FR2501836A1 - INTEGRATED HEAT PUMP AND HEAT ACCUMULATION SYSTEM - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN SYSTEME INTEGRE DE POMPE DE CHALEUR ET D'ACCUMULATION DE CHALEUR. DANS CE SYSTEME, DES ENSEMBLES DE REGISTRES 30 ET 32 COMMANDENT LE PASSAGE EVENTUEL DANS L'ACCUMULATEUR DE CHALEUR 16 DE L'AIR ARRIVANT PAR LE CONDUIT 12 A LA POMPE A CHALEUR 10 ET EN REPARTANT PAR LE CONDUIT 14. L'ACCUMULATEUR DE CHALEUR 10 PEUT COMPRENDRE DES MATIERES A CHANGEMENT DE PHASE.THE INVENTION RELATES TO AN INTEGRATED HEAT PUMP AND HEAT ACCUMULATION SYSTEM. IN THIS SYSTEM, SETS OF REGISTERS 30 AND 32 CONTROL THE POSSIBLE PASSAGE THROUGH HEAT ACCUMULATOR 16 OF THE AIR COMING THROUGH DUCT 12 TO HEAT PUMP 10 AND LEAVING THROUGH DUCT 14. THE HEAT ACCUMULATOR 10 MAY INCLUDE PHASE CHANGING MATERIALS.
Description
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- 1 - Système intégré de pompe de chaleur et d'accumulation - 1 - Integrated heat pump and storage system
de chaleur.heat.
L'invention concerne généralement des appareils de chauffage et, plus particulièrement, des appareils de chauffage utilisant des pompes de chaleur. L'utilisation de pompes de chaleur pour le chauffage de l'air est bien connue. Un type classique de pompe de chaleur, la pompe de chaleur air-air, tire normalement de la chaleur de l'air situé à l'extérieur d'une enceinte et l'utilise pour élever la température de l'air à l'intérieur de l'enceinte. On comprend que le coefficient de fonctionnement et donc l'efficacité de la pompe de chaleur sont une fonction positive de la température du milieu fournisseur de chaleur, c'est-à-dire de l'air The invention generally relates to heating apparatus and, more particularly, to heating apparatus using heat pumps. The use of heat pumps for air heating is well known. A conventional type of heat pump, the air-to-air heat pump, normally draws heat from the air outside an enclosure and uses it to raise the temperature of the air inside. of the enclosure. It is understood that the operating coefficient and therefore the efficiency of the heat pump are a positive function of the temperature of the heat-supply medium, that is to say of the air
extérieur.outside.
L'utilisation de matières à changement de phase comme milieu d'accumulation de chaleur a été proposée dans la littérature. Un exemple de système d'accumulation de chaleur utilisant des matières à changement de phase est décrit dans une demande de brevet israélien au nom The use of phase change materials as a heat storage medium has been proposed in the literature. An example of a heat storage system using phase change materials is described in an Israeli patent application in the name of
de la Demanderesse.of the Applicant.
L'invention vise à fournir un système intégré de pompe de chaleur et d'accumulation de chaleur utilisant avantageusement des matières à changement de phase comme milieu d'accumulation de chaleur en combinaison avec une pompe de chaleur que l'on puisse faire fonctionner dans The aim of the invention is to provide an integrated heat pump and heat storage system advantageously using phase change materials as a heat storage medium in combination with a heat pump which can be operated in a heat pump.
des conditions d'efficacité relativement grande. conditions of relatively high efficiency.
Ainsi, selon un aspect de l'invention, on propose un système intégré de pompe de chaleur et d'accumulation de chaleur comprenant une pompe de chaleur, un premier conduit servant à amener de l'air de retour d'une enceinte à la pompe de chaleur, un deuxième conduit servant à amener de l'air de retour de la pompe de chaleur à l'enceinte, un appareil d'accumulation de chaleur, un premier registre conçu de telle sorte que, dans une Thus, according to one aspect of the invention, there is provided an integrated heat pump and heat accumulation system comprising a heat pump, a first conduit serving to supply return air from an enclosure to the pump. a second conduit for supplying return air from the heat pump to the enclosure, a heat storage device, a first damper designed such that, in a
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- 2 - première orientation, il permet à de l'air de retour venant de l'enceinte d'entrer dans le premier conduit et empêche l'air de retour de traverser l'appareil d'accumulation de chaleur et que, dans une deuxième orientation, il fait passer de l'air de retour à travers l'appareil d'accumulation de chaleur pour être chauffé par celui-ci avant d'entrer dans le premier conduit, un deuxième registre conçu de telle sorte que, dans une première orientation, il fait passer de l'air chauffé In the first orientation, it allows return air from the enclosure to enter the first conduit and prevents return air from passing through the heat storage apparatus and, in a second orientation, it passes the return air through the heat storage device to be heated by it before entering the first conduit, a second register designed so that in a first orientation he is passing heated air
venant du deuxième conduit à travers l'appareil d'accumu- from the second conduit through the accumulator
lation de chaleur de manière à céder une partie de sa chaleur pour l'accumulation et que, dans une deuxième orientation, il empêche V'air chauffé venant du deuxième conduit de traverser l'appareil d'accumulation de chaleur et permet à de l'air chauffé venant du deuxième conduit heat to give away some of its heat for accumulation and that in a second orientation it prevents the heated air from the second conduit from passing through the heat storage apparatus and allows heated air coming from the second duct
d'atteindre l'enceinte.to reach the enclosure.
