[0001] L'invention concerne une installation de chauffage stationnaire fonctionnant à l'aide d'une pompe à chaleur. Les pompes à chaleur sont de plus en plus utilisées pour le chauffage des bâtiments en raison de leur efficacité énergétique. Celles-ci permettent de soutirer à de l'eau, de l'air ou toute autre réserve thermique de la chaleur qui, dans la majorité des cas, est restituée à plus haute température à de l'eau qui circule ensuite dans un circuit de chauffage. Ce dernier peut être un réseau de tuyaux noyés dans une chape ou des radiateurs par exemple.
La consigne de température pour cette eau influençant l'efficacité énergétique de la pompe à chaleur, on essaie généralement de la maintenir la plus basse possible, raison pour laquelle les pompes à chaleur destinées au chauffage de locaux sont préférentiellement couplées à un réseau de distribution de chaleur au sol, dit de basse température. Typiquement, un tel mode de distribution de chaleur permet d'assurer la fonction de chauffage avec une eau dont la température varie entre 28[deg.]C et 35[deg.]C, situation pour laquelle la pompe à chaleur est performante.
[0002] La performance de la pompe à chaleur est souvent mesurée par un coefficient appelé coefficient de performance (COP) et défini par le rapport entre la puissance produite sous forme de chaleur et la puissance électrique consommée. Ce rapport est dépendant de plusieurs facteurs dont le facteur essentiel est la température de fonctionnement. En effet, le rendement d'une pompe à chaleur décroît avec l'écart de température qu'il doit fournir. On comprend donc bien qu'un chauffage à l'aide d'une pompe à chaleur sera d'autant plus performant que la température de la source est élevée et que la température de sortie est basse. Typiquement, la valeur de ce coefficient peut varier selon la nature de l'installation et les températures de source et de sortie ente 2 et 7.
[0003] Une pompe à chaleur installée pour le chauffage des locaux peut parallèlement servir au chauffage de l'eau chaude sanitaire. Comme la consigne de température pour la production d'eau chaude sanitaire est plus haute - environ 65[deg.]C -, le coefficient de performance chute et la performance globale de l'installation en pâtit. Celui-ci restant quand même supérieur à 1, valeur qui correspond au chauffage par une simple résistance électrique plongée dans l'eau, le gain énergétique reste suffisamment grand pour justifier l'installation. Les pompes à chaleur disponibles sur le marché possèdent donc un équipement spécial permettant de réaliser ces deux fonctions.
Dans une telle installation, où la pompe à chaleur sert pour le chauffage des locaux et pour la production d'eau chaude sanitaire, la part énergétique revenant à la production d'eau chaude sanitaire devient d'autant plus grande que le besoin en chauffage des locaux est petit. Ceci est de plus en plus le cas dans des maisons individuelles car ces dernières sont de mieux en mieux isolées alors que la consommation d'eau chaude sanitaire ne diminue pas.
[0004] L'objectif de l'invention est de proposer une disposition améliorant l'efficacité énergétique globale d'une installation de chauffage stationnaire à pompe à chaleur assurant d'une part le chauffage des locaux et d'autre part la production d'eau chaude sanitaire. Une telle installation comprend donc au minimum une pompe à chaleur et une réserve thermique pour l'eau chaude sanitaire, cette réserve pouvant être l'eau chaude sanitaire même ou une masse thermique à laquelle, par un échangeur thermique, l'eau destinée aux besoins sanitaires prélève sa chaleur.
[0005] Les pompes à chaleur, indépendamment de la source d'où sont prélevées les calories, ont en commun de posséder un compresseur. Celui-ci a pour rôle de comprimer un gaz qui, à haute pression, refroidit et condense (c'est la phase où de la chaleur est fournie à l'installation) avant d'être détendu puis évaporé (c'est la phase où de la chaleur est prélevée à l'environnement extérieur). En sortie de compresseur, le gaz se trouve à une pression élevée mais aussi à une température élevée pouvant atteindre, suivant la nature de l'installation, environ 85[deg.]C. Sous cette pression, le gaz, suivant sa nature, doit d'abord refroidir avant de pouvoir condenser.
