, est prévue dans 1e récipient 9.
Le stockage de chaleur avec le matériau 7 à
changement àe phase, selon les figures 2 et 3, s'effectue comme suit .

Pour une température de l'eau 2a inférieure à la température de changement de phase du matériau 7, ce dernier est à l'état solide dans les nodules 8, ou dans le récipient 9.
5 Lors de la montée en température de l'eau 2a, le matériau 7 des nodules 8 (Fig.2) passe de l'état solide à
l'état liquide en absorbant la chaleur latente de fusion, lorsque la température de l'eau 2a franchit, par valeurs croissantes, la température de changement de phase. I1 en 9 heat exchange by increasing the surface exchange.
For a volume of 60 liters of water 2a, we can introduce 10 kg of nodules, for example. So that the material 7 fully plays its role of accumulator of heat, of course, its temperature range is greater than the lowest temperature of water 2a in the flask.
When a low temperature of 80 ° C is admitted or less for water 2a, phase change material 7 can be Carnauba wax having a temperature of phase change from 82 ° C to 84 ° C with latent heat of 190 J / g fusion. If we admit a low temperature of 60 ° C, you can choose, for material 7, the wax white or yellow bee whose latent heat of fusion is 160 J / g, with phase change solid / liquid from 61 to 65 ° C, or wax white mineral, with latent heat of fusion of 130 J / g and solid / liquid phase change temperature about 70 to 75 ° C.
The increase in storage capacity of heat from a volume of water of 60 liters comprising 10 kg of nodules is around 20%.
Figure 3 shows a variant according to laqueïle the phase change material 7 is placed en masse in a container 9 separate from that containing water 2a. The coupling thermal between the stored hot water 2a and the material 7 is provided by an exchanger 10 comprising a coil 10 embedded in the mass of material 7 and allowing a circulation of hot water 2a coming from the tank ~ and returning to that balloon. Commissioning or decommissioning of the exchanger 10 can be controlled using a valve 11. An additional heating resistor 12, for example in the form of a plate, is provided in 1e container 9.
Heat storage with material 7 to change to phase, according to figures 2 and 3, is carried out as following .

For a water temperature 2a lower than the material phase change temperature 7, this the latter is in the solid state in nodules 8, or in the container 9.
5 When the water temperature 2a rises, the material 7 of the nodules 8 (Fig. 2) goes from the solid state to the liquid state by absorbing the latent heat of fusion, when the water temperature 2a crosses, by values increasing, the phase change temperature. I1 in

10 est de même dans le cas de la figure 3 lorsque l'échangeur 10 est en service.
En sens inverse, la température de l'eau 2a diminue par suite du prélèvement de chaleur dû au soutirage d' eau sanitaire à travers l'échangeur 4. Lorsque la température de l'eau 2a atteint, par valeurs décroissantes, la température de solidification de la matière 7, cette dernière libère sa chaleur latente de fusion-solidification.
La variante de la figure 3 permet de mettre en service ou non 1e récipient 9 contenant la matière à
changement de phase 7 et ainsi de faire varier la capacité
de stockage du chauffe-eau selon les besoins. En outre, la présence de la résistance chauffante supplémentaire 12 permet de moduler la puissance du chauffe-eau par utilisation ou non àe cette résistance supplémentaire.
Le matériau à changement de phase 7 est choisi de manière à ne pas poser de problème de pollution de l'environnement en fin de vie de l'équipement.
Toujours en vue d'augmenter la capacité de stockage du ballon, on peut ajouter au liquide 2a un additif qui permet d'augmenter la température du liquide pour une même pression de vapeur, tout en conservant la capacité de stockage. Dans 1e cas où le liquide 2a est de l'eau, on peut ajouter par exemple du chlorure de sodium.
Grâce aux diverses dispositions de l'invention, le volume du chauffe-eau peut être considérablement réduit de sorte que le chauffe-eau peut être implanté, sous diverses formes, dans des enàroits avantageux, par exempïe dans une 10 is the same in the case of FIG. 3 when the exchanger 10 is in service.
Conversely, the water temperature 2a decreases as a result of heat removal due to water withdrawal through the heat exchanger 4. When the temperature of water 2a reaches, by decreasing values, the solidification temperature of the material 7, this last releases its latent heat of fusion-solidification.
The variant of Figure 3 allows to set service or not the container 9 containing the material to be phase change 7 and thus vary the capacity storage of the water heater as required. In addition, the presence of additional heating resistor 12 modulates the power of the water heater by use or not of this additional resistance.
The phase change material 7 is chosen from so as not to pose a pollution problem of the end-of-life environment of the equipment.
Still aiming to increase storage capacity from the flask, an additive can be added to the liquid 2a increases the temperature of the liquid for the same vapor pressure, while retaining the ability to storage. In the case where the liquid 2a is water, we can add for example sodium chloride.
Thanks to the various provisions of the invention, the volume of the water heater can be significantly reduced by so that the water heater can be installed under various shapes, in advantageous places, for example in a

