FR3014541B1

FR3014541B1 - Circuit de pompe de chaleur et son procede de gestion

Info

Publication number: FR3014541B1
Application number: FR1462161A
Authority: FR
Inventors: Simon Klink; Max Meise
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2019-07-05
Anticipated expiration: 2034-12-10
Also published as: SE540659C2; DE102013225652A1; SE1451493A1; FR3014541A1

Abstract

Circuit de pompe à chaleur (10) pour une installation de chauffage d'immeuble comprenant un premier échangeur de chaleur (20), un second échangeur de chaleur (30), un compresseur (15) et un détendeur (25), et un troisième échangeur de chaleur (35), installé entre le premier échangeur de chaleur (20) et le détendeur (25). Un dispositif de stockage (40) comportant un dispositif récepteur (85) et un réservoir (90), recueillant le second fluide caloporteur (80) extrait pour le second échangeur de chaleur (30), de l'air ambiant (75) pour le transférer dans le réservoir (90).

Description

Domaine de l’invention

La présente invention se rapporte à un circuit de pompe à chaleur pour une installation de chauffage d’immeuble comprenant : un premier échangeur de chaleur, un second échangeur de chaleur, un compresseur et un détendeur, le premier échangeur de chaleur étant relié au compresseur et au détendeur par une liaison fluidique par un premier fluide caloporteur pour constituer la zone haute pression, le second échangeur de chaleur étant relié au compresseur et au détendeur par une liaison fluidique par le premier fluide caloporteur pour réaliser la zone basse pression. L’invention se rapporte également à un procédé de gestion d’un tel circuit de pompe à chaleur.

Etat de la technique

On connaît les circuits de pompe à chaleur pour les installations de chauffage. Ces circuits comportent un premier échangeur de chaleur, un second échangeur de chaleur, un compresseur et un détendeur. Le premier échangeur de chaleur (condenseur) est relié au compresseur et au détendeur par un premier fluide caloporteur pour former une zone haute-pression. Le second échangeur de chaleur (évaporateur) est relié au compresseur et au détendeur par le premier fluide caloporteur pour développer la zone basse pression. Le premier fluide caloporteur circule dans le circuit de pompe à chaleur en étant transféré par le compresseur vers le premier échangeur de chaleur. Le fluide caloporteur passe à l’état liquide dans le premier échangeur de chaleur en dégageant son énergie thermique vers l’air ambiant du premier échangeur de chaleur. Du premier échangeur de chaleur, le premier fluide caloporteur passe dans le détendeur pour se détendre. En sortie du détendeur, le premier fluide caloporteur arrive dans le second échangeur de chaleur où il s’évapore. Le fluide à l’état gazeux revient au compresseur. Le transport de chaleur passe du second échangeur de chaleur vers le premier échangeur de chaleur pour chauffer un local de l’immeuble. Lorsque les conditions climatiques sont défavorables, le second échangeur de chaleur a tendance à givrer si bien que le second échangeur de chaleur ne pourra plus recevoir suffisamment d’énergie thermique de l’air ambiant.

But de l’invention

La présente invention a pour but d’améliorer le fonctionnement d’un circuit de pompe à chaleur et d’avoir un meilleur procédé de gestion d’un tel circuit de pompe à chaleur.

Exposé et avantages de l’invention A cet effet, l’invention a pour objet un circuit de pompe à chaleur du type défini ci-dessus caractérisé par un troisième échangeur de chaleur, installé entre le premier échangeur de chaleur et au détendeur en étant relié par le premier fluide caloporteur au premier échangeur de chaleur et au détendeur, un dispositif de stockage comportant un dispositif récepteur et un réservoir, le dispositif récepteur étant installé sur le second échangeur de chaleur et relié au réservoir, le second échangeur de chaleur extrayant le second fluide caloporteur de l’air ambiant, le dispositif récepteur recueillant le second fluide caloporteur du second échangeur de chaleur pour le transférer dans le réservoir, le troisième échangeur de chaleur équipant le réservoir, le troisième échangeur de chaleur assurant l’échange de chaleur entre le premier fluide caloporteur et le second fluide caloporteur.

En d’autres termes, l’invention a pour objet un circuit de pompe à chaleur pour une installation de chauffage d’immeuble. Le circuit se compose d’un premier échangeur de chaleur, d’un second échangeur de chaleur, d’un compresseur et d’un détendeur. Le premier échangeur de chaleur est relié par le premier fluide caloporteur au compresseur et au détendeur développant ainsi la zone haute pression. Le second échangeur de chaleur est relié au compresseur et au détendeur par le premier fluide caloporteur pour former la zone basse pression. Il est prévu un troisième échangeur de chaleur entre le premier échangeur de chaleur et au détendeur en étant relié au premier échangeur de chaleur et au détendeur par le fluide caloporteur. Il est prévu en outre un dispositif de stockage comportant un dispositif récepteur et un réservoir. Le dispositif récepteur équipe le second échangeur de chaleur et communique avec le réservoir. Le second échangeur de chaleur extrait de l’air ambiant à un second fluide caloporteur et le dispositif récepteur recueille le second fluide caloporteur sur le second échangeur de chaleur pour l’envoyer dans le réservoir. Le troisième échangeur de chaleur équipe le réservoir ; il réalise l’échange de chaleur entre le premier fluide caloporteur et le second fluide caloporteur.