L'énergie que le gaz pourra restituer au système est donc contenue pour une part sous forme de chaleur sensible dans le gaz surchauffé et pour une autre part sous forme de chaleur latente, cette dernière part étant la plus grande. Idéalement, il faudrait que l'énergie contenue sous forme de chaleur sensible dans les gaz surchauffés puisse être utilisée pour l'application "haute température" (dans le cas précité pour l'eau chaude sanitaire) alors que l'énergie restante resterait disponible pour l'application "basse température" (dans le cas précité pour le chauffage des locaux).
[0006] Le brevet GB 720 779 A propose l'intégration d'une pompe à chaleur dans un réservoir d'eau. Dans un tel réservoir, la température de l'eau varie en fonction de sa position à l'intérieur de celui-ci. En effet, l'eau froide étant plus dense, celle-ci se trouve naturellement en bas alors que l'eau la plus chaude se trouve dans la partie supérieure du réservoir. De tels réservoirs sont de plus en plus utilisés de nos jours. Souvent, pour ne pas lui imposer des mouvements qui conduiraient à des brassages d'eau de températures différentes, cette eau n'est pas utilisée comme eau chaude sanitaire mais comme réserve thermique traversée par un réservoir ou un tuyau dans lequel circule l'eau destinée à l'application sanitaire.
Dans le brevet GB 720 779 A, les gaz surchauffés en sortie du compresseur vont logiquement se refroidir dans la partie haute du réservoir avant d'aller condenser dans la partie intermédiaire. Une telle intégration, si elle est judicieuse d'un point de vue thermique, présente néanmoins des inconvénients, comme par exemple celui de l'accès au compresseur en cas de problème ou celui d'avoir une construction de réservoir très spécifique.
[0007] La présente invention concerne ainsi une installation de chauffage stationnaire comprenant une pompe à chaleur, un premier récepteur thermique et un second récepteur thermique dans laquelle un caloduc couple la pompe à chaleur avec le second récepteur thermique de manière à extraire des calories des gaz chauds sortant du compresseur de la pompe à chaleur et à les transmettre audit second récepteur thermique.
[0008] Un principe de l'invention consiste donc en un couplage par un caloduc entre la pompe à chaleur destinée au chauffage de locaux et une application nécessitant une plus haute température, comme par exemple un réservoir d'eau chaude sanitaire ou un récipient d'eau parcouru par un échangeur pour le chauffage de l'eau sanitaire.
[0009] Comme on le sait, un caloduc est un dispositif très simple et efficace sous forme de tuyau fermé contenant un remplissage de liquide déterminé permettant une grande transmission de chaleur par évaporation de ce liquide. Un tel caloduc, avec la source chaude en bas et le récepteur thermique en haut, a l'avantage de fonctionner comme une diode thermique, c'est-à-dire de ne principalement transmettre les calories que dans le sens de la source chaude vers le récepteur thermique et d'empêcher, aux conductions thermiques près, un transfert de calories depuis le récepteur thermique si la température de celui-ci est supérieure à celle de la source chaude.
Comme la transmission des calories se fait à partir du moment où le liquide en contact avec la source chaude peut bouillir, un tel caloduc présente aussi l'avantage de ne transmettre de la chaleur au récepteur thermique que tant que la température de la source chaude est supérieure à un certain seuil, ce seuil pouvant être réglé par la pression ou, pour une pression donnée, déterminé par la nature du liquide.
[0010] Le couplage proposé dans le cadre de cette invention permet de prélever à la source chaude -en l'occurrence le gaz comprimé en sortie du compresseur - une partie seulement des calories (celles qui sont stockées sous forme de chaleur à haute température), de les transmettre à un récepteur thermique et de laisser le reste des calories disponible pour une autre application -en l'occurrence le chauffage des locaux. Ce couplage permet donc à une source de chaleur d'alimenter deux consommateurs différents, l'un deux ne recevant de la chaleur que si, simultanément, sa température est inférieure à celle de la source chaude et que la température de la source chaude dépasse un seuil voulu.
