FR2519415A1

FR2519415A1 - Controller for domestic water heater using heat pump - has timer to ensure off-peak operation and has simulator circuit to delay use of auxiliary element until last possible moment

Info

Publication number: FR2519415A1
Application number: FR8124602A
Authority: FR
Inventors: Jacques Oddou; Didier Rys; Noel Bailly
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 1981-12-31
Filing date: 1981-12-31
Publication date: 1983-07-08
Also published as: FR2519415B1

Abstract

The arrangement uses a heat pump as the principal heat source and an electric resistance heater as an auxiliary heat source. A timer relay ensures that the heater is operative only during the times when off-peak electricity tariffs apply. The heat pump is controlled by a conventional thermostatic switch, and the auxiliary element is controlled by a delay circuit which delays the switching on to stagger the onset of the off-peak load on the supply system. The control circuit monitors the water temp. and generates a ramp function, simulating the heating time. This function is used to determine the moment of switch-on so that the water has just reached full temp. when the off-peak period finishes.

Description

L'invention a trait à un dispositif de-commande d'un chauffe-eau à accumulation équipé d'une pompe à chaleur comme source principale de chauffage et d'une résistance électrique comme source auxiliaire, destiné à minimiser les dépenses de fonctionnement du chauffe-eau et comprenant un relais dit d'heures creuses autorisant le fonctionnement des sources uniquement pendant la période d'heures creuses nocturnes. The invention relates to a device for controlling a storage water heater equipped with a heat pump as the main source of heating and an electrical resistance as an auxiliary source, intended to minimize the operating costs of the heater. -water and comprising a so-called off-peak relay authorizing the operation of the sources only during the period of nocturnal off-peak hours.

L'utilisation du condenseur d'une pompe à chaleur comme élément chauffant d'un chauffe-eau à accumulation est attrayante du fait que la pompe à chaleur, constituée comme un groupe frigorifique dont le condenseur sert d'élément chauffant et l'évaporateur d'absorbeur d'énergie thermique ambiante, fonctionne comme une machine thermique inversée, recevant de l'énergie mécanique (ordonnée) pour délivrer de l'énergie thermique (désordonnée), avec un rendement de
Carnot nettement supérieur à l'unité, et, malgré des pertes, un rendement global encore supérieur a l'unité. L'énergie thermique est fournie par la pompe à chaleur à un prix de consommation qui est celui de l'énergie électrique d'entrai- nement de la pompe à chaleur divisé par le rendement global de la pompe.The use of the condenser of a heat pump as a heating element of a storage water heater is attractive because the heat pump, constituted as a refrigeration unit whose condenser serves as a heating element and the evaporator d ambient energy absorber, works like an inverted thermal machine, receiving mechanical energy (ordered) to deliver thermal energy (disordered), with a yield of
Carnot markedly greater than unity, and, despite losses, an overall yield still greater than unity. The thermal energy is supplied by the heat pump at a consumption price which is that of the electric drive energy of the heat pump divided by the overall efficiency of the pump.

Cependant, à étudier la question de plus près, le prix de revient de l'énergie thermique fournie par la pompe à chaleur se trouve majoré par l'amortissement de l'investissement de la pompe à chaleur. I1 est clair qu'un chauffeeau de quelques dizaines de litres de capacité ne peut justifier l'équipement avec une pompe à chaleur. Par ailleurs, la pompe à chaleur sera choisie d'une puissance telle que sa durée de fonctionnement occupe au mieux les périodes d'heures creuses (pratiquement les périodes nocturnes entre 22 H et'6 H) où l'énergie électrique est facturée à des prix réduits ; autrement dit la pompe à chaleur doit outre aussi peu puissante que possible, dans le domaine où le facteur dedimension joue peu sur le prix de l'unité de puis- sance installée. However, on closer examination, the cost price of the thermal energy supplied by the heat pump is increased by the amortization of the investment of the heat pump. It is clear that a boiler with a capacity of a few tens of liters cannot justify equipping it with a heat pump. In addition, the heat pump will be chosen with a power such that its operating time occupies at best the off-peak periods (practically the night periods between 10 p.m. and 6 a.m.) where electrical energy is billed at reduced prices ; in other words, the heat pump must also be as inefficient as possible, in the area where the dimension factor has little effect on the price of the installed power unit.

