Brevet FR2516211A1 — publié le 19830513

La présente invention se rapporte à des pompes de mise en circulation en circuit fermé d'un liquide caloporteur entre une source chaude et une source froide. Par exemple les circuits primaires des installations de chauffage de 1' eau à partir de l'énergie solaire. Certaines de ces pompes, en particulier celles décrites par l'auteur dans le brevet européen déposé le 15.04.1981 sous le NO 81430008.3, utilisent la différence des pressions de vapeur entre la partie du fluide en contact avec la source chaude et 1 partie en relation thermique avec la source froide comme moyen de propulsion du liquide caloporteur; les fluides utilisés dans ces pompes sont en général liquides à 200 sous la pression atmosphérique. On utilise par exemple de l'eau additionnée d'alcc ou d' éther, Pourqu'une telle pompe fonctionne de façon satisfaisante, il eE nécessaire de purger l'air du circuit, et une fois cette opération effectuée, l'air ne doit plus pénétrer, le circuit doit être parfaitement étanche. Cette étanchéité parfaite n'est pas habituelle dans les cir- cuits réalisés par les plombiers qui installent de façon coursai te des circuits étanches aux liquides mais pas aux gaz. Avec de telles installations, les entrées d'air sont inédite bles; en particulier la nuit, dans les installations solaires, lorsque la température des insolateurs devient inférieure à la température d'ébullition du fluide sous la pression atmosphéri que. Les dispositifs décrits dans la présente invention permettez d'éviter les entrées d'air, ils permettent également une purge commode de l'installation, sans employer de pompe à vide, en utilisant des moyens simples fiables et peu onéreux. Le dispositif objet de l'invention est constitué d'un vase d'accumulation, de préférence du type à membrane, relié au circ cuit fermé de la pompe dans la partie contenant le liquide. La pression du gaz enserrant la membrane est choisi légèrement supérieure à la pression atmosphérique, de sorte que lorsque la pompe n'est pas en fonctionnement du fait de l'absence d'appori thermique à la source chaude, le vase d'accumulation maintient dans le circuit une surpression suffisante pour empêcher les entrées d'air. s'il y a un apport thermique à la source chaude la pression augmente dans l'ensemble du circuit, et lorsque le liquide arrive à ébullition dans la partie du circuit en contact avec la sot::20e chaude, il y a formation d'un volume de vapeur qui chasse le liquide dans le vase à membrane, l'apparition d'une phase vapeur permet ensuite un fonctionnement normal de la pompe. Le fonctionnement du dispositif sera détaillé à la suite de la description qui suit en relation avec la figure. La figure représente le dispositif permettant d' éviter les entrées d'air associé à une pompe à pression de vapeur destinée à faire circuler un fluide caloporteur entre une source chaude I symbolisée par un capteur solaire et une source froide 2, représentée ici par un réservoir d'eau chaude comportant un tube échangeur. Le type de pompe représenté à titre d'illustration n'est pas limitatif de même que la nature des sources. La pompe comporte deux vases fermés 3 et 4, une vanne automatique 5 reliant les parties supérieures des deux vases 3 et 4, l'ouverture et la fermeture de la-dite vanne automatique sont commandées respectivement par des capteurs de niveau 18 et I9 de l'interface liquide vapeur dans le réservoir 3. La pompe comporte également deux clapets de non retour 6 et 7, le clapet 6 permet au liquide de circuler du réservoir 3 au réservoir 4 en traversant la source froide, le clapet 7 permet au liquide de circuler du réservoir 4 au réservoir 3 en traversant la source chaude. Le réservoir 4 comporte un orifice de remplissage muni d'un bouchon 8. Le dispositif permettant d'éviter les entrées d'air, objet de la présente invention est représenté de façon plus détaillée que le reste de l'installation. Il comporte un réservoir d'accumulation IO comportant une vessie Il, une valve de remplissage 12. Le vase d'accumulation-Ib eet-re-l-ié au réservoir supérieur 4 par un conduit I3 comportant un clapet de non retour I4 suivi d'une autre portion 15 débouchant à l'intérieur du réservoir 4. L'extrémité du tube 15 comporte un siège coopérant avec un clapet I6 dont l'ouverture et la fermeture sont conmar(éeF par un flotteur I7, l'ensemble constitué par le clapet 16 et le flotteur I7 est guidé en translation verticale; de sorte que lorsque l'interface liquide vapeur dans le réservoir 4 atteint un seuil supérieur, le clapet s'ouvre et lorsque l'interface liquide vapeur dans le réservoir 4 atteint un seuil inférieur le clapet se ferme. le clapet de non retour 14 a la particularité de ne pas être parfaitement étanche, il permet un passage aisé dans le sens réservoir 4 vessie II; dans le sens inverse, il permet seulement un faible débit de fluide.Le poids du flotteur-I7 n'est pas suf- fisant pour empêcher l'écoulement du fluide dans le sens vessie II réservoir 47 lorsque la pression dans le réservoir 4 est inférieure à la pression dans la vessie II. Le fonctionnement de l'installation est le suivant : initialement, en l'absence d'apport thermique à la source chaude, l'installation est remplie de liquide par l'orifice 8 jusqu'au niveau de l'orifice 8; le réservoir d'accumulation étant prégonflé à une pression supérieure à la pression atmosphérique, la vessie Il a un volume minimum. les réservoirs 3 et 4 sont pleins de liquides, la vanne 5 est fermée, le clapet 16 est ouvert. S'il y a un apport thermique à la source chaude, la température du liquide augmeni dans le réservoir 3, lorsque la température d'ébullition est atteinte, la pression augment de la vapeur se forme à la partie supérieure du réservoir 3, et le liquide circule au travers du clapet 6, de la source chaude, du réservoir 4, au travers du conduit I5 et du clapet I4, et la vessie II se remplit de liquide, au fur et à mesure que le niveau du liquide baisse dans le réservoir 3.Lorsque l'inface liquide vapeur dans le réservoir 3 atteint le niveau du capteur inférieur I8, la vanne automatique 5 s'ouvre, les pressions de vapeur dans les réservoirs 3 et 4 s'égalisent, et le liquide circule du réservoir 4 au réservoir 3 au travers du clapet 7 et de la source chaude, et lorsque le niveau du liquide dans le réservoir 3 atteint le niveau du capteur supérieur I9, la vanne 5 se ferme, et un nouveau cycle recommence.Au cours de ces cycles la pression varie dans le réservoir 4, lorsque la pression est plus forte, le clapet I4 s'ouvre et le liquide pénètre dans la vessie II, lorsque la pression est plus faible, le clapet I4 se ferme et le débit du liquide au travers du clapet I4 est insuffisant pour faire remonter sensiblement le niveau du liquide dans le réservoir 4 au cours d'un cycle; de sorte que lorsque la vanne 5 est fermée, la pression de vapeur dans le réservoir 4 peut devenir inférieure à la pression des fluides contenus dans le vase d'accumulation IO. Ainsi pour circuler, le liquide n'a pas à vaincre à chaque cycle la pression du gaz contenu dans le vase d'accumulation IO. La partie du circuit en dépression est limitée au réservoir 4 et aux conduits adjacents, cette dépression est également limitée dans le temps : elle disparait lorsque la température du liquide provenant de la source froide devient supérieure à la température d' ébulli- tion du liquide sous la pression atmosphérique. On peut s'affranchir de toute dépression en supprimant le clapet I4, au détriment de la vitesse de circulation du liquide caloporteur pendant la montée en température de l'installation. Au fur et à mesure que la pression monte dans le réservoir 4, par suite de l'échauffement du liquide provenant de la source froi de, la vessie II se remplit de liquide, alors que le niveau baisse dans la chambre 4. le flotteur I7 associé au clapet 16 évite au réservoir 4 de se vider complètement du liquide qu'il contient: lorsque le niveau du liquide est inférieur à un certain seuil1 lue clapet I6 prend appui sur son siège et isole ainsi la vessie II du reste du circuit, tant que-la pression dans le réservoir 4 est supérieure à celle de la vessie 11. Si la totalité du liquide. contenu dans le réservoir 4 venat à se vider dans le réservoir d'accumulation II, à l'ouverture de la vanne 5 le liquide ne pourrait plus rejoindre le réservoir 3 ail travers du clapet 7, et la vanne 5 resterait ouverte en permanence, ce qui bloquerait le fonctionnement de la pompe de circulation, On peut simplifier le dispositif en supprimant le flotteur I7 et le clapet I6; le niveau du liquide dans le réservoir 4 est limité par la hauteur de l'embouchure du conduit 15 dans le réservoir 4, lorsque le niveau de la surface libre du liquide est inférieure au niveau de l'embouchure du conduit I5, le liquide ne peut plus pénétrer dans le vase d'accumulation II; la vessie II peut néanmoins se remplir de vapeur. On remarquera que le vase d'accumulation IO permet d'absorber