[0011] Dans un mode de réalisation préférentiel, l'invention peut servir à obtenir de l'eau chaude sanitaire par prélèvement d'une partie des calories en sortie de compresseur d'une pompe à chaleur destinée au chauffage d'une habitation. Les avantages de l'invention sont les suivants:
le rendement global de l'installation est amélioré,
l'obtention d'eau chaude sanitaire ne nécessite pas une installation complexe et pilotée,
le rendement du compresseur devient un critère secondaire,
la quantité de chaleur prélevée pour le chauffage de l'eau chaude sanitaire peut être réglée.
[0012] La description ci-après, en se référant aux dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.
<tb>La fig. 1<sep>montre une section schématique d'une installation de chauffage stationnaire conforme à l'invention.
[0013] Le chiffre de référence [1] désigne le second récepteur thermique destiné à recevoir une partie des calories de la pompe à chaleur [6]. Le second récepteur est thermiquement isolé de l'extérieur par une enveloppe isolante [5] et contient un réservoir [2] en forme de champignon à l'intérieur duquel se trouve l'eau destinée à l'utilisation sanitaire. L'eau sanitaire entre froide dans le réservoir par l'intermédiaire du tuyau d'arrivée [3a] et en ressort, après avoir été chauffée par bain-marie, par le tuyau de sortie [3b] situé en haut du réservoir. Le réservoir [2] est immergé dans un récipient. Dans cette configuration, l'eau [4] enveloppant le réservoir [2] et se trouvant à l'intérieur du récipient n'est jamais mise en mouvement et la stratification de l'eau est bien respectée.
L'eau la plus chaude se trouve donc en haut et l'eau la plus froide en bas. Ceci explique la raison de la forme donnée préférentiellement au réservoir [2]: le volume plus grand dans la partie supérieure permet de stocker une certaine réserve d'eau chaude sanitaire prête à être utilisée. Il va de soi que plusieurs autres types de réservoirs (comme par exemple un serpentin tubulaire) conviennent aussi à la réalisation de l'invention.
[0014] Le chiffre de référence [6] indique la pompe à chaleur destinée au chauffage de locaux. Celle-ci peut être décomposée en un compresseur [6a], une deuxième partie [6b] non détaillée comprenant entre autres le détendeur et l'évaporateur et une troisième partie [6c] non détaillée constituant le premier récepteur thermique et permettant le chauffage des locaux. Le gaz comprimé par le compresseur circule dans un conduit [13] qui traverse un échangeur [7a] faisant partie du caloduc [7]. Le caloduc est entouré d'une isolation [10] non complètement représentée, de façon à ne pas perdre les calories vers l'extérieur. Le caloduc [7] est partiellement rempli, par exemple grâce à un embout non représenté, par un liquide [8] et un gaz [14] à une pression ajustable par l'intermédiaire d'un embout [11].
La partie supérieure du caloduc est constituée par un tuyau borgne dont la première partie est thermiquement isolée par rapport à l'extérieur et dont la deuxième partie pénètre le récipient [1] pour baigner dans l'eau [4]. Le récipient [1] peut en outre être équipé d'une résistance électrique [15] ou d'échangeurs supplémentaires, comme par exemple un échangeur [12] qui peut être un échangeur pour des apports de chaleur solaire. Cette dernière possibilité représente une solution optimale pour éviter de démarrer la pompe à chaleur en été. L'homme du métier pourra envisager d'autres variantes comme par exemple une connexion entre la partie [6c] et le récipient [1] pour utiliser l'eau [4] - de préférence celle située dans les parties moyenne ou basse en raison de la température - comme tampon thermique pour le chauffage des locaux.