En outre, un mode d'exécution de l'invention est caractérisé par le fait que le premier registre est conçu de telle sorte que, dans sa deuxième orientation, il empêche l'air de retour d'entrer directement dans le premier conduit et que le deuxième registre est conçu de telle sorte que, dans sa première orientation, il empêche l'air chauffé venant du deuxième conduit d'arriver directement à l'enceinte sans passer d'abord à travers Furthermore, an embodiment of the invention is characterized in that the first register is designed such that in its second orientation it prevents the return air from entering directly into the first conduit and that the second register is designed so that, in its first orientation, it prevents the heated air coming from the second conduit from arriving directly to the enclosure without first passing through
l'appareil d'accumulation de chaleur. the heat storage device.
En outre, selon une forme de mise en oeuvre, l'appareil d'accumulation de chaleur comprend des matières In addition, in one form of implementation, the heat storage apparatus comprises materials
à changement de phase.phase change.
On comprendra plus clairement l'invention grâce à It will be more clearly understood the invention through
la description détaillée ci-après, considérée parallèlement the detailed description below, considered in parallel
aux dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 est une représentation schématique d'un système-intégré de pompe de chaleur et d'accumulation de chaleur construit et pouvant fonctionner selon une forme de réalisation de l'invention, les registres étant dans to the accompanying drawings, in which: Figure 1 is a schematic representation of an integrated heat pump and heat accumulation system constructed and operable according to one embodiment of the invention, the registers being in
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leur première orientation respective z La figure 2 est une représentation schématique du système intégré de pompe de chaleur et d'accumulation de chaleur de la figure 1, les registres étant dans leur deuxième orientation respective z La figure 3 est une représentation schématique d'un système d'accumulation de chaleur utilisant des matières Fig. 2 is a schematic representation of the integrated heat pump and heat accumulation system of Fig. 1, the registers being in their respective second orientation; Fig. 3 is a schematic representation of a system of heat accumulation using materials
à changement de phase et utile dans l'invention. phase change and useful in the invention.
On décrira maintenant l'invention en détail, en référence aux figures 1 et 2 qui illustrent l'invention, les registres étant dans leur première et leur deuxième orientations respectives, correspondant respectivement The invention will now be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2 which illustrate the invention, the registers being in their respective first and second orientations, respectively
au fonctionnement pendant le jour et pendant la nuit. in operation during the day and during the night.
Comme le montrent les figures 1 et 2, l'appareil de l'invention comprend une pompe de chaleur 10, dans le cas présent du type air-air. On comprend que, selon une variante de l'invention, on peut utiliser d'autres types d'échangeurs thermiques. Une pompe de chaleur typique utile dans l'invention est le modèle ERU ou EHN fabriqué par Blectra (Israel) Ltd. La pompe de chaleur 10 communique avec l'atmosphère extérieure par des conduits de circulation d'air qui ne sont pas représentés ici, pour plus de simplicité et de clarté. Un premier conduit 12 amène à la pompe de chaleur 10 de l'air de retour venant d'une enceinte et un deuxième conduit 14 amène à l'enceinte de l'air chauffé venant de la pompe de chaleur 10. Un appareil d'accumulation de chaleur 16 est prévu pour communiquer sélectivement avec les premier et deuxième conduits et avec les courants As shown in FIGS. 1 and 2, the apparatus of the invention comprises a heat pump 10, in this case of the air-air type. It is understood that, according to a variant of the invention, other types of heat exchangers can be used. A typical heat pump useful in the invention is the ERU or EHN model manufactured by Blectra (Israel) Ltd. The heat pump 10 communicates with the outside atmosphere by air circulation ducts which are not shown here for simplicity and clarity. A first conduit 12 supplies the heat pump 10 with return air from an enclosure and a second conduit 14 brings heated air from the heat pump 10 to the enclosure. 16 is provided for selectively communicating with the first and second conduits and with the currents
d'air se rendant à l'enceinte et venant de celle-ci. of air going to and from the enclosure.