Ainsi, pour dégivrer le second échangeur de chaleur, on dispose de suffisamment d’énergie thermique pour le dégivrer à l’aide du second fluide caloporteur sans avoir à prélever en même temps de l’énergie thermique du local chauffé de l’immeuble à l’aide du premier échangeur de chaleur.

Selon un autre développement, le dispositif de stockage se situe essentiellement au-dessous du second échangeur de chaleur dans le sens de la gravité. Cela permet de recueillir, d’une manière particulièrement économique, le second fluide caloporteur au niveau du second échangeur de chaleur.

Suivant une autre caractéristique avantageuse, le dispositif de stockage a pratiquement une forme de cuvette ou de tonneau. Cela correspond à une réalisation particulièrement économique du dispositif de stockage, par exemple, par un procédé d’emboutissage profond. On peut, de cette manière, installer au moins en partie, le dispositif de stockage à côté du second échangeur de chaleur pour avoir, sur le plan de la construction, plus d’espace libre pour le dispositif de stockage.

Selon un autre développement, le second échangeur de chaleur a une première surface de projection en projection dans la direction de la pesanteur. Le dispositif récepteur a, dans la direction de la pesanteur, une seconde surface de projection. La première surface de projection se situe avantageusement complètement dans la seconde surface de projection. Cela garantit la collecte du second fluide caloporteur du second échangeur de chaleur.

Selon un autre développement, le réservoir a une capacité prédéfinie pour recevoir le second fluide caloporteur et sur le côté du réservoir à l’opposé de son côté intérieur, il comporte une couche d’isolation ; cette couche d’isolation réduit l’échange de chaleur entre l’air ambiant et le second fluide caloporteur et/ou entre l’air ambiant et le troisième échangeur de chaleur, ce qui permet un stockage particulièrement efficace de l’énergie thermique dans le second fluide caloporteur.

Selon un autre développement, le dispositif de stockage est réalisé dans un matériau ayant une élasticité suffisante pour résister à la dilatation du second fluide caloporteur passant à l’état solide et de façon avantageuse le matériau est une matière plastique, de préférence du polypropylène et/ou du polyéthylène. On évite ainsi la destruction du dispositif de stockage lorsque le second fluide caloporteur se solidifie. D’une manière particulièrement avantageuse, le second fluide caloporteur est pratiquement de l’eau ; le second fluide caloporteur est de préférence de l’eau dans une concentration d’au moins 60 %, notamment d’au moins 85 % et d’une manière particulièrement préférentielle d’au moins 99 %.

Selon un autre développement, le réservoir correspond à un orifice de trop plein installé dans le réservoir pour permettre d’évacuer la partie excédentaire du second fluide caloporteur du réservoir évitant ainsi que le réservoir ne déborde.

Selon un autre développement, le troisième échangeur de chaleur comporte au moins un segment de tube qui se situe au moins en partie dans le segment de bord du réservoir et/ou au moins en partie dans le segment du fond du réservoir et/ou a une forme hélicoïdale et/ou une forme courbe. La longueur du tube du troisième échangeur de chaleur peut ainsi être augmentée, ce qui donne un échange de chaleur particulièrement intéressant entre le second fluide caloporteur et le premier fluide caloporteur.

Selon un autre développement, il est prévu un dispositif de chauffage installé dans le dispositif de stockage pour chauffer le second fluide caloporteur dans le réservoir. Cette solution est particulièrement avantageuse si, en mode de fonctionnement en hiver, par exemple dans une plage de températures extérieures comprises entre - 7°C et + 7°C souvent le second échangeur de chaleur givre et il faut le dégivrer à des intervalles particulièrement courts ; ces intervalles sont tellement courts que dans ce temps le second fluide caloporteur du réservoir risque de ne pas être complètement liquéfié. La liquéfaction est alors assurée en partie par l’installation de chauffage ce qui évite de puiser de l’énergie supplémentaire dans les locaux chauffés avec le premier échangeur de chaleur et continuer ainsi le dégel du second fluide caloporteur. L’invention a également pour objet un procédé de gestion d’un circuit de pompe à chaleur caractérisé en ce que dans un premier état de fonctionnement du circuit de pompe à chaleur, le compresseur comprime le premier fluide caloporteur pour le transférer au premier échangeur de chaleur, on fait passer le premier fluide caloporteur refroidi du premier échangeur de chaleur vers le second échangeur de chaleur, on extrait au niveau du second échangeur de chaleur le second fluide caloporteur de l’air ambiant à l’aide du premier fluide caloporteur refroidi, on conduit le second fluide caloporteur dans le réservoir, on chauffe le second fluide caloporteur dans le réservoir, et dans le second état de fonctionnement, le compresseur comprime le premier fluide caloporteur pour le transférer au second échangeur de chaleur, et au niveau du troisième échangeur de chaleur on réchauffe le premier fluide caloporteur à l’aide du second fluide caloporteur.

Suivant une autre caractéristique avantageuse du procédé, le second fluide caloporteur est extrait de l’air ambiant lors du changement de phase passant de la phase gazeuse à la phase liquide et/ou de la phase solide dans le second échangeur de chaleur.

Dessins

La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l’aide d’un exemple de réalisation d’un circuit de pompe à chaleur représenté dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un schéma d’un circuit de pompe à chaleur en mode de chauffage, la figure 2 montre le circuit de pompe à chaleur de la figure 1 en mode de dégivrage, la figure 3 est une vue en perspective de l’un des échangeurs de chaleur du circuit de pompe à chaleur des figures 1 et 2 comportant un dispositif accumulateur, la figure 4 est une vue de dessus schématique du dispositif accumulateur du circuit de pompe à chaleur de la figure 3, et la figure 5 est une vue de dessus schématique d’une autre réalisation du dispositif accumulateur.

Description d’un mode de réalisation

La figure 1 montre schématiquement un circuit de pompe à chaleur 10 en mode de chauffage, c’est-à-dire dans son premier mode de fonctionnement. Les flèches soulignent le sens de circulation d’un premier fluide caloporteur 70 du circuit de pompe à chaleur 10 selon une représentation schématique.

Le circuit de pompe à chaleur 10 comprend un compresseur 15, un premier échangeur de chaleur 20, une soupape d’expansion 25 réalisée comme installation d’expansion ainsi qu’un second échangeur de chaleur 30. En aval du détendeur 25 entre le premier échangeur de chaleur 20 et le détendeur 25 on a un troisième échangeur de chaleur 35. Le troisième échangeur de chaleur 35 est associé à une installation de stockage 40. Le premier échangeur de chaleur 20 est relié au compresseur 15 par une première conduite 45. Le premier échangeur de chaleur 20 est relié par une seconde conduite 50 au troisième échangeur de chaleur 35. Le troisième échangeur de chaleur 35 est relié d’un côté par une troisième conduite 55 ou détendeur 25. Ce détendeur 25 est relié au second échangeur de chaleur 30 par une quatrième conduite 60. Le second échangeur de chaleur 30 est relié par une cinquième conduite 65 au compresseur 15. Un premier fluide caloporteur 70 passe dans les conduites 45, 50, 55, 60, 65 et dans les échangeurs de chaleur 20, 30, 35 ainsi que dans le détendeur 25 et dans le compresseur 15.

La première conduite 45, la seconde conduite 50, la troisième conduite 55 constituent avec le premier échangeur de chaleur 20, le compresseur 15 et le premier détendeur 25, une zone de haute pression 95. Lorsque le circuit de pompe à chaleur 10 fonctionne, la zone basse pression 100 du circuit de pompe à chaleur 10 est délimitée par le détendeur 25, le compresseur 15 et le second échangeur de chaleur 30 ainsi que par la quatrième conduite 60 et la cinquième conduite 65.

Le second échangeur de chaleur 30 assure le transfert de la chaleur entre l’air ambiant 75 et le premier fluide caloporteur 70. Pour faire passer une quantité particulièrement importante d’air ambiant 75 sur le second échangeur de chaleur 30, ce dernier comporte un ventilateur 79 dans ce mode de réalisation. Le ventilateur 79 prend l’air de l’air ambiant 75 pour le faire passer dans le second échangeur de chaleur 30. L’air échange ainsi de l’énergie thermique qz dans le second échangeur de chaleur 30 et cette quantité de chaleur est transférée dans le second échangeur de chaleur 30 au premier fluide caloporteur 70. Sous l’effet de l’apport de chaleur qz le premier fluide caloporteur 70 s’évapore ainsi dans le second échangeur de chaleur 30. Pour cela, le second échangeur de chaleur 30 est constitué par un évaporateur lorsque le circuit de la pompe à chaleur 10 fonctionne en mode de chauffage. Le premier fluide caloporteur 70 est transféré du compresseur 15, du second échangeur de chaleur 30 en direction du premier échangeur de chaleur 20.

Le premier fluide caloporteur 70 est comprimé par le compresseur 15 pour passer dans la première conduite 45. Le premier fluide caloporteur 70 comprimé alimente à travers la première conduite 45 le premier échangeur de chaleur 20. Ce premier échangeur de chaleur 20 est réalisé comme condenseur ou lorsque le circuit de pompe à chaleur 10 fonctionne en mode de chauffage. Le premier échangeur de chaleur 20 est ainsi habituellement installé dans un local d’une construction pour chauffer ce local. Pour cela, le circuit de pompe à chaleur 10 décrit ci-après est notamment destiné à des installations de chauffage d’immeubles. Le compresseur 15 débite le premier fluide caloporteur 70 à l’état gazeux vers le premier échangeur de chaleur 20. A ce niveau, le premier fluide caloporteur 70 condense et fournit de l’énergie thermique qAi pour le chauffage du local par l’intermédiaire de l’air du local. On peut également envisager que le premier échangeur de chaleur 20 soit relié à un circuit de chauffage et alors le premier échangeur de chaleur 20 fournit l’énergie calorifique qAi en mode de chauffage à l’eau de chauffage du circuit de chauffage. On peut également envisager que le premier échangeur de chaleur 20 se trouve dans un réservoir tampon pour chauffer de l’eau d’un réservoir d’eau chaude de l’immeuble.

Le fluide caloporteur 70 se condense dans le premier échangeur de chaleur 20 pour passer de la phase gazeuse au moins partiellement en phase liquide. Le fluide caloporteur 70 passe de la sortie du premier échangeur de chaleur 20 par la seconde conduite 50 dans le troisième échangeur de chaleur 35.

Au cours de l’échange de chaleur dans le second échangeur de chaleur 30 entre l’air de l’air ambiant 75 vers le premier fluide caloporteur 70, un second fluide caloporteur 80 est extrait de l’air de l’air ambiant 75. L’extraction consiste par exemple à resublimer et/ou à condenser par exemple l’eau de l’air au niveau du second échangeur de chaleur 30.

Le dispositif accumulateur 40 comporte un dispositif récepteur 85 et un réservoir 90. Le dispositif récepteur 85 recueille le second fluide caloporteur 80 extrait dans le second échangeur de chaleur 30 et le transfère dans le réservoir 90. Le dispositif récepteur 85 se trouve habituellement en-dessous du second échangeur 30 dans le sens de la gravitation pour recueillir l’eau condensée ou resublimée au niveau du second échangeur de chaleur 30 comme second fluide caloporteur 80 et la faire passer dans le réservoir 90.

En mode de chauffage du circuit de pompe à chaleur 10, le troisième échangeur de chaleur 35 fournit de l’énergie thermique qA2 au second fluide caloporteur 80 de sorte que le premier fluide caloporteur 70 sera sous-refroidi dans le troisième échangeur de chaleur 35 et dans cet état sous-refroidi il passe par la troisième conduite 55 dans le détendeur 25. Cela garantit que si, dans le troisième échangeur de chaleur 35, le premier fluide caloporteur 70 arrive à l’état bi-phases (état gazeux et liquide) le premier fluide caloporteur 70 sera liquéfié pratiquement totalement. Lorsque le second fluide caloporteur 80 du réservoir 90 est à l’état solide, le troisième échangeur de chaleur 35 garantit que le second fluide caloporteur 80 du réservoir 90 passera de la phase solide lorsque le circuit de pompe à chaleur 10 est en mode de chauffage, à la phase liquide garantissant ainsi le sous-refroidissement du premier fluide caloporteur 80.

Le détendeur 25 réduit la pression dans la zone basse pression 100 par rapport à celle dans la zone haute pression 95. Le premier fluide caloporteur 70 passe ainsi par la quatrième conduite 60 dans le second échangeur de chaleur 30 ou le fluide caloporteur se réchauffe comme déjà indiqué ci-dessus en prélevant de l’énergie thermique qz de l’air ambiant 75. A partir du second échangeur de chaleur 30, le premier fluide caloporteur 70, réchauffé revient au compresseur 15 de sorte que le circuit de la pompe à chaleur 10 est ainsi bouclé.

En mode de chauffage, on continue sur le second échangeur de chaleur 30 et on génère le second fluide caloporteur 80 à partir de l’air ambiant 75. Le second fluide caloporteur 80 présente ainsi avantageusement une concentration d’eau d’au moins 60 % et notamment d’au moins 85 % et d’une manière particulièrement préférentielle d’au moins 99 %. Le dispositif récepteur 85 qui permet de recueillir l’eau extrait de l’air ambiant 75 et de la stocker dans le réservoir 90, a l’avantage de pouvoir choisir comme second fluide caloporteur 80 un milieu accumulateur que l’on a de toute façon habituellement sur le second échangeur de chaleur 30 pendant le mode de fonctionnement en chauffage régulier du circuit de la pompe à chaleur 10 ce qui permet de réaliser un circuit de pompe à chaleur 10 très économique.

En outre, le troisième échangeur de chaleur 35 combiné au second fluide caloporteur 80 du réservoir 90 permet au détendeur 25 de faire passer le premier fluide caloporteur 70 pratiquement complètement en phase liquide ce qui améliore en plus le rendement du circuit de pompe à chaleur en mode de chauffage et aussi d’améliorer la commande de détendeur 25.

La figure 2 montre un schéma du circuit de pompe à chaleur 10 de la figure 1 en mode de dégivrage, c’est-à-dire dans son second mode de fonctionnement. Le sens de passage du fluide caloporteur 70 (représenté par les flèches à la figure 2) est le sens inverse de celui de la figure 1. Le circuit de pompe à chaleur 10 est identique au circuit de pompe à chaleur 10 de la figure 1. En variante, toutefois, on fait fonctionner le circuit 10 en sens inverse de sorte que le compresseur 15 débite à partir de la première conduite 45 le premier fluide caloporteur 70 dans la cinquième conduite 65 et comprime le premier fluide caloporteur 70. Le premier fluide caloporteur 70 qui est en phase gazeuse passe par la cinquième conduite 65 vers le second échangeur de chaleur 30. Le second échangeur de chaleur 30 sert dans ce cas, de condenseur et fournit ainsi l’énergie thermique qA3 contenue dans le premier fluide caloporteur 70 pour l’échanger au moins en partie. L’énergie thermique qA3 ainsi échangée au second fluide caloporteur 80 du second échangeur de chaleur 30, et qui est en phase solide, fond et/ou se vaporise ; le second fluide caloporteur 80 fondu coule dans le dispositif récepteur 85 pour passer dans le réservoir 90.

Le premier fluide caloporteur 70 sortant du second échangeur de chaleur 30 passe par la quatrième conduite 60 dans le détendeur 25 qui fait expanser le premier fluide caloporteur 70 au moins en partie en phase liquide dans la troisième conduite 55. Le premier fluide caloporteur 70 passant par la troisième conduite 55 arrive dans le troisième échangeur de chaleur 35. Dans le troisième échangeur de chaleur 35, le premier fluide caloporteur 70 prend l’énergie thermique qsp du second fluide caloporteur 80 du réservoir 70 et refroidit ce second fluide caloporteur 80. De façon idéale, le premier fluide caloporteur 70 est déjà évaporé dans le troisième échangeur de chaleur 35 et/ou est au moins préchauffé par l’énergie thermique Qsp fournie par le second fluide caloporteur. Le premier fluide caloporteur 70 évaporé et/ou préchauffé passe par la seconde conduite 50 pour arriver dans le premier échangeur de chaleur 20. Comme le premier fluide caloporteur 70 a déjà été suffisamment chauffé dans le troisième échangeur de chaleur 35 et se trouve déjà en phase gazeuse, dans des conditions idéales, le premier fluide caloporteur 70 ne prend pas de chaleur dans le premier échangeur de chaleur 20. Au cas où le premier fluide caloporteur 70 est seulement préchauffé dans le troisième échangeur de chaleur 35 et n’est pas encore évaporé ou ne l’est que partiellement, le premier fluide caloporteur 70 prend dans le premier échangeur de chaleur 20 de l’énergie thermique supplémentaire qv du local. Il en résulte que la température ambiante du local de l’immeuble ne sera pas refroidie ou ne le sera que légèrement, ce qui augmente le confort du circuit de pompe à chaleur 10 pour chauffer l’immeuble.

Le premier fluide caloporteur 70 traverse le premier échangeur de chaleur 20 et passe par la première conduite 45 pour revenir dans le compresseur 15 bouclant ainsi le circuit de pompe à chaleur 10.

On poursuit le mode de dégivrage jusqu’à ce que le second échangeur de chaleur 30 sur son côté extérieur (côté de l’air am biant 75) soit pratiquement dégagé du second fluide caloporteur 80 gelé.

Selon le mode de réalisation, le second fluide caloporteur 80 peut être refroidi dans le troisième échangeur de chaleur 35 à un niveau tel que le second fluide caloporteur 80 contenu dans le réservoir 90 passe de son état liquide à son état de phase solide de façon à utiliser en plus l’énergie thermique libérée par le passage de la phase liquide à la phase solide et s’en servir pour chauffer le premier fluide caloporteur 70. Cela permet de récupérer une quantité de chaleur particulièrement importante pour dégivrer le second échangeur de chaleur 30 ; cette quantité de chaleur n’a pas à être prélevée par le premier échangeur de chaleur 20 dans le local de l’immeuble.

Si le premier échangeur de chaleur 20 est relié à un circuit de chauffage à eau chaude, on évite en plus qu’au dégivrage du second échangeur de chaleur 30, l’eau du circuit de chauffage central ne gèle dans le premier échangeur de chaleur 20.

Après le dégivrage du second échangeur de chaleur 30 on commute du mode de dégivrage au mode de chauffage pour continuer de chauffer les locaux de l’immeuble. Dans cet état, le second fluide caloporteur 80 gelé dans le réservoir 90 fond. De plus, le dispositif récepteur 85 continue de recueillir le second fluide caloporteur 80 extrait de l’air ambiant 75 pour le faire passer dans le réservoir 90. Le réchauffage du second fluide caloporteur 80 dans le réservoir 90 accumule l’énergie thermique nécessaire pour le dégivrage du second échangeur de chaleur 30.

La figure 3 est une vue en perspective du dispositif de stockage 40 associé au second échangeur de chaleur 30. Le dispositif récepteur 85 et le réservoir 90 sont intégrés l’un à l’autre. Le dispositif récepteur 85 est situé en-dessous du second échangeur de chaleur 30 selon le sens de la gravité indiqué par la flèche Fg. Selon le sens de la gravité Fg, le second échangeur de chaleur 30 a une première surface de projection A30. Le dispositif récepteur 85 présente, dans la direction de la gravité Fg, une seconde surface de projection Ass. Le dispositif récepteur 85 est réalisé pour que la première surface de projection A30 du second échangeur de chaleur 30 se situe dans la seconde surface de projection Ass. Ainsi, le second fluide caloporteur 80 condensé ou resublimé sur le second échangeur de chaleur 30 sera facilement recueilli en totalité par le dispositif récepteur 85. Le second fluide caloporteur 80 condensé et/ou resublimé sur le second échangeur de chaleur 30 coule alors dans la direction de la gravité Fg le long du second échangeur de chaleur 30 pour être recueilli par le dispositif récepteur 85. Le dispositif récepteur 85 dirige le second fluide caloporteur 80, recueilli, vers le réservoir 90.

Le réservoir 90 et le dispositif récepteur 85 ont une forme de cuvette et sont intégrés. Mais on peut également envisager une installation séparée et distincte du dispositif récepteur 85 et du réservoir 90. Cette variante est notamment avantageuse, car le réservoir 90 et le second fluide caloporteur 80 qui s’y trouve pourront être avantageusement isolés de manière simple.

Le réservoir 90 a une capacité prédéfinie pour recueillir le second fluide caloporteur 80 ; le côté du réservoir 90 à l’opposé de son volume intérieur est couvert d’une couche isolante 105. Cette couche isolante 105 réduit l’échange de chaleur entre l’air ambiant 75 et le second fluide caloporteur 80 et/ou l’échange entre l’air ambiant 75 et le troisième échangeur de chaleur 35. Il est à remarquer que l’on peut également éviter la couche d’isolation thermique 105 pour isoler le réservoir 90.

Pour définir la capacité du réservoir 90, il est prévu un orifice de trop plein 106 au-dessus du troisième échangeur de chaleur 35. L’orifice de trop plein 106 est relié au système de drainage 107 du circuit de pompe à chaleur 10. L’orifice de trop plein 106 permet d’éviter que lorsque le réservoir 90 est rempli avec le second fluide caloporteur 80, celui-ci qui continue d’être extrait par le second échangeur de chaleur 30 puisse être évacué évitant ainsi le trop plein et le débordement du réservoir 90. Le second fluide caloporteur 80 en excédant est évacué par le système de drainage 107.

Le dispositif de stockage 40, notamment le réservoir 90 est en un matériau ayant une élasticité choisie pour que le dispositif de stockage 40 puisse résister à la dilatation du second fluide caloporteur 80 à l’état solide. De manière particulièrement avantageuse, le dispositif de stockage 40 ou au moins le réservoir 90 sont en un matériau solide et/ou flexible de préférence en matière plastique, notamment en polypropylène et/ou polyéthylène pour absorber la dilatation du second fluide caloporteur 80 à son passage de l’état liquide à l’état de phase solide et la dilatation correspondante du second fluide caloporteur 80.

Le dispositif de stockage 40 selon ce mode de réalisation est fixé par des éléments d’épaulement 110 au second échangeur de chaleur 30. Les éléments d’épaulement 110 de ce mode de réalisation couvrent le dessus du réservoir 90 pour éviter que de la saleté ne pénètre dans le réservoir 90. On peut également envisager de monter le dispositif de stockage 40 d’une autre manière, par exemple, dans le caisson du circuit de pompe à chaleur 10 ou du second échangeur de chaleur 30. On peut alors par exemple également renoncer aux éléments d’épaulement 110 pour fixer le dispositif de stockage 40. Cette réalisation a l’avantage d’être particulièrement économique.

Le circuit de pompe à chaleur 10 décrit ci-dessus a l’avantage qu’au dégivrage du second échangeur de chaleur 30 on ne prélève pas de chaleur au niveau du premier échangeur de chaleur 20 dans un local de l’immeuble. On évite en outre que l’énergie thermique nécessaire à la fusion du second fluide caloporteur 80 soit évacuée inutilement.

En outre, le premier échangeur de chaleur 20 peut être conçu de manière optimale pour le circuit de pompe à chaleur 10 pour que dans le cas idéal en tenant compte du troisième échangeur de chaleur 35 dans la conception du circuit de pompe à chaleur 10, on dimensionne le premier échangeur de chaleur 20 plus petit que jusqu’à présent aboutissant ainsi à un circuit de pompe à chaleur 10 particulièrement économique.