[0015] Lorsque la pompe à chaleur est mise en route pour le chauffage des locaux, le compresseur [6a] comprime le gaz qui entre dans l'échangeur [7a] du caloduc sous haute pression et à haute température. Le liquide [8], chauffé par le gaz, atteint sa température d'ébullition et se met à bouillir. Sa vapeur remplit alors le tube [9] et, si la température de l'eau [4] entourant le tube [9] le permet, condense dans la partie du tube immergé dans le récipient [1]. Le liquide condensé retombe alors par gravité dans l'échangeur [7a].
[0016] La température à partir de laquelle le caloduc doit commencer à transférer des calories est déterminée par la nature des fluides [8] et [14] (dans une moindre mesure) et par la pression à l'intérieur du caloduc. De nombreuses combinaisons sont possibles et pourront être choisies par l'homme du métier. Une combinaison possible est par exemple de prendre pour liquide [8] de l'acétone qui bout sous pression atmosphérique à 56[deg.]C, pour gaz [14] un gaz inerte tel du dioxyde de carbone ou de l'azote, et de caler la pression intérieure dans le caloduc sous 56[deg.]C à 1 bar. Une autre combinaison possible et intéressante pour sa simplicité est d'utiliser en guise de liquide [8] de l'eau et d'avoir comme gaz [14] de l'air.
Ainsi, il suffit, par l'intermédiaire de l'embout [11], de produire une certaine dépression pour choisir le seuil de température à partir duquel le caloduc fonctionne. Par exemple, si à l'aide d'une pompe à vide connectée à l'embout [11] on amène, à température ambiante, la pression de l'air [14] à 100 mbar, l'eau commencera à bouillir à partir de 45[deg.]C. La pression à l'intérieur du caloduc pourra en tout temps être surveillée par l'adjonction d'un manomètre [17] sur le caloduc ou toute autre partie qui lui est reliée. L'homme du métier n'aura aucune peine pour déterminer les paramètres permettant le fonctionnement le plus approprié à la situation.
[0017] Dans un mode préférentiel de réalisation, l'échangeur [7a] du caloduc doit être placé plus bas que la traversée de cloison entre le tuyau [9] et le récipient [1]. Ainsi, le retour du liquide [8] après sa condensation se fait tout seul par simple gravité. On peut cependant imaginer utiliser un caloduc plus perfectionné, tel qu'il en existe, permettant grâce à des fibres capillaires à l'intérieur de celui-ci de faire remonter un liquide contre la gravité. Dans ce cas, l'échangeur [7a] pourrait très bien être situé à la même altitude voire plus haut que la traversée de cloison entre le tuyau [9] et le récipient [1].
[0018] Dans un mode préférentiel de réalisation, la partie [6c] de la pompe à chaleur est connectée au récipient [1]. Ainsi, le volume d'eau [4] peut servir de tampon thermique à la pompe à chaleur et celle-ci peut être mise en route même lorsque le chauffage des locaux n'est pas demandé mais que le prix du courant est moins cher (pendant la nuit par exemple). Une partie de l'énergie sert alors à chauffer la partie haute du récipient [1] pour l'eau chaude sanitaire et une autre partie de l'énergie sert à chauffer la partie moyenne ou basse du récipient [1]. Dans ce mode de réalisation, les entrée [16b] et sortie [16a] assurent la connexion du récipient [1] avec la pompe à chaleur, et plus particulièrement sa partie [6c].
[0019] Si la température de l'eau entourant la partie du tube [9] immergée dans le récipient est plus élevée que celle de la vapeur à l'intérieur du tube [9], alors la condensation à l'intérieur de celui-ci ne pourra pas se produire. La pression dans le tube montera alors et la température d'ébullition du liquide [8] s'élèvera jusqu'à éventuellement atteindre puis dépasser la température de l'eau entourant la partie du tube [9] immergée dans le récipient. À partir de là, le caloduc sera à nouveau fonctionnel.