L'appareil d'accumulation de chaleur 16 peut être tout appareilapproprié. Selon un mode d'exécution préférentiel de l'invention, l'appareil d'accumulation de chaleur comprend une matière à changement de phase telle que le chlorure de calcium hexahydraté, avec des The heat storage apparatus 16 may be any suitable apparatus. According to a preferred embodiment of the invention, the heat storage apparatus comprises a phase change material such as calcium chloride hexahydrate, with
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- 4 - additifs appropriés améliorant sa durée de service et ses caractéristiques. Un appareil d'accumulation de chaleur de ce type est décrit dans la publication uHeat Transfer Properties of a Heat-of-fusion Store based on CaCi2 6H20", par R. Carlson et G. Wettermark, Solar Energy, volume 24, Suitable additives improve its service life and its characteristics. A heat storage apparatus of this type is described in the publication uHeat Transfer Properties of a Heat-of-Fusion Store based on CaCi2 6H20 ", by R. Carlson and G. Wettermark, Solar Energy, Volume 24,
pages 239 à 247 (1979).pp. 239 to 247 (1979).
Une installation appropriée d'accumulation de chaleur peut comprendre de multiples éléments modulaires du type représenté par la figure 3. Chaque élément modulaire comprend de multiples éléments 20 qui contiennent une matière à changement de phase, typiquement le chlorure de calcium hexahydraté. Les éléments sont disposés parallèlement à l'intérieur d'une enveloppe 22 et sont espacés l'un de l'autre le long d'au moins une partie de leur surface, de sorte que des canaux d'écoulement d'air 24 sont définis le long de celle-ci, de manière An appropriate heat storage facility may comprise multiple modular elements of the type shown in FIG. 3. Each modular element comprises multiple elements that contain a phase change material, typically calcium chloride hexahydrate. The elements are arranged parallel to the inside of an envelope 22 and are spaced from each other along at least a portion of their surface, so that air flow channels 24 are defined along it, so
à permettre un écoulement d'air d'échange thermique. to allow a flow of heat exchange air.
Une communication sélective entre les courants d'air arrivant à la pompe de chaleur et à l'enceinte et partant de celles-ci est assurée par un premier et un deuxième ensembles de registre 30 et 32. Le premier ensemble de registre 30 comprend un premier et un deuxième volets ou ailettes formant vannes 34 et 36. L'ailette 34 commande l'entrée d'air de retour venant de l'enceinte et détermine s'il se rend directement à la pompe de chaleur par le premier conduit ou s'il passe d'abord à travers l'appareil d'accumulation de chaleur 16. L'ailette 36 commande la communication entre l'appareil d'accumulation de chaleur Selective communication between the air flows to and from the heat pump and the enclosure is provided by first and second register assemblies 30 and 32. The first register assembly 30 includes a first and a second flap or wing forming valves 34 and 36. The fin 34 controls the return air inlet from the enclosure and determines whether it goes directly to the heat pump through the first conduit or it passes first through the heat storage device 16. The fin 36 controls the communication between the heat storage device
16 et le premier conduit.16 and the first leads.
Le deuxième ensemble de registre comprend une troisième et une quatrième ailettes 38 et 40. La troisième ailette 38 commande l'amenée d'air chauffé venant de la pompe de chaleur par le deuxième conduit 14 et détermine s'il se rend directement à l'enceinte ou s'il passe d'abord à travers l'appareil d'accumulation de chaleur 160 La quatrième ailette 40 commande la communication entre l'appareil d'accumulation de chaleur 16 et l'enceinte, The second register assembly comprises third and fourth fins 38 and 40. The third fin 38 controls the supply of heated air from the heat pump through the second conduit 14 and determines whether it goes directly to the the first vane 40 controls the communication between the heat storage device 16 and the enclosure,
pour l'afflux d'air à l'enceinte.for the influx of air to the enclosure.
