Brevet FR2360771A1 — publié le 19780303

L'invention due b la collaboration de M.Jean PIRON se rapporte b un groupe moto-pompe à membranes perfectisnnë qui comprend un moteur b membranes b double effet dont les chambres d'admission et de refoulement sont constituées par deux modules qui comportent chacun une membrane so- lidaire de l'autre membrane et dans lequel l'espace compris entre les mem- branes constitue une pompe à double effet, ledit moteur étant alimenté par un premier fluide sous pression et la pompe fournissant une pression de commande B un circuit d'un deuxième fluide. Lorsque ce groupe motopompe doit faire partie d'une installation de transformation de ltenergie solaire, le premier fluide caloporteur est un liquide très volatil tel que les fréons ou le butane et le deuxième fluide est de l'eau dont la pression commande un récepteur tel qu'un vérin hydraulique qui entrasse b son tour une pompe z piston située au fond d'un puits et qui fournit un débit d'eau de consommation.Ce type de groupe motopompe est adapté B une seule profondeur de puits et, lorsque la profondeur du puits augmente, la puissance contenue dans le premier fluide caloporteur est de moins en moins bien utilise si bien que le groupe motopompe peut founir un débit pratiquement nul. L'invention a principalement pour objet un groupe motopompe per sectionné adaptable b la commande de pompes h piston situés k des diffa rentes profondeurs de puits. Le deuxième objet de l'invention est un groupe motopompe associé aux organes de commande du moteur à fluide caloporteur tels qu'un distributeur pilote å tiroir et un distributeur principal, lesdits distributeurs étant fonctionnellement reliés au moteur, à ltévaporateur et au condenseur dudit fluide caloporteur. Le troisième objet de l'invention est un groupe motopompe dont le moteur à fluide caloporteur fournit une pression différentielle ( pression d'6vaporation-pression de condensation) sur ses membranes, relativement buse, st qui est accouplé b un transformateur de pression interchangeable dans le but d'adapter le groupe motopompe aux puits profonds. Le quatrième objet de l'invention est une installation d'énergie solaire utilisant un groupe motopompe qui comprend les pompes auxiliaires, telles que la pompe de réinjection,9ui alimente ltévaporateur du fluide caloporteur en fluide froid liquide, et la pompe de circulation d'eau chaude qui prélève les calories dans les capteurs d'énergie solaire pour les transférer dans ltévaporateur Conformment d l'invention I 'ensemble les n.earanes du moteur est soumis à une pression differentieile communiquée par le premier fluide et délimite avec le corps du moteur une chambre de scrtie du 20 fluide dans laquelle débouche le canal d'alimentation d'un transformateur de pression b membranes dont une première membrane sépare une chambre d'entre alimentée par le deuxième fluide, d'une chambre de pression, cette dernière dotant limitée par une deuxième membrane de section différente de celle de la première membrane. Lorsque la section de deux sème membrane est inférieure b la section de la première membrane, le groupe motopompe et son transforma- teur de pression permettent d'augmenter la hauteur de refoulement de la pom- pe de puits. Par contre, lorsque la section de la deuxième membrane est supe- rieure h la section de la première membrane, le groupe motopompe et son transformateur de pression permettent d'augmenter le débit de la pompe de puits. Dans le groupe motopompe ainsi réalisés la première membrane de transformation de pression est soumise å la différence des pressions du fluide caloporteur ( aux pertes de charges près) tandis que la deuxième mes, brane commande la pression de fonctionnement de la pompe de puisement. A chaque cycle de pompage, la pression de sortie du groupe motopompe peut donc être adaptée aux caractéristiques de la station de pompage d'eau. D'autres caractéristiques et avantages du groupe motopompe ressortiront de la description qui va suivre en référence au dessin annexd dans lequel : - La figure 1 représente schématiquement une installation de pompage fonction nant b l'énergie