FR3022989A1

FR3022989A1 - THERMODYNAMIC WATER HEATER

Info

Publication number: FR3022989A1
Application number: FR1455893A
Authority: FR
Inventors: Mihai Radulescu; Cedric Teuillieres
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2016-01-01
Anticipated expiration: 2034-06-25
Also published as: GB201511035D0; FR3022989B1; GB2528173A

Abstract

L'invention concerne un chauffe-eau thermodynamique (1) comprenant un ballon de stockage d'eau chaude sanitaire (2), couplé à une pompe à chaleur (3) qui permet le chauffage de l'eau chaude sanitaire contenue dans ledit ballon de stockage (2), le ballon de stockage (2) étant entouré sur au moins une partie de sa surface par une couche d'un matériau d'isolation thermique (24). Conformément à l'invention, ce chauffe-eau comprend une jaquette (5), remplie d'un fluide caloporteur et en communication thermique avec ladite couche de matériau d'isolation thermique (24) afin de récupérer l'énergie thermique émanant de celle-ci, cette jaquette (5) étant raccordée à un dispositif échangeur de chaleur (6) permettant de transférer la chaleur dudit fluide caloporteur au fluide frigorigène de la pompe à chaleur (3).The invention relates to a thermodynamic water heater (1) comprising a domestic hot water storage tank (2), coupled to a heat pump (3) for heating the domestic hot water contained in said storage tank (2). storage (2), the storage tank (2) being surrounded on at least a part of its surface by a layer of a thermal insulation material (24). According to the invention, this water heater comprises a jacket (5), filled with a heat transfer fluid and in thermal communication with said layer of thermal insulation material (24) in order to recover the thermal energy emanating from it. ci, this jacket (5) being connected to a heat exchanger device (6) for transferring the heat of said coolant to the refrigerant of the heat pump (3).

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne un chauffe-eau thermodynamique comprenant un ballon de stockage d'eau chaude sanitaire (ci-après dénommée - ECS »), couplé à une pompe à chaleur (ci-après dénommée PAC), la PAC permettant le chauffage ou à tout le moins le préchauffage de l'ECS contenue dans le ballon. ETAT DE L'ART La grande majorité des chauffe-eaux thermodynamiques utilise l'air extérieur comme source de chaleur, également dénommé "source froide". Deux types de chauffe-eaux thermodynamiques, dans lesquels la source froide de la PAC est l'air extérieur sont aujourd'hui disponibles sur le 15 marché. Le premier type, représenté de façon schématique sur la figure 1 jointe, est dénommé "chauffe-eau thermodynamique monobloc". Sur la figure 1, on peut voir que ce chauffe-eau comprend un ballon B et une pompe à chaleur PAC. Le ballon est relié à sa base, à une source 20 d'alimentation en eau froide extérieure EF et à sa partie supérieure, à une canalisation de distribution d'ECS dans le bâtiment dans lequel se trouve ce chauffe-eau. Une résistance électrique R placée dans le ballon B permet de chauffer l'eau qui s'y trouve. La PAC comprend, de façon classique, un évaporateur, un 25 compresseur, un condenseur et un détendeur, (non représentés sur la figure), montés successivement sur un circuit C de fluide frigorigène qui les relie entre eux. La circulation du fluide frigorigène est assurée par le compresseur. Une gaine G est montée sur la PAC et permet d'assurer la circulation d'air au niveau de l'évaporateur de la PAC, de sorte que les calories 30 récupérées dans l'air extérieur permettent le réchauffement du fluide frigorigène circulant au niveau de l'évaporateur. Dans la grande majorité des cas, le condenseur est constitué par un tuyau à l'intérieur duquel circule le fluide frigorigène, ce tuyau étant enroulé autour du ballon B, au contact de sa paroi extérieure, et sous une couche de matériau d'isolation (non représentée sur la figure). L'échange de chaleur se produit au niveau du condenseur et a pour effet de réchauffer l'ECS contenue dans le ballon, en diminuant ainsi le recours à l'emploi de la résistance électrique R. Si l'emplacement initial du ballon B du chauffe-eau n'est pas à proximité d'un mur donnant vers l'extérieur du bâtiment, l'installation du chauffe-eau thermodynamique est difficile puisque la gaine G doit traverser plusieurs parois avant d'atteindre un mur extérieur. On utilise alors un chauffe- eau dénommé "chauffe-eau thermodynamique split", représenté sur la figure 2 jointe. Les mêmes éléments que ceux de la figure 1 portent les mêmes références numériques. Ce chauffe-eau diffère du précédent en ce que la PAC est installée à l'extérieur du bâtiment. Les calories récupérées par échange avec l'air extérieur sont transportées via le circuit C de fluide frigorigène jusqu'à la paroi extérieure du ballon B, afin d'en réchauffer le contenu. On constate qu'il y a des pertes de charge à l'intérieur du circuit de fluide frigorigène C, et que celles-ci dépendent de la distance entre la PAC et le ballon B. Les deux types de chauffe-eaux thermodynamiques précités 20 présentent en outre les mêmes inconvénients. Tout d'abord, la performance d'un chauffe-eau thermodynamique dépend fortement de la température de l'air extérieur. En hiver, ou dès que l'air extérieur est trop froid, par exemple dès qu'il atteint une température inférieure à -5°C, la PAC ne peut être utilisée car l'air extérieur ne permet pas 25 d'apporter des calories. Il est alors nécessaire d'utiliser la résistance électrique R pour la production d'eau chaude sanitaire. Il en résulte un rendement global du chauffe-eau nettement inférieur à ce qui est le cas lorsque l'air extérieur est plus chaud. En outre, l'ECS est stockée dans le ballon B pendant des périodes 30 de temps assez longues. Or, on constate des pertes d'énergie thermique au niveau du ballon, liées au fait que la chaleur traverse la paroi du ballon B puis la couche de matériau d'isolation thermique disposée autour du ballon, pour se dissiper dans l'air ambiant de la pièce dans laquelle se trouve ce ballon B. Ces pertes thermiques du ballon B diminuent également fortement 35 la performance globale du chauffe-eau thermodynamique.GENERAL TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thermodynamic water heater comprising a hot water storage tank (hereinafter referred to as "DHW"), coupled to a heat pump (hereinafter referred to as PAC), the heat pump allowing the heating or at least the preheating of the DHW contained in the flask. STATE OF THE ART The vast majority of thermodynamic water heaters use outside air as a source of heat, also known as a "cold source". Two types of thermodynamic water heaters in which the cold source of the heat pump is the outdoor air are now available on the market. The first type, shown schematically in Figure 1 attached, is called "monobloc thermodynamic water heater". In Figure 1, it can be seen that this water heater comprises a balloon B and a heat pump PAC. The balloon is connected at its base to an external cold water supply source EF and at its upper end to a DHW distribution pipe in the building in which the water heater is located. An electrical resistance R placed in the balloon B is used to heat the water therein. The PAC conventionally comprises an evaporator, a compressor, a condenser and a pressure reducer (not shown in the figure) successively mounted on a refrigerant circuit C which connects them to each other. The circulation of the refrigerant is ensured by the compressor. A sheath G is mounted on the cap and provides air circulation at the evaporator of the heat pump, so that the calories recovered in the outside air allow the heating of the circulating refrigerant to the level of the evaporator. In the vast majority of cases, the condenser is constituted by a pipe inside which the refrigerant circulates, this pipe being wound around the balloon B, in contact with its outer wall, and under a layer of insulating material ( not shown in the figure). The heat exchange occurs at the condenser and has the effect of heating the DHW contained in the balloon, thereby reducing the use of the use of the electrical resistance R. If the initial location of the balloon B of the heater water is not close to a wall leading to the outside of the building, the installation of the thermodynamic water heater is difficult since the sheath G must cross several walls before reaching an outside wall. We then use a water heater called "split thermodynamic water heater", shown in Figure 2 attached. The same elements as those of Figure 1 have the same numerical references. This water heater differs from the previous one in that the heat pump is installed outside the building. The calories recovered by exchange with the outside air are transported via the refrigerant circuit C to the outer wall of the tank B, in order to heat the contents. It is noted that there are pressure drops inside the refrigerant circuit C, and that these depend on the distance between the heat pump and the balloon B. The two types of thermodynamic water heaters mentioned above 20 in addition the same disadvantages. First, the performance of a thermodynamic water heater depends heavily on the outside air temperature. In winter, or as soon as the outside air is too cold, for example as soon as it reaches a temperature below -5 ° C, the heat pump can not be used because the outside air does not allow to bring calories . It is then necessary to use the electrical resistance R for the production of domestic hot water. This results in an overall efficiency of the water heater much lower than is the case when the outside air is warmer. In addition, the ECS is stored in the balloon B for quite long periods of time. However, there are losses of thermal energy at the balloon, related to the fact that the heat passes through the wall of the balloon B and the layer of thermal insulation material disposed around the balloon, to dissipate into the ambient air of the balloon. the room in which this balloon is located B. These thermal losses of the balloon B also greatly reduce the overall performance of the thermodynamic water heater.

PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention a pour objectif de fournir un chauffe-eau thermodynamique dont les pertes d'énergie thermique du ballon de stockage d'ECS, ne soient plus perdues mais au contraire récupérées et valorisées, afin d'améliorer le coefficient de performance (COP) du chauffe-eau. Ce coefficient de performance se définit comme la quantité de chaleur produite sur la quantité d'électricité consommée. L'invention a également pour objectif d'améliorer plus 10 spécifiquement les performances de la PAC associée au ballon. A cet effet, l'invention concerne un chauffe-eau thermodynamique comprenant un ballon de stockage d'eau chaude sanitaire, couplé à une pompe à chaleur qui permet le chauffage de l'eau chaude sanitaire contenue dans ledit ballon de stockage, le ballon de stockage étant entouré sur au moins une partie de 15 sa surface par une couche d'un matériau d'isolation thermique. Conformément à l'invention, ce chauffe-eau comprend une jaquette, remplie d'un fluide caloporteur et en communication thermique avec ladite couche de matériau d'isolation thermique afin de récupérer l'énergie thermique émanant de celle-ci, cette jaquette étant raccordée à un dispositif 20 échangeur de chaleur permettant de transférer la chaleur dudit fluide caloporteur au fluide frigorigène de la pompe à chaleur. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison : ladite jaquette est positionnée à l'extérieur et au contact de 25 ladite couche de matériau d'isolation thermique ; le dispositif échangeur de chaleur est un échangeur fluide caloporteur/fluide frigorigène, tel qu'un échangeur à plaques, disposé sur le circuit de fluide frigorigène de la pompe à chaleur, en aval de l'évaporateur et en amont du compresseur de cette 30 pompe à chaleur et cet échangeur fluide caloporteur/fluide frigorigène est raccordé à la jaquette par un circuit muni d'une pompe d'entrainennent ; le dispositif échangeur de chaleur est un échangeur fluide caloporteur/air, couplé à l'évaporateur de la pompe à chaleur qui 35 constitue un échangeur air/fluide frigorigène, cet échangeur fluide caloporteur/air étant disposé dans l'entrée d'air dudit évaporateur et étant raccordé à la jaquette par un circuit muni d'une pompe d'entrainennent ; - l'air est de l'air extérieur et l'échangeur fluide caloporteur/air est disposé dans la prise d'air extérieur dudit évaporateur ; - le dispositif échangeur de chaleur est un dispositif d'aspersion couplé à l'évaporateur de la pompe à chaleur, ce dispositif d'aspersion étant raccordé à la jaquette via une première vanne, telle qu'une électrovanne, et permet d'asperger les ailettes de l'évaporateur de la pompe à chaleur avec le fluide caloporteur de la jaquette, ledit évaporateur constituant un échangeur air/fluide frigorigène ; - la jaquette est raccordée au réseau d'alimentation en eau, via une deuxième vanne, telle qu'une électrovanne ; - un capteur de la température de l'eau de la jaquette est disposé entre la jaquette et le dispositif échangeur de chaleur ; un capteur de la température de l'air alimentant l'évaporateur de la pompe à chaleur est disposé à l'entrée d'air de l'évaporateur ; au moins l'un des éléments choisis parmi la première vanne, la deuxième vanne, la pompe d'entrainement, le capteur de la température de l'eau de la jaquette et le capteur de la température de l'air alimentant l'évaporateur de la pompe à chaleur est piloté par une unité centrale de pilotage qui pilote également le fonctionnement de la pompe à chaleur ; - le chauffe-eau comprend une deuxième couche d'un matériau d'isolation thermique, disposée à l'extérieur de la jaquette et au contact de la paroi extérieure de celle-ci ; et - il comprend un réservoir additionnel en communication de fluide caloporteur avec ladite jaquette.PRESENTATION OF THE INVENTION The object of the invention is to provide a thermodynamic water heater whose thermal energy losses of the storage tank of DHW are no longer lost but instead recovered and upgraded, in order to improve the coefficient of performance (COP) of the water heater. This coefficient of performance is defined as the amount of heat produced on the quantity of electricity consumed. The invention also aims to improve more specifically the performance of the PAC associated with the balloon. For this purpose, the invention relates to a thermodynamic water heater comprising a hot water storage tank, coupled to a heat pump which allows the heating of the domestic hot water contained in said storage tank, the storage tank storage being surrounded on at least a portion of its surface by a layer of thermal insulation material. According to the invention, this water heater comprises a jacket, filled with a heat transfer fluid and in thermal communication with said layer of thermal insulation material in order to recover the thermal energy emanating from it, this jacket being connected a heat exchanger device 20 for transferring the heat of said coolant to the refrigerant of the heat pump. According to other advantageous and nonlimiting features of the invention, taken alone or in combination: said jacket is positioned outside and in contact with said layer of thermal insulation material; the heat exchanger device is a coolant / refrigerant exchanger, such as a plate exchanger, arranged on the refrigerant circuit of the heat pump, downstream of the evaporator and upstream of the compressor of this pump heat exchanger and heat exchanger fluid / refrigerant is connected to the jacket by a circuit provided with a training pump; the heat exchanger device is a coolant / air heat exchanger, coupled to the evaporator of the heat pump which constitutes an air / refrigerant exchanger, this heat exchanger fluid / air being disposed in the air inlet of said evaporator and being connected to the jacket by a circuit provided with a driving pump; the air is outside air and the coolant / air heat exchanger is disposed in the outside air intake of said evaporator; the heat exchanger device is a spraying device coupled to the evaporator of the heat pump, this spraying device being connected to the jacket via a first valve, such as a solenoid valve, and makes it possible to spray the fins of the evaporator of the heat pump with the thermal fluid of the jacket, said evaporator constituting an air / refrigerant exchanger; - The jacket is connected to the water supply network via a second valve, such as a solenoid valve; - A jacket water temperature sensor is disposed between the jacket and the heat exchanger device; an air temperature sensor supplying the evaporator of the heat pump is arranged at the air inlet of the evaporator; at least one of the first valve, the second valve, the drive pump, the jacket water temperature sensor and the air temperature sensor supplying the evaporator. the heat pump is controlled by a central control unit which also controls the operation of the heat pump; - The water heater comprises a second layer of a thermal insulation material, disposed outside the jacket and in contact with the outer wall thereof; and it comprises an additional reservoir in heat-transfer fluid communication with said jacket.

PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés, qui en représentent, à titre indicatif mais non limitatif, un mode de réalisation possible. Sur ces dessins : - les figures 1 et 2 sont des schémas illustrant des chauffe-eaux thermodynamiques conformes à l'état de la technique, - les figures 3 à 5 sont des schémas représentant trois modes de réalisation différents du chauffe-eau thermodynamique conforme à l'invention, et - la figure 6 est un schéma représentant un chauffe-eau thermodynamique connu de l'état de la technique, mais modifié de façon à fonctionner conformément à l'invention.PRESENTATION OF THE FIGURES Other features and advantages of the invention will appear from the description which will now be made, with reference to the accompanying drawings, which represent, by way of indication but not limitation, a possible embodiment. In these drawings: FIGS. 1 and 2 are diagrams illustrating thermodynamic water heaters according to the state of the art; FIGS. 3 to 5 are diagrams representing three different embodiments of the thermodynamic water heater according to FIG. the invention, and - Figure 6 is a diagram showing a thermodynamic water heater known from the state of the art, but modified to operate according to the invention.

DESCRIPTION DETAILLEE Un premier mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en liaison avec la figure 3. Sur cette figure, on peut voir un chauffe-eau thermodynamique 1 15 comprenant un ballon 2, couplé à une PAC 3, cette dernière étant pilotée par une unité centrale de pilotage 4. Le ballon 2 comprend une paroi 21 qui délimite une enceinte 20, à l'intérieur de laquelle est stockée l'eau chaude sanitaire ECS. Ce ballon 2 est raccordé, à sa partie basse, à une canalisation 20 d'alimentation en eau froide 22, elle-même raccordée au réseau de distribution d'eau froide. Le ballon 2 est également raccordé, à sa partie haute, à une canalisation 23 de distribution d'ECS, raccordée à différents points de puisage, non représentés sur la figure. 25 Le ballon 2 peut également être équipé d'une résistance électrique de chauffage d'appoint, disposée à l'intérieur de l'enceinte 20, de préférence dans sa partie basse, cette résistance n'étant pas représentée sur la figure. La paroi 21 du ballon est de préférence entourée sur la totalité ou la quasi-totalité de sa surface extérieure, par une couche d'un matériau 30 d'isolation thermique 24 qui a pour fonction de limiter les pertes thermiques du ballon 2. De façon classique, la PAC 3 comprend un compresseur 31, un condenseur 32, un détendeur 33 et un évaporateur 34, montés en série sur un circuit de fluide frigorigène 35. 35 Selon une première variante de réalisation, (telle que représentée sur la figure 3), le condenseur 32 comprend un tuyau 320, disposé autour d'au moins une partie de la paroi 21 du ballon 2, plus précisément entre cette paroi 21 et la couche de matériau d'isolation 24. Ce tuyau 320 est enroulé par exemple de façon hélicoïdale autour du ballon 2. Une seconde variante de réalisation du condenseur 32 pourrait 5 également être utilisée. Cette variante est représentée uniquement sur les figures 4 et 5 à des fins de simplification. Dans ce cas, le condenseur 32 est un échangeur thermique fluide frigorigène/ECS et il est raccordé via une canalisation d'entrée 201 et une canalisation de sortie 202 à l'intérieur de l'enceinte 20. Une pompe 203 placée 10 de préférence sur la canalisation 201 permet de faire circuler l'ECS dans le condenseur 32 où elle est réchauffée. La pompe 203 est pilotée par l'unité centrale 4. Le fonctionnement de la PAC est le suivant. L'air A est ici utilisé comme "source froide", et les calories 15 récupérées dans cet air A sont transférées vers le fluide frigorigène, dans l'évaporateur 34, par échange thermique entre l'air A et les ailettes et portions du circuit de l'évaporateur à l'intérieur desquelles circule le fluide frigorigène. Ceci a pour effet de vaporiser le fluide frigorigène qui se trouve à basse pression. Dans le compresseur 31, le fluide frigorigène est comprimé et sa température 20 augmente. Lorsque le fluide parvient dans le condenseur 32, il libère les calories, par échange thermique, ce qui a pour effet de réchauffer l'ECS contenue dans le ballon 2. A la sortie du condenseur 32, le fluide frigorigène refroidi est redevenu à l'état liquide, puis il entre dans le détendeur 33 où il 25 repasse en basse pression et basse température, avant de recommencer un nouveau cycle d'échange thermique. L'air est de préférence de l'air extérieur (provenant de l'extérieur du bâtiment). On pourrait également utiliser l'air d'une pièce non chauffée du bâtiment ou de l'air extrait de ce bâtiment par la ventilation. 30 Conformément à l'invention, et afin de diminuer les pertes thermiques, le ballon 2 et sa couche d'isolation thermique 24 sont entourés d'une jaquette 5. Cette jaquette 5 comprend deux parois, intérieure et extérieure, espacées l'une de l'autre, de façon à ménager entre elles une enceinte qui contient un fluide caloporteur. La paroi intérieure de la jaquette est au contact 35 de la couche du matériau d'isolation thermique 24.DETAILED DESCRIPTION A first embodiment of the invention will now be described with reference to FIG. 3. In this figure, a thermodynamic water heater 1 15 can be seen comprising a balloon 2, coupled to a heat pump 3, the latter being controlled by a central control unit 4. The balloon 2 comprises a wall 21 which defines an enclosure 20, inside which is stored the domestic hot water ECS. This balloon 2 is connected, at its bottom, to a pipe 20 for supplying cold water 22, itself connected to the cold water distribution network. The balloon 2 is also connected, at its upper part, to a pipe 23 for distributing DHW, connected to different points of draw, not shown in the figure. The flask 2 may also be equipped with an additional heating electrical resistance disposed inside the enclosure 20, preferably in its lower part, this resistance being not shown in the figure. The wall 21 of the balloon is preferably surrounded on all or almost all of its outer surface by a layer of a heat-insulating material 24 whose function is to limit the thermal losses of the balloon 2. In such a way, Conventional, the PAC 3 comprises a compressor 31, a condenser 32, a pressure reducer 33 and an evaporator 34, mounted in series on a refrigerant circuit 35. According to a first variant embodiment (as represented in FIG. 3) the condenser 32 comprises a pipe 320 disposed around at least a portion of the wall 21 of the balloon 2, more precisely between this wall 21 and the layer of insulating material 24. This pipe 320 is wound, for example, so that 2. A second embodiment of the condenser 32 could also be used. This variant is shown only in Figures 4 and 5 for simplification purposes. In this case, the condenser 32 is a refrigerant / DHW heat exchanger and is connected via an inlet pipe 201 and an outlet pipe 202 inside the enclosure 20. A pump 203 preferably placed on the pipe 201 circulates the DHW in the condenser 32 where it is heated. The pump 203 is controlled by the central unit 4. The operation of the heat pump is as follows. Air A is here used as a "cold source", and the calories recovered in this air A are transferred to the refrigerant, in the evaporator 34, by heat exchange between the air A and the fins and portions of the circuit. of the evaporator inside which the refrigerant circulates. This has the effect of vaporizing the refrigerant which is at low pressure. In the compressor 31, the refrigerant is compressed and its temperature increases. When the fluid reaches the condenser 32, it releases the calories, by heat exchange, which has the effect of heating the DHW contained in the balloon 2. At the outlet of the condenser 32, the cooled refrigerant is returned to the liquid state, then it enters the regulator 33 where it returns to low pressure and low temperature, before starting a new heat exchange cycle. The air is preferably outside air (coming from outside the building). One could also use the air of an unheated room of the building or the air extracted from this building by ventilation. According to the invention, and in order to reduce heat losses, the balloon 2 and its thermal insulation layer 24 are surrounded by a jacket 5. This jacket 5 comprises two walls, inside and outside, spaced apart from each other. the other, so as to provide between them an enclosure which contains a heat transfer fluid. The inner wall of the jacket is in contact with the layer of thermal insulation material 24.