Si la température d'ébullition ne parvient pas à dépasser la température de l'eau entourant la partie du tube [9] immergée, ce qui peut se produire si l'eau [4] a par exemple été chauffée par la résistance immergée [15], alors le caloduc arrêtera de fonctionner et se stabilisera à une température quasiment égale à la température de sortie du gaz en sortie de compresseur. La pression à l'intérieur du caloduc sera alors la pression pour laquelle le liquide [8] bout à la température du gaz en sortie du compresseur. Si dans ces conditions le liquide [8] est par exemple de l'eau et que le gaz en sortie du compresseur atteint 85[deg.]C, la pression à l'intérieur du caloduc s'établira à moins de 1 bar. Une telle pression ne représente aucun risque lié à la sécurité.
[0020] Même si l'immersion du caloduc dans le second récepteur thermique est une disposition préférentielle, on peut très bien imaginer, dans le cadre de l'invention, que le caloduc ne traverse pas la paroi du récepteur thermique mais que les calories libérées par la condensation dans le caloduc soient transmises par conduction à la paroi du second récepteur thermique (et de là au contenu) grâce à un contact direct avec le caloduc. Ce dernier reste alors extérieur au contenu du récepteur thermique. Une telle disposition peut être intéressante pour le chauffage d'un récipient dans lequel la stratification de l'eau y contenue n'est pas spécialement recherchée.
Dans la pratique, la partie supérieure du caloduc peut par exemple être soudée à une portion de la surface extérieure du récepteur thermique ou directement aboutir dans un volume fermé en contact avec la paroi du récepteur thermique ou faisant paroi commune avec le récepteur thermique (par exemple une poche sous le récepteur thermique). L'homme du métier ne sera pas en peine de trouver de nombreuses variantes sans sortir du cadre de la présente invention.
[0021] Si pour les besoins d'une installation spécifique on souhaite pouvoir empêcher le caloduc de transmettre des calories, on peut imaginer que celui-ci soit par exemple équipé d'une vanne pour le fermer ou qu'un dispositif intermédiaire de rétention d'eau lui soit adjoint de manière à empêcher le retour du liquide condensé vers le bas du caloduc. Ce dernier peut aussi être simplement vidé temporairement.
[0022] Afin d'augmenter la capacité de réserve thermique du récipient [1], on peut aussi imaginer laisser immergés en suspension dans l'eau [4] des poches [18] contenants un matériau fusible à une température de l'ordre de 60[deg.]C, tel que de la cire ou de la paraffine. La chaleur est alors emmagasinée sous forme de chaleur latente et restituée à l'eau dès que sa température descend en dessous de la température de fusion. Idéalement, ces poches auront une densité inférieure à celle de l'eau pour qu'elles aient plutôt tendance à rester dans la partie haute du récipient [1], où la température souhaitée est la plus grande.
The invention relates to a stationary heating system operating with a heat pump. Heat pumps are increasingly used for heating buildings because of their energy efficiency. These make it possible to extract water, air or any other thermal reserve from the heat which, in the majority of the cases, is restored at higher temperature to water which circulates then in a circuit of heater. The latter can be a network of pipes embedded in a screed or radiators for example.
As the temperature setpoint for this water influences the energy efficiency of the heat pump, it is generally tried to keep it as low as possible, which is why space heating heat pumps are preferably coupled to a heat distribution network. floor heat, called low temperature. Typically, such a heat distribution mode ensures the heating function with a water whose temperature varies between 28 [deg.] C and 35 [deg.] C, situation for which the heat pump is performing.
The performance of the heat pump is often measured by a coefficient called coefficient of performance (COP) and defined by the ratio between the power produced in the form of heat and the electrical power consumed. This ratio is dependent on several factors whose essential factor is the operating temperature. Indeed, the efficiency of a heat pump decreases with the temperature difference that it must provide. It is therefore clear that heating with a heat pump will be all the more efficient as the temperature of the source is high and the outlet temperature is low. Typically, the value of this coefficient can vary according to the nature of the installation and the source and outlet temperatures between 2 and 7.