Dans une première approximation, on pourrait admettre que la puissance thermique de la pompe à chaleur se détermi ne comme la puissance d1un chauffe-eau à accumulation, pour obtenir une charge complète du chauffe-eau en sept heures, c'est-à-dire la durée d'une période d'heures creuses nocturnes, diminuée d'une heure pour conserver une marge de sécurité. Pour préciser, on rappellera que, Si la différence de température entre l'eau d'alimentation et celle contenue dans le chauffe-eau à son état de charge maximal est de 720C environ, la puissance est de 12 watts par litre de contenance du chauffe-eau. In a first approximation, it could be assumed that the thermal power of the heat pump is determined as the power of a storage water heater, to obtain a full charge of the water heater in seven hours, that is to say the duration of a period of nocturnal off-peak hours, reduced by one hour to maintain a safety margin. To clarify, it will be recalled that, If the temperature difference between the supply water and that contained in the water heater at its maximum state of charge is approximately 720C, the power is 12 watts per liter of capacity of the heater -water.

On précisera qu'on entend par charge complète du chauffe-eau le passage de l'eau contenue de la température d'alimentation à la température d'état de charge maximal, et par état de charge le rapport entre l'énergie thermique accumulée dans le chauffe-eau à un moment donné, et l'énergie thermique accumulée à l'état de charge maximal. On rappelle que ce rapport est sensiblement égal au rapport des différences de températures, avec la température d'alimentation, que prendrait le contenu du chauffe-eau s'il était homogène, à état de charge donné et maximal. It should be specified that the full load of the water heater means the passage of the water contained from the supply temperature to the maximum state of charge temperature, and by state of charge the ratio between the thermal energy accumulated in the water heater at a given time, and the thermal energy accumulated at the maximum state of charge. It will be recalled that this ratio is substantially equal to the ratio of the temperature differences, with the supply temperature, that the contents of the water heater would take if it were homogeneous, at a given and maximum state of charge.

La première approximation évoquée ci-dessus ne correspond pas à une véritable minimisation du prix de fonctionne- ment, étant donné que l'état de charge résiduel du chauffeeau au début de la période d'heures creuses est exceptionnellement nul et rarement très faible, car la capacité du chauffe-eau est déterminée pour assurer en dépit des variations de consommation, une disponibilité en eau chaude convenable. The first approximation mentioned above does not correspond to a real minimization of the operating price, given that the residual state of charge of the heater at the start of the off-peak period is exceptionally zero and rarely very low, because the capacity of the water heater is determined to ensure, despite variations in consumption, availability of suitable hot water.

Mais on peut définir une puissance thermique optimale de la pompe à chaleur, en tenant compte du prix de consommation d'énergie thermique de la pompe à chaleur, de lamor- tissement de la pompe et du prix de l'énergie électrique consommée par la résistance auxiliaire. Un calcul simplifié indique que, en supposant que le prix de la pompe à chaleur soit proportionnel à sa puissance, la puissance optimale est celle où la charge d'amortissement est égale à la demi différence entre le prix de consommation d'énergie de la pompe à chaleur et le prix de l'énergie électrique. On comprendra que, de toute façon, une pompe à chaleur de puissance excessive entraîne des frais d'amortissement plus élevés, tandis qu'une pompe de puissance insuffisante entraîne une consommation d'énergie plus chère par la résistance auxiliaire.Bien entendu cette notion de puissance optimale correspond à une zone où le prix de fonctionnement varie peu. But we can define an optimal thermal power of the heat pump, taking into account the price of thermal energy consumption of the heat pump, the slower performance of the pump and the price of the electrical energy consumed by the resistor. auxiliary. A simplified calculation indicates that, assuming that the price of the heat pump is proportional to its power, the optimal power is that where the damping load is equal to the half difference between the energy consumption price of the pump heat and the price of electric power. It will be understood that, in any case, an excessive power heat pump leads to higher depreciation costs, while an insufficient power pump leads to more expensive energy consumption by the auxiliary resistance. optimal power corresponds to an area where the operating price varies little.

Par ailleurs il va de soi, s'agissant de matériels appelés à une diffusion importante, il ne saurait être question d'adapter chaque installation à une situation particulière, et notamment aux besoins en eau chaude de chaque utilisateur. Aussi les déterminations des puissances respectives de la pompe à chaleur et de la résistance d'appoints auront-elles à tenir compte d'autres facteurs que ceux qui sont évoqués ci-dessus. Furthermore, it goes without saying, in the case of materials called for significant distribution, there can be no question of adapting each installation to a particular situation, and in particular to the hot water needs of each user. The determinations of the respective powers of the heat pump and of the additional resistance will therefore have to take account of factors other than those mentioned above.