Ce fluide caloporteur est de préférence de l'eau "technique", c'est-à-dire de l'eau impropre à la consommation et non utilisable en tant qu'eau sanitaire. D'autres fluides caloporteurs pourraient également être envisagés, par exemple eau glycolée (mélange eau-glycol).This heat transfer fluid is preferably "technical" water, that is to say water unfit for consumption and not used as sanitary water. Other heat transfer fluids could also be envisaged, for example brine (water-glycol mixture).

La jaquette 5 est raccordée, via une canalisation 51 équipée d'une pompe d'entrainement du fluide caloporteur 52, à un dispositif échangeur de chaleur 6 qui permet de transférer la chaleur du fluide caloporteur circulant à l'intérieur de la jaquette 5, au fluide frigorigène de la PAC 3. Le fonctionnement de la pompe 52 est piloté par l'unité centrale de pilotage 4. Le dispositif échangeur de chaleur 6 est en outre raccordé par une canalisation retour 53 à la jaquette 5, de préférence en un point situé à la partie inférieure de celle-ci. La canalisation 51 est quant à elle raccordée de préférence à la partie supérieure de la jaquette 5.The jacket 5 is connected, via a pipe 51 equipped with a heat transfer fluid entrainment pump 52, to a heat exchanger device 6 which makes it possible to transfer the heat of the coolant circulating inside the jacket 5 to the refrigerant of the heat pump 3. The operation of the pump 52 is controlled by the central control unit 4. The heat exchanger device 6 is further connected by a return line 53 to the jacket 5, preferably at a point located at the bottom of it. The pipe 51 is in turn connected preferably to the upper part of the jacket 5.

Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, ce dispositif échangeur de chaleur 6 est un échangeur de chaleur 60, par exemple à plaques, à l'intérieur duquel s'effectue un échange thermique direct au travers d'une paroi qui est en contact d'un côté avec le fluide frigorigène du circuit 35 de la PAC et de l'autre avec le fluide caloporteur du circuit de la jaquette 5.In the embodiment shown in FIG. 3, this heat exchanger device 6 is a heat exchanger 60, for example a plate heat exchanger, inside which a direct heat exchange is carried out through a wall which is contact on one side with the refrigerant of the circuit 35 of the heat pump and on the other with the heat transfer fluid of the circuit of the jacket 5.

Cet échangeur de chaleur 60 est disposé sur le circuit de fluide frigorigène 35 de la PAC, en aval de l'évaporateur 34 et en amont du compresseur 31, par rapport au sens de circulation du fluide frigorigène à l'intérieur du circuit 35. Le fonctionnement du chauffe-eau 1 est décrit ci-après.This heat exchanger 60 is disposed on the refrigerant circuit 35 of the heat pump, downstream of the evaporator 34 and upstream of the compressor 31, with respect to the direction of circulation of the refrigerant inside the circuit 35. Operation of the water heater 1 is described below.

