Brevet FR2512529A1 — publié le 19830311

La présente invention concerne une pompe de Pitot et plus particulièrement une pompe de Pitot qui convient d'une façon parfaite en tant qu'organe de compression dans le cycle thermodynamique d'une pompe de chaleur. Dans la plupart des pompes de chaleur, l'organe de compression est du type alternatif ou à piston L'utilisation d'un tube de Pitot,en tant qu'élément de pompe dans une ins- tallation de pompe de chaleur, offre plusieurs avantages lorsqu'elle est appliquée à ladite pompe de chaleur, l'avan- tage principal étant celui de la simplicité Une pompe de chaleur employant une seule partie mobile qui tourne à une vitesse élevée bénéficie à la fois de la simplicité et d'un faible coût du moment que la partie tournante est de fabrica- tion peu coûteuse Les avantages d'une pompe de Pitot chauf- fée au gaz convenable pour une application domestique, sont la simplicité, la compacité et le faible coût Une pompe de chaleur chauffée au gaz du type décrit ci-dessus, permet éga- lement la réalisation de performances plusieurs fois supé- rieures à celles qui sont couramment réalisables avec un ap- pareillage chauffé au gaz classique. Dans la pompe de Pitot de l'invention, on confère au fluide un moment angulaire par un élément rotatif similaire à un rotor et l'énergie cinétique résultante est transformée en énergie de pression à mesure que le fluide passe à travers un tube diffuseur par descente ou tube de Pitot La pression dé- veloppée dans le tube de Pitot peut être déterminée par des équations de compression centrifuge courantes. Le but principal de l'invention est par suite de réa- liser une pompe de Pitot. Un autre objectif de l'invention est encore de réali- ser une pompe de Pitot destinée à être utilisée comme organe de compression dans le cycle thermodynamique d'une pompe de chaleur. Encore un autre objectif de l'invention consiste à réaliser une pompe de chaleur de Pitot. Un autre objectif de l'invention est encore de réali- ser une pompe de chaleur de Pitot qui soit compacte, simple et peu coûteuse. Un objectif supplémentaire de l'invention est de réa- liser une pompe de chaleur de Pitot qui soit extrêmement efficace. Un objectif supplémentaire de l'invention est encore de réaliser une pompe de Pitot multicellulaire employant une multiplicité d'étages qui coopèrent mutuellement pour com- primer le gaz réfrigérant à mesure qu'il passe à travers les- dits stades. Les objectifs précités ainsi que d'autres apparaî- tront clairement au spécialiste du secteur technique consi- déré à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de réalisation de la pompe de l'invention, donné à titre indicatif, mais nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique de la pompe de chaleur de l'invention; La figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la partie de la pompe de chaleur constituée par la pompe de Pitot; La figure 3 est une vue en coupe agrandie, selon la ligne 3-3 de la figure 2; et La figure 4 est une vue en coupe agrandie, selon la ligne 4-4 de la figure 3. Dans un mode de réalisation particulier décrit ci- après, on utilise une pompe de Pitot à cinq étages comme organe de compression dans le cycle thermodynamique d'une pompe de chaleur La pompe de chaleur comprend la pompe de Pitot à cinq étages, une pompe de Pitot à liquide, une turbi- ne, un vaporisateur, un évaporateur, un condenseur et une soupape de détente ou détendeur De préférence, la turbine est chