Brevet FR2460401A1 — publié le 19810123

La présente invention se rapporte à une pompe desti- née au transport de fluides gazeux et/ou liquides et consti- tuée essentiellement par un récipient fermé qui fournit l'é- nergie nécessaire au refoulement grâce à un effet de mémoire et qui ne renferme pas de pièces mécaniques à mouvement com- mandé. Les pompes de conception traditionnelle sont, le plus souvent, entrainées par des moteurs. L'effet d'aspiration nécessaire au refoulement est créé par des pistons à dépla- cement rectiligne, par des pistons rotatifs ou au moyen d'autres éléments compresseurs à mouvements rotatifs. Le rendement énergétique de la pompe ainsi obtenu est alors relativement faible. Des travaux d'entretien à effectuer à des intervalles réguliers ont en outre pour effet que l'utilisation de ces pompes connues n'est pas toujours éco- nomique. Des pompes fonctionnant par jet de vapeur ou de liquide remédient partiellement à cet inconvénient mais leur rendement énergétique est également insuffisant. De toute façon ces pompes travaillant selon des principes connus ne peuvent pas être utilisées, par exemple, pour des engins évoluant dans l'espace. Il a déjà été proposé de se servir de l'effet de mé- moire dans le domaine des pompes. Cet effet de mémoire con- siste dans une transformation martensitique de la structure de certains alliages, tels que, par exemple, Au Cd, Cu Al Ni ou Ni Ti. Cette transformation de structure a,par exemple, pour effet qu'un fil réalisé en un alliage à mémoire de ce type reprend sa forme initiale après avoir été incurvé, c'est- à-dire qu'il travaille lorsqu'il est chauffé à la température de transformation spécifique pour chaque alliage. On diffé- rencie alors entre des réactions irréversibles et des réac- tions réversibles. Lorsqu'il s'agit de la réaction réversi- ble de l'effet de mémoire dont on veut profiter pour la réa- lisation de pompes, il suffit de déformer, au préalable, plastiquement l'élément à mémoire pour pouvoir obtenir de façon répétée l'effet de mémoire par suite d'une variation de la température ambiante. L'effet de mémoire peut être provoqué par des mesures appropriées; il est, par exemple, augmenté en soumettant l'élément à une plus faible charge lors du refroidissement. Il est alors possible en se basant sur cette connaissance de réaliser, de façon simple, une transformation énergétique à partir d'une température faible pour obtenir un travail mécanique. Le brevet US 3 827 426 décrit, par exemple, une pompe à liquide pouvant être utili- sée notamment en tant que coeur artificiel et dans laquelle l'effet de refoulement est créé au moyen de fils en nitinol se contractant ou se dilatant lors d'un changement de tempé- rature. Les fils peuvent être enroulés de façon hélicoïdale ou en se croisant autour du récipient formant pompe, ce qui permet d'obtenir des mouvements de pompage. L'énergie néces- saire à la commande d'un coeur artificiel de cette concep- tion est fournie électriquement. Cependant ce procédé pré- sente l'inconvénient que les fils en nitinol doivent surmon- ter,lors de leur mouvement, des forces de frottement engen- drées par leur mouvement relatif par rapport à l'enveloppe du récipient formant pompe. Le frottement devient encore plus important lorsque les fils sont enroulés en se croisant, c'est-à-dire lorsqu'on veut obtenir une contraction ou une dilatation bidimensionnelle. En raison de cet inconvénient, ce système de pompe ne peut également pas être utilisé pour des missions dans l'es- pace étant donné que deux pièces se déplaçant l'une par rap- port à l'autre peuvent provoquer un soudage à froid. La présente invention a donc pour objet de créer une pompe qui,tout en remédiant aux inconvénients mentionnés, fonctionne de façon simple et exige un entretien réduit au minimum. Ces problèmes sont résolus conformément à l'invention par une pompe dont le récipient est réalisé entièrement en un alliage à mémoire, Cette pompe présente l'avantage de ne pas comporter de moyens mécaniques auxiliaires supplémentai- res et d'éviter tout mouvement relatif entre deux éléments de pompe. La présente invention offre de plus la possibilité d'utiliser l'élément présentant l'effet de mémoire non seu- lement en tant qu'élément de commande mais également en tant qu'élément de structure, Le récipient formant pompe présente avantageusement un effet de mémoire répétitif et bi- axial permettant d'obtenir un débit élevé. Selon une forme de réalisation suivant l'invention, le récipient formant pompe est constitué par un alliage à mémoire composé d'environ 55% de nickel et 45% de titane. Un tel alliage permet, de façon avantageuse, de limiter la température de transition,déclenchant l'effet de mémoire, à environ 500C. Il est facile d'obtenir cette température en utilisant,-par exemple, la chaleur fournie par de l'eau de refroidissement ou des gaz d'échappement. Le récipient