11 paroi de baignoire, ou dans un évier.
Le chauffe-eau peut bien entendu être régulé, notamment en ce qui concerne l'intervention du matériau 7 et de la résistance auxiliaire 12 dans le cas de la figure 3.
Ainsi donc, le procédé et le discositif d'accumulation de chaleur selon l'invention permet de .
- réduire le volume de stockage par 4, - annuler les phénomènes d'entartrage, - diminuer la déperdition thermique par réduction de la masse stockée, - augmenter l'isolation à coût inférieur par réduction du volume de stockage.
On peut aussi moduler la capacité du chauffe-eau en modulant la température du fluide de stockage et en utilisant ou non le matériau à changement de phase.
Dans une réalisation, on prévoit une régulation de la capacité du stockage thermique du chauffe eau qui est effectuée par comptage du temps de soutirage d'eau chaude par l'utilisateur. Par exemple, si la régulation. (par comptage de temps) constate une diminution de la durée journalière d'utilisation, c'est-à-dire une diminution sensible de la consommation d'eau chaude par rapport aux journées précédentes, 1a capacité de stockage therm,_ûue du chauffe-eau sera adaptée soit par diminution de la température d'eau de stockage, soit par non chauffage du récipient 9 contenant le matériau à changement de phase solide liquide. A l'inverse, l'augmentation de la capacité
de stockage thermique s'effectue en commandant directement 1e chauffage au cours de la journée et ce, en fcnction toujours du comptage de temps de soutirage d'eau chaude.
Pour d'autres volumes de stockage que celui avant fait l'objet de la description détaillée, les facteurs de réduction sont les mêmes. 11 tub wall, or in a sink.
The water heater can of course be regulated, especially with regard to the intervention of the material 7 and auxiliary resistance 12 in the case of the figure 3.
So therefore, the process and the discositive heat accumulation according to the invention allows.
- reduce the storage volume by 4, - cancel the scaling phenomena, - reduce heat loss by reduction of the stored mass, - increase the insulation at lower cost by reduction in storage volume.
You can also adjust the capacity of the water heater by modulating the temperature of the storage fluid and whether or not to use the phase change material.
In one embodiment, regulation of the thermal storage capacity of the water heater which is performed by counting the hot water withdrawal time by the user. For example, if the regulation. (through time count) finds a decrease in duration daily use, i.e. a decrease sensitive to hot water consumption compared to previous days, the thermal storage capacity, water heater will be adapted either by decreasing the storage water temperature, either by not heating the container 9 containing the phase change material liquid solid. Conversely, the increase in capacity thermal storage is done by ordering directly 1st heating during the day and this, in function always counting hot water withdrawal time.
For other storage volumes than the one before is the subject of the detailed description, the reduction are the same.