Mais le fonctionnement économique implique de plus que la résistance auxiliaire ne soit mise en service que pour délivrer ce que la pompe à chaleur serait incapable de fournir. L'invention a donc pour objectif principal un dispositif de commande de chauffe-eau qui n'enclenche la résistance auxiliaire que dans la mesure où la pompe à chaleur ne peut assurer l'état de charge maximal avant la fin de la période d'heures creuses. However, economic operation also means that the auxiliary resistance is only put into service to deliver what the heat pump is unable to provide. The main objective of the invention is therefore a water heater control device which only switches on the auxiliary resistance insofar as the heat pump cannot ensure the maximum state of charge before the end of the hours period hollow.

A cet effet l'invention propose un dispositif de commande d'un chauffe-eau à accumulation équipe d'une pompe à chaleur comme source principale de -chauffage et d'une résistance électrique comme source auxiliaire, destiné à minimiser les dépenses de fonctionnement du chauffe-eau, et comprenant un relais dit d'heures creuses autorisant le fonctionnement des sources uniquement pendant la période d'heures creuses nocturnes, caractérisé en ce que, la pompe à chaleur étant commandée par une canne thermostatique classique, la résistance auxiliaire est mise sous tension à travers un appareil connu pour enclencher un accumulateur thermique avec un retard sur le début de la période d'heures creuses tel que l'état de charge de cet accumulateur ait été complété juste avant la fin de période. To this end, the invention provides a device for controlling a storage water heater equipped with a heat pump as the main source of -heating and an electrical resistance as an auxiliary source, intended to minimize the operating expenses of the water heater, and comprising a so-called off-peak relay allowing the sources to operate only during the off-peak night hours period, characterized in that, the heat pump being controlled by a conventional thermostatic rod, the auxiliary resistance is switched on energized through a device known to trigger a thermal accumulator with a delay on the start of the off-peak period such that the state of charge of this accumulator was completed just before the end of the period.

La commande de la pompe à chaleur par la canne thermostatique assure le démarrage de la pompe à chaleur en début de période d'heures creuses, lorsque le relais heures creuses se ferme, afin de remonter l'état de charge du chauffe-eau, et assure l'arrêt de cette pompe à chaleur lorsque l'état de charge maximal est atteint, soit sous l'effet de la pompe seule, soit sous l'effet conjugué de la pompe à chaleur et de la résistance auxiliaire. Par ailleurs, il est clair que le processus simple de mise en service de la résistance auxiliaire pendant le minimum nécessaire de temps consiste à enclencher cette résistance le plus tard possible pendant la période d'heures creuses. Encore fautil déterminer si l'appareil connu est susceptible d'enclencher la résistance auxiliaire au moment convenable. The control of the heat pump by the thermostatic rod ensures the starting of the heat pump at the start of the off-peak period, when the off-peak relay closes, in order to raise the state of charge of the water heater, and ensures that this heat pump is stopped when the maximum state of charge is reached, either under the effect of the pump alone, or under the combined effect of the heat pump and the auxiliary resistance. Furthermore, it is clear that the simple process of commissioning the auxiliary resistance for the minimum necessary time consists in starting this resistance as late as possible during the off-peak period. It remains to be determined whether the known device is likely to activate the auxiliary resistance at the appropriate time.