En plus, le réservoir 90 et/ou le dispositif récepteur 85 peuvent être équipés d’un élément électrique chauffant 140. L’élément électrique chauffant 140 est relié à un appareil de commande non représenté du circuit de pompe à chaleur 10. L’élément de chauffage 140 permet de fournir de l’énergie thermique supplémentaire au second fluide caloporteur 80 pendant le mode de chauffage pour réduire le temps nécessaire à la fusion complète du second fluide caloporteur 80 vis-à-vis d’une fusion faite exclusivement à l’aide du second échangeur de chaleur 30 en mode de chauffage du circuit de pompe à chaleur 10. Cela garantit que par exemple, pour une plage de température comprise entre - 7°C et + 7°C, lorsqu’on a souvent le givrage du second échangeur de chaleur 30, celui-ci pourra être dégivré en un temps particulièrement court. L’énergie thermique nécessaire au dégivrage peut également être prélevée dans ce cas dans le réservoir 90 sans prélever de l’énergie thermique du local par le premier échangeur de chaleur 20, pour servir au dégivrage du second échangeur de chaleur 30. La réduction du temps nécessaire à la fusion complète du second fluide caloporteur 80 contenue dans le réservoir 90 pourra être fournie pour le dégivrage du second échangeur de chaleur 30 en utilisant en plus l’énergie thermique produite par le changement de phase du second fluide caloporteur 80 passant de sa phase liquide à sa phase solide lors du dégivrage du second échangeur de chaleur 30. De plus, l’installation de chauffage 140 complémentaire garantit que le second fluide caloporteur 80 ne dégivre pas en phase solide dans le réservoir 90 et ne risque de l’endommager par surcharge. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, pour une puissance nominale d’environ 10 kW du circuit de pompe à chaleur 10, le réservoir 90 aura une capacité d’environ 7,5 litres pour fournir une énergie thermique d’environ 2500 kJ pour dégivrer le second échangeur de chaleur 20. Les chiffres donnés ci-dessus concernant l’énergie et/ou la capacité du réservoir 90 ne sont que des exemples.

La figure 4 est une vue de dessus schématique du dispositif de stockage 40 de la figure 3. Dans le réservoir 90, le troisième échangeur de chaleur 35 est situé sensiblement à mi-hauteur de la hauteur totale H du réservoir 90. En variante, on peut également envisager que le troisième échangeur de chaleur 35 se trouve dans la région du fond 120 du réservoir 90. L’échangeur de chaleur 35 a un premier segment de tube 115 en forme de serpentin traversant le réservoir 90. Un second segment de tube 116 est droit. On peut également donner au premier segment de tube 115 une forme hélicoïdale ou une autre forme courbe dans le réservoir 90. La réalisation courbe du premier segment de tube 115 permet d’allonger la longueur du troisième échangeur de chaleur 35 passant dans le réservoir 90, ce qui augmente alors la surface d’échange de chaleur du premier segment tubulaire 115 du troisième échangeur de chaleur 35. Le second segment de tube 116 permet d’avoir l’entrée et la sortie du troisième échangeur de chaleur 35 du même côté. La réalisation géométrique des segments de tube 115-116 peut être adaptée au comportement de changement de phase du second fluide caloporteur 80 pour concevoir de manière optimale le changement de phase, dans le temps et sur le plan énergétique par rapport au dégivrage du second échangeur de chaleur 30.

La figure 5 est une vue de dessus schématique du dispositif de stockage 40 correspondant à un autre mode de réalisation. Dans cette variante, le troisième échangeur de chaleur 35 est conduit sous la forme d’un tube le long d’un segment de bord 135 du réservoir 90. Le segment de bord 135 est adjacent aux éléments d’épaulement 110 du réservoir 90. Cela permet d’avoir un troisième échangeur de chaleur 35 de forme particulièrement simple et dont la longueur du tube, c’est-à-dire la surface d’échange de chaleur est particulièrement grande.

NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 10 Circuit de pompe à chaleur 15 Compresseur 20 Premier échangeur de chaleur 25 Détendeur 30 Second échangeur de chaleur 35 Troisième échangeur de chaleur 40 Dispositif de stockage 45 Première conduite 50 Seconde conduite 55 Troisième conduite 60 Quatrième conduite 65 Cinquième conduite 70 Premier fluide caloporteur 75 Air ambiant 79 Ventilateur 80 Second fluide caloporteur 85 Dispositif récepteur 90 Réservoir 95 Zone haute pression 100 Zone basse pression 105 Couche d’isolation 106 Orifice de trop plein 107 Système de drainage 110 Elément d’épaulement 115 Premier segment de tube 116 Second segment de tube 135 Segment de bord 140 Elément chauffant électrique