solaire qui utilise le groupe motopompe h membranes con forme b l'invention. - La figure 2 est une représentation schématique du transformateur de pres sion Comme le montre le dessin, l'installation comprend deux ensembles de capteurs ( 1,2) dont le but est de recueillir le rayonnement solaire. Les capteurs ( 1,2) communiquent la chaleur correspondant k l'eau débitée par une pompe b membrane()O)actionnée par un moteur b membranes a double effet. Le moteur b double effet du groupe motopompe est constitué par deux modules identiques 4,4' délimités par les parois d'un cartert5)et par un ensemble de 2 membranes(656')solidaires l'une de l'autre au moyen d'une tige T et qui sont également solidaires de 2 supports(7,7tJ. Les parties pé riphériques des membranes(6,6') sont serrées entre des flasques(8,9-8',9') fai- sant partie du carter 5 du moteur. Les flasques(8,8') et les membranes adjacentes(6,6') du moteur déterminent deux chambres de fluide caloporteur(10,10') dans lesquelles débouchent des raccords (11,11') de deux canalisations (12,13b Les canalisations (12,13}, par l'interiéaire d'un distributeur principal DP, sont respectivement raccordées à deux échangeurs de chaleur (14,14') à plaques multi ples fonctionnant en évaporateur et hun condenseur ( 18). Les échangeurs ( 14,14') servent à vaporiser le fluide caloporteur tel que les fréons ou le butane circulant dans un circuit fermé.Le fluide caloporteur est amené par le canal de refoulement(23)à la base des échangeurs de chaleur (14,14') par la pompe de réinjection ( 20) qui est de préférence, mais non obligatoirement, réalisée à partir d'une pompe à piston et à clapets à double effet. Un clapet de décharge (21) permet de recycler dans le condenseur (18) l'stcddent de débit de la pompe de réinjection(20) actionnée par la tige T. Les échangeurs (14,14') fonctionnant en évaporateur alimentent au moyen du distributeur principal à deux positions DP les chambres(10,10')du noteur à membranes b double effet. Les évaporateurs (14,14') alimentent également un distributeur pilote (273dont les pressions dans les canalisations de sortie (28, 29)sssurent les déplacements du tiroir du distributeur princi pal. Le tiroir du distributeur pilote(27) est déplacé par les membranes(6,6') au moyen d'une fourchette (191 qui lui impose deux positions.Selon une caractéristique du groupe motopompe à membranes, les chambres motrices (10,10') du moteur qui sont les chambres dtadmission et de refoulement du fluide calo porteur sont disposées aux extrémités du groupe motopompe. On peut donc accoler à ces chambres la pompe de réinjection(20) et le distributeur pilote (27)sans interposition de joints tournants ou glissants puisque ces chambres sont isolées de ltatmosphère par lesdits pompe et distributeur pilote (20,27). Ia pompe b eau chaude à double effet (30)du deuxième fluide est disposée entre les modules(4,4') et délimite, par sa membrane ( 31) également solidaire de la tige T, deux chambres å eau chaude (32,32') qui assurent la circulation de l'eau des capteurs,( 1,2) et qui sont branchées dans le circuit des échangeurs (14,141j.Des clapets antiretour(33 > canalisent le fluide vers la chambre de travail(32 ou 32') de la pompe à chaque va-et-vient de la membrane (31 > , Les chambres d'entrée et de sortie f40,401) d'une pompe à eau froide sont intégrées aux modules moteurs (4,4')et portent les raccords(41,41')de 2 canaux d'alimentation (42,42') en eau froide d'un transformateur de pression (43) la pression motrice d'actionnement de ce transformateur est fournie par la pression dans les chambres (40,40'Js Ce dernier possède un certain nombre de membranes (44,45,46)qui délimitent deux chambres d'entrée t47,47t) dans lesquelles débouchent les Ca- naux (42,42'). Les membranes(44,46 solidaires entre elles, limitent deux chambres de pression (50,509 sur lesquelles sont branchés les conduits de commande des pompes d'aspiration t52,5 Ces pompes sont actionnées par des vérins et possèdent une chambre à volume variable immergée dans l'eau du puits.Les pompes-sont également pourvues d'un clapet d'admission et d'un clapet de refoulement. Un exemple de réalisation de telles pompes est illustré dans le brevet français 2 236 381, déposé au nom de VERGNET. Le fonctionnement du dispositif est le suivant: - les chambres (10,10') du moteur sont respectivement soumises à la haute et à la basse pression du premier fluide. Sous l'action-de la pression différen tielle, la membrane ( 6) se déplace, par eremple, vers la droite du dessin. La chambre g0) de la pompe à eau froide se vide par le canal (42) dans la chans bre d'entrée (47) du transformateur de pression dont la membrane (44) peut pos séder la même surface S que celle de la membrane (6). La membrane *4J se dépla cera donc vers la droite du dessin sous l'action de la force PS&alpha;S ( KPf fluide).L'effort de pompage qui s'établit dans la chambre(50)sera alors égal b FC S-s) = PS. Si s désigne la surface de la membrane (45) qui est in férieure b la surface S, on en tire : p=P S S- s Si s - p = 2P on en déduit que la pression d'actionnement ( p), 2' des pompes de puits(52,53J,peut être sensiblement plus importante que la pression de commande du groupe motopompe. Pour adapter le groupe motopompe h la profondeur du puits, il suf fira donc de changer ou de modifier le transformateur de pression(43 Lors du déplacement de la membrane(6) la tige T, qui solidarise les membranes 6,31,6', déplace également la fourchette (19)dont l'écartement des branches permet le changement temporisé de la position du tiroir du distri- buteur pilote (27) Le distributeur pilote modifie alors la position du tiroir du distributeur principal DP qui alimentera la chambre(10')du module(4')dans le but d'obtenir une déplacement vers la gauche de la tige T. Il est 12ie entendu que l'installation n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple et que l'on pourra y apporter des modifioations dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention. - REVENDICATIONS 1. Groupe motopompe à membranes pour installations actionnées par l'energie solairetqui comprend un moteur à membranes double ef fet dont les chambres d'admission et de refoulement sont consti tuées par deux modules d'assemblage et dans lequel,l'espace com pris entre les membranes est occupé par une pompe à double ef fet, ledit moteur étant alimenté par un fluide caloporteur sous pression et la pompe fournissant une pression de commande ancir- cuit d'eau ; caractérisé par le fait que l'ensemble de membranes (6)t (6') du moteur est soumis à une pression différëntielle communiquée par le fluide caloporteur et délimite avec le carter (5)une chamarre de sortie (40 ou 4o') d'eau, dans laquelle débouche le canal d'alimentation (42), (42') d'un transformateur de pression (43) à membranes dont une membrane (44 ou 46) sé pare une chambre d'entrée (47 ou 47') alimentée en eau, d'une chambre de pression (50 ou 50') destinée à la commande de l'installation de pompage et qui est limitée par une deuxième membrane (45) de section différente de celle de la section des membranes précitées (6), (6'), (44), (46). 2. Groupe motopompe selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les chambres (10), (10') des modules d'assemblage (4), (4'). du moteur à membranes sont disposées aux extrémités du groupe motopompe et constituent les chambres d'admission et de refoulement du fluide caloporteur, auxquelles sont accolées une pompe de réinjection (20) du fluide caloporteur et un distribu teur pilote (27) de commande d'un distributeur principal (DP) d'alimentation d'échangeurs de chaleur (14, 14') da l'installa tion de pompage. 3. Croupe motopompe selon la revendication 2 caractérisé par le fait que les membranes (6,6') du moteur à double effet sont sot lidaires de la membrane (31) de la pompe,au moyen de la tige de commandes du distributeur pilote (27) et de la pompe de réin jection (20),respectivement disposés de part et d'autre du grou- pe motopompe. 4. Groupe motopompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait qu'unie partie des modules d'assembla ge (4), (4') du moteur contient la chambre d'entrée et de sou tia (40), (40') d'une pompe à eau froide qui fournit la pression motrice au transformateur de pression (43).