A heat pump installed for space heating can parallel serve for heating domestic hot water. As the temperature set point for domestic hot water production is higher - about 65 [deg.] C -, the coefficient of performance falls and the overall performance of the plant suffers. It remains above 1, which corresponds to heating by a simple electrical resistance dipped in water, the energy gain remains large enough to justify the installation. Heat pumps available on the market therefore have special equipment to perform these two functions.
In such an installation, where the heat pump is used for space heating and domestic hot water production, the energy content of domestic hot water production becomes even greater than the heating requirement of the domestic hot water. local is small. This is increasingly the case in single-family houses because they are increasingly isolated while the consumption of domestic hot water does not decrease.
The object of the invention is to provide an arrangement improving the overall energy efficiency of a stationary heat pump heating system ensuring on the one hand the heating of the premises and on the other hand the production of hot water. Such an installation therefore comprises at least one heat pump and a thermal reserve for domestic hot water, this reserve can be the same domestic hot water or a thermal mass to which, by a heat exchanger, the water intended for the needs Sanitary takes its heat.
Heat pumps, regardless of the source from which the calories are taken, have in common to have a compressor. This one has the role of compressing a gas which, at high pressure, cools and condenses (it is the phase where heat is supplied to the installation) before being relaxed and then evaporated (this is the phase where heat is taken from the outside environment). At the outlet of the compressor, the gas is at a high pressure but also at an elevated temperature which may, depending on the nature of the installation, be approximately 85 [deg.] C. Under this pressure, the gas, according to its nature, must first cool before it can condense.
The energy that the gas can return to the system is therefore contained partly as a sensible heat in the superheated gas and partly as latent heat, the latter part being the largest. Ideally, the energy contained in the form of sensible heat in the superheated gases should be used for the "high temperature" application (in the aforementioned case for domestic hot water) while the remaining energy would remain available for the "low temperature" application (in the aforementioned case for space heating).
[0006] Patent GB 720 779 A proposes the integration of a heat pump in a water tank. In such a tank, the temperature of the water varies according to its position inside it. Indeed, the cold water is more dense, it is naturally down while the hottest water is in the upper part of the tank. Such tanks are being used more and more today. Often, in order not to impose on him movements that would lead to mixing water of different temperatures, this water is not used as domestic hot water but as a thermal reserve crossed by a tank or pipe in which the water circulates to the sanitary application.
In patent GB 720 779 A, the superheated gases leaving the compressor will logically cool in the upper part of the tank before going to condense in the intermediate part. Such integration, if it is judicious from a thermal point of view, nevertheless has drawbacks, such as that of access to the compressor in case of problems or that of having a very specific tank construction.
The present invention thus relates to a stationary heating installation comprising a heat pump, a first heat sink and a second heat sink in which a heat pipe couples the heat pump with the second heat sink so as to extract calories from the gases. hot exhaust from the compressor of the heat pump and transmit them to said second heat sink.
A principle of the invention is therefore a coupling by a heat pipe between the heat pump for heating premises and an application requiring a higher temperature, such as a domestic hot water tank or a container for heating. water traveled by a heat exchanger for heating sanitary water.
As is known, a heat pipe is a very simple and effective device in the form of closed pipe containing a liquid filling determined allowing a large heat transmission by evaporation of the liquid. Such a heat pipe, with the hot source at the bottom and the thermal receiver at the top, has the advantage of functioning as a thermal diode, that is to say, to mainly transmit the calories only in the direction of the hot source towards the thermal receiver and to prevent, with thermal conductions, a transfer of calories from the thermal receiver if the temperature thereof is greater than that of the hot source.
Since the transmission of calories is made from the moment when the liquid in contact with the hot source can boil, such a heat pipe also has the advantage of transmitting heat to the heat sink only as long as the temperature of the hot source is greater than a certain threshold, this threshold being adjustable by the pressure or, for a given pressure, determined by the nature of the liquid.
