FR2906604A1 - Module utilisable pour le stockage et le transfert thermique. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un module utilisable pour le stockage et le transfert thermique, comprenant les composants suivants :(a) un compresseur (1 ) de fluide frigorigène ;(b) un bloc d'échange et de stockage de la chaleur dit bloc haute température (2) situé au refoulement du compresseur (1) ;(c) un bloc d'échange et de stockage de la chaleur dit bloc moyenne température (3) ;(d) un autre échangeur de chaleur, ou préférentiellement un bloc d'échange et de stockage de la chaleur dit bloc basse température (4) ;(e) une vanne quatre voies (6) située en sortie du module haute température (2), cette vanne étant obligatoire si ledit module est destiné à fonctionner en mode réversible ;(f) optionnellement deux clapets anti-retour (26, 36) ;(g) optionnellement une vanne d'injection (19) ladite vanne (19) injectant en amont du compresseur (1);(h) un détendeur (5).

Description

1 Module utilisable pour le stockage et le transfert thermique Domaine de

l'invention L'invention concerne un dispositif thermodynamique de type pompe à chaleur ou système de climatisation. Plus particulièrement, l'invention concerne un module hybride pour le stockage et le transfert thermique, comportant d'une part des éléments connus d'un dispositif thermodynamique classique (compresseur, détendeur, régulation) et d'autre part des blocs spécifiques d'échange et de stockage de la chaleur permettant d'accroître les performances du dispositif. Le module peut être équipé de blocs additionnels de stockage si l'application le requiert. Le module s'applique avec flexibilité à de nombreux types de systèmes différents. Une utilisation typique est celle dans un logement individuel ou collectif, mais d'autres utilisations peuvent être envisagées, par exemple pour des immeubles de taille plus importante, comme des immeubles de bureau, ou pour des habitations non permanentes (car dans les installations utilisant le module selon l'invention on n'a pas de stockage d'eau chaude sanitaire) ou pour des applications mobiles.

Etat de la technique La consommation de chauffage, de climatisation et d'eau chaude sanitaire représentent typiquement environ 30% de la consommation d'énergie d'un pays industrialisé. Les gains en rendement des équipements de chauffage, de climatisation et de production d'eau chaude sanitaire sont essentiels car le coût de l'énergie augmente et il existe un besoin fort de diminuer la dépendance aux énergies fossiles. Parallèlement, la climatisation se développe, ce qui va à l'encontre des économies d'énergie. L'encombrement des dispositifs de chauffage et de climatisatior devient un critère de plus en plus important du fait du coût au mètre carré de l'immobilier 2906604 2 La production d'eau chaude sanitaire représente une part croissante de la facture totale d'énergie d'un foyer. Cette tendance devrait se confirmer à l'avenir, en particulier du fait de l'amélioration de l'isolation des bâtiments (exemple des maisons passives en Allemagne et du label Minergie en Suisse). 5 En outre, les besoins en eau chaude sanitaire sont spécifiques : ils existent toute l'année mais sont discontinus au cours de la journée d'où un besoin de surpuissance calorifique et/ou de stockage de l'eau chaude sanitaire. Il existe donc un besoin de systèmes thermiques capables de gérer efficacement des besoins continus et discontinus de chaleur et de refroidissement à des niveaux de 10 température différents tout au long de l'année. Les systèmes thermodynamiques, et plus particulièrement les pompes à chaleur, offrent une alternative aux systèmes classiques utilisant des résistances électriques ou la combustion d'énergies fossiles pour chauffer l'eau domestique ou l'espace. En ce qui concerne les fluides frigorigènes, les Hydro Fluoro Carbone (HFC) sont actuellement 15 couramment utilisés pour les pompes à chaleur domestiques et pour les systèmes d'air conditionnés. Les hydrocarbures, en particulier les alcanes tels que le butane et le propane sont également utilisés dans des applications de type réfrigérateurs domestiques, et leur utilisation devrait s'étendre aux pompes à chaleur et climatisations dans les années à venir. 20 Le dioxyde de carbone (CO2) est un fluide frigorigène prometteur, en particulier pour le chauffage d'eau chaude sanitaire et pour le chauffage et la climatisation des véhicules. On trouve actuellement dans le commerce des systèmes conventionnels de pompe à chaleur équipés d'un refroidisseur de gaz (gas cooler en anglais) ou de désurchauffeur. Dans ces systèmes, la chaleur sensible des gaz de refoulement du compresseur est 25 utilisée pour chauffer l'eau d'un stockage d'eau. L'efficacité énergétique de tels systèmes est potentiellement élevée. Cependant la pompe à chaleur ne chauffe pas l'eau sanitaire en l'absence de chauffage ou de climatisation de l'espace. Par ailleurs, la quantité de chaleur récupérée est souvent trop faible du fait des conditions de fonctionnement du compresseur. Dans ce cas, très courant en Europe, un système de chauffage complémentaire est nécessaire. C'est, de façon typique, un chauffage par résistance électrique ou encore un chauffage basé sur les énergies fossiles. Ce système est donc utilisé préférentiellement dans les parties du monde où il existe des besoins de chauffage ou de climatisation tout au long de l'année. 2906604 3 On trouve également des pompes à chaleur conventionnelles équipées de vannes 3 voies sur le circuit d'eau de condensation. Dans ce cas, l'eau chaude domestique est chauffée par la chaleur sensible et la chaleur latente des gaz de refoulement du compresseur. Il est possible de chauffer l'eau chaude sanitaire sans qu'il y ait demande 5 de chauffage ou de refroidissement. Cependant, l'efficacité du système décroît fortement au fur et à mesure que la température de l'eau chaude augmente. De plus, il n'est pas possible d'avoir simultanément le chauffage de l'eau chaude sanitaire et le chauffage ou le refroidissement de l'espace. 10 Le brevet EP 1 572 479 de DAIMLER CHRYSLER décrit un système utilisant un accumulateur thermique comportant un matériau de stockage de la chaleur comme réserve de froid dans un système de climatisation automobile. L'accumulateur thermique sert d'accumulateur de froid et de condenseur. Ce système permet de refroidir l'intérieur d'un véhicule lorsque le circuit de réfrigération par compression est stoppé. Le fluide 15 frigorigène préféré dans ce brevet est le dioxyde de carbone. La demande de brevet EP 1 632 734 de MATSUSHITA ELECTRIC présente un système de pompe à chaleur avec stockage de chaleur . Le système est basé sur un cycle à adsorption différent du système thermodynamique classique par compression utilisé dans les pompes à chaleur. Ce système est relativement complexe et nécessite 20 d'avoir plusieurs réservoirs pour le stockage du matériau de stockage de la chaleur. Le stockage de la chaleur est réalisé par la décomposition d'un composé (par exemple décomposition du 2-propanolol en acétone et hydrogène) et adsorption des produits de décomposition s'ils sont à l'état gazeux (cas de l'hydrogène). La demande de brevet WO98/11397 de Marius POCOL et Constantin PANDURU décrit 25 un réservoir de stockage utilisé sur une boucle d'eau de l'air conditionné afin de lisser la consommation du système dans le temps. Le brevet US 5,680,898 décrit une pompe à chaleur incluant un dispositif de stockage de la chaleur comportant des matériaux à changement de phase avec des températures de changement de phase différentes. Le dispositif d'échange et de stockage décrit dans 30 ce brevet comporte un conteneur définissant une région intérieure configuré pour recevoir un premier matériau à changement de phase non encapsulé avec une première température de changement de phase, ce matériau pouvant être de l'eau. Le dispositif d'échange et de stockage comporte également une boucle de réfrigérant. Le dispositif 2906604 4 d'échange et de stockage comprend de plus une pluralité de capsules contenant un second matériau à changement de phase avec une seconde température de changement de phase, supérieure à celle du premier matériau. Le second matériau est immergé dans le premier. La chaleur est transférée au matériau à changement de phase 5 encapsulé qui a une faible conductivité thermique par le matériau non encapsulé ayant une conductivité thermique supérieure La demande de brevet US 2005 / 0258349 de SGL décrit un matériau à changement de phase utilisé pour le stockage de chaleur sous forme latente, ainsi que des dispositifs utilisant ce matériau. Le matériau à changement de phase de cette invention est un 10 matériau composite, comprenant un matériau à changement de phase dans lequel sont incorporées des particules de graphite, le graphite étant du graphite naturel ou du graphite synthétique anisotrope. Le matériau à changement de phase possède un point de fusion compris entre -100 et +500 C, et est choisi parmi les paraffines les alcools, les hydrates de gaz, l'eau, les solutions aqueuses de sels, les sels hydratés, les mélanges 15 eutectiques de sels, les hydroxydes de métaux alcalins, et les mélanges de ces matériaux. Les matériaux à changement de phase préférés sont l'acétate de sodium trihydraté et le chlorure de calcium hexahydraté. La demande de brevet WO 2006/034829 de SGL décrit un système de refroidissement de boisson basé sur un container chargé avec un matériau à changement de phase 20 utilisant le graphite naturel expansé. Un matériau similaire est décrit dans la dernande de brevet WO 98/04644 (ZAB Bayern Bay. Zentrum für Angewandte Energieforschung). II permet la fabrication de blocs de stockage de chaleur ou de froid avec une température de changement de phase comprise entre -25 C et +150 C. 25 Tous ces systèmes existants possèdent au plus un élément de stockage de la chaleur. Soit ils ne permettent pas le chauffage simultané de l'eau chaude sanitaire et d'un espace, soit le système manque d'efficacité. La présente invention propose un dispositif thermodynamique basé sur un système comprenant, en plus d'éléments classiques des systèmes thermodynamiques, au moins 30 2, et de préférence au moins 3, éléments distincts pour le stockage de la chaleur. 2906604 5 Objet de l'invention Le Module Utilisable pour le Stockage et le Transfert thermique (MUSTT) selon l'invention, qui représente un premier objet de la présente invention, est un module hybride comprenant les composants suivants : 5 (a) Un compresseur 1 de fluide frigorigène ; (b) un bloc d'échange et de stockage de la chaleur dit bloc haute température 2 situé au refoulement du compresseur 1 ; (c) un bloc d'échange et de stockage de la chaleur dit bloc moyenne température 10 3; (d) un autre échangeur de chaleur, ou préférentiellement un bloc d'échange et de stockage de la chaleur dit bloc basse température 4 ; (e) optionnellement une vanne quatre voies 6 située en sortie du module haute température 2, cette vanne étant obligatoire si ledit module est destiné à 15 fonctionner en mode réversible ; (f) optionnellement au moins deux clapets anti-retour 26, 36, notamment pour l'utilisation du module en tant que système réversible chauffage/refroidissement ; (g) optionnellement une vanne d'injection 19 pour limiter la température de 20 refoulement du compresseur en mode chauffage, ladite vanne 19 injectant en amont du compresseur 1 ; (h) un détendeur 5. Le module MUSTT peut comporter en outre, si cela est nécessaire ou utile : 25 Les composants de régulation et de puissance électrique pour alimenter les différents éléments du système thermodynamique de façon fiable et optimale énergétiquement ; - un ou plusieurs blocs additionnels d'échange et de stockage de la chaleur si nécessaire ou utile pour l'installation envisagée ; 30 d'autres composants utiles ou nécessaires pour l'utilisation envisagée. 2906604 6 Plus particulièrement, un deuxième objet de la présente invention est un système fonctionnant en mode non réversible et intégrant un module selon l'invention comme décrit ci-dessus (module MUSTT), ledit système étant caractérisé en ce que lesdits composants sont disposés de manière à ce que le fluide frigorigène 20 quitte le 5 refoulement du compresseur 1 en passant d'abord par le bloc haute température 2 et ensuite par le bloc moyenne température 3, puis (a) pour une utilisation dans un système avec une source de chaleur et une charge thermique, préférentiellement l'eau chaude sanitaire, ledit fluide frigorigène 20 passe par le bloc basse température 4, par le détendeur 5, par un échangeur 10 source de chaleur (tel qu'un échangeur sur l'air extrait ou une boucle géothermique), puis, par un circuit différent de celui du premier passage, de nouveau par le bloc basse température 4, puis ledit fluide frigorigène 20 rentre dans l'aspiration du compresseur 1, et le cycle reprend ; (b) pour une utilisation dans un système avec une source de chaleur et une première 15 charge thermique, cette première charge thermique étant préférentiellement de l'eau chaude sanitaire, et une deuxième charge thermique (tel qu'un chauffage par le sol, un radiateur, un échangeur de chauffage d'air neuf, un ventiloconvecteur), ledit fluide frigorigène 20 passe par l'échangeur de la deuxième charge thermique, puis passe par le bloc basse température 4, par le détendeur 20 5, par un échangeur source de chaleur (tel qu'un échangeur sur l'air extrait ou une boucle géothermique), puis, par un circuit différent de celui du premier passage, de nouveau par le bloc basse température 4, puis ledit fluide frigorigène 20 rentre dans l'aspiration du compresseur 1, et le cycle reprend ; (c) pour une utilisation dans un système avec deux sources de chaleur et deux 25 charges thermiques, l'une desdites charges thermiques étant préférentiellement de l'eau chaude sanitaire (l'autre pouvant être par exemple un chauffage par le sol, un radiateur, un échangeur de chauffage d'air neuf, un ventilateur convecteur), ledit fluide frigorigène 20 passe par un premier échangeur sur la charge thermique, puis par le détendeur 5, puis par un échangeur d'une première 30 source de chaleur, puis par le bloc basse température 4 utilisé comme échangeur d'une deuxième source de chaleur, puis le fluide frigorigène 20 rentre dans l'aspiration du compresseur 1, et le cycle reprend. 2906604 7 Un troisième objet de la présente invention est un système fonctionnant en mode réversible et intégrant un module selon l'invention comme décrit ci-dessus (module MUSTT) et caractérisé en ce que lesdits composants sont disposés de manière à ce que le fluide frigorigène 20 quitte le refoulement du compresseur 1 en passant d'abord par le 5 bloc haute température 2 et ensuite par la vanne quatre voies d'inversion de cycle 6, puis (a) pour une utilisation avec deux sources de chaleur et deux charges thermiques, la première charge thermique étant préférentiellement l'eau chaude sanitaire, cette 10 première charge thermique étant reliée par un circuit indépendant en série aux blocs haute température et moyenne température, la deuxième charge thermique (tel qu'un chauffage par le sol, un radiateur, un échangeur de chauffage d'air neuf, un ventilo-convecteur) pouvant être utilisée soit en mode chauffage, soit en mode refroidissement, 15 (i) en mode chauffage : ledit fluide frigorigène passe d'abord par un premier clapet anti-retour 26, puis par le bloc moyenne température 3, puis par l'échangeur de la deuxième charge thermique, puis par le détendeur 5, puis par l'échangeur de la première source de chaleur, puis par le bloc basse température 4 utilisé comme échangeur de la 20 deuxième source de chaleur, puis de nouveau par la vanne quatre voies d'inversion de cycle 6, dans un circuit différent, puis le fluide frigorigène 20 rentre dans l'aspiration du compresseur 1, et le cycle reprend ; (ii) en mode refroidissement : ledit fluide frigorigène 20 passe par le bloc 25 basse température 4 utilisé comme échangeur de la deuxième source, puis par l'échangeur de la première source, puis par le détendeur 5, puis par l'échangeur de la deuxième charge thermique, puis par un deuxième clapet anti-retour 36, et ensuite par la vanne quatre voie à inversion de cycle 6, dans un circuit différent, puis le 30 fluide frigorigène 20 rentre dans l'aspiration du compresseur 1, et le cycle reprend ; (b) pour une utilisation avec deux sources de chaleur et trois charges thermiques, la troisième charge thermique étant préférentiellement l'eau sanitaire (de capacité 2906604 8 plus limitée par rapport au cas (a)), cette troisième charge thermique étant reliée par un circuit indépendant au bloc haute température 2, les premières charges thermiques étant préférentiellement un chauffage par le sol, un radiateur, un échangeur de chauffage d'air neuf, un ventilo-convecteur, 5 (i) en mode chauffage : le fluide frigorigène 20 passe d'abord par le bloc moyenne température 3 utilisé comme échangeur de la première charge thermique, puis par l'échangeur de la deuxième charge thermique, puis le détendeur 5, puis par l'échangeur de la première source de chaleur, puis par le bloc basse température 4 utilisé comme échangeur de la deuxième source 10 de chaleur, puis par la vanne quatre voie à inversion de cycle 6, dans un circuit différent, puis le fluide frigorigène 20 rentre dans l'aspiration du compresseur 1, et le cycle reprend ; (ii) en mode refroidissement : le fluide frigorigène 20 passe d'abord par le 15 bloc basse température 4 utilisé comme échangeur de la deuxième source, puis par l'échangeur de la première source, puis par le détendeur 5, puis par l'échangeur de la deuxième charge, puis par le bloc moyenne température 3 utilisé comme échangeur de la première charge, puis par la vanne quatre voies à inversion de cycle 6, dans un circuit différent, puis le fluide frigorigène 20 20 rentre dans l'aspiration du compresseur 1, et le cycle reprend. Description des figures Les figures représentent le fonctionnement en mode chauffage du module selon l'invention et des systèmes comprenant ledit module. 25 La figure 1 décrit le module MUSTT selon l'invention dans une version non réversible. La figure 2 décrit le module MUSTT dans une version réversible avec des clapets antiretour utilisable pour le chauffage et le refroidissement d'espace. La figure 3 représente le module réversible selon l'invention non muni de clapets antiretour, sur lequel ont été ajoutés à titre d'exemple des blocs de stockage 30 complémentaires 200, 300 pour les besoins éventuels d'une installation spécifique. Les figures 4 à 16 décrivent, de manière non exhaustive, différents modes de réalisation d'installations particulières selon l'invention (en version non réversible et réversible). 2906604 9 Les figurent 4 à 6 décrivent plus spécifiquement des modes de réalisation basés sur une seule source de chaleur dans un module non réversible. La figure 4 décrit un système pourvu d'un module non réversible utilisé uniquement pour chauffer l'eau chaude sanitaire à partir d'un échangeur air (extrait ou extérieur) / fluide 5 frigorigène 7. La figure 5 décrit un système pourvu d'un module non réversible utilisé pour chauffer l'eau chaude sanitaire et un espace à partir d'un échangeur air (extrait ou extérieur) / fluide frigorigène. L'échangeur chauffant l'espace est un échangeur de type fluide frigorigène/air 16. 10 La figure 6 décrit un système pourvu d'un module non réversible utilisé pour chauffer l'eau chaude sanitaire et un espace à partir d'une première source constituée par une boucle géothermique eau ou saumure 14 qui transmet sa chaleur à un échangeur eau/fluide frigorigène 12. L'échangeur intermédiaire fluide frigorigène/eau 11 est complété par un ou plusieurs échangeurs à eau 15, 17. 15 La figure 7 décrit un système pourvu d'un module non réversible utilisé pour chauffer l'eau chaude sanitaire et un espace à partir d'une première source constituée par une boucle géothermique eau ou saumure 14 qui transmet sa chaleur à un échangeur eau/fluide frigorigène 12 et d'une deuxième source constitué d'un échangeur air/fluide frigorigène 7 (air extrait ou air extérieur). L'échangeur intermédiaire fluide frigorigène/eau 20 11 est complété par un ou plusieurs échangeurs à eau 15 et 17. La figure 8 décrit un système pourvu d'un module non réversible utilisé pour chauffer l'eau chaude sanitaire et un espace à partir d'un échangeur air/fluide frigorigène 7 (air extrait ou air extérieur) et d'un panneau solaire thermique 10. L'échangeur intermédiaire fluide frigorigène/eau 11 est complété par un ou plusieurs échangeurs à eau 15, 17. 25 La figure 9 décrit un système pourvu d'un module non réversible utilisé pour chauffer l'eau chaude sanitaire et un espace à partir d'une première source constituée par une boucle géothermique eau ou saumure 14 qui transmet sa chaleur à un échangeur eau/fluide frigorigène 12 et d'une deuxième source constitué par un panneau solaire thermique 10. L'échangeur intermédiaire fluide frigorigène/eau 11 est complété par un 30 ou plusieurs échangeurs à eau 15, 17. La figure 10 décrit un système pourvu d'un module réversible muni de clapets anti-retour 26, 36 sur le bloc 3 utilisé pour chauffer l'eau chaude sanitaire et chauffer/refroidir un espace à partir d' une boucle géothermique eau ou saumure 14 qui transmet sa chaleur 2906604 10 à un échangeur eau/fluide frigorigène 12 et d'un panneau solaire thermique 10. Le ou les échangeurs chauffant ou refroidissant l'espace sont des échangeurs à eau 15, 17, raccordés à un échangeur intermédiaire fluide frigorigène / eau ou saumure 11. La figure 11 décrit un système pourvu d'un module réversible muni de clapets anti-retour 5 26, 36 sur le bloc 3 utilisé pour chauffer I"eau chaude sanitaire et chauffer/refroidir un espace à partir d'un échangeur air/fluide frigorigène 7 (air extrait ou air extérieur) et d'un panneau solaire thermique 10. Le ou les échangeurs chauffant ou refroidissant l'espace sont des échangeurs type fluide frigorigène/air 16. La figure 12 décrit un système pourvu d'un module réversible muni de clapets anti-retour 10 26, 36 sur le bloc 3 utilisé pour chauffer l'eau chaude sanitaire et chauffer/refroidir un espace à partir d' une boucle géothermique eau ou saumure 14 qui transmet sa chaleur à un échangeur eau/fluide frigorigène 12 et d'un échangeur air/fluide frigorigène 7 (air extrait ou air extérieur. Le ou les échangeurs chauffant ou refroidissant l'espace sont des échangeurs à eau 15, 17, raccordés à un échangeur intermédiaire fluide frigorigène 15 / eau ou saumure 11. La figure 13 décrit un système pourvu d'un module non réversible utilisé pour chauffer l'eau chaude sanitaire et un espace à partir d'un échangeur air/fluide frigorigène 7 (air extrait ou air extérieur) et d'un panneau solaire thermique 10. Le ou les échangeurs chauffant l'espace sont des échangeurs à eau 15, 17, tels que des radiateurs à eau, 20 raccordés directement sur le bloc d'échange et de stockage à température moyenne 3. Seul le bloc d'échange et de stockage haute température 2 chauffe l'eau chaude sanitaire. De plus, un échangeur de chauffage de l'espace de type fluide frigorigène/air 16 est ajouté au système. La figure 14 décrit un système pourvu d'un module réversible utilisé pour chauffer l'eau 25 chaude sanitaire et chauffer/refroidir un espace à partir d'un échangeur air/fluide frigorigène 7 (air extrait ou air extérieur) et d'un panneau solaire thermique 10. Le ou les échangeurs chauffant ou refroidissant l'espace sont des échangeurs à eau 15, 17 raccordés directement sur le bloc d'échange et de stockage à température moyenne 3. Seul le bloc d'échange et de stockage haute température chauffe l'eau sanitaire. De plus 30 est ajouté au système un échangeur de chauffage ou de refroidissement de l'espace de type fluide frigorigène/air 16. La figure 15 décrit un système pourvu d'un module réversible utilisé pour chauffer l'eau chaude sanitaire et chauffer/refroidir un espace à partir d'une première source 2906604 11 constituée par une boucle géothermique eau ou saumure 14 qui transmet ou prend sa chaleur à un échangeur eau/fluide frigorigène 12 et d'une deuxième source constitué par un panneau solaire thermique 10. Le ou les échangeurs chauffant ou refroidissant l'espace sont des échangeurs à eau 15, 17 raccordés directement sur le bloc d'échange 5 et de stockage à température moyenne 3. Seul le bloc d'échange et de stockage haute température 2 chauffe l'eau chaude sanitaire. De plus est ajouté au système un échangeur de chauffage ou de refroidissement de l'espace de type fluide frigorigène/air 16. La figure 16 décrit un système pourvu d'un module réversible non muni de clapets anti- 10 retour, utilisé pour chauffer l'eau chaude sanitaire et chauffer/refroidir un espace à partir d'un échangeur air/fluide frigorigène 7 (air extrait ou air extérieur) et d'un panneau solaire thermique 10. Le ou les échangeurs chauffant ou refroidissant l'espace sont des échangeurs à eau 15, 17 raccordés directement sur le bloc d'échange et de stockage à température moyenne 3. Un échangeur de chauffage ou de refroidissement de l'espace 15 de type fluide frigorigène/air 16 est ajouté au système. En outre, un bloc d'échange et de stockage 300 est ajouté sur le circuit du panneau solaire thermique 10. L'eau chaude sanitaire passe en série d'abord par ce bloc d'échange et de stockage supplémentaire, puis par le bloc d'échange et de stockage haute température 2. 20 La figure 17 est similaire à la figure 10, hormis que chaque bloc d'échange et de stockage 2, 3, 4 est remplacé par un ensemble de sous-blocs d'échange et de stockage, respectivement 210, 220 pour le bloc 2, 310, 320, 330, 340 pour le bloc 3 et 410, 420, 430 pour le bloc 4. La figure 18 décrit un système pourvu d'un module réversible muni de clapets anti-retour 25 26, 36 sur le bloc 3 utilisé pour chauffer l'eau chaude sanitaire et chauffer/refroidir un espace à partir d' une boucle géothermique eau ou saumure 14 qui transmet sa chaleur à un échangeur eau/fluide frigorigène 12, d'un échangeur air/fluide frigorigène 7 en série avec la boucle 14 et d'un panneau solaire thermique 10. Le ou les échangeurs chauffant ou refroidissant l'espace sont des échangeurs à eau 15, 17, raccordés à un échangeur 30 intermédiaire fluide frigorigène / eau ou saumure 11. La figure 19 représente un schéma de principe représentant les blocs d'échange et de stockage suivant l'approche technologique des échangeurs à plaques. La figure 19a est une vue de dessus, la figure 19b est une vue de côté. 2906604 12 La figure 20 représente un schéma de principe représentant les blocs d'échange et de stockage suivant l'approche technologique des échangeurs tubulaires cuivre. La figure 18a est une vue de face, la figure 18b est une vue de dessus. La figure 21 représente une manière d'organiser les composants dans un des systèmes 5 selon l'invention. La figure 22 représente une manière d'organiser les composants dans un des systèmes selon l'invention. La figure 23 représente une manière d'organiser les composants dans un des systèmes selon l'invention. 10 La figure 24 représente un schéma de principe représentant les blocs d'échange et de stockage suivant l'approche technologique des échangeurs à plaques. La figure 24a est une vue de dessus, la figure 24b est une vue de côté. Liste de repères utilisés sur les figures : 15 1/ Compresseur de fluide frigorigène 2, 200, 210, 220, 230/ Bloc d'échange et de stockage de la chaleur haute température 3, 300, 310, 320, 330, 340/ Bloc d'échange et de stockage de la chaleur moyenne température 4, 400, 410, 420, 430/ Bloc d'échange et de stockage de la chaleur basse température 20 5/ Détendeur 6/ Vanne 4 voies d'inversion de cycle 7/ Échangeur de type air/fluide frigorigène (typiquement air extrait ou air extérieur) 8/ Moto ventilateur 9/ Pompe à eau et vase d'expansion 25 10/ Panneau solaire thermique 11/ Échangeur chauffage de type fluide frigorigène vers eau 12/ Échangeur source de type eau ou saumure / fluide frigorigène 13/ Boucle géothermique fluide frigorigène 14/ Boucle géothermique eau ou saumure (typiquement propylène glycol) 30 15/ Appareils destinés au chauffage ou à la climatisation utilisant l'eau comme fluide de transfert 2906604 13 16/ Appareils destinés au chauffage ou à la climatisation utilisant le fluide frigorigène comme fluide de transfert 17/ Radiateur à eau chaude 18/ Alimentation électrique classique courant alternatif 5 19/ Vanne d'injection pour limiter la température de refoulement du compresseur en mode chauffage 20/ Fluide frigorigène 21/ Régulation électronique 22/ Circuit d'eau chaude sanitaire 10 23/ Vanne de mélange eau chaude sanitaire 24/ Eau ou saumure (Ethylène Glycol ou équivalent) 25/ Eauchaude sanitaire 26, 36/ Clapet anti-retour 27, 28/ Connexion du fluide frigorigène 15 29, 30/ Connexion du fluide frigorigène 31/ Tubes cuivre 32/ Matériau d'échange et de stockage de la chaleur 33/ Plaques d'échange thermique 20 Description détaillée de l'invention a) Définitions Dans le présent document, on entend par • Système thermodynamique : ensemble comportant un compresseur et 25 plusieurs échangeurs dans lesquels circule un fluide de transfert spécifique appelé usuellement fluide frigorigène. ^ Boucle géothermique : Ensemble de tuyauteries placé dans le sol typiquement en position verticale ou horizontale et destiné à échanger la chaleur entre le système de chauffage ou de refroidissement et le sol. 2906604 14 • Echangeur : Dispositif destiné à transférer de la chaleur entre plusieurs circuits. ^ Fluide de transfert : fluide utilisé pour transféré de la chaleur ; les exemples classiques sont le fluide frigorigène, l'eau ou l'eau glycolée parfois appelé 5 saumure. • Source thermique ou source : Par convention, les termes source et charge thermique se réfèrent au mode chauffage. La source est le milieu d'où l'on extrait la chaleur en mode chauffage. Cette extraction de chaleur s'effectue avec certaines caractéristiques physiques comme l'inertie thermique ou la 10 puissance disponible qui caractérisent la source. On peut noter que le terme source est impropre en mode refroidissement car on y rejette en fait de la chaleur issue du bâtiment. • Charge thermique ou charge : La charge est le milieu ou l'on rejette la chaleur en mode chauffage. Ce rejet de chaleur s'effectue avec certaines 15 caractéristiques physiques comme l'inertie thermique ou la puissance disponible qui caractérisent la charge, de même la charge est le lieu d'où l'on retire la chaleur en mode refroidissement. • Fluide secondaire : ce terme est utilisé pour désigner le fluide circulant dans le circuit du bloc échangeur qui n'est pas parcouru par le fluide frigorigène. 20 ^ Désurchauffeur : refroidisseur de gaz dans des cycles utilisant des fluides frigorigènes classiques (tels que les HFC). Cet échangeur ne réalise qu'un échange de chaleur sensible. Il n'y a pas de condensation dans l'échangeur. gas cooler ou refroidisseur de gaz . Le terme gas cooler est souvent utilisé dans les cycles utilisant le CO2 puisqu'il n'y a pas de condensation 25 dans ce cycle, ce qui interdit l'utilisation du terme condenseur utilisé pour les fluides frigorigènes classiques. Sous-refroidisseur : Situé en aval du condenseur, cet échangeur réalise un refroidissement additionnel du fluide frigorigène sous forme liquide en vue d'augmenter les performances du cycle frigorifique. 30 ^ Boucle ouverte : dans une boucle ouverte, le fluide de transfert est constamment renouvelé. II ne circule pas indéfiniment sur un même circuit comme dans le cas d'une boucle dite fermée. 2906604 15 ^ COP ou coefficient de performance : le COP ou coefficient de performance d'un système en mode chauffage est défini comme le rapport entre la puissance de chauffage disponible sur la puissance électrique consommée par le système. 5 b) Description générale Le module hybride ainsi que les systèmes qui l'incorporent selon l'invention rassemblent d'une part les composants classiques de systèmes thermodynamiques et d'autre part 10 des éléments de stockage et d'échange de chaleur utilisant un matériau apte à stocker la chaleur. Le terme hybride se rattache à cette double fonction d'échange et de stockage de la chaleur. Le module hybride (MUSTT) constitue la base principale de systèmes multiples adaptables à de nombreuses installations destinées au chauffage d'eau sanitaire et/ou 15 au chauffage et/ou au refroidissement d'un espace. Lorsqu'il est placé dans un des différents systèmes décrits ci-après, le module selon l'invention transfère l'énergie calorifique et la charge d'une ou plusieurs sources de chaleur dans trois blocs 2, 3, 4 d'échange et de stockage de la chaleur. Dans un mode de réalisation préféré du module selon l'invention, le stockage de la chaleur est obtenu 20 grâce à l'emploi de matériaux à changement de phase solide / liquide qui permettent de stocker la chaleur sous forme latente. Chaque bloc a une température de changement de phase différente. L'énergie calorifique stockée dans chaque bloc est utilisée par le système en fonction des besoins d'eau chaude sanitaire et/ou de chauffage. Une version spécifique du module assure également la fonction refroidissement. 25 Des matériaux de stockage de la chaleur utilisables pour la fabrication des blocs d'échange et de stockage de la chaleur selon l'invention sont les composites constitués par une matrice poreuse de graphite et par de la paraffine tels que décrits dans la publication intitulée Paraffin/porousûgraphite matrix composite as a high and constant power thermal storage material de Xavier Py, Régis Olives et Sylvain Mauran 30 (Laboratoire PROMES û Perpignan- France) (International Journal of Heat and Mass Transfer 44 (2001) 2727-2737). D'autres matériaux à changement de phase nouveaux ou connus, tels que les acides gras ou les sels fondus mélangés à du graphite naturel expansé peuvent également être 2906604 16 utilisés pour la fabrication des blocs d'échange et de stockage du module selon l'invention. Le module selon l'invention est utilisable avec les fluides frigorigènes HFC courants, tels que 134A, 410A, 407C ou 404A, ces références étant connues de l'homme du métier. 5 Le module selon l'invention est aussi utilisable avec les hydrocarbures et en particulier le propane, le butane et leurs mélanges. Il peut également fonctionner avec le dioxyde de carbone (CO2), ou avec tout autre fluide frigorigène approprié. Nous décrirons d'abord chacun des éléments du système selon l'invention et leur rôle. 10 Nous préciserons si nécessaire le cas des deux principaux types de fluide frigorigène considérés : d'une part les fluides de type HFC (hydro fluoro carbone) tels que les R134a, R407C, R404A, R410A, ou les hydrocarbures tels que le propane, et d'autre part le cas spécifique du CO2. 15 c) Description détaillée des composants 1-Compresseur de fluide frigorigène 1 Typiquement, le compresseur est volumétrique, de type à palettes ou de type spiroorbital pour les HFC et les hydrocarbures. On peut également utiliser des modèles à pistons pour le CO2 ou d'autres compresseurs de performance appropriée. 20 Avantageusement, la plage de fonctionnement du compresseur accepte une basse pression la plus élevée possible pour maximiser le coefficient de performance, en particulier lorsqu'un capteur solaire thermique 10 est connecté au bloc d'échange et de stockage basse température. Le COP du système en chauffage est d'autant plus élevé que la pression d'aspiration du 25 compresseur est élevée. L'apport thermique de la seconde source de chaleur permet d'augmenter la basse pression en particulier dans le cas où la seconde source est un capteur solaire thermique 10. Dans une variante du module selon l'invention, le compresseur 1 est alimenté en courant continu d'origine photovoltaïque afin de maximiser l'efficacité énergétique du 30 module. En effet l'énergie électrique d'origine photovoltaïque viendra en déduction de la consommation d'énergie électrique du système. 2906604 17 La puissance du compresseur à une condition de fonctionnement donnée pourra être fixe car les blocs d'échange et de stockage limiteront par leur inertie thermique la fréquence des démarrages. II sera cependant également possible de connecter un compresseur à puissance variable (par exemple de type inverter ) 5 2 - Blocs d'échange et de stockage de la chaleur 2, 3, 4, 200, 300, 210, 220, 310, 320, 330, 340, 410, 420, 430 Chaque bloc d'échange et de stockage de la chaleur est constitué d'une partie stockage et d'une partie échangeur. Le stockage de la chaleur fait appel à des matériaux à forte 10 conductivité thermique. Dans les blocs d'échange et de stockage de la chaleur du module selon l'invention, on utilise avantageusement un matériau composite de type paraffine / graphite naturel expansé. La température de changement de phase du matériau est adaptée aux besoins. Dans un mode de réalisation avantageux du module selon l'invention, au moins un des 15 blocs d'échange et de stockage de la chaleur 2, 3, 4 est composé de plusieurs sous-blocs, respectivement 210, 220, 230 pour le bloc 2, 310, 320, 330, 340 pour le bloc 3, 410, 420, 430 pour le bloc 4, chacun des sous-blocs étant caractérisé par sa propre température de changement de phase, lesdites températures de changement de phase étant choisies de manière à ce que pour chaque bloc 2, 3, 4 les températures de 20 changement de phase des sous-blocs successifs croissent ou décroissent dans le sens du flux de fluide frigorigène 20 selon l'utilisation prévue dudit module, et décroissent dans les blocs 2 et 3 et croissent dans le bloc 4 dans le cas où ledit module est utilisé en mode chauffage. La conductivité thermique de la paraffine pure est de 0,24 W/M/K. La conductivité 25 thermique du matériau composite graphite naturel expansé / paraffine peut atteindre des valeurs comprises entre 4 et 70 W/M/K. La conductivité thermique du matériau composite paraffine / graphite naturel expansé est égale à celle de la matrice graphite (la conductivité thermique de la paraffine étant très faible par rapport à celle du graphite). 30 La partie échangeur permet le transfert de chaleur d'une part entre le fluide frigorigène et le matériau de stockage et d'autre part entre le matériau de stockage et le fluide d'échange secondaire. Ces 2 types d'échanges sont réalisés par exemple par l'échangeur représenté sur la figure 24. 2906604 18 La chaleur récupérée est d'abord stockée sous forme latente par le matériau à sa température spécifique de changement de phase. Lorsque le matériau est liquide, un stockage complémentaire sensible intervient par élévation de la température du matériau liquide. 5 Le matériau pourra se solidifier en partie ou en totalité en fonction de la quantité de chaleur échangée. La régulation de la machine interviendra alors pour démarrer le compresseur et ainsi recharger le matériau en quantité de chaleur. La quantité de matériau sera optimisée pour une utilisation d'intensité moyenne. Elle pourra être adapté à des besoins 10 spécifiques grâce à des blocs additionnels 200, 300 représentés figure 3. Blocs d'échange et de stockage à haute température 2, 200, 210, 220, 230 Le bloc d'échange et de stockage haute température peut être un seul bloc ou se décliner en plusieurs sous-blocs indépendants 210, 220, 230, par exemple en forme de 15 plaques comme sur la figure 20. Dans un mode de réalisation avantageux, chacun des sous-blocs comporte des matériaux ayant des températures de changement de phase différentes afin de créer un gradient de température. Selon l'invention, la température de changement de phase de chacun des blocs et sous-blocs d'échange et de stockage à haute température est réglée à une valeur 20 avantageusement comprise entre 60 et 75 C et préférentiellement 65 et 70 C pour les fluides HFC et les hydrocarbures. Cette valeur est comprise entre 75 et 90 C et préférentiellement 80 à 85 C pour le CO2 compte tenu des conditions de fonctionnement de ce fluide. Dans le cas des blocs et sous-blocs d'échange et de stockage à haute température, le 25 fluide d'échange secondaire est l'eau chaude sanitaire. L'échange de chaleur entre le fluide frigorigène et l'eau se fait à travers le matériau de stockage. Ceci tend à restreindre la performance mais permet d'avoir un effet de double paroi entre l'eau sanitaire et le réfrigérant . Cet effet de double paroi est une exigence légale dans certains pays. 30 Les blocs et sous-blocs d'échange et de stockage à haute température 2, 200, 210, 220, 230 sont utilisés en tant que stockage de la chaleur sensible du fluide frigorigène, donc en tant que refroidisseur de gaz (gas cooler) ou désurchauffeur, aussi bien dans le cas 2906604 19 où le fluide frigorigène est un HFC ou un hydrocarbure que dans le cas où le fluide frigorigène est du CO2. L'eau sanitaire, lorsqu'elle circule, récupère la chaleur sensible puis latente stockée par le matériau à changement de phase, et ainsi elle s'échauffe. 5 Dans le circuit, les blocs ou sous-blocs haute température se situent avant la vanne d'inversion de cycle. Par conséquent, leur mode de fonctionnement reste le même en mode chauffage et en mode refroidissement. Blocs d'échange et de stockage à moyenne température 3, 300, 310, 320, 10 330, 340: Le bloc d'échange et de stockage moyenne température peut être un seul bloc ou se décliner en plusieurs sous-blocs indépendants 310, 320, 330, par exemple en forme de plaques comme sur la figure 20. Dans un mode de réalisation avantageux, chacun des sous-blocs comporte des matériaux ayant des températures de changement de phase 15 différentes afin de créer un gradient de température. Selon l'invention, la température de changement de phase de chacun des blocs et sous-blocs d'échange et de stockage à moyenne température 3, 300, 310, 320, 330, 340 est réglée à une valeur comprise entre 32 et 45 C et de préférence entre 35 à 40 C pour les fluides HFC, les hydrocarbures et pour le CO2. 20 Le fluide secondaire est de l'eau sanitaire 25 (exemple figure 10) ou de

l'eau du circuit de chauffage 24 (figure 11). Ces blocs et sous-blocs sont utilisés principalement en tant que stockage de la chaleur latente du fluide frigorigène, donc en tant que condenseur dans le cas des HFC et des hydrocarbures ou en tant que stockage de Na chaleur sensible du fluide frigorigène dans 25 le cas du CO2 (second refroidisseur de gaz (gas cooler)). En mode chauffage, la chaleur ainsi récupérée est d'abord stockée sous forme latente par le matériau à sa température spécifique de changement de phase. Lorsque le matériau est liquide, un stockage complémentaire sensible intervient par élévation de la température du matériau liquide. 30 En mode refroidissement, le cycle frigorifique est inversé. 2906604 20 Lorsque le système est muni de clapets anti-retour, du fait de ces clapets les blocs ou sous-blocs moyenne température ne voient pas de fluide frigorigène, donc la chaleur emmagasinée reste stockée, et peut être utilisée pour le chauffage de l'eau sanitaire. Lorsque le système n'est pas muni de clapet anti-retour, les blocs ou sous-blocs se 5 refroidissent jusqu'à ce que le matériau de stockage soit solide puis leur température descend de façon à atteindre la condition de fonctionnement du système. Il y a une inertie thermique sensible liée à la masse du matériau. Un second bloc ou ensemble de sous-blocs d'échange et de stockage à moyenne température peut être utilisé dans certains systèmes comportant un capteur solaire en 10 tant que source de chaleur. L'utilisation de ce second bloc ou ensemble de sous-blocs permettra d'augmenter la puissance disponible pour le chauffage de l'eau sanitaire. Bloc d'échange et de stockage à basse température 4, 400, 410, 420, 430: Le bloc d'échange et de stockage basse température peut être un seul bloc ou se 15 décliner en plusieurs sous-blocs indépendants 410, 420, 430, par exemple en forme de plaques comme sur la figure 20. Dans un mode de réalisation avantageux, chacun des sous-blocs comporte des matériaux ayant des températures de changement de phase différentes afin de créer un gradient de température. Selon l'invention, la température de changement de phase du matériau de chacun des 20 blocs et sous-blocs basse température est réglée à une valeur comprise entre 15 et 25 C et de préférence 17 et 22 C quel que soit le fluide frigorigène. Par ailleurs, le circuit basse pression du fluide frigorigène doit être suffisamment dimensionné pour limiter les pertes de charges. Le fluide secondaire est le fluide frigorigène lui-même (cas de l'échangeur interne des 25 figures 4 à 8), de l'eau ou de la saumure (en fonctions des systèmes des figures 9 à 22) Le bloc basse température a deux fonctions principales. D'une part, comme c'est le cas sur les figures 4 à 6, il agit en tant qu'échangeur interne qui retire de la chaleur en sortie de condenseur. C'est un sous-refroidisseur dans le cas 30 des HFC ou des hydrocarbures ou un troisième refroidisseur de gaz (gas cooler) dans le cas du CO2. Simultanément, il échauffe les gaz d'aspiration du compresseur. Ainsi, il contribue à échauffer les gaz de refoulement et par conséquent à augmenter la quantité 2906604 21 de chaleur qui est stockée par le bloc haute température. Or la quantité de chaleur stockée par le bloc haute température est un point critique pour le chauffage instantané de l'eau chaude sanitaire. Par ailleurs, le bloc basse température stocke une quantité de chaleur qui peut être 5 utilisée ponctuellement par le compresseur pour répondre aux besoins d'eau chaude sanitaire. Ceci est utile en particulier s'il n'y a qu'une seule source continue mais de faible puissance, par exemple lorsque la source est uniquement un échangeur sur l'air extrait. D'autre part, comme c'est le cas sur les figures 7 à 18, le bloc basse température peut 10 servir de source de chaleur utilisée séparément ou conjointement à une autre source. La régulation de la machine contrôle les paramètres de pression et de température afin d'optimiser l'efficacité du système en restant dans la plage de fonctionnement fiable. La régulation intervient sur le compresseur 1, la position du détendeur électronique 5 et l'activation des pompes de circulation 9. 15 En mode chauffage, la chaleur ainsi récupérée est d'abord stockée sous forme latente par le matériau à sa température spécifique de changement de phase. Lorsque le matériau est liquide et que la seconde source est suffisamment chaude, un stockage complémentaire sensible intervient par élévation de la température du matériau liquide (cas de la figure 8 équipé d'un capteur solaire) jusqu'à la valeur maximale acceptée par 20 la régulation. En mode refroidissement, le cycle frigorifique est inversé. Le bloc se réchauffera jusqu'à ce que le matériau à changement de phase soit liquide. Il chauffera ensuite en sensible. Cette chaleur pourra être évacuée en partie si le matériau est connecté à un échangeur à air (figure 20). Ou encore , le bloc sera passif et la chaleur dus système sera transmise 25 à la première par le fluide frigorigène (figure 19). 3 - Détendeur commandé à distance par une régulation électronique 5: Ce détendeur sera typiquement constitué d'une vanne dont l'ouverture et la fermeture sont commandés par un moteur pas à pas. II régulera le flux de fluide frigorigène dans le circuit en fonction de la commande envoyée par la régulation. 30 On veillera à ce que le détendeur électronique reste dans la plage de pression acceptable pour le compresseur. 4 - Vanne 4 voies d'inversion de cycle 6 : 2906604 22 Cette vanne permet d'inverser le sens du réfrigérant dans le circuit et d'assurer ainsi les fonctionnement en chauffage et refroidissement selon les besoins. 5 - Échangeur de type air/fluide frigorigène 7 : L'air utilisé par cet échangeur est typiquement de l'air extrait (par la VMC de 5 l'appartement/habitation sur lequel est installé le système) ou de l'air extérieur Cet échangeur constitue une source de chaleur en mode chauffage. II peut également rejeter de la chaleur en mode froid. 6 - Moto ventilateur 8: Il est constitué d'un ventilateur et de son moteur associé. 10 7 - Pompe à eau et vase d'expansion 9: Cette pompe fait circuler l'eau ou la saumure (typiquement éthylène ou propylène glycol) entre des échangeurs du système. La pompe à eau peut se trouver sur le circuit d'eau de chauffage et/ou sur le circuit de la source de chaleur lorsque cette source est une boucle géothermique. 15 8 - Panneau solaire thermique 10: Ce panneau capte l'énergie solaire et la transmet au fluide (tel que le propylène glycol) de son propre circuit. Dans la présente invention, le panneau solaire thermique alimente le bloc d'échange et de stockage basse température Le bloc basse température, pendant la durée de sa liquéfaction tend à stabiliser un 20 certain temps la température de retour du fluide au panneau solaire à un niveau bas, ce qui augmente son efficacité. 9 -Échangeur de chauffage de type fluide frigorigène vers eau 11 : Cet échangeur permet de transférer la chaleur entre le fluide frigorigène et l'eau de chauffage d'un espace et par conséquent permet l'utilisation de différents types 25 d'échangeurs à eau décrits en 15 et 17. 10 - Échangeur source de type eau ou saumure / fluide frigorigène 12: Cet échangeur permet de transférer la chialeur entre l'eau ou la saumure et le fluide frigorigène. Il permet un fonctionnement sur boucle ouverte ou l'utilisation d'une boucle géothermique à eau (figure 7). 30 11- Boucle géothermique fluide frigorigène 13: Cette boucle transfère l'énergie entre le sol et le fluide frigorigène. 2906604 23 12 - Boucle géothermique eau ou saumure (typiquement propylène glycol) 14 : Cette boucle transfère l'énergie entre le sol et la saumure 13 - Appareils destinés au chauffage ou à la climatisation utilisant l'eau comme fluide de transfert 15: 5 Les appareils courants sont les ventilo-convecteurs , les échangeurs eau û air pour réchauffer ou refroidir l'air neuf et le plancher chauffant -rafraîchissant à circulation d'eau . 14 - Appareils destinés au chauffage ou à la climatisation et utilisant le fluide frigorigène comme fluide de transfert 16: 10 Les appareils courants sont les unités murales, les consoles et les batteries fluide frigorigène pour l'air neuf. 15 -Radiateur à eau chaude 17 : Ces appareils ne permettent pas le refroidissement à cause de la condensation générée. 15 16 - Alimentation électrique 18: Généralement, on emploiera une alimentation classique en courant alternatif: Il est également possible d'envisager l'utilisation d'une alimentation en courant continu notamment obtenu à partir d'un panneau solaire photovoltaïque. 17 - Vanne d'injection pour limiter la température de refoulement du compresseur 20 en mode chauffage 19: Cette vanne limite la température de refoulement du compresseur en mode chauffage. De ce fait, elle permet d'étendre la plage de fonctionnement du compresseur dans les systèmes équipés d'échangeur liquide vapeur. 18 -Fluide frigorigène 20 : 25 Les fluides HFC (par exemple 134A, 407C, 404A & 410A) sont les plus courants. On peut également envisager d'utiliser les hydrocarbures, et plus particulièrement le propane en tant que fluide frigorigène. On peut aussi utiliser le CO2 Le module selon l'invention s'adapte à tous les types de fluides. Les pressions de fonctionnement élevées des systèmes utilisant le CO2 nécessitent un dimensionnement 30 spécifique selon des principes connus de l'homme du métier. 19 Régulation électronique 21: 2906604 24 Elle reçoit les informations (pression, températures, consignes de fonctionnement) et commande les différents éléments du système (compresseurs, détendeur, pompes, ventilateurs). II est à noter que la régulation du détendeur électronique sera très différente dans le cas 5 des HFC et dans le cas du CO2. 20 -Circuit d'eau chaude sanitaire 22: La pression est donnée par le réseau d'alimentation en eau. En fonction des systèmes, l'eau chaude sanitaire passe soit uniquement par le bloc d'échange et de stockage haute température soit en série par le bloc d'échange et de stockage haute température 10 et par le bloc d'échange et de stockage moyenne température. 21 - Vanne de mélange eau chaude sanitaire 23: Cette vanne optionnelle permet d'éviter les brûlures en maintenant une température de sortie d'eau d'environ 50 C avant utilisation par mélange d'une eau à 10-20 C environ issue du réseau d'alimentation en eau et d'une eau à 60-70 C issue du bloc d'échange 15 et de stockage haute température. II est en effet nécessaire de stocker l'eau chaude sanitaire à une température d'au moins 60 C car le stockage à des températures comprises entre 40 et 60 C favorisent le développement des colonies de légionellose. 22 - Clapets anti-retour 26, 36 : Ils ne permettent le passage du gaz que dans un seul sens. Par conséquent, les 2 20 clapets anti-retour utilisés conjointement autorisent le passage du fluide frigorigène par le bloc moyenne température en mode chauffage et autorisent un passage direct du fluide frigorigène en mode refroidissement. d) Avantages de l'invention 25 Le module selon l'invention présente de nombreux avantages par rapport aux solutions existantes, parmi lesquels on peut citer, de manière non exhaustive : L'augmentation du rendement en mode chauffage d'eau chaude sanitaire qu'il y ait ou pas une charge de chauffage ou de refroidissement, - Le chauffage instantané de l'eau à haute température pour éviter le risque de 30 légionellose lié à un stockage à moyenne température, La réduction de l'encombrement, 2906604 25 Une installation flexible due à la présence simultanée de connections réfrigérants et eau, La facilité d'installer à l'origine ou ultérieurement des capteurs solaires thermiques (ou photovoltaïques avec l'option adaptée) 5 La réduction ou même souvent la suppression du ballon tampon destiné à éviter le cyclage du compresseur (lorsque l'inertie du système est suffisante). Le chauffage et le refroidissement simultané de l'eau et de l'air pour un confort optimal. 10 e) Description détaillée du fonctionnement des dispositifs selon l'invention L'augmentation de l'efficacité du chauffage de l'eau sanitaire est un avantage spécifique de l'invention. Le chauffage d'eau sanitaire par un système thermodynamique tel qu'une pompe à 15 chaleur peut se faire classiquement de deux manières : D'une part, le chauffage de l'eau peut se faire au moyen d'un refroidisseur de gaz ou d'un désurchauffeur. Ce type de système a deux inconvénients majeurs. Le premier inconvénient des systèmes utilisant un refroidisseur de gaz est la température de refoulement insuffisante qui ne génère pas assez de puissance calorifique disponible en 20 sensible au refoulement du compresseur. L'invention résout ce premier problème grâce au bloc d'échange et de stockage basse température 4 utilisé ici en tant qu'échangeur liquide vapeur, ce qui augmente la température à l'aspiration du compresseur et par conséquent sa température de refoulement. II est à noter qu'un échangeur liquide vapeur classique sans stockage pourrait également réaliser cette élévation de 25 température, mais avec la limitation suivante : du fait du phénomène de transfert de chaleur par une paroi, l'élévation de température du gaz est d'autant plus importante que l'écart de température est grand entre la partie basse pression de cet échangeur et sa partie haute pression. En pratique, un échangeur liquide vapeur ne doit pas être surdimensionné dans un système classique si on veut éviter des températures de 30 refoulement trop élevées quand les conditions changent (baisse de la pression d'aspiration ou augmentation de la pression de refoulement). Ceci limite donc l'efficacité de cet échangeur liquide vapeur classique. 2906604 26 L'intérêt d'utiliser comme dans la présente invention un bloc échangeur muni d'un matériau de stockage de la chaleur à changement de phase est de stabiliser la température d'aspiration à la valeur de changement de phase du matériau pendant un certain temps, ce qui permet pendant ce temps de charger les autres blocs de stockage. 5 Par conséquent on peut dimensionner le bloc échangeur et la température de changement de phase du matériau pour maximiser son efficacité aux conditions stabilisées par les matériaux à changement de phase. Ceci est vrai même pour des températures de condensation relativement basses telle que celle choisie pour le bloc d'échange et de stockage à moyenne température. Ainsi, la puissance récupérée à 10 haute température sera plus importante ce qui serafavorable pour chauffer l'eau chaude sanitaire. Cette stabilisation en température est également utile dans les systèmes avec deux sources de chaleur lorsque l'une des sources a une puissance instantanée élevée dans certaines conditions. Ceci peut être le cas si ladite source est un capteur solaire thermique. En cas d'ensoleillement fort, on peut mettre en marche la pompe de 15 circulation du capteur solaire. L'échange se fait à une température acceptable pour le compresseur en contrôlant le risque de montée excessive de la pression et/ou de la température d'aspiration. La durée de fonctionnement de la pompe de circulation détermine la puissance transmise par heure par le capteur solaire thermique au circuit thermodynamique. Lorsque l'on utilise un matériau à changement de phase pour le 20 stockage de la chaleur, cette puissance est plus constante dans le temps de par le processus de changement de phase du matériau, ce qui stabilise les conditions de fonctionnement du compresseur. Par ailleurs l'énergie stockée dans le bloc basse température 4 est disponible pour le compresseur 1 pour une pointe de puissance de durée limitée pour compenser plus 25 rapidement un puisage intense d'eau chaude sanitaire. Cette énergie stockée disponible s'ajoute à celle de la source classique du système et peut éviter dans certains cas la mise en marche de systèmes d'appoint par résistances électriques, qui sont peu efficaces énergétiquement. Ce cas est particulièrement utile si le compresseur 1 est muni d'une variation de vitesse. 30 On peut ajouter une puissance supplémentaire avec la deuxième source sans utiliser d'échangeur avec matériau à changement de phase mais on n'aura pas la stabilisation en température ni la réserve de puissance décrite ci dessus. Le second inconvénient des systèmes utilisant un refroidisseur de gaz est la nécessité d'avoir une charge thermique (de chauffage ou de climatisation) qui n'est pas utilisée 2906604 27 pour chauffer l'eau chaude sanitaire. Le système selon l'invention y répond grâce à l'utilisation combinée des blocs basse 4, moyenne 3 et haute température 2 dans une phase de charge par cycle thermodynamique et une phase de décharge par circulation d'eau chaude sanitaire. 5 Le coefficient de performance (COP) de ce type de fonctionnement dépend des conditions et du système mais il est typiquement de l'ordre de 4 à 4,5. Classiquement, le chauffage d'eau sanitaire peut se faire également par l'utilisation de la puissance de condensation du cycle thermodynamique. Dans ce cas habituellement, une vanne dite vanne trois voies dérive l'eau du circuit de condensation vers un 10 échangeur situé dans le stockage d'eau chaude sanitaire. La température de condensation est augmentée jusqu'à une valeur proche de la température de l'eau chaude sanitaire stockée Le coefficient de performance va ainsi diminuer progressivement jusqu'à atteindre des valeurs de l'ordre de 2 à 2,5. On peut estimer que le COP moyen pendant la période de chauffage et de maintien en température de l'eau 15 chaude sanitaire est d'environ 3. De plus, avec un tel système utilisant une vanne trois voies, on ne peut pas simultanément chauffer ou refroidir l'espace et chauffer l'eau chaude sanitaire La réduction de consommation avec le système selon l'invention dépasse 30% pour le chauffage d'eau chaude sanitaire (COP de 4,5 au lieu de 3). Le chauffage ou le 20 refroidissement simultané de l'espace reste possible. Nous décrivons ci-dessous plusieurs modes de réalisation pour des systèmes selon l'invention pour détailler le fonctionnement des systèmes représentés sur les figures 4 à 18. 1) Modes de réalisation non réversibles 25 Un premier mode de réalisation est le mode non réversible décrit ci-dessus comme deuxième objet de la présente invention. Ce mode de réalisation peut être réalisé de différentes manières. a) Utilisation avec une source de chaleur et une charge thermique 30 Dans ce mode de réalisation, les composants sont disposés de manière à ce que le fluide frigorigène 20 quitte le refoulement du compresseur 1 en passant d'abord par le bloc haute température 2 et ensuite par le bloc moyenne température 3, puis passe par le bloc basse température 4, par le détendeur 5, par un échangeur source de chaleur 2906604 28 (tel qu'un échangeur sur l'air extrait ou une boucle géothermique), puis, par un circuit différent de celui du premier passage, de nouveau par le bloc basse température 4, puis ledit fluide frigorigène 20 rentre dans l'aspiration du compresseur 1, et le cycle reprend. Un premier mode de réalisation de ce type est décrit schématiquement sur la figure 4. 5 La figure 4 représente un système pourvu du module selon l'invention non réversible et d'un échangeur air (extrait ou extérieur) / fluide frigorigène 7. Dans le présent système, la charge thermique est de manière très préférentielle l'eau chaude sanitaire. La puissance de chauffage est typiquement d'environ 2 KW sur l'air extrait. S'il s'agit d'air extérieur, la puissance de chauffage dépend des conditions météorologiques et est 10 typiquement comprise entre 2 et 10 kW pour des applications résidentielles, mais pourrait atteindre des valeurs plus élevées pour d'autres utilisations.. Pendant la période de charge, le compresseur 1 fonctionne et charge les blocs d'échange et de stockage haute température 2 et moyenne température 3. La charge se fait à un régime de fonctionnement à coefficient de performance élevé, de l'ordre de 4 à 15 5, en particulier pour le chauffage de l'eau sanitaire, avec typiquement 40 C de condensation pour un HFC ou un hydrocarbure. Le réfrigérant passe ensuite dans un échangeur interne qui transfère de la chaleur vers les gaz à l'aspiration du compresseur. II passe ensuite à travers le détendeur électronique et rejoint l'évaporateur source de chaleur. 20 Lorsqu'il y a demande d'eau chaude sanitaire, celle-ci passe en série d'abord dans le bloc moyenne température 3 puis dans le bloc haute température 2. Cette eau est si nécessaire mixée à une eau plus froide pour éviter les brûlures. Il a été ainsi généré instantanément une eau de température adaptée qui n'a pas été stockée dans la plage de température 40 à 50 C favorable au développement de la légionellose. 25 Dans ce mode de réalisation, le bloc d'échange et de stockage à basse température 4 est utilisé en tant qu'échangeur interne. Il est à noter que l'échangeur air (extrait ou extérieur) / fluide frigorigène 7 peut être remplacé par une autre source de chaleur, par exemple par une boucle géothermique chargée en fluide frigorigène 13, ou une boucle géothermique chargée en eau 14. 30 Le fonctionnement du système reste similaire à ce qui est décrit ci-dessus. Les boucles géothermiques à fluide frigorigène 13, ou à eau 14 sont habituellement plus puissantes et plus stables que les échangeurs air / fluide frigorigène, mais ne sont pas utilisables sur toutes les habitations/immeubles. 2906604 29 b) Mode de réalisation avec une source de chaleur et deux charges thermiques Dans ce mode de réalisation, les composants sont disposés de manière à ce que le 5 fluide frigorigène 20 quitte le refoulement du compresseur 1 en passant d'abord par le bloc haute température 2 et ensuite par le bloc moyenne température 3, puis passe par l'échangeur de la deuxième charge thermique, puis passe par le bloc basse température 4, par le détendeur 5, par un échangeur source de chaleur (tel qu'un échangeur sur l'air extrait ou une boucle géothermique), puis, par un circuit différent de celui du premier 10 passage, de nouveau par le bloc basse température 4, puis ledit fluide frigorigène 20 rentre dans l'aspiration du compresseur 1, et le cycle reprend. Ce mode de réalisation de l'invention est représenté par la figure 5. Le système est similaire à celui du premier mode de réalisation de la figure 4 et est pourvu du module 15 selon l'invention non réversible et d'un échangeur air (extrait ou extérieur) / fluide frigorigène 7. Le dispositif de ce mode de réalisation possède en outre une fonction supplémentaire de chauffage de l'espace, donnée par un échangeur fluide frigorigène / air 16. La première charge thermique est préférentiellement l'eau chaude sanitaire. La 20 deuxième charge thermique peut être par exemple un chauffage par le sol, un radiateur, un échangeur d'air neuf, un ventilateur convecteur. Lorsque le système est utilisé simultanément pour chauffer l'espace et l'eau sanitaire, le compresseur 1 transfère du fluide frigorigène successivement dans les deux blocs d'échange et de stockage haute température 2 et moyenne température 3 puis le fluide traverse l'échangeur de 25 chauffage de l'espace. La régulation pourra être amenée à effectuer des arbitrages si la chaleur disponible à la source est insuffisante. En fonction de l'utilisation, l'énergie calorifique pourra par exemple principalement être destiné à chauffer l'eau chaude sanitaire. Dans ce cas, la capacité de l'échangeur chauffage sera limitée par exemple par arrêt du ventilateur d'échange ou diminution de sa vitesse. 30 Lorsque le système est utilisé uniquement pour chauffer l'eau sanitaire, son fonctionnement est similaire à celui décrit dans le premier mode de réalisation. Dans ce mode de réalisation, le bloc d'échange et de stockage à basse température 4 est utilisé en tant qu'échangeur interne. 2906604 30 Il est à noter que l'échangeur air (extrait ou extérieur) / fluide frigorigène 7 pourra être remplacé par une autre source de chaleur si nécessaire, par exemple par une boucle géothermique chargée en fluide frigorigène. Le fonctionnement du système sera similaire à celui décrit ci-dessus. La boucle 5 géothermique est habituellement plus puissante et plus stable que l'échangeur air / fluide frigorigène). Un autre mode de réalisation de ce type est représenté par la figure 6. Le dispositif du mode de réalisation selon l'invention de la figure 6 est pourvu d'un module non 10 réversible selon l'invention, d'un ensemble composé d'un échangeur source intermédiaire de type eau (ou saumure) / fluide frigorigène 12 et d'une boucle géothermique à eau ou saumure 14 en tant que source de chaleur, d'un échangeur intermédiaire fluide frigorigène/eau 11 lui-même complété par un ou plusieurs échangeurs à eau 15, 17. 15 Dans le mode de réalisation représenté par la figure 6, le fonctionnement est similaire à celui du mode de réalisation de la figure 5. Dans ce mode de réalisation, le bloc d'échange et de stockage à basse température 4 est utilisé en tant qu'échangeur interne. 20 c) Mode de réalisation avec deux sources de chaleur et deux charges thermiques Dans ce mode de réalisation, les composants sont disposés de manière à ce que le fluide frigorigène 20 quitte le refoulement clu compresseur 1 en passant d'abord par le bloc haute température 2 et ensuite par le bloc moyenne température 3, puis passe par un premier échangeur sur la charge thermique, puis par le détendeur 5, puis par un 25 échangeur d'une première source de chaleur, puis par le bloc basse température 4 utilisé comme échangeur d'une deuxième source de chaleur, puis le fluide frigorigène 20 rentre dans l'aspiration du compresseur 1, et le cycle reprend. L'une desdites charges thermiques est préférentiellement de l'eau chaude sanitaire, l'autre pouvant être par exemple un chauffage par le sol, un radiateur, un échangeur de 30 chauffage d'air neuf, un ventilateur convecteur. Un mode de réalisation de ce type selon l'invention est représenté par la figure 7. 2906604 31 La figure 7 décrit un module non réversible utilisé pour chauffer l'eau chaude sanitaire et un espace à partir d'une première source constituée par une boucle géothermique eau ou saumure 14 qui transmet sa chaleur à un échangeur eau/fluide frigorigène 12 et d'une deuxième source constituée d'un échangeur air / fluide frigorigène (air extrait ou 5 air extérieur) 7. Pour le chauffage de l'espace, un échangeur intermédiaire fluide frigorigène/eau 11 est complété par un ou plusieurs échangeurs à eau 15 et 17. Un autre mode de réalisation de ce type est représenté par la figure 8. Dans le mode de réalisation selon l'invention, le système est pourvu d'un module non réversible selon 10 l'invention, d'un échangeur air/fluide frigorigène (air extrait ou air extérieur) 7 et d'un panneau solaire thermique 10 en tant que sources de chaleur et d'un échangeur intermédiaire fluide frigorigène/eau 11 complété par un ou plusieurs échangeurs à eau 15, 17 utilisés pour le chauffage de l'espace. Le système du mode de réalisation représenté par la figure 8 est utilisé pour chauffer 15 l'eau chaude sanitaire et un espace. Dans le mode de réalisation représenté par la figure 8, lorsque le système est utilisé simultanément pour chauffer l'espace et l'eau sanitaire, le bloc d'échange et de stockage est utilisé à la fois pour le chauffage de l'eau sanitaire et pour le chauffage de l'espace grâce à l'échangeur intermédiaire 11. 20 Lorsque le système est utilisé uniquement pour chauffer l'eau sanitaire, il y a surabondance de puissance disponible grâce aux deux sources. La régulation gère la répartition des puissances grâce au détendeur et aux actuateurs (pompes ou ventilateur). Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté par la figure 9. 25 La figure 9 décrit un module non réversible utilisé pour chauffer l'eau chaude sanitaire et un espace à partir d'une première source constituée par une boucle géothermique eau ou saumure 14 qui transmet sa chaleur à un échangeur eau/fluide frigorigène et d'une deuxième source constitué par un panneau solaire thermique (10). L'échangeur intermédiaire fluide frigorigène/eau 11 est complété par un ou plusieurs échangeurs à 30 eau 15 et 17. Lorsque le système est utilisé simultanément pour chauffer l'espace et l'eau sanitaire, la température de la source géothermique est de l'ordre de 0 C (cas d'un captage horizontal), aussi la chaleur du panneau solaire thermique 10 devra d'abord liquéfier le 2906604 32 matériau du bloc basse température 4. La température de refoulement restera pourtant suffisante pour charger le bloc haute température 2. En effet la pression d'aspiration plus basse et la surchauffe du panneau solaire thermique 10 maintiendront une surchauffe à l'aspiration suffisamment élevée. Le rendement sera moins bon que dans 5 le cas de la figure 9 mais la puissance dans un système bien dimensionné sera suffisante tout au long de l'année. Lorsque le système est utilisé uniquement pour chauffer l'eau sanitaire, il y a surabondance de puissance disponible grâce aux deux sources. La régulation gère la répartition des puissances grâce au détendeur et aux actuateurs (pompes ou 10 ventilateur) 2) Modes de réalisations réversibles Un deuxième mode de réalisation est le mode réversible décrit ci-dessus comme 15 troisième objet de la présente invention. Ce mode de réalisation peut être réalisé de différentes manières. a) Modes de réalisation avec deux sources de chaleur et deux charges thermiques Dans ces modes de réalisation, la première charge thermique est préférentiellement 20 l'eau chaude sanitaire. Cette première charge thermique est reliée par un circuit indépendant en série aux blocs haute température et moyenne température. La deuxième charge thermique peut être utilisée soit en mode chauffage, soit en mode refroidissement. 25 Dans un premier mode de réalisation, les composants sont disposés de manière à ce que le fluide frigorigène (20) quitte le refoulement du compresseur (1) en passant d'abord par le bloc haute température (2) et ensuite par la vanne quatre voies d'inversion de cycle (6), puis : (i) Si la deuxième charge thermique est utilisée en mode chauffage : ledit fluide 30 frigorigène passe d'abord par un premier clapet anti-retour (26), puis par le bloc moyenne température (3), puis par l'échangeur de la deuxième charge thermique, puis par le détendeur (5), puis par l'échangeur de la première source de chaleur, puis par le bloc basse température (4) utilisé comme échangeur de la deuxième source de 2906604 :33 chaleur, puis de nouveau par la vanne quatre voies d'inversion de cycle (6), dans un circuit différent, puis le fluide frigorigène (20) rentre dans l'aspiration du compresseur (1), et le cycle reprend. (ii)Si la deuxième charge thermique est utilisée en mode refroidissement : ledit fluide 5 frigorigène (20) passe par le bloc basse température (4) utilisé comme échangeur de la deuxième source, puis par l'échangeur de la première source, puis par le détendeur (5), puis par l'échangeur de la deuxième charge thermique, puis par un deuxième clapet anti-retour (36), et ensuite par la vanne quatre voie à inversion de cycle (6), dans un circuit différent, puis le fluide frigorigène (20) rentre dans 10 l'aspiration du compresseur (1), et le cycle reprend. Un exemple de ce mode de réalisation de l'invention est représenté par la figure 10. La figure 10 décrit un module réversible selon l'invention muni de clapets anti-retour tel que représenté figure 2, utilisé pour chauffer l'eau chaude sanitaire et un espace à partir 15 d'une première source constituée par une boucle géothermique eau ou saumure 14 qui transmet sa chaleur à un échangeur eau/fluide frigorigène 12 et d'une deuxième source constituée par un panneau solaire thermique 10. Pour la partie chauffage de l'espace, l'échangeur intermédiaire fluide frigorigène/eau 11 est complété par un ou plusieurs échangeurs à eau 15 et 17. 20 Dans ce mode de réalisation, le bloc moyenne température 3 est muni de clapets de clapet anti-retour. Le module réversible est ainsi adapté au chauffage de l'eau sanitaire simultanément avec une charge thermique (mode chauffage ou mode refroidissement) En mode chauffage, le bloc moyenne température 3 est parcouru par le fluide frigorigène. Ce bloc se charge donc de chaleur en vue d'une utilisation par l'eau chaude 25 sanitaire. En mode refroidissement, le jeu de deux clapets permet de court-circuiter le bloc moyenne température 3. La chaleur qui y est emmagasinée reste disponible pour l'eau chaude sanitaire. Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté par la figure 11 qui décrit un 30 module réversible selon l'invention muni de clapets anti-retour 26, 36 tel que représenté figure 2, utilisé pour chauffer l'eau chaude sanitaire et un espace à partir d'une première source constituée par un échangeur air (extrait ou extérieur) / fluide frigorigène 7 et 2906604 34 d'une deuxième source constituée par un panneau solaire thermique (10). Pour la partie chauffage de l'espace, l'échangeur est un échangeur fluide frigorigène / air 16. Le fonctionnement du système de ce mode de réalisation est similaire à celui représenté par la figure 10. 5 Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté par la figure 12. La figure 12 décrit un module réversible selon l'invention muni de clapets anti-retour 26, 36 tel que représenté figure 2, utilisé pour chauffer l'eau chaude sanitaire et un espace à partir d'une première source constituée par une boucle géothermique eau ou saumure 10 14 qui transmet sa chaleur à un échangeur eau/fluide frigorigène et d'une deuxième source constituée par un échangeur air (extrait ou extérieur) / fluide frigorigène 7. Pour la partie chauffage de l'espace, l'échangeur intermédiaire fluide frigorigène/eau 11 est complété par un ou plusieurs échangeurs à eau 15 et 17. Le fonctionnement du système de ce mode de réalisation est similaire à celui représenté 15 par la figure 10. Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté par la figure 18. Dans ce mode de réalisation le système comporte trois sources de chaleur et deux charges thermiques. Deux des sources de chaleur sont placées en série. 20 La figure 18 décrit un module réversible selon l'invention muni de clapets anti-retour tel que représenté figure 2, utilisé pour chauffer l'eau chaude sanitaire et un espace à partir d'une première source constituée par une boucle géothermique eau ou saumure 14 qui transmet sa chaleur à un échangeur eau/fluide frigorigène 12, d'une deuxième source placée en série dans le circuit de la boucle géothermique, et en aval de ladite boucle 25 géothermique et constituée par un échangeur sur l'air extrait 7. Cette deuxième source, se trouvant généralement à une température supérieure à la boucle géothermique réchauffe le circuit d'eau et donc améliorera le coefficient de performance de la machine plus spécifiquement en mode chauffage. Le système comporte en outre une troisième source de chaleur constituée par un 30 panneau solaire thermique 10. Pour la partie chauffage de l'espace, l'échangeur intermédiaire fluide frigorigène/eau 11 est complété par un ou plusieurs échangeurs à eau 15 et 17. 2906604 Le fonctionnement du système de ce mode de réalisation est similaire à celui représenté par la figure 10. b) Modes de réalisation avec deux sources de chaleur et trois charges thermiques 5 Dans ces modes de réalisation, la troisième charge thermique est préférentiellement l'eau chaude sanitaire (de capacité plus limitée que dans le cas 2a) décrit ci-dessus). Cette troisième charge thermique est reliée par un circuit indépendant au bloc haute température 2. Les deux autres charges thermique peuvent être utilisées soit en mode chauffage, soit en mode refroidissement. 10 Dans ce mode de réalisation, les composants sont disposés de manière à ce que le fluide frigorigène 20 quitte le refoulement du compresseur 1 en passant d'abord par le bloc haute température 2 et ensuite par la vanne quatre voies d'inversion de cycle 6, puis : 15 (i) En mode chauffage : le fluide frigorigène 20 passe d'abord par le bloc moyenne température 3 utilisé comme échangeur de la première charge thermique, puis par l'échangeur de la deuxième charge thermique, puis le détendeur 5, puis par l'échangeur de la première source de chaleur, puis par le bloc basse température 4 20 utilisé comme échangeur de la deuxième source de chaleur, puis par la vanne quatre voie à inversion de cycle 6, dans un circuit différent, puis le fluide frigorigène 20 rentre dans l'aspiration du compresseur 1, et le cycle reprend. (ii) En mode refroidissement : le fluide frigorigène 20 passe d'abord par le bloc basse 25 température 4 utilisé comme échangeur de la deuxième source, puis par l'échangeur de la première source, puis par le détendeur 5, puis par l'échangeur de la deuxième charge, puis par le bloc moyenne température 3 utilisé comme échangeur de la première charge, puis par la vanne quatre voies à inversion de cycle 6, dans un circuit différent, puis le fluide frigorigène 20 rentre dans l'aspiration du compresseur 1, 30 et le cycle reprend. 2906604 36 Un exemple de ce mode de réalisation de l'invention est représenté par la figure 14 : le système est pourvu d'un module réversible selon l'invention non muni des clapets antiretour, d'un échangeur air/fluide frigorigène (air extrait ou air extérieur) 7 et d'un panneau solaire thermique 10 en tant que sources de chaleur, ainsi que d'un ou 5 plusieurs échangeurs chauffant ou refroidissant l'espace. Le ou les échangeurs chauffant ou refroidissement l'espace sont des échangeurs à eau 15, 17 raccordés directement sur le bloc d'échange et de stockage à température moyenne 3. De plus est ajouté au système un échangeur de chauffage ou de refroidissement de l'espace de type fluide frigorigène/air 16. 10 Seul le bloc d'échange et de stockage haute température 2 chauffe l'eau chaude sanitaire. Lorsque le système est utilisé simultanément pour chauffer l'espace et l'eau sanitaire, l'air extrait est typiquement déjà à 20 C, le panneau solaire thermique 10 va avoir tendance à rapidement liquéfier le bloc basse température et surchauffer le gaz. La 15 régulation gère la surchauffe au compresseur et sa pression d'aspiration. Le panneau solaire apporte une puissance supplémentaire qui est véhiculée par le compresseur vers la partie du circuit en haute pression avec un rendement élevé. 20 Lorsque le système est utilisé uniquement pour chauffer l'eau sanitaire, il y a surabondance de puissance disponible grâce aux deux sources. La régulation gère la répartition des puissances grâce au détendeur et aux actuateurs (pompes ou ventilateur). 25 Lorsque le système est utilisé simultanément pour refroidir l'espace et chauffer l'eau sanitaire, la spécifié du système tel que représenté par la figure 14 est de permettre un refroidissement simultané par l'air et par des refroidissements à eau (rafraîchissement par le sol par exemple). Le refroidissement par air permet une baisse de température rapide et une déshumidification de la pièce et le refroidissement du sol donne l'inertie 30 thermique; La déshumidification de l'air limite le risque de condensation sur le sol. Le système permet facilement cette fonctionnalité grâce à ses connections multiples. La chaleur sera rejetée au niveau de l'échangeur 7 dont le débit devra être suffisant. 2906604 37 Lorsque le système est utilisé simultanément pour refroidir l'espace et chauffer l'eau sanitaire, le bloc d'échange et de stockage haute température 2 est toujours alimenté en chaleur et permet donc le chauffage de l'eau chaude sanitaire. Le bloc d'échange et de stockage moyenne température 3 est sous forme solide. La configuration préférable du 5 point de vue du transfert thermique est celle de l'échangeur à plaques représenté sur la figure 23. En effet cette configuration permet un échange direct entre le fluide frigorigène et l'eau des échangeurs 15. Le bloc d'échange et de stockage basse

température 4 est alimenté en gaz chaud. II ne rejette pas de chaleur l'été car il est relié à un capteur solaire lui-même à température 10 élevée. La pompe du capteur solaire n'est donc pas alimentée La pompe du capteur solaire ne sera en général pas alimentée. En effet, le mode refroidissement apparaît l'été quand la température du capteur solaire est élevée et supérieure à la température de condensation du système. II n'y aurait pas de rejet de chaleur mais plus vraisemblablement un transfert vers le capteur géothermique. Ce mode est 15 envisageable dans certains cas pour recharger le capteur géothermique ou pour refroidir le circuit du capteur solaire mais il n'est pas indispensable. La chaleur sera donc rejetée au niveau de l'échangeur 7 dont le débit devra être suffisant. Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté par la figure 15.

20 Dans le mode de réalisation représenté par la figure 15, le système est pourvu d'un module réversible selon l'invention non muni des clapets anti-retour, d'une première source constituée par une boucle géothermique eau ou saumure 14 qui transmet ou prend sa chaleur à un échangeur eau/fluide frigorigène 12, d'une deuxième source constitué par un panneau solaire thermique 10, ainsi que d' échangeurs chauffant ou 25 refroidissement l'espace. Le ou les échangeurs chauffant ou refroidissement l'espace sont des échangeurs à eau 15, 17 raccordés directement sur le bloc échangeur/stockage à température moyenne 3. De plus est ajouté au système un échangeur de chauffage ou de refroidissement de l'espace de type fluide frigorigène/air 16.