On se référera maintenant particulièrement à la figure 1, qui montre les premier et deuxième ensembles de registre disposés dans leur première orientation respective pour le fonctionnement pendant le jour. Dans cette disposition, la pompe de chaleur 10 fonctionne à un coefficient élevé et donc à une efficacité élevée et, ainsi, elle peut produire économiquement plus de chaleur qu'on n'en a besoin actuellement dans l'enceinte. Une accumulation de chaleur est prévue. On effectue l'accumulation de chaleur en canalisant l'air chauffé venant de la pompe de chaleur, par le deuxième conduit 14 et la troisième ailette 38, vers'l'appareil d'accumulation de chaleur. L'air chauffé cède une partie de sa chaleur au milieu d'accumulation de chaleur pour qu'elle soit accumulée, puis se rend à l'enceinte en passant par Reference will now be made particularly to FIG. 1, which shows the first and second register assemblies arranged in their respective first orientation for daytime operation. In this arrangement, the heat pump 10 operates at a high coefficient and therefore at a high efficiency and thus can produce more heat economically than is currently required in the enclosure. Heat buildup is expected. The heat accumulation is carried out by channeling the heated air from the heat pump, through the second conduit 14 and the third fin 38, to the heat storage apparatus. The heated air gives up some of its heat in the middle of heat accumulation for it to accumulate, then goes to the enclosure through
l'ailette 40.the fin 40.
Dans cette disposition, l'air de retour est amené directement de l'enceinte en passant par la première ailette 34 et la deuxième ailette 36, qui isole l'appareil In this arrangement, the return air is brought directly from the enclosure through the first fin 34 and the second fin 36, which isolates the apparatus
d'accumulation de chaleur 16 du courant d'air de retour. of heat accumulation 16 of the return air stream.
Dans la disposition représentée par la figure 1 et décrite ci-dessus, on considèrera que chacune des ailettes In the arrangement represented by FIG. 1 and described above, it will be considered that each of the fins
34, 36, 38 et 40 se trouve dans sa première orientation. 34, 36, 38 and 40 is in its first orientation.
On se référera maintenant à la figure 2, qui représente les premier et deuxième ensembles de registre dans leur deuxième orientation respective pour le fonctionnement pendant la nuit. Dans cette disposition, quand la pompe de chaleur fonctionne à un coefficient relativement bas et quand il se peut qu'elle n'arrive pas à fournir toute la chaleur nécessaire dans l'enceinte, l'utilisation de chaleur accumulée est prévue. On obtient la chaleur accumulée en canalisant l'air de retour venant de Referring now to FIG. 2, which shows the first and second register assemblies in their respective second orientation for overnight operation. In this arrangement, when the heat pump is operating at a relatively low coefficient and when it is possible that it can not provide all the necessary heat in the enclosure, the use of accumulated heat is provided. The accumulated heat is obtained by channeling the return air coming from
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- 6- l'enceinte pour le faire passer par l'appareil d'accumulation - 6 the enclosure to make it pass through the accumulation device
de chaleur 16, de manière à recueillir la chaleur accumulée. heat 16, so as to collect accumulated heat.
Comme le montre la figure 2, l'air de retour venant de l'enceinte est amené à l'appareil d'accumulation de chaleur 16 en passant par l'ailette 34 et l'air passant à travers l'appareil d'accumulation de chaleur 16 et ainsi chauffé est ainsi amené, en passant par l'ailette 36, à la pompe de chaleur, par le premier conduit 12. L'air chauffé sortant de la pompe de chaleur 10 est amené directement à l'enceinte par le deuxième conduit 14 et les ailettes 38 et 40 qui isolent l'appareil d'accumulation As shown in FIG. 2, the return air from the enclosure is fed to the heat storage apparatus 16 through the fin 34 and the air passing through the storage accumulator. heat 16 and thus heated is thus passed through the fin 36 to the heat pump, through the first conduit 12. The heated air leaving the heat pump 10 is brought directly to the enclosure by the second led 14 and the fins 38 and 40 which isolate the accumulation apparatus
de chaleur du courant d'air chauffé. heat of the heated air stream.
On comprend que l'on peut utiliser la chaleur emmagasinée fournie par l'appareil d'accumulation de chaleur 16 pour réduire le fonctionnement nécessaire de la pompe de chaleur dans des conditions de faible rendement et que cela peut diminuer le besoin de chaleur supplémentaire It is understood that the stored heat provided by the heat storage apparatus 16 can be used to reduce the necessary operation of the heat pump under low efficiency conditions and that this may decrease the need for additional heat.
fournie, par exemple, par des sources électriques ou autres. provided, for example, by electric or other sources.
On peut ainsi obtenir un avantage économique notable. This can result in a significant economic benefit.
L'homme de l'art comprendra que l'invention n'est pas Those skilled in the art will understand that the invention is not
limitée à ce qui est particulièrement représenté et décrit. limited to what is particularly represented and described.
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