La jaquette 5 est au contact de la couche d'isolation thermique 24, de façon à être en communication thermique avec celle-ci. Des calories (pertes thermiques) passent au travers de la couche d'isolation 24. Elles sont récupérées par le fluide caloporteur contenu dans la jaquette 5. Ce fluide caloporteur se réchauffe doucement de quelques degrés pour se stabiliser vers une température qui est de préférence de l'ordre de 25°C environ. Ce fluide caloporteur tiède circule dans l'échangeur 60, où il transfère ses calories au fluide frigorigène 35 qui en a lui-même déjà récupéré de la source froide, au niveau de l'évaporateur 34. De préférence, un capteur de température 54 est installé sur le 35 circuit de fluide caloporteur, à l'extérieur de la jaquette 5, de préférence encore en amont de la pompe 52. Ce capteur de température 54 permet de mesurer la température du fluide caloporteur à la sortie de la jaquette 5, et ce capteur 54 envoie la valeur de la température mesurée à l'unité centrale de pilotage 4. De préférence également, un autre capteur de température 340, placé à l'entrée de l'évaporateur 34, permet de mesurer la température de l'air 5 entrant. Ce capteur envoie également cette information à l'unité centrale de pilotage 4. L'unité centrale de pilotage 4 est équipée d'un programme qui permet de comparer les valeurs des températures fournies par les capteurs 54 et 340. 10 Lorsque la température du fluide caloporteur mesurée par le capteur 54 est supérieure à la température de l'air (extérieur), l'unité centrale 4 met en marche la pompe 52, de sorte que l'échange thermique peut s'effectuer au niveau de l'échangeur 60. Inversement, si la température mesurée par le capteur 54 est 15 inférieure à la température de l'air extérieur mesurée par le capteur 340, l'unité centrale 4 commande alors l'arrêt de la pompe 52, de façon à ne pas dégrader le fonctionnement de la PAC 3 et à ne pas refroidir le fluide frigorigène ou risquer de givrer le fluide caloporteur. De préférence, lorsque le capteur 54 envoie à l'unité centrale 4, 20 une information concernant le fait que la température du fluide caloporteur est inférieure à une valeur-seuil, (par exemple d'environ 10°C), l'unité centrale 4 stoppe également le fonctionnement de la pompe 52, pour éviter de continuer à refroidir le fluide caloporteur et augmenter alors les pertes thermiques du ballon 2. 25 Un second mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en liaison avec la figure 4. Les mêmes éléments que ceux du mode de réalisation de la figure 3 portent les mêmes références numériques et ne seront donc pas décrits de nouveau en détail. Le chauffe-eau thermodynamique de la figure 4 diffère de celui de 30 la figure 3 par son dispositif échangeur de chaleur 6. Ce dispositif 6 est un échangeur 61 fluide caloporteur/air, couplé à l'évaporateur 34 qui constitue un échangeur air/fluide frigorigène. L'échangeur 61 est placé au niveau de l'entrée d'air de l'évaporateur 34. L'échangeur de chaleur 61 est de préférence un échangeur à tube, 35 notamment à tube à ailettes. Il permet de réaliser un échange de chaleur entre le fluide caloporteur provenant de la jaquette 5 et l'air qui pénètre dans l'évaporateur 34, afin de préchauffer celui-ci, avant son entrée dans l'évaporateur 34. L'air ainsi préchauffé va ensuite transférer ses calories au fluide frigorigène circulant dans le circuit 35 de la PAC 3. Ce second mode de réalisation présente également l'avantage de 5 pouvoir être installé en rénovation, sur un chauffe-eau thermodynamique existant. Cette possibilité est représentée sur la figure 6. Les éléments identiques à ceux de la figure 4 portent les mêmes références numériques. Une jaquette 5 est disposée autour du ballon 2 et autour de la couche d'isolation thermique 24 non représentée sur la figure 6. Cette jaquette 5 10 ne couvre pas nécessairement la totalité de la surface extérieure du ballon 2. Le dispositif échangeur de chaleur 61 est positionné dans la gaine 37 d'amenée d'air extérieur raccordée à la PAC 3. Enfin, la jaquette 5 est raccordée à l'échangeur 61, comme décrit précédemment. Le fonctionnement est le même. 15 Un troisième mode de réalisation va maintenant être décrit en liaison avec la figure 5. Les éléments identiques à ceux des modes de réalisation des figures 3 et 4 portent les mêmes références numériques. Le chauffe-eau thermodynamique 1 diffère des précédents par son dispositif échangeur de chaleur 6. Dans ce cas, le dispositif 6 est un dispositif 20 d'aspersion 62, couplé à l'évaporateur 34. Le dispositif 62, tel qu'une douchette, permet d'asperger les ailettes ou les tubes de l'évaporateur 34 à l'intérieur desquels circule le fluide frigorigène 35, à l'aide du fluide caloporteur issu de la jaquette 5. En outre, une électrovanne 55 est avantageusement disposée sur la 25 canalisation 51 qui raccorde la jaquette 5 au dispositif 62. Cette électrovanne 55 est pilotée par l'unité centrale de pilotage 4. En outre, la jaquette 5 est raccordée, de préférence à son extrémité inférieure, à une canalisation d'alimentation en eau froide 56, relié au réseau d'alimentation en eau. Cette eau constitue le fluide caloporteur. 30 Lorsque le capteur de mesure 340 de la température de l'air extérieur détecte que cet air est particulièrement froid, c'est-à-dire inférieur à une valeur-seuil, par exemple de 5°C, il envoie l'information à l'unité centrale 4. Il est également possible de prévoir un capteur d'humidité de l'air entrant dans l'évaporateur 34, ce capteur, non représenté sur les figures, renvoyant 35 également une information sur le degré d'hygrométrie à l'unité centrale 4.The jacket 5 is in contact with the thermal insulation layer 24, so as to be in thermal communication therewith. Calories (thermal losses) pass through the insulation layer 24. They are recovered by the coolant contained in the jacket 5. This heat transfer fluid warms slowly a few degrees to stabilize to a temperature which is preferably of about 25 ° C. This warm heat transfer fluid circulates in the heat exchanger 60, where it transfers its calories to the refrigerant 35 which has itself already recovered from the cold source, at the evaporator 34. Preferably, a temperature sensor 54 is installed on the coolant circuit, outside the jacket 5, preferably further upstream of the pump 52. This temperature sensor 54 makes it possible to measure the temperature of the coolant at the outlet of the jacket 5, and this sensor 54 sends the value of the measured temperature to the central control unit 4. Also preferably, another temperature sensor 340, placed at the inlet of the evaporator 34, makes it possible to measure the temperature of the air 5 entering. This sensor also sends this information to the central control unit 4. The central control unit 4 is equipped with a program that makes it possible to compare the values of the temperatures provided by the sensors 54 and 340. 10 When the temperature of the fluid coolant measured by the sensor 54 is greater than the air temperature (outside), the central unit 4 starts the pump 52, so that the heat exchange can be performed at the exchanger 60. Conversely, if the temperature measured by the sensor 54 is lower than the temperature of the outside air measured by the sensor 340, the central unit 4 then controls the stopping of the pump 52, so as not to degrade the operation. of the PAC 3 and not to cool the refrigerant or risk frosting the coolant. Preferably, when the sensor 54 sends to the central unit 4, 20 information concerning the fact that the temperature of the coolant is less than a threshold value, (for example about 10 ° C.), the central unit 4 also stops the operation of the pump 52, to avoid continuing to cool the heat transfer fluid and then increase the thermal losses of the balloon 2. A second embodiment of the invention will now be described in connection with FIG. The same elements as those of the embodiment of Figure 3 bear the same reference numerals and will therefore not be described again in detail. The thermodynamic water heater of FIG. 4 differs from that of FIG. 3 by its heat exchanger device 6. This device 6 is a heat exchanger 61 coolant / air, coupled to the evaporator 34 which constitutes an air / fluid exchanger refrigerant. The exchanger 61 is placed at the air inlet of the evaporator 34. The heat exchanger 61 is preferably a tube exchanger, in particular with a finned tube. It allows a heat exchange between the heat transfer fluid from the jacket 5 and the air entering the evaporator 34 to preheat it before entering the evaporator 34. The air thus preheated will then transfer its calories to the refrigerant circulating in the circuit 35 of the PAC 3. This second embodiment also has the advantage of being able to be installed in renovation, on an existing thermodynamic water heater. This possibility is represented in FIG. 6. The elements identical to those in FIG. 4 bear the same numerical references. A jacket 5 is placed around the balloon 2 and around the thermal insulation layer 24 not shown in FIG. 6. This jacket 10 does not necessarily cover the entire outer surface of the balloon 2. The heat exchanger device 61 is positioned in the outer air supply duct 37 connected to the heat pump 3. Finally, the jacket 5 is connected to the heat exchanger 61, as previously described. The operation is the same. A third embodiment will now be described with reference to FIG. 5. The elements identical to those of the embodiments of FIGS. 3 and 4 bear the same numerical references. The thermodynamic water heater 1 differs from the previous ones by its heat exchanger device 6. In this case, the device 6 is a spraying device 62, coupled to the evaporator 34. The device 62, such as a spray, allows to spray the fins or tubes of the evaporator 34 inside which circulates the refrigerant 35, with the heat transfer fluid from the jacket 5. In addition, a solenoid valve 55 is advantageously arranged on the 25 pipe 51 which connects the jacket 5 to the device 62. This solenoid valve 55 is controlled by the central control unit 4. In addition, the jacket 5 is connected, preferably at its lower end, to a cold water supply pipe 56, connected to the water supply network. This water is the heat transfer fluid. When the measuring sensor 340 of the outside air temperature detects that this air is particularly cold, that is to say less than a threshold value, for example of 5 ° C., it sends the information to the central unit 4. It is also possible to provide a humidity sensor for the air entering the evaporator 34, this sensor, not shown in the figures, also returning information on the degree of humidity to the air. Central Unit 4.