Or on rappelle que ces appareils sont prévus pour éviter que tous les chauffe-eau desservis par un même secteur de distribution ne s'enclenchent simultanément à la réception du signal définissant le début de période d'heures creuses. En conséquence, on a choisi que l'enclenchement de chaque chauffe-eau soit déterminé par l'état de charge résiduel de ce chauffe-eau, en sorte que l'état de charge soit maximal vers la fin de période d'heures creuses, la répartition aléatoire des états de charge résiduels assurant de ce fait la répartition aléatoire des instants d'enclenchement.Dans ce but, on simule la variation d'état de charge du chauffe-eau au cours d'un cycle de charge complète, en partant d'un état nul à l'origine de la période d'heurtes creuses, pour aboutir à un état de charge maximal vers la fin de cette période ; simultanément on mesure l'état de charge réel du chauffe-eau, et on enclenche le chauffage lorsque l'état de charge simulé atteint l'état de charge réel ; après l'enclenchement états de charge réels et simulés évoluent parallèlement vers l'état de charge maximal, puisque la simulation reproduit l'évolution de l'état de charge lorsque le chauffage est appliqué. On trouvera dans la demande de brevet français N" 78 36022 une description d'un appareil de ce genre. However, it should be remembered that these devices are provided to prevent all the water heaters served by the same distribution sector from being switched on simultaneously with the reception of the signal defining the start of the off-peak period. Consequently, it has been chosen that the engagement of each water heater is determined by the residual state of charge of this water heater, so that the state of charge is maximum towards the end of the off-peak period, the random distribution of the residual charge states thus ensuring the random distribution of the switching instants. For this purpose, we simulate the variation of the charge state of the water heater during a complete charge cycle, starting from a zero state at the origin of the off-peak period, to reach a maximum state of charge towards the end of this period; simultaneously measuring the actual state of charge of the water heater, and switching on the heating when the simulated state of charge reaches the real state of charge; after switching on, the actual and simulated states of charge evolve in parallel towards the maximum state of charge, since the simulation reproduces the evolution of the state of charge when the heating is applied. A description of such an apparatus can be found in French patent application No. 78 36022.

On conçoit dès lors que le retard à l'enclenchement, visé dans l'application connue pour répartir les instants d'enclenchement, correspond à l'utilisation économique de la résistance auxiliaire, parce que la simulation correspond à la puissance appliquée conjointement par la pompe à chaleur et la résistance auxiliaire. It is therefore understandable that the switch-on delay, referred to in the known application for distributing the switch-on instants, corresponds to the economic use of the auxiliary resistance, because the simulation corresponds to the power applied jointly by the pump heat and auxiliary resistance.

On préférera donc que les puissances thermiques des sources principale et auxiliaire soient prévues pour assurer conjointement, en une période d'heures creuses, la charge thermique complète du chauffe-eau. It will therefore be preferred that the thermal powers of the main and auxiliary sources are provided to jointly ensure, during a period of off-peak hours, the complete thermal load of the water heater.

Dans une disposition préférée, la résistance auxiliaire est placée dans le chauffe-eau à un niveau tel que le rapport des volumes d'eau situés au-dessus et en dessous de ce niveau soit sensiblement égal au rapport des puissances thermiques des sources respectivement auxiliaire et principale. Dans cette disposition, si la pompe à chaleur est en panne, la résistance auxiliaire et le volume d'eau situé audessus de cette résistance forment ensemble un chauffe-eau à accumulation, de capacité réduite certes, mais fonctionnant pratiquement normalement, la stratification des cou ches d'eau à températures différentes assurant la sépara- tion des volumes situés au-dessus et en dessous du niveau de résistance, de sorte que la source auxiliaire n'a d'effet que sur le volume d'eau qui la surmonte. In a preferred arrangement, the auxiliary resistance is placed in the water heater at a level such that the ratio of the volumes of water situated above and below this level is substantially equal to the ratio of the thermal powers of the respectively auxiliary and main. In this arrangement, if the heat pump is broken, the auxiliary resistance and the volume of water located above this resistance together form a storage water heater, of reduced capacity certainly, but operating practically normally, the stratification of the necks chs of water at different temperatures ensuring the separation of the volumes located above and below the resistance level, so that the auxiliary source has an effect only on the volume of water which overcomes it.

Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels
la figure 1 est un schéma d'un dispositif selon l'in invention
la figure 2 est un diagramme de fonctionnement d'un dispositif selon l'invention.The characteristics and advantages of the invention will become apparent from the description which follows by way of example, with reference to the accompanying drawings in which
Figure 1 is a diagram of a device according to the invention
Figure 2 is an operating diagram of a device according to the invention.

Selon la forme de réalisation choisie et représentée figure 1, un chauffe-eau à accumulation i dans son ensemble, de type vertical comporte un réservoir cylindrique terminé par des fonds en calotte sphérique, définissant un volume intérieur 10 rempli d'eau, avec une entrée d'alimentation 11 dans le fond inférieur, et une sortie de puisage 12 au sommet du fond supérieur. Un calorifugeage 13 est disposé autour du réservoir. According to the embodiment chosen and represented in FIG. 1, a storage water heater i as a whole, of the vertical type comprises a cylindrical tank terminated by bottoms in a spherical cap, defining an interior volume 10 filled with water, with an inlet supply 11 in the lower bottom, and a drawing outlet 12 at the top of the upper bottom. An insulation 13 is arranged around the tank.