formant pompe est relié avantageusement à des conduits assurant l'alimentation et l'évacuation de la chaleur des liquides ou des gaz nécessaires au réglage de la température, Selon une autre forme de réalisation de l'objet de l'invention, le récipient formant pompe comporte au moins deux soupapes pour l'admission et l'échappement du fluide à transporter. Il est avantageux de commander ces soupapes également par l'effet de mémoire, par exemple, au moyen d'un commutateur actionné par l'effet de mémoire, De ce fait toutes les énergies nécessaires au fonctionnement du système de pompage peuvent être prélevées, de façon simple, d'une source de chaleur unique. Lorsque le fluide à transporter ne doit pas être ex- posé aux variations de température nécessaires à l'obtention de l'effet de mémoire réversible, il est avantageux de re- vêtir la paroi intérieure du récipient d'une couche en ma- tière thermo-isolante. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressor- tent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, au dessin anne- xé. La figure unique représente, en coupe, une pompe sui- vant l'invention. La pompe représentée est constituée essentiellement par un récipient 1, des soupapes d'entrée et de sortie 2 et 3 ainsi que par un dispositif de chauffage ou de refroi- dissement 4. Une couche thermo"-isolante 5 empêche une transmission de l'énergie du récipient sur le fluide à trans- porter, Le récipient est préformé plastiquement afin que les cycles de température chaud/froid puissent déclencher de fa- çon répétitive la réaction réversible de l'effet de mémoire. Au début d'un cycle de pompage la soupape 3 est fermée et la soupape 2 est ouverte en permettant au fluide à trans- porter de pénétrer dans l'espace intérieur 6 du récipient 1. La soupape 2 est ensuite fermée et la soupape 3 est ouverte et le chauffage,dans le cas présent un chauffage é- lectrique, est mis en action. Par suite de l'échauffement de la paroi du récipient 1 celui-ci se contracte de façon qu'une partie du fluide à transporter s'échappe en passant par la soupape 3. La soupape 3 est ensuite refermée et la soupape 2 est ouverte. La paroi du récipient est en même temps refroidie en faisant passer de l'eau froide sur la face extérieure de la paroi du récipient 1. Le refroi- dissement de la paroi du récipient provoque une expansion du volume du récipient ce qui a pour effet qu'une quantité correspondante du fluide à transporter pénètre par la sou- pape 2 dans l'espace intérieur 6 du récipient. Après la fermeture de la soupape 2 et l'ouverture simultanée de la soupape 3 et un nouveau chauffage du récipient, un cycle de travail suivant commence. Le chauffage et le refroidissement du récipient peu- vent être réalisés par rayonnement, convection et/ou au mo- yen de conducteurs de chaleur,, Il est, par exemple, possi- ble de chauffer le récipient 1 en l'exposant directement au rayonnement solaire.' La contraction et l'expansion cy- cliques du volume du récipient peuvent également être pro- voqusées en utilisa-nt de l'eau chaude et de l'eau froide, s'écoulant alternativement dans des conduits qui sont reliés, de façon à conduire la chaleur, à la paroi du récipient. Il est également possible de réaliser des pompes dans lesquelles la paroi du récipient n'est que partiellement en alliage à mémoire. REVENDICATIONS 1 - Pompe destinée au transport de fluides gazeux et/ ou liquides et constituée essentiellement par un récipient fermé qui fournit l'énergie nécessaire au refoulement grâce à un effet de mémoire et qui ne renferme pas de pièces mé- caniques à mouvement commandé, caractérisée en ce que le ré- cipient de pompe (1) est réalisé entièrement en un alliage à mémoire. 2 - Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le récipient de pompe (1) est, au préalable, déformé plastiquement de façon qu'il présente un effet de mémoire biaxial pouvant être déclenché, de façon répétitive, par des variations de température. 3 - Pompe suivant l'une des revendications 1 et-2, caractérisée en ce que le récipient (1) est réalisé en un al- liage contenant environ 55% de nickel et 45% de titane. 4 - Pompe suivant l'une des.revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la température de transition déclen- chant l'effet de mémoire est d'environ 50C. 5 - Pompe suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que. la paroi extérieure du récipient (1) est reliée à un conduit d'alimentation et un conduit d'é- vacuation pour un liquide ou un gaz. 6 - Pompe suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le récipient (1) comporte au moins deux soupapes (2, 3). 7 - Pompe suivant la revendication 6, caractérisée en ce que les soupapes (2, 3) peuvent être commandées par l'ef- fet.de mémoire. 8 - Pompe suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la paroi intérieure du récipient (1) est revêtue d'une couche en matière thermo-isolante (5).