The coupling proposed in the context of this invention allows to take the hot source - in this case the compressed gas output of the compressor - only part of the calories (those stored as heat at high temperature) , to transmit them to a thermal receiver and to leave the rest of the calories available for another application - in this case the heating of the premises. This coupling thus allows a heat source to feed two different consumers, one of which receives heat only if, simultaneously, its temperature is lower than that of the hot source and the temperature of the hot source exceeds one threshold.
In a preferred embodiment, the invention can be used to obtain domestic hot water by taking a portion of the calories at the compressor output of a heat pump for heating a home. The advantages of the invention are as follows:
the overall efficiency of the installation is improved,
obtaining domestic hot water does not require a complex and controlled installation,
the efficiency of the compressor becomes a secondary criterion,
the amount of heat taken for heating domestic hot water can be adjusted.
The following description, with reference to the accompanying drawings, all given by way of non-limiting example, will explain how the invention can be achieved.
<tb> Fig. 1 <sep> shows a schematic section of a stationary heating installation according to the invention.
The reference numeral [1] designates the second thermal receiver intended to receive a portion of the heat pump [6]. The second receiver is thermally isolated from the outside by an insulating envelope [5] and contains a mushroom-shaped reservoir [2] inside which the water intended for sanitary use is located. Sanitary water enters the tank via the inlet pipe [3a] and comes out, after having been heated by a water bath, through the outlet pipe [3b] situated at the top of the tank. The tank [2] is immersed in a container. In this configuration, the water [4] enveloping the tank [2] and being inside the container is never set in motion and the stratification of the water is well respected.
The hottest water is at the top and the coldest water at the bottom. This explains the reason of the shape given preferentially to the tank [2]: the larger volume in the upper part makes it possible to store a certain reserve of domestic hot water ready to be used. It goes without saying that several other types of tanks (such as for example a tubular coil) are also suitable for carrying out the invention.
The reference numeral [6] indicates the heat pump for heating premises. This can be decomposed into a compressor [6a], a second non-detailed part [6b] comprising among others the expander and the evaporator and a third non-detailed part [6c] constituting the first thermal receiver and allowing the heating of the premises. . The gas compressed by the compressor circulates in a duct [13] which passes through an exchanger [7a] forming part of the heat pipe [7]. The heat pipe is surrounded by insulation [10] not completely represented, so as not to lose the calories to the outside. The heat pipe [7] is partially filled, for example by means of a nozzle not shown, with a liquid [8] and a gas [14] at an adjustable pressure via a nozzle [11].
The upper part of the heat pipe is constituted by a blind pipe whose first part is thermally insulated with respect to the outside and whose second part penetrates the container [1] to bathe in the water [4]. The container [1] can also be equipped with an electrical resistance [15] or additional exchangers, such as for example an exchanger [12] which can be an exchanger for solar heat gains. This last possibility represents an optimal solution to avoid starting the heat pump in summer. The skilled person may consider other variants such as for example a connection between the portion [6c] and the container [1] to use water [4] - preferably that located in the middle or low parts due to temperature - as a thermal buffer for space heating.
When the heat pump is turned on for space heating, the compressor [6a] compresses the gas entering the exchanger [7a] of the heat pipe under high pressure and at high temperature. The liquid [8], heated by the gas, reaches its boiling point and begins to boil. Its vapor then fills the tube [9] and, if the temperature of the water [4] surrounding the tube [9] allows it, condenses in the part of the tube immersed in the container [1]. The condensed liquid then falls by gravity into the exchanger [7a].
The temperature from which the heat pipe must begin to transfer calories is determined by the nature of the fluids [8] and [14] (to a lesser extent) and by the pressure inside the heat pipe. Many combinations are possible and may be chosen by those skilled in the art. A possible combination is for example to take for liquid [8] acetone boiling under atmospheric pressure at 56 [deg.] C, for gas [14] an inert gas such as carbon dioxide or nitrogen, and to set the internal pressure in the heat pipe under 56 [deg.] C at 1 bar. Another possible and interesting combination for its simplicity is to use as liquid [8] water and to have as gas [14] air.