Claims

1. Method of heat accumulation in a container (1), said method comprising the following steps:
- the heat is stored in a first fluid (2a, 2b) under its vapor pressure, especially of water, in a container waterproof (1), - the heat is transferred by condensation (3) of the phase vapor (2b) of said fluid on the outer surface (4a) of a exchanger (4) located in the vapor phase (2b) of the first fluid, - heat is supplied to said container by means of a hot source (5), in particular a heating resistor (5a) or a burner.

2. Method according to claim 1 such that provides sufficient heat to maintain the first fluid at a temperature such that the pressure in the container is substantially equal to the pressure atmospheric.

3. Method according to claim 1 such that one provides sufficient heat to maintain the first fluid at a temperature such as absolute pressure in the container is greater than atmospheric pressure, in particular substantially equal to 2 bar.

4. Process according to claim 3, in which the first fluid is water maintained at a temperature of approximately 120° C., for a pressure substantially equal to 2 bar.

5. Method according to any one of claims 1 to 4 such that the container is thermally insulated (6).

6. Method according to any one of the claims previous ones such that heat is stored not only in the first fluid but also in a material (7) undergoing a solid/liquid phase change in the variation range of temperature of the first fluid (2a) in the container.

7. A method according to claim 6 such that the material (7) phase change is selected from materials following: white or yellow beeswax, mineral wax white, carnauba wax.

8. Method according to any one of the claims previous ones, as introduced into the first fluid (2a) an additive which makes it possible to increase the temperature of the fluid to the same vapor pressure.

9. Process according to claim 8, in which the first fluid is water and wherein the additive is sodium chloride.

10. Method according to any one of the claims above such that said exchanger comprises a circuit (4b) through which a second fluid (4c), in particular water, whose temperature is lower than that of the first fluid.

11. Application of the process according to any of the previous claims to the making of ball hot water storage, in particular for water heaters.

12. Heat storage device comprising:
- a sealed container (1) containing a fluid (2a, 2b), in particular water, under its vapor pressure, - an exchanger (4) located in the part of the container containing the vapor phase (2b) of said fluid, - a hot source (5), in particular a resistor heater (5a) or a burner.

13. Device according to claim 12 such that the amount of heat provided by the hot source is sufficient to maintain the fluid at a temperature such that the pressure inside the container is substantially equal to the pressure atmospheric.

14. Device according to claim 12 such that the amount of heat provided by the hot source is sufficient to maintain the fluid at a temperature such that the pressure absolute inside the container is greater than the pressure atmospheric, in particular substantially equal to 2 bar.

15. Device according to any one of claims 12 to 14 further comprising an insulator thermal (6) enveloping the container.

16. Device according to any one of claims 12 to 15 such that the exchanger (4) comprises a circuit (4b) traversed by a second fluid (4c), in particular the water.

17. Device according to any one of claims 12 to 16 such that the first fluid (2a) contains nodules (8) of a material (7) undergoing a change of solid/liquid phase in the range of temperature variation of the first fluid in the container.

18. Device according to any one of claims 12 to 16 such that it comprises a container (9) in which is a mass of matter (7) undergoing a solid/liquid phase change in the variation range of temperature of the first fluid (2a), and a heat exchanger circuit heat (10) between the first fluid and the mass of material (7) phase change, means (11) being provided for bringing into service or out of service the exchanger (10).

19. Device according to any one of claims 12 to 18, such as the first fluid (2a), in particular water, comprises an additive, in particular chloride of sodium, which makes it possible to increase the temperature of the liquid to the same vapor pressure.

20. Device according to any one of claims 12 to 19 having regulation by counting of time measuring the withdrawal time in order to adapt the fluid heating to hot water usage needs measured by time counting.

21. Device according to claim 18 having regulation by time counting measuring the time of withdrawal in order to adapt the heating of the fluid and/or the mass of phase change material to the needs of use of hot water measured by time counting.

22. Application of a device according to any from claims 12 to 21 to the production of balloons hot water storage, in particular for water heaters.