Lorsque l'air est inférieur à la température-seuil, l'unité centrale 4 peut alors agir sur l'électrovanne 55 pour autoriser le passage de l'eau vers le dispositif d'aspersion 62, ainsi que sur l'électrovanne 57 pour permettre une nouvelle alimentation en eau de la jaquette 5.When the air is below the threshold temperature, the central unit 4 can then act on the solenoid valve 55 to allow the passage of water to the spraying device 62, as well as to the solenoid valve 57 to allow a new water supply for the jacket 5.

Le dispositif d'aspersion 62 permet également de dégivrer les ailettes de l'évaporateur 34. La performance globale de la PAC est améliorée, car il n'est plus nécessaire d'utiliser le compresseur 31 pour réaliser le dégivrage. Pour les différents modes de réalisation qui viennent d'être décrits, il est possible selon une variante, de rajouter une couche de matériau d'isolation thermique supplémentaire, référencée 25, disposée à l'extérieur de la jaquette 5 et au contact de la paroi extérieure de celle-ci. Cette couche 25 est représentée uniquement sur la figure 4 à des fins de simplification. Dans ce cas, le ballon 2 du chauffe-eau thermodynamique présente 15 une double isolation et la jaquette 5 récupère la quasi-totalité des pertes thermiques. De même, pour les différents modes de réalisation qui viennent d'être décrits, il est possible de faire varier le volume de fluide caloporteur contenu dans la jaquette 5. Pour ce faire, et afin de ne pas augmenter l'épaisseur 20 de la jaquette 5, il est possible de prévoir un réservoir additionnel 50, de préférence dans la partie supérieure de la jaquette, comme représenté sur la figure 4. Le volume de la jaquette 5 et du réservoir 50 peut être adapté pour augmenter les performances du chauffe-eau thermodynamique 1. On notera 25 qu'une jaquette 5 de faible volume monte plus rapidement en température mais qu'elle stocke moins de chaleur. En revanche, une jaquette 5 de plus grand volume, voire équipée du réservoir 50, permet de stocker plus de calories, mais elle met plus de temps à chauffer et à capter les calories issues du ballon 2. Le dispositif conforme à l'invention présente de nombreux 30 avantages. Quel que soit le mode de réalisation utilisé, la jaquette 5 est à la pression atmosphérique et ne nécessite pas une structure complexe ou l'emploi de matériaux sophistiqués résistant à des pressions élevées. La performance d'un chauffe-eau thermodynamique, mesurée par 35 son coefficient de performance (COP), est fortement liée à la température de la source froide (ici l'air extérieur). Les échanges thermiques entre le fluide caloporteur contenu dans la jaquette 5 d'une part et d'autre part, le fluide frigorigène du circuit 35 ou bien l'air extérieur pénétrant dans l'évaporateur 34 sont accrus par la différence de température entre le fluide caloporteur et le fluide frigorigène ou l'air.The spraying device 62 also makes it possible to de-ice the fins of the evaporator 34. The overall performance of the heat pump is improved because it is no longer necessary to use the compressor 31 to perform the defrosting. For the different embodiments that have just been described, it is possible according to a variant, to add a layer of additional thermal insulation material, referenced 25, disposed outside the jacket 5 and in contact with the wall outside of it. This layer 25 is shown only in FIG. 4 for simplification purposes. In this case, the balloon 2 of the thermodynamic water heater has a double insulation and the jacket 5 recovers almost all the heat losses. Similarly, for the various embodiments that have just been described, it is possible to vary the volume of coolant contained in the jacket 5. To do this, and in order not to increase the thickness of the jacket 20 5, it is possible to provide an additional reservoir 50, preferably in the upper part of the jacket, as shown in FIG. 4. The volume of the jacket 5 and the tank 50 can be adapted to increase the performance of the water heater Thermodynamics 1. It will be appreciated that a low volume jacket increases more rapidly in temperature but stores less heat. On the other hand, a jacket 5 of larger volume, or even equipped with the tank 50, can store more calories, but it takes longer to heat and capture the calories from the balloon 2. The device according to the present invention many advantages. Whatever the embodiment used, the jacket 5 is at atmospheric pressure and does not require a complex structure or the use of sophisticated materials resistant to high pressures. The performance of a thermodynamic water heater, as measured by its coefficient of performance (COP), is strongly related to the temperature of the cold source (here the outside air). The heat exchanges between the heat transfer fluid contained in the jacket 5 on the one hand and on the other hand, the refrigerant of the circuit 35 or the external air entering the evaporator 34 are increased by the temperature difference between the fluid coolant and refrigerant or air.