Thus, it is sufficient, through the tip [11], to produce a certain depression to choose the temperature threshold from which the heat pipe operates. For example, if a vacuum pump connected to the nozzle [11] is used to bring the air pressure [14] to 100 mbar at room temperature, the water will start boiling from of 45 [deg.] C. The pressure inside the heat pipe may be monitored at any time by the addition of a pressure gauge [17] on the heat pipe or any other part connected to it. The person skilled in the art will have no difficulty in determining the parameters allowing the operation most appropriate to the situation.
In a preferred embodiment, the exchanger [7a] of the heat pipe must be placed lower than the septum passage between the pipe [9] and the container [1]. Thus, the return of the liquid [8] after condensation is done alone by simple gravity. However, one can imagine using a more advanced heat pipe, as it exists, allowing thanks to capillary fibers inside of it to raise a liquid against the gravity. In this case, the exchanger [7a] could very well be located at the same altitude or higher than the bulkhead crossing between the pipe [9] and the container [1].
In a preferred embodiment, the portion [6c] of the heat pump is connected to the container [1]. Thus, the volume of water [4] can serve as heat buffer to the heat pump and it can be started even when space heating is not requested but the price of the current is cheaper ( during the night for example). Part of the energy is then used to heat the upper part of the container [1] for domestic hot water and another part of the energy is used to heat the medium or low part of the container [1]. In this embodiment, the [16b] and outlet [16a] inlets connect the container [1] with the heat pump, and more particularly its portion [6c].
If the temperature of the water surrounding the part of the tube [9] immersed in the container is higher than that of the vapor inside the tube [9], then the condensation inside this one it can not happen. The pressure in the tube will then rise and the boiling temperature of the liquid [8] will rise to possibly reach and then exceed the temperature of the water surrounding the portion of the tube [9] immersed in the container. From there, the heat pipe will be functional again.
If the boiling temperature fails to exceed the temperature of the water surrounding the portion of the immersed tube [9], which can occur if the water [4] has been heated by the submerged resistor, for example [15]. ], then the heat pipe will stop working and will stabilize at a temperature almost equal to the exit temperature of the gas output compressor. The pressure inside the heat pipe will then be the pressure for which the liquid [8] boils at the temperature of the gas output of the compressor. If under these conditions the liquid [8] is for example water and the gas output of the compressor reaches 85 [deg.] C, the pressure inside the heat pipe will be less than 1 bar. Such pressure does not represent any security risk.
Even if the immersion of the heat pipe in the second thermal receiver is a preferred arrangement, it can very well be imagined, in the context of the invention, that the heat pipe does not cross the wall of the thermal receiver but that the calories released by condensation in the heat pipe are transmitted by conduction to the wall of the second thermal receiver (and thence to the contents) through direct contact with the heat pipe. The latter then remains outside the contents of the thermal receiver. Such an arrangement may be of interest for heating a container in which the lamination of the water contained therein is not particularly desired.
In practice, the upper part of the heat pipe may for example be welded to a portion of the outer surface of the thermal receiver or directly terminate in a closed volume in contact with the wall of the thermal receiver or forming a common wall with the thermal receiver (for example a pocket under the thermal receiver). Those skilled in the art will not be able to find many variants without departing from the scope of the present invention.
If, for the purposes of a specific installation, it is desired to be able to prevent the heat pipe from transmitting calories, it can be imagined that it is for example equipped with a valve to close it or that an intermediate device for retaining heat. water is added to prevent the condensed liquid from returning to the bottom of the heat pipe. The latter can also be simply emptied temporarily.
In order to increase the thermal reserve capacity of the container [1], it is also possible to leave immersed in suspension in the water [4] pockets [18] containing a fusible material at a temperature of the order of 60 [deg.] C, such as wax or paraffin. The heat is then stored as latent heat and returned to water as soon as its temperature falls below the melting temperature. Ideally, these bags will have a density lower than that of water so that they tend to stay in the upper part of the container [1], where the desired temperature is greatest.