Claims

g.....EJ......E.......N......p........J.....JQIQ......N, S 1°) Circuit de pompe à chaleur (10) pour une installation de chauffage d’immeuble comprenant : un premier échangeur de chaleur (20), un second échangeur de chaleur (30), un compresseur (15) et un détendeur (25), le premier échangeur de chaleur (20) étant relié au compresseur (15) et au détendeur (25) par une liaison fluidique par un premier fluide caloporteur (70) pour constituer la zone haute pression (95), le second échangeur de chaleur (30) étant relié au compresseur (15) et au détendeur (25) par une liaison fluidique par le premier fluide caloporteur (70) pour réaliser la zone basse pression (100), un troisième échangeur de chaleur (35), le troisième échangeur de chaleur (35) étant installé entre le premier échangeur de chaleur (20) et le détendeur (25) en étant relié par le premier fluide caloporteur (70) au premier échangeur de chaleur (20) et au détendeur (25), un dispositif de stockage (40) comportant un dispositif récepteur (85) et un réservoir (90), le dispositif récepteur (85) étant installé sur le second échangeur de chaleur (30) et relié au réservoir (90), le second échangeur de chaleur (30) extrayant le second fluide caloporteur (80) de l’aii' ambiant (75), le dispositif récepteur (85) recueillant le second fluide caloporteur (80) du second échangeur de chaleur (30) pour le transférer dans le réservoir (90), le troisième échangeur de chaleur (35) équipant le réservoir (90), le troisième échangeur de chaleur (35) assurant l’échange de chaleur entre le premier fluide caloporteur (70) et le second fluide caloporteur (80), caractérisé en ce que le dispositif de stockage (40) est réalisé au moins dans un matériau ayant une élasticité permettant au dispositif de stockage (40) d’absorber la dilatation du second fluide caloporteur (80) passant à l’état solide, le matériau étant de préférence au moins une matière plastique, de préférence au moins du polvpropylène et/ou du polyéthylène.
2°) Circuit de pompe à chaleur (10) selon la. revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de stockage (40) est installé essentiellement en-dessous du second échangeur de chaleur (30) dans le sens de la direction de la gravité.
3°) Circuit de pompe à chaleur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de stockage (40) a pratiquement une forme de cuvette ou de tonneau.
4°) Circuit de pompe à chaleur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second échangeur de chaleur (30) présente dans la direction de la pesanteur, une première surface de projection A30, le dispositif récepteur (85) ayant dans la direction de la projection une seconde surface de projection Ass, la première surface de projection A30 se situe pratiquement en totalité dans la seconde surface de projection Ass- 5°) Circuit de pompe à chaleur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir (90) a une capacité prédéfinie pour contenir le second fluide caloporteur (80), le côté du réservoir (90) non tourné vers l’intérieur comporte une couche d’isolation (105), la couche d’isolation (105) réduit l’échange de chaleur entre l’air ambiant (75) et le second fluide caloporteur (80) et/ou entre l’air ambiant (75) et le troisième échangeur de chaleur (35), 6°) Circuit de pompe à chaleur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second fluide caloporteur (80) est pratiquement de l’eau de préférence sur une concentration d’au moins 60 % et notamment, d’au moins 85 % et d’une manière particulièrement préférentielle d’au moins 99 %. 7°) Circuit de pompe à chaleur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir (90) a un orifice de trop plein (106) situé dans le réservoir (90) pour que la partie excédentaire du second fluide caloporteur (80) puisse être évacuée du réservoir (90). 8°) Circuit de pompe à chaleur (1.0) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième échangeur de chaleur (35) comporte au moins un segment de tube qui est installé au moins en partie au niveau d’un segment de bord du réservoir (90) et/ou au moins en partie dans la région du fond. (120) du réservoir (90) et/ou à une forme hélicoïdale et/ou une forme courbe. 9°) Circuit de pompe à chaleur (10) selon la revendication 1, caractérisé par une installation de chauffage (140) dans le dispositif de stockage pour chauffer le second fluide caloporteur (80) contenu dans le réservoir (90). 10°) Procédé de gestion d’un circuit de pompe à chaleur (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que dans un premier état de fonctionnement du circuit de pompe à chaleur (10), le compresseur (15) comprime le premier fluide caloporteur (70) pour le transférer au premier échangeur de chaleur (20), on fait passer le premier fluide caloporteur (70) refroidi du premier échangeur de chaleur (20) vers le second échangeur de chaleur (30), on extrait au niveau du second échangeur de chaleur (30) le second fluide caloporteur (80) de l’air ambiant (75) à l’aide du premier fluide caloporteur (70) refroidi, on conduit le second fluide caloporteur (80) dans le réservoir (90), on chauffe le second fluide caloporteur (80) dans le réservoir (90), dans le second état de fonctionnement, le compresseur (15) comprime le premier fluide caloporteur (70) pour le transférer au second échangeur de chaleur (30), au niveau du troisième échangeur de chaleur (35) on réchauffe le premier fluide caloporteur (70) à l’aide du second fluide caloporteur (80). 11°) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l’on extrait le second fluide caloporteur (80) de l’air ambiant (75) par un changement de phase passant de la phase gazeuse à la phase liquide et/ou de la phase solide sur le second échangeur de chaleur (30).