Le chauffe-eau 1 est équipé, comme source de chauffage principal, d'une pompe à chaleur 2 dans son ensemble, et comprenant un compresseur 20 refoulant un fluide vaporisé dans un condenseur 21 immergé dans le volume intérieur 10 vers le fond inférieur du chauffe-eau 1. Le fluide se condense dans ce condenseur 21, en cédant sa chaleur de vaporisation au contenu du volume intérieur 10 ; de la le fluide condensé s'écoule vers un évaporateur 22, à travers une vanne d'étranglement 23. Le compresseur 20 aspire le fluide qui se vaporise dans l'évaporateur 22 en empruntant la chaleur de vaporisation à l'air ambiant, pour fermer le cycle. The water heater 1 is equipped, as the main heating source, with a heat pump 2 as a whole, and comprising a compressor 20 discharging a fluid vaporized in a condenser 21 immersed in the interior volume 10 towards the bottom bottom of the heater -water 1. The fluid condenses in this condenser 21, yielding its heat of vaporization to the content of the interior volume 10; condensed fluid flows to an evaporator 22, through a throttle valve 23. The compressor 20 sucks the fluid which vaporizes in the evaporator 22 by borrowing the heat of vaporization from the ambient air, to close the cycle.

Une canne thermostatique 24 classique de chauffe-eau met en route et arrête le compresseur 20, selon que la température à la base du volume intérieur 10 est inférieure ou supérieure à une température de consigne, correspondant à l'état de charge maximal du chauffe-eau 1.A conventional thermostatic rod 24 for water heaters starts and stops the compressor 20, depending on whether the temperature at the base of the interior volume 10 is lower or higher than a set temperature, corresponding to the maximum state of charge of the heater. water 1.

Bien entendu la description de la pompe à chaleur 2 est très schématique et sommaire, étant donné que la pompe à chialeur en soi n'entre pas dans le cadre de la présente invention, et que le spécialiste dans cette technique saura concevoir les dispositions convenables, à partir d'informations relatives à la puissance thermique désirée au condenseur 21, à la température à laquelle le condenseur doit fonctionner, qui est la température de l'eau dans le volume intérieur 10, variant de la température de l'eau d'alimentation à la température de consigne, et la température de l'ambiance au voisinage de l'évaporateur 22.Notamment le spécialiste saura choisir le fluide vaporisable, calculer les pressions qui doivent régner au condenseur 21 et à 1'évaporateur 22 et le taux de compression du compresseur, ainsi que les débits de fluide vaporisable correspondant à la puissance thermique choisie. Of course, the description of the heat pump 2 is very schematic and summary, given that the whining pump per se does not come within the scope of the present invention, and that the specialist in this technique will know how to design the suitable arrangements, from information relating to the desired thermal power at the condenser 21, at the temperature at which the condenser must operate, which is the temperature of the water in the interior volume 10, varying from the temperature of the supply water at the set temperature, and the ambient temperature in the vicinity of the evaporator 22. In particular, the specialist will be able to choose the vaporizable fluid, calculate the pressures which must prevail at the condenser 21 and at the evaporator 22 and the compression ratio of the compressor, as well as the vaporizable fluid flow rates corresponding to the chosen thermal power.