La chaleur utile de la jaquette 5 est donc utilisée davantage quand la température de l'air extérieur est faible et donc au moment où le coefficient de performance de la PAC est justement faible. Enfin, on notera que, dans les deux premiers modes de réalisation, la pompe 52 du circuit de la jaquette 5 est mise en marche en même temps que la PAC, (via l'unité centrale 4). Les pertes de charge à l'intérieur du circuit de fluide caloporteur sont donc très faibles et la consommation électrique de la pompe 52 l'est donc également.The useful heat of the jacket 5 is therefore used more when the temperature of the outside air is low and therefore when the coefficient of performance of the heat pump is precisely low. Finally, it will be noted that, in the first two embodiments, the pump 52 of the circuit of the jacket 5 is started simultaneously with the PAC, (via the central unit 4). The pressure losses inside the coolant circuit are therefore very low and the power consumption of the pump 52 is therefore also.

Claims

REVENDICATIONS1. Thermodynamic water heater (1) comprising a domestic hot water storage tank (2), coupled to a heat pump (3) for heating the domestic hot water contained in said storage tank (2), the storage balloon (2) being surrounded on at least a part of its surface by a layer of a thermal insulation material (24), characterized in that it comprises a jacket (5), filled with a heat transfer fluid and in thermal communication with said layer of thermal insulation material (24) to recover thermal energy emanating therefrom, and in that said jacket (5) is connected to a heat exchanger device (6). ) for transferring the heat of said coolant to the refrigerant of the heat pump (3).

2. thermodynamic water heater (1) according to claim 1, characterized in that said jacket (5) is positioned outside and in contact with said layer of thermal insulation material (24).

3. thermodynamic water heater (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the heat exchanger device (6) is a coolant / refrigerant exchanger (60), such as a plate heat exchanger, arranged on the refrigerant circuit (35) of the heat pump (3), downstream of the evaporator (34) and upstream of the compressor (31) of this heat pump and in that this coolant / fluid heat exchanger refrigerant (60) is connected to the jacket (5) 20 by a circuit (51, 53) provided with a drive pump (52).

4. thermodynamic water heater (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the heat exchanger device (6) is a coolant / air heat exchanger (61), coupled to the evaporator (34) of the pump heat exchanger (3) which constitutes an air / refrigerant exchanger, this heat exchanger fluid / air exchanger (61) being disposed in the air inlet of said evaporator (34) and being connected to the jacket (5) by a circuit (51, 53) provided with a drive pump (52).

5. thermodynamic water heater (1) according to claim 4, characterized in that the air is outside air and in that the coolant / air heat exchanger (61) is disposed in the outside air intake said evaporator (34). 30

6. thermodynamic water heater (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the heat exchanger device (6) is a spraying device (62), coupled to the evaporator (34) of the pump. heat, this spraying device (62) being connected to the jacket (5) via a first valve (55), such as a solenoid valve, and allows to spray the fins of the evaporator (34) of the heat pump (3) with the coolant of the jacket (5), said evaporator (34) constituting an air exchanger / refrigerant.

7. thermodynamic water heater (1) according to claim 6, characterized in that the jacket (5) is connected to the water supply network via a second valve (57), such as a solenoid valve.

8. thermodynamic water heater (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a sensor (54) of the water temperature of the jacket is disposed between the jacket (5) and the heat exchanger device. heat (6). 10

9. Thermodynamic water heater (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a sensor (340) of the air temperature supplying the evaporator (34) of the heat pump is disposed at air inlet of the evaporator.

10. thermodynamic water heater (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the elements selected from the first valve (55), the second valve (57), the pump of drive (52), the sensor (54) of the water temperature of the jacket and the sensor (340) of the air temperature supplying the evaporator of the heat pump is controlled by a central control unit (4) which also controls the operation of the heat pump (3).

11. thermodynamic water heater (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a second layer of a thermal insulation material (25) disposed outside the jacket (5). and in contact with the outer wall thereof. 25

12. thermodynamic water heater (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an additional reservoir (50) in heat transfer fluid communication with said jacket (5).