30 Seul le bloc d'échange et de stockage haute température chauffe l'eau chaude sanitaire. Le système est similaire dans son fonctionnement à celui de la figure 14. Le rejet de chaleur se fera par la boucle géothermique à eau ou saumure 14.

2906604 38 Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté par la figure 16. Dans le mode de réalisation représenté par la figure 16, le système est pourvu d'un module réversible selon l'invention non muni des clapets anti-retour, d'une première source constituée par un échangeur air/fluide frigorigène (air extrait ou air extérieur) 7, 5 d'une deuxièmesource constitué par un panneau solaire thermique 10, ainsi que d' échangeurs chauffant ou refroidissement l'espace. Le ou les échangeurs chauffant ou refroidissement l'espace sont des échangeurs à eau 15, 17 raccordés directement sur le bloc échangeur/stockage à température moyenne 3. De plus est ajouté au système un échangeur de chauffage ou de refroidissement de l'espace de type fluide frigorigène/air 10 16. En outre, dans ce mode de réalisation, un bloc d'échange et de stockage moyenne température est ajouté dans le circuit du panneau solaire thermique 10. Lorsque la pompe de circulation est activée, la chaleur va se stocker dans deux blocs d'échange et de stockage: d'une part, le bloc basse température 4 pour assurer la surchauffe des gaz 15 d'aspiration du compresseur et créer de l'énergie stockée en cas de demande du compresseur et d'autre part, dans le bloc supplémentaire moyenne température 3". En phase de décharge, l'eau sanitaire passera d'abord dans ce bloc moyenne température puis dans le bloc haute température chargé par le cycle thermodynamique.

20 Encore un autre mode de réalisation de l'invention, de type non réversible, est représenté par la figure 13. Dans le mode de réalisation représenté par la figure 13, le système est pourvu d'un module non réversible, d'un échangeur air/fluide frigorigène (air extrait ou air extérieur) 7 et d'un panneau solaire thermique 10 en tant que sources de chaleur, ainsi que 25 d'échangeurs chauffant l'espace. Le ou les échangeurs chauffant l'espace sont d'une part des échangeurs à eau 15, 17 raccordés directement sur le bloc d'échange et de stockage à température moyenne 3, et d'autre part un échangeur de chauffage de type fluide frigorigène/air 16. Seul le bloc d'échange et de stockage haute température 2 est utilisé pour chauffer l'eau 30 chaude sanitaire 25. Lorsque le système est utilisé simultanément pour chauffer l'espace et l'eau sanitaire, l'air extrait est typiquement déjà à 20 C, le panneau solaire thermique 10 va avoir tendance à rapidement liquéfier le bloc basse température et surchauffer le gaz. La 2906604 39 régulation gère la surchauffe au compresseur et sa pression d'aspiration. Le panneau solaire apporte une puissance supplémentaire qui est véhiculée par le compresseur vers la partie du circuit en haute pression avec un rendement élevé. Lorsque le système est utilisé uniquement pour chauffer l'eau sanitaire, il y a 5 surabondance de puissance disponible grâce aux deux sources. La régulation gère la répartition des puissances grâce au détendeur et aux actuateurs (pompes ou ventilateur). La spécificité du système du mode de réalisation de la figure 13 est de permettre un chauffage de l'espace simultanément par l'air et par des chauffages à eau (chauffage 10 par le sol par exemple), l'air permettant une mise en température rapide de la pièce et le sol donnant l'inertie thermique et l'effet rayonnant. Le système selon l'invention permet facilement cette fonctionnalité. En revanche l'inconvénient du système du mode de réalisation de la figure 13 est une certaine réduction de la quantité d'eau chaude sanitaire fournie puisque seul le bloc 15 d'échange et de stockage 2 est utilisé pour le chauffage de l'eau sanitaire. Un autre mode de réalisation est présenté à la figure 17. Dans ce cas, les blocs d'échange et de stockage ont été déclinés en plusieurs sous-blocs indépendants (par exemple ayant la forme de plaque comme à la figure 20) 20 chargés avec des matériaux ayant des températures de changement de phase différentes afin de créer un gradient de température. L'intérêt est de maintenir un coefficient de performance (COP) moyen élevé tout en augmentant la température du dernier bloc d'échange et de stockage haute température qui est en contact avec l'eau chaude sanitaire. Ceci permet d'augmenter l'effet de 25 destruction de la légionellose. (i) En mode chauffage : le fluide frigorigène 20 passe d'abord par une série de sous-blocs haute température ayant des valeurs de température de changement de phase décroissantes sur la plage décrite dans la description détaillée (nous pouvons par exemple avoir la séquence suivante de sous-blocs : 75 C, 70 C et 65 C), puis par une 30 série de sous-blocs moyenne température ayant des valeurs de température de changement de phase décroissante sur la plage décrite dans la description détaillée (nous pouvons par exemple avoir la séquence suivante de blocs : 45 C, 42 C et 39 C, 36 C et 33 C).

2906604 Les blocs haute température et moyenne température sont utilisés ici comme échangeurs de la première charge thermique. Le fluide passe par l'échangeur de la deuxième charge thermique, puis par le détendeur 5, puis par l'échangeur de la première source de chaleur, puis par le bloc basse température. On peut également 5 avoir ici une série de bloc basse température ayant une valeur de température de changement de phase croissante sur la plage décrite dans la description détaillée (nous pouvons par exemple avoir la séquence suivante de blocs : 15 C, 20 C et 25 C). Les blocs basse températures sont utilisés comme échangeurs de la deuxième source de chaleur. Le fluide frigorigène passe ensuite puis par la vanne quatre voie à inversion de 10 cycle 6, dans un circuit différent, puis le fluide frigorigène 20 rentre dans l'aspiration du compresseur 1, et le cycle reprend. Au cours de ce cycle, les blocs haute et moyenne température ayant respectivement les températures de changement de phase le plus faible se chargent d'abord avec un 15 coefficient de performance maximal. Ceci correspond aux températures de sortie du compresseur et de condensation les plus faibles. Puis la température de condensation augmente (sous le contrôle de la régulation si nécessaire) afin de charger les blocs moyennes et hautes températures ayant les valeurs de température de changement de phase plus élevées. Ceci diminue le coefficient de performance mais celui-ci reste 20 nettement supérieur à celui obtenu dans un système classique utilisant uniquement le circuit de condensation. Les blocs moyenne et haute température sont typiquement circuités en série. Dans le présent mode de réalisation, l'eau chaude sanitaire traverse les blocs ayant les températures suivantes : 33 C puis 36 C, 39 C, 42 C, 45 C puis les blocs haute température 65 C, 70 C et 75 C pour maximiser l'effet thermique. Enfin, 25 l'eau ainsi réchauffée est mixée si nécessaire avec de l'eau froide pour l'amener à la valeur souhaitée pour l'utilisation (typiquement environ 45 C). La gradation de température des blocs basse température est plus adaptée aux circuits équipés de capteurs solaires dont la plage de température est plus large. Ceci permet à la régulation d'améliorer plus facilement encore le COP en été en autorisant sur les 30 systèmes munis de capteurs une pression d'aspiration élevée les journées d'été avec une surchauffe élevée pendant la charge des blocs.

2906604 41 En mode refroidissement, le fluide frigorigène 20 passe d'abord par les blocs basse températures 4 utilisés comme échangeurs de la deuxième source, puis par l'échangeur de la première source, puis par le détendeur 5, puis par l'échangeur de la deuxième charge, puis par les bloc moyennes températures 3 utilisés comme échangeurs de la 5 première charge, puis par la vanne quatre voies à inversion de cycle 6, dans un circuit différent, puis le fluide frigorigène 20 rentre dans l'aspiration du compresseur 1 repasse ensuite dans les blocs haute températures, et le cycle reprend. Les figures 4 à 18 ne traitent pas de façon exhaustive toutes les configurations. Elles ont pour but de montrer la flexibilité du module pour des installations variées.

10 La figure 19 représente un schéma de principe représentant les blocs d'échange et de stockage suivant l'approche technologique des échangeurs à plaques. Cet échangeur permet un échange direct respectivement entre fluide frigorigène et matériau de stockage, fluide frigorigène et fluide secondaire ce qui augmente la puissance thermique échangée mais il est cependant nécessaire I d'ajouter une deuxième plaque entre le 15 fluide frigorigène et l'eau chaude sanitaire de façon a obtenir une double paroi. Un échangeur à plaques est déjà utilisé de cette manière avec 2 circuits réfrigérants et un circuit eau. Mais l'utilisation avec du matériau de stockage est particulière à cette invention et en fait donc partie. On notera que l'écartement des plaques sera plus important pour le matériau de stockage afin de permettre un stockage thermique 20 suffisant. La figure 20 représente un schéma de principe représentant les blocs d'échange et de stockage suivant l'approche technologique des échangeurs tubulaires cuivre. Cette approche est plus classique que celle des échangeurs à plaque, mais elle ne permet pas en permanence le contact deux par deux des trois fluides en présence. Le 25 matériau de transition s'intercale entre les deux autres fluides. L'effet de double paroi entre le fluide frigorigène et l'eau chaude sanitaire est respecté. La figure 21 représente une manière parmi d'autres d'organiser les composants dans un des systèmes selon l'invention.. La figure 22 représente une manière parmi d'autres d'organiser les composants dans un 30 des systèmes selon l'invention pour la réalisation d'un chauffe-eau qui comporte comme source de chaleur une boucle géothermique 14. Les dimensions du module sont typiquement dans ce cas de 600 mm de largeur, 820 mm de hauteur et 600 à 650 mm de profondeur.

2906604 42 La figure 23 représente une manière parmi d'autres d'organiser les composants dans un des systèmes selon l'invention pour la réalisation d'une pompe à chaleur eau/eau avec un stockage de la chaleur selon la technologie des échangeurs à plaques, qui comporte comme sources de chaleur une boucle géothermique 14 et un échangeur sur l'air extrait 5 (ou extérieur) 7. Les dimensions du module sont typiquement dans ce cas de 600 mm de largeur, 820 mm de hauteur et 600 à 650 mm de profondeur. La figure 24 représente un schéma de principe représentant les blocs d'échange et de stockage suivant l'approche technologique des plaques. Ce type de plaque, chargé d'un matériau de stockage à basse température est utilisé par exemple dans les camions 10 frigorifiques. Cet échangeur est similaire au bloc échangeur classique. Son épaisseur faible permet de placer physiquement plusieurs blocs dans un espace réduit pour obtenir un gradient de température (par exemple plusieurs blocs haute température chargés avec des produits sélectionnés pour créer un gradient de température adapté. Les dimensions d'une plaque sont typiquement de 80 mm pour l'épaisseur et 750 à 800 15 mm pour la hauteur. f) Exemple d'application : Maison individuelle (i) Evolution des besoin thermiques : La proportion de l'eau chaude sanitaire augmente dans la consommation d'énergie, en 20 effet l'isolation des bâtiments et maisons individuelles s'améliore, ce qui diminue la quantité d'énergie nécessaire au chauffage de l'espace. En revanche, les besoins de chauffage de l'eau chaude sanitaire restent les mêmes. Par exemple, une maison individuelle d'avant 1980 demande une énergie de chauffage totale d' environ 200Kwh/M2/an dont environ 20 Kwh/M2/an , environ 10% est utilisée 25 pour l'eau chaude sanitaire . Une maison de moins de 10 ans demandera environ 100Kwh/m2/an. La part d'eau chaude sanitaire (20 KWH/M2/an) représente alors 20% du total. La tendance va vers des maisons très isolées qui demandent environ 65Kwh/M2/an et moins. La part de l'eau chaude sanitaire est de 30% du total.

30 L'efficacité du mode de chauffage de l'eau chaude sanitaire devient donc un point de plus en plus important. 2906604 43 (ii) Réponse aux besoins avec le module selon l'invention Nous allons prendre ce dernier cas et l'appliquer à une maison d'une surface habitable de 140 m2. Les besoins calorifiques totaux sont donc de 65x140=9100KwhH dont 2800Kwh pour 5 l'eau chaude sanitaire. En prenant l'hypothèse vraisemblable d'un besoin quotidien constant d'eau chaude sanitaire tout au long de l'année, on obtient un besoin de 2800/365=7.7Kwh/jour = 27720 KJ/jour Cette énergie permet de chauffer 265 litres d'eau par jour de 15 deg C à 40 deg C Si on considère un matériau de stockage de type paraffine, on peut prendre une valeur 10 de chaleur latente de fusion moyenne de 250 KJ/Kg et une densité de 800Kg/m3. Il faudra globalement chauffer 27720/250=110 Kg de matériau par jour pour assurer les besoins. Si on considère le cas réaliste de deux cycles de fusion et de solidification du matériau par jour, on obtient le besoin d'une masse de 55 Kg de matériau de stockage. Cette 15 quantité de matière s'applique à la somme des masses des blocs haute et moyenne température. Ceci représente un volume de 55/800*1000= 69 décimètre cube de matériau. Compte tenu du volume nécessaire pour les circuits eau et fluide frigorigène, on peut estimer le volume total des deux blocs échangeurs à 100 décimètre cubes.