les excédents de liquide provenant de la dilatation du liquide de l'installation; lorsque la pression de vapeur dans l'installation est supérieure à la pression de gonflage du vase d' accumulation IO, du liquide pénètre dans la vessie Il de façon à maintenir constant le niveau maximum du liquide dans le réservoir 4. lorsqu'il n'y a plus d'apport thermique à la source chaude, la pression décroit dans 1' ensemble- de- l'installation et lorsque la pression dans le circuit de la pompe devient inférieure à la pression du gaz contenu dans le réservoir dtaccumulation IO, le liquide s'écoule lentement du vase d'accumulation vers le réservoir 4 au travers des clapets I4 et I6, le clapet I4 n'étant pas parfaitement hermétique, et le flotteur I7 ayant un poids insuffisant pour maintenir fermé le clapet I6. Quand le réservoir 4 est plein de liquide, le vase d'accumul; tion IO maintient une pression suffisante pour éviter les entrée d'air dans le circuit. Naturellement le dispositif s'applique à toutes les pompes utilisant les différences de pression de vapeur pour assurer la sans circulation d'un liquide en circuit fermé/se limiter au type représenté par la figure.De mienne la nature des sources chaude et froide peut être différente, en dehors des systèmes utilisant comme source de chaleur des insolateurs, il est possible d'utiliser le dispositif dans de nombreuses installationsjpar exemple 1 circuits de chauffage de locaux par liquide caloporteur ou les systèmes de refroidissement des moteurs thermiques. I1 est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construction du dispositif suivant l'invention, sans sortir du cadre de celle-ci. REVENlICATIONS I.- Dispositif permettant d'empêcher les entrées d'air dans les installations comportant un circuit fermé d'un fluide caloporteur circulant au moyen d'une pompe utilisant la différence entre la pression de vapeur du fluide en contact avec la source chaude et la pression de vapeur du fluide en contact avec la source froide, caractérisé en ce qu'il comprend un vase d'accumulation dans lequel la pression est en permanence supérieure à la pression atmosphérique, le-dit vase d'accumulation étant relié au circuit du fluide caloporteur. 2.- Dispositif selon la revendication I caractérisé en ce que le-dit vase a'accumulation est du type à vessie. 3.- Dispositif selon la revendication I ou 2 caractérisé en ce que le-dit vase d'accumulation (10) est relié par un conduit (I5) au réservoir de fluide (4) ayant le niveau le plus élevé de l'installation. 4.- Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que le conduit (I5) reliant le vase d'accumulation (IO)au circuit de la pompe débouche à un niveau intermédiaire à l'intérieur du réservoir de fluide ayant le niveau le plus élevé de l'installation. 5.- Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que le conduit (I5) reliant le vase d'accumulation (IO) au réservoir (4) ayant le niveau le plus élevé de l'installation comporte un clapet (I6) dont la fermeture et l'ouverture sont commandées par un flotteur (17) contenu dans le réservoir (4) ayant le niveau le plus élevé de l'installation. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 2, 3, 4 ou 5 caractérisé en ce que le conduit (I5) reliant le vase d'accunula- tion au circuit du fluide de la pompe comporte un clapet (I4) offrant un passage aisé au fluide pénètrent dans le vase d'accumulation et une perte de charge plus importante dans le sens contraire. 7.- Dispositif selon l'une des revendications I à 6 caractérisé sé par le fait que le circuit de la pompe conporte - e réservoirs (3) et (4) situés à des altitudes différentes, - un premier conduit reliant les parties supérieures des deux réservoirs (3) et (4), le-dit premier conduit comportant une vanne automatique (5) commandée par le niveau de l'interface liquide vapeur de l'un ou l'autre des deux réservoirs - un deuxième conduit comportant un clapet de non retour 6 reliant la partie inférieure du réservoir inférieur à l'échangeur de la source froide (2), l'autre extrémité de cet échangeur étant reliée au réservoir supérieur (4) - un troisième conduit reliant le réservoir supérieur (4) au réservoir inférieur (3) au travers de la source chaude (I) et d'un deuxième clapet de non retour (7). 8.- Dispositif selon l'une des revendications I à 7 caractérisé par le fait que le circuit de la pompe comporte un capteur solaire comme source~chaude et un échangeur d'un circuit de chauffe-eau comme source froide.