Par ailleurs le chauffe-eau 1 est équipé d'une source auxiliaire constituée par une résistance chauffante 30, à l'intérieur d'une gaine en doigt de gant. Cette résistance chauffante est disposée à un niveau du volume intérieur 10 tel que celui-ci soit divisé en volume supérieur 10a et volume inférieur lOb, situés naturellement au-dessus et audessous du niveau de la résistance 30. La résistance 30 est commandée par un appareil 3 dans son ensemble, dit parfois décaleur d'enclenchement d'accumulateur thermique. On trouvera une description détaillée d'un tel décaleur dans la demande de brevet français NO 78 36022, déposée le 21
Décembre 1978 par la Demanderesse.En bref cet appareil décaleur 3 comprend un détecteur d'état de charge 32 constitué par une canne thermométrique disposée à un niveau du chauffe-eau (deux cinquièmes de la hauteur environ) dont, expérimentalement, la température est bien représentative de la température que prendrait l'eau de l'ensemble 'du volume intérieur 10 si la température était homogénéisée. La canne thermométrique 32 est munie d'un circuit 32a qui élabore un signal représentatif de l'état de charge du chauffeeau 1.L'appareil 3 comprend également un générateur de signal de rampe 33, réglé pour délivrer un signal croissant à partir d'un niveau nul pour arriver, au bout d'une période égale a la période d'heures creuses nocturnes, à une amplitude correspondant sensiblement à I'amplitudé du signal issu du circuit 32a pour 1Sétat de charge maximal du chauffeeau. Le signal de rampe issu du générateur 33 et le signal représentatif d'état de charge issu du circuit 32a sontap- pliqués aux deux entrées d'un comparateur 34, dont lé basculement enclenche un relais 31 pour mettre sous tension la résistance auxiliaire 30.Furthermore, the water heater 1 is equipped with an auxiliary source constituted by a heating resistor 30, inside a thermowell sheath. This heating resistor is arranged at a level of the interior volume 10 such that the latter is divided into an upper volume 10a and a lower volume lOb, located naturally above and below the level of the resistor 30. The resistor 30 is controlled by an apparatus 3 as a whole, sometimes called the thermal accumulator interlock shifter. A detailed description of such a shifter can be found in French patent application NO 78 36022, filed on 21
December 1978 by the Applicant. In short, this shifting device 3 includes a state of charge detector 32 constituted by a thermometric rod disposed at one level of the water heater (approximately two-fifths of the height) whose temperature is experimentally well representative of the temperature that would take the water of the whole of the interior volume 10 if the temperature were homogenized. The thermometer rod 32 is provided with a circuit 32a which generates a signal representative of the state of charge of the boiler 1. The apparatus 3 also includes a ramp signal generator 33, adjusted to deliver an increasing signal from a zero level to reach, at the end of a period equal to the period of nocturnal off-peak hours, an amplitude corresponding substantially to the amplitude of the signal from circuit 32a for the maximum state of charge of the heater. The ramp signal from the generator 33 and the representative state of charge signal from the circuit 32a are applied to the two inputs of a comparator 34, the tilting of which activates a relay 31 to energize the auxiliary resistor 30.

La pompe à chaleur 2 y compris la canne thermostatique 24, et l'appareil décaleur 3, y compris le relais 31 de résistance auxiliaire 30, sont reliés-au secteur 40 par un relais 4, dit relais d'heures creuses, qui est enclenché et déclenché, soit par une horloge interne, soit par des relais sensibles à des signaux émis sur le réseau de distribution, respectivement au début et à la fin de la période d'heures creuses (soit généralement 22 H et 6 H). The heat pump 2 including the thermostatic rod 24, and the shifting device 3, including the relay 31 of auxiliary resistance 30, are connected to the sector 40 by a relay 4, known as the off-peak hours relay, which is activated. and triggered either by an internal clock or by relays sensitive to signals sent on the distribution network, respectively at the start and at the end of the off-peak period (generally 10 PM and 6 AM).

Pour expliciter le fonctionnement du dispositif, on se référera à la figure 2. La ligne 104 du diagramme représente le fonctionnement du relais d'heures creuses 4, qui s'enclenche en 104a en début de période d'heures creuses, et se déclenche en 104b à la fin de cette même période. La ligne 133 représente le signal de rampe, qui part d'une amplitude nulle en 133a, simultanément au point 104a pour aboutir, à l'instant du point 104b à un point 133b dont l'amplitude est un peu supérieure à l'amplitude de la ligne interrompue 110, représentant l'état de charge maximal. To explain the operation of the device, reference will be made to FIG. 2. Line 104 of the diagram represents the operation of the off-peak hours relay 4, which switches on at 104a at the start of the off-peak period, and trips on 104b at the end of this same period. Line 133 represents the ramp signal, which starts from a zero amplitude at 133a, simultaneously at point 104a and ends at point 104b at a point 133b whose amplitude is slightly greater than the amplitude of the interrupted line 110, representing the maximum state of charge.

Les lignes 132 et 132' représentent, pour deux cas possibles, le signal d'état de charge détecté par la canne thermométrique 32. La ligne 132 correspond à un état de charge relativement élevé à l'origine. A l'enclenchement 104a du relais d'heures creuses 4' la pompe à chaleur 2, sous le contrôle de la canne 24, se met en route au point 120a de la ligne 120 (qui correspond au fonctionnement de cette pompe à chaleur). L'état de charge (ligne 132) sensiblement stationnaire avant le point 132a, croit progressivement, mais moins vite que le signai de rampe 133, qui simule la variation d'état de charge, en partant d'un état nul, mais sous lteffet conjoint de la pompe à chaleur 2 et de la résistance auxiliaire 3.Etant donné le niveau relativ,ement élevé du point 132a, la ligne 132 vient couper la ligne d'état de charge maximal 110 au point 132b, au-dessus de la ligne 133. La canne thermostatique 24 coupe à ce moment, au point 120b, la pompe à chaleur. Les lignes 130 et 130' représentent la mise en service de la résistance auxiliaire, dans les cas des états de charge respectivement 132 et 132'. The lines 132 and 132 ′ represent, for two possible cases, the state of charge signal detected by the thermometric rod 32. The line 132 corresponds to a relatively high state of charge at the origin. On switching on 104a of the off-peak hours relay 4 ′ the heat pump 2, under the control of the rod 24, starts up at point 120a of line 120 (which corresponds to the operation of this heat pump). The state of charge (line 132) substantially stationary before point 132a, increases gradually, but slower than the ramp signal 133, which simulates the variation of state of charge, starting from a zero state, but under the effect joint of the heat pump 2 and the auxiliary resistor 3. Given the relatively high level of point 132a, line 132 intersects the maximum state of charge line 110 at point 132b, above the line 133. Thermostatic cane 24 cuts off the heat pump at point 120b. Lines 130 and 130 'represent the commissioning of the auxiliary resistance, in the case of the states of charge 132 and 132' respectively.

Bien entendu la ligne 130 ne présente aucun point particulier, la résistance 30 n'ayant pas été mise en service.Of course the line 130 has no particular point, the resistor 30 not having been put into service.

Lorsque l'état de charge au depart est plus faible, comme le représente la ligne 132', il commence à croître à partir du point 132'a correspondant à l'enclenchement 104a du relais 4, et à la mise en route 1201a de la pompe à chaleur 2, avec la même pente que la ligne 132. Lorsque la ligne 132' vient couper la ligne 133 au point 132lob, le comparateur 34 enclenche le relais 31 de résistance auxiliaire 30 (au point 130'b) de la ligne 130'. La ligne 132' représentant l'état de charge se relève au-delà du point 132tub pour suivre la rampe 133 jusqu'à 1 t intersection 132 'c avec la ligne 110 d'état de charge maximal. A ce moment, la pompe à chaleur est coupée (point 120'c).Comme le point 1321c précède dans le temps le point 133b, car, pour conserver une marge de sécurité, la charge complète du chauffe eau est obtenue en un temps plus court que la période d'heures creuses, on prévoit que la canne thermostatique 24 coupe également le relais 31 (liaison en traits interrompus figure 1), au point 130'c de la ligne 130'. When the state of charge at the start is lower, as represented by line 132 ', it begins to increase from point 132'a corresponding to the engagement 104a of relay 4, and to the start-up 1201a of the heat pump 2, with the same slope as line 132. When line 132 'intersects line 133 at point 132lob, comparator 34 activates the relay 31 of auxiliary resistance 30 (at point 130'b) of line 130 '. Line 132 'representing the state of charge rises beyond point 132tub to follow the ramp 133 to 1 t intersection 132' c with line 110 of maximum state of charge. At this time, the heat pump is switched off (point 120'c). As point 1321c precedes point 133b in time, because, to maintain a safety margin, the full charge of the water heater is obtained in a shorter time. shorter than the off-peak period, it is expected that the thermostatic rod 24 will also cut the relay 31 (link in broken lines in Figure 1), at point 130'c of line 130 '.

Le tracé de la ligne 132' montre clairement que l'appareil décaleur 3 minimise le chauffage par la résistance auxiliaire 30, qui n'est mise en service que si la pompe à chaleur est insuffisante pour compléter l'état, de charge maximal, et en ce cas seulement dans la mesure nécessaire pour compléter cet état de charge. The line 132 'clearly shows that the shifting device 3 minimizes the heating by the auxiliary resistance 30, which is only put into service if the heat pump is insufficient to complete the state, of maximum load, and in this case only to the extent necessary to complete this state of charge.

En revenant à la figure 1, on remarquera que la résistance 30 ne chauffe l'eau efficacement que dans le volume supérieur loua, situé au-dessus du niveau de cette résistance. Si la puissance de la résistance, divisée par le volume 10a est sensiblement égale à la somme des puissances thermiques de la pompe à chaleur et de la résistance divisée par le volume total 10, ou, ce gui revient au même, à la puissance thermique de la pompe à chaleur divisee par le volume inférieur lOb, la simulation de la variation de l'état de charge du volume total 10 du chauffe-eau sous les effets conjuguées de la pompe à chaleur 2 et de la résistance auxiliaire 30 est également la simulawtion de l'état decharge du volume supérieur 10a sous l'effet, de la résistance 30 seule. L'appareil décaleur 3 peut donc assurer le complément d'état de charge du volume supérieur 10a lorsque la pompe à chaleur 2 ne fonctionne pas. Toutefois dans ce cas il est préférable qu'un détecteur d'état de charge soit disposé dans le volume 10a, ce détecteur pouvant faire partie du détecteur général 32, et étant isolable en cas de panne de la pompe à chaleur. Returning to FIG. 1, it will be noted that the resistor 30 heats the water effectively only in the upper volume loua, located above the level of this resistor. If the power of the resistor divided by the volume 10a is substantially equal to the sum of the thermal powers of the heat pump and the resistor divided by the total volume 10, or, this mistletoe amounts to the same, the thermal power of the heat pump divided by the lower volume 10b, the simulation of the change in the state of charge of the total volume 10 of the water heater under the combined effects of the heat pump 2 and the auxiliary resistance 30 is also the simulation of the state of charge of the upper volume 10a under the effect of the resistor 30 alone. The shifting device 3 can therefore ensure the additional state of charge of the upper volume 10a when the heat pump 2 is not operating. However in this case it is preferable that a state of charge detector is placed in the volume 10a, this detector possibly being part of the general detector 32, and being isolable in the event of a breakdown of the heat pump.

Par ailleurs, on peut placer la résistance 30 à un niveau inférieur a celui du détecteur 32. Ce dernier commandera alors, en cas de panne de la pompe à chaleur, la mise en service de la résistance 30 comme dans le cas d'un chauffe-eau à accumulation classique. Toutefois il sera alors exceptionnel que le complément d'état de charge intéresse tout le volume situé au-dessus de la résistance 30, étant donné que la puissance de cette résistance est inférieure à celle que peut fournir la pompe à chaleur, en raison de sa fonction d1 appoint. Mais, comme les températures de l'eau dans le chauffe-eau sont stratifiées, le volume d'eau chaude disponible dans le chauffe-eau dépend plus de la puissance de la résistance 30 que de sa position. Furthermore, the resistor 30 can be placed at a level lower than that of the detector 32. The latter will then control, in the event of a failure of the heat pump, the commissioning of the resistor 30 as in the case of a heater - classic storage water. However, it will then be exceptional for the additional state of charge to involve the entire volume above the resistor 30, given that the power of this resistor is less than that which the heat pump can provide, due to its backup function. However, since the temperatures of the water in the water heater are stratified, the volume of hot water available in the water heater depends more on the power of the resistor 30 than on its position.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit, mais en embrasse toutes les variantes-d'exécu- tion. Of course, the invention is not limited to the example described, but embraces all the variants of it.

Claims

1. Control device for a storage water heater (1) equipped with a heat pump (2) as the main heating source and an electrical resistance (30) as an auxiliary source, intended to minimize the costs of operation of the water heater, and comprising a relay (4) known as off-peak hours authorizing the operation of sources (2, 3) only during the period of night off-peak hours, device characterized in that, the heat pump (2 ) being controlled by a conventional thermostatic rod (24), the auxiliary resistance (30) is energized through an apparatus (3) known to activate a thermal accumulator with a delay on the start of the off-peak period such as the state of charge of this accumulator was completed just before the end of the period.

2. Device according to claim 1, characterized in that the thermal powers of the main (2) and auxiliary (30) sources are provided to jointly ensure the complete thermal load of the water heater in a period of off-peak hours.

3. Device according to claim 2, characterized in that the auxiliary resistance (30) is placed in the water heater (1) at a level such that the ratio of the volumes of water located above (10a) and below ( lob) of this level is substantially equal to the ratio of the thermal powers of the respectively auxiliary (30) and main (2) sources.

4. Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said device (3) comprises a thermometric detector (32) of the state of charge of the heater, a ramp signal generator (33) simulating a full charge of the water heater in a period of off-peak hours, and a comparator (34) receiving a signal from the detector (32) and the ramp signal and triggering the auxiliary source (30) in response to the arrival of the ramp signal the amplitude of the signal from the detector (32).