20 On peut repartir les volumes entre les deux blocs haute et moyenne températures si on fixe certaines hypothèses. La répartition ci-dessous est donnée à titre d'exemple, elle pourra varier en fonction des hypothèses prises. Les hypothèses prises pour cet exemple sont les suivantes : 25 Le système considéré comprends deux sources : d'une part, une boucle géothermique à eau glycolée, d'autre part un panneau solaire. Le système considéré comprend la charge du circuit d'eau chaude sanitaire et peut éventuellement comprendre une autre charge constituée par un circuit de chauffage par eau chaude (cas de la figure 9). Le fluide frigorigène choisi est le 410A.

30 On considère un fonctionnement 100% eau chaude sanitaire (pas de charge de chauffage de l'espace). Les blocs se chargent selon la condition de fonctionnement-ci dessous : 2906604 44 La température de condensation est de 40 C, considérée égale à la température de changement de phase du bloc moyenne température. La température d' évaporation est de -5 C (cas usuel d'une boucle géothermique) L'enthalpie du fluide frigorigène à -5 C est de: 421 KJ/Kg.

5 La température à l'aspiration du compresseur est de 20 C, considérée égale à la température de changement de phase du bloc basse température (la température à l'aspiration du compresseur pourra être plus élevée si besoin est, en maintenant activé le circuit du capteur solaire). L'enthalpie du fluide frigorigène à 20 C est de 446 KJ/Kg.

10 La variation d'enthalpie du fluide dans le bloc basse température est donc égale à : 446-421=25 KJ/Kg La température de refoulement du compresseur est de 95 C : l'enthalpie du fluide frigorigène au refoulement du compresseur= 500KJ/Kg La température de changement de phase du bloc haute température est de 70 C.

15 L'enthalpie du fluide frigorigène à 70 deg C est de 470 KJ/Kg. La variation d'enthalpie du fluide dans le bloc haute température est donc égale à : 500-470=30 KJ/Kg. La variation d'enthalpie du fluide lors de la condensation dans le bloc moyenne température à 40 deg c est égale à 160KJ/Kg.

20 Le rapport des variations d'enthalpie 30/160 donne environ 20% pour le bloc moyenne température. Nous obtenons donc environ 20 litres pour le bloc haute température et 80 litres pour le bloc moyenne température. En pratique, on surdimensionnera le bloc haute température par exemple jusqu'à 40 litres pour pouvoir bénéficier de certaines conditions de 25 fonctionnement favorables au niveau du capteur solaire et donc pouvoir stocker plus d' énergie à haute température. En effet, pendant la majeure partie de l'année, la puissance disponible au niveau du capteur solaire permet non seulement de liquéfier le matériau de stockage du bloc basse température, mais également d'augmenter la température du matériau de stockage basse température jusqu'à une valeur 30 significativement plus élevée que sa température de fusion. Ceci a pour conséquence d'élever la température à l'aspiration du compresseur, et donc au refoulement du compresseur. On a donc une augmentation de la quantité de chaleur sensible disponible 2906604 au niveau des gaz de refoulement du compresseur et donc de l'énergie qu'il est possible de stocker dans le bloc haute température, augmentant ainsi l'efficacité du système. Appliqué aux blocs basse et haute température, le rapport des enthalpies donne : 25/30=0.67 d'où un volume pour le bloc basse température de 0,67*0.2=14 litres.

5 En pratique on surdimensionnera également ce bloc, par exemple jusqu'à 30 litres, de façon à garder une réserve de stockage utilisable par le compresseur. On suppose les températures moyennes d'eau sanitaire suivantes : eau du réseau à 15 C et sortie d'eau chaude à 40 C soit un différentiel moyen de 25 C. Le circuitage de l'eau chaude sanitaire dans les blocs échangeurs moyenne et haute 10 température sera fait de façon que 80% de l'écart de température (de 15 C à 35 C) soit fait dans le bloc moyenne température et 20% (de 35 C à 40 C) soit fait dans le bloc haute température. Nous obtenons donc une quantité d'environ 30+80+40= 150 litres pour l'ensemble des blocs échangeurs.

15 A titre de comparaison, les dimensions standard d'un lave vaisselle sont de 600 mmx600mmx850mm générant un volume de 300 litres. II apparaît envisageable de réaliser le système choisi pour l' exemple dans un volume proche d'un lave vaisselle. (iii) Dimensionnement des sources 20 On considérera pour la maison ci-dessus un besoin de puissance calorifique maximal de 6 KW qui sera obtenu de la façon suivante : 2 KW obtenu sur l'air extrait de façon permanente 3 KW par une boucle géothermique horizontale d'environ 400 mètres linéaires reparti en 4 boucles séparées de 40 cm , enterrées à un mètre de profondeur et 25 entourant par exemple la maison comme un rectangle de périmètre 100 mètres. Cette longueur limitée est ainsi plus facile à trouver sur des terrains réduits . 3 m2 de capteur solaire classique donnent alors un appoint suffisant pour le KW restant.

Claims (3)

REVENDICATIONS

1) Module utilisable pour le stockage et le transfert thermique, comprenant les composants suivants : (a) un compresseur (1) de fluide frigorigène ; (b) un bloc d'échange et de stockage de la chaleur dit bloc haute température (2) situé au refoulement du compresseur (1) ; (c) un bloc d'échange et de stockage de la chaleur dit bloc moyenne température (3) , (d) un autre échangeur de chaleur, ou préférentiellement un bloc d'échange et de stockage de la chaleur dit bloc basse température (4) ; (e) optionnellement une vanne quatre voies (6) située en sortie du module haute température (2), cette vanne étant obligatoire si ledit module est destiné à fonctionner en mode réversible ; (f) optionnellement deux clapets anti-retour (26, 36) ; (g) optionnellement une vanne d'injection (19) ladite vanne (19) injectant en amont du compresseur (1) ; (h) un détendeur (5).

2) Module selon la revendication 1 dans lequel au moins un des blocs d'échange et de stockage de la chaleur (2), (31, (4) est composé de plusieurs sous-blocs, (210), (220), (230), (310), (320), (330), (340), (410), (420), (430), chacun des sous-blocs étant caractérisé par sa propre température de changement de phase, lesdites températures de changement de phase étant choisies de manière à ce que pour chaque bloc (2), (3), (4) les températures de changement de phase des sous-blocs successifs croissent ou décroissent dans le sens du flux de fluide frigorigène (20) selon l'utilisation prévue dudit module, et décroissent dans les blocs (2) et (3) et croissent dans le bloc (4) dans le cas où ledit module est utilisé en mode chauffage.

3) Système intégrant un module selon la revendication 1 ou 2, ledit système fonctionnant en mode non réversible, et caractérisé en ce que lesdits composants sont disposés de manière à ce que le fluide frigorigène (20) quitte le 2906604 47 refoulement du compresseur (1) en passant d'abord par le bloc haute température (2) et ensuite par le bloc moyenne température (3), puis (a) pour une utilisation dans un système avec une source de chaleur et une charge thermique, préférentiellement l'eau chaude sanitaire, ledit fluide 5 frigorigène (20) passe par le bloc basse température (4), par le détendeur (5), par un échangeur source de chaleur, puis, par un circuit différent de celui du premier passage, de nouveau par le bloc basse température (4), puis ledit fluide frigorigène (20) rentre dans l'aspiration du compresseur (1), et le cycle reprend ; 10 (b) pour une utilisation dans un système avec une source de chaleur et une première charge thermique, cette première charge thermique étant préférentiellement de l'eau chaude sanitaire, et une deuxième charge thermique, ledit fluide frigorigène (20) passe par l'échangeur de la deuxième charge thermique, puis passe par le bloc basse température 15 (4), par le détendeur (5), par un échangeur source de chaleur, puis, par un circuit différent de celui du premier passage, de nouveau par le bloc basse température (4), puis ledit fluide frigorigène (20) rentre dans l'aspiration du compresseur (1), et le cycle reprend ; (c) pour une utilisation dans un système avec deux sources de chaleur et 20 deux charges thermiques, l'une desdites charges thermiques étant préférentiellement de l'eau chaude sanitaire, ledit fluide frigorigène (20) passe par un premier échangeur sur la charge thermique, puis par le détendeur (5), puis par un échangeur d'une première source de chaleur, puis par le bloc basse température (4) utilisé comme échangeur d'une 25 deuxième source de chaleur, puis le fluide frigorigène (20) rentre dans l'aspiration du compresseur (1), et le cycle reprend. Système intégrant un module selon la revendication 1 ou 2, ledit système fonctionnant en mode réversible, et caractérisé en ce que lesdits composants 30 sont disposés de manière à ce que le fluide frigorigène (20) quitte le refoulement du compresseur (1) en passant d'abord par le bloc haute température (2) et ensuite par la vanne quatre voies d'inversion de cycle (6), puis 2906604 48 (a) pour une utilisation avec deux sources de chaleur et deux charges thermiques, dont la première charge thermique étant préférentiellement l'eau chaude sanitaire, cette première charge thermique étant reliée par un circuit indépendant en série aux blocs haute température et moyenne température, la deuxième 5 charge thermique pouvant être utilisée soit en mode chauffage, soit en mode refroidissement, (i) en mode chauffage : ledit fluide frigorigène passe d'abord par un premier clapet anti-retour (26), puis par le bloc moyenne température (3), puis par l'échangeur de la deuxième charge thermique, puis par le détendeur (5), puis 10 par l'échangeur de la première source de chaleur, puis par le bloc basse température (4) utilisé comme échangeur de la deuxième source de chaleur, puis de nouveau par la vanne quatre voies d'inversion de cycle (6), dans un circuit différent, puis le fluide frigorigène (20) rentre dans l'aspiration du compresseur (1), et le cycle reprend ; 15 (ii) en mode refroidissement : ledit fluide frigorigène (20) passe par le bloc basse température (4) utilisé comme échangeur de la deuxième source, puis par l'échangeur de la première source, puis par le détendeur (5), puis par l'échangeur de la deuxième charge thermique, puis par un deuxième clapet anti-retour (36), et ensuite par la vanne quatre voie à inversion de cycle (6), 20 dans un circuit différent, puis le fluide frigorigène (20) rentre dans l'aspiration du compresseur (1), et le cycle reprend ; (b) pour une utilisation avec deux sources de chaleur et trois charges thermiques, dont la troisième charge thermique étant préférentiellement l'eau sanitaire (de 25 capacité plus limitée par rapport au cas (a)), cette troisième charge thermique étant reliée par un circuit indépendant au bloc haute température (2), (i) en mode chauffage : le fluide frigorigène (20) passe d'abord par le bloc moyenne température (3) utilisé comme échangeur de la première charge thermique, puis par l'échangeur de la deuxième charge thermique, puis le 30 détendeur (5), puis par l'changeur de la première source de chaleur, puis par le bloc basse température (4) utilisé comme échangeur de la deuxième source de chaleur, puis par la vanne quatre voie à inversion de cycle (6), dans un circuit différent, puis le fluide frigorigène (20) rentre dans l'aspiration du compresseur (1), et le cycle reprend ; 2906604 49 (ii) en mode refroidissement : le fluide frigorigène (20) passe d'abord par le bloc basse température (4) utilisé comme échangeur de la deuxième source, puis par l'échangeur de la première source, puis par le détendeur (5), puis par 5 l'échangeur de la deuxième charge, puis par le bloc moyenne température (3) utilisé comme échangeur de la première charge, puis par la vanne quatre voies à inversion de cycle (6), dans un circuit différent, puis le fluide frigorigène (20) rentre dans l'aspiration du compresseur (1), et le cycle reprend. 10 5) Système selon la revendication 4, correspondant au schéma de fonctionnement montré par la figure 16 6) Module ou système selon la revendication 1 à 5, dans lequel 15 ledit bloc haute température (2) comporte un matériau à changement de phase dont la température de changement de phase est réglée à une valeur comprise entre 60 C et 75 C et avantageusement 65 et 70 C, ou à une température comprise entre 75 C et 90 C et avantageusement 80 à 85 C si le fluide frigorigène (20) est le CO2. 20 7) Module ou système selon une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ledit bloc moyenne température (3) comporte un matériau à changement de phase dont la température de changement de phase est réglée à une valeur comprise entre 32 C et 45 C, et avantageusement comprise entre 35 C et 40 C. 8) Module ou système selon une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ledit bloc basse température (4) comporte un matériau à changement de phase dont la température de changement de phase est réglée à une valeur comprise entre 15 C et 25 C, et avantageusement comprise entre 17 C et 22 C. 25 30 2906604 50 9) Utilisation d'un module ou système selon une quelconque des revendications 1 à 8 pour le refroidissement ou le chauffage de wagons ferroviaires, navires ou camions, ou pour le chauffage de l'eau sanitaire d'un bâtiment. 5 10) Utilisation selon la revendication 9,, dans laquelle ledit module ou système est utilisé en plus pour le chauffage et / ou pour le refroidissement de l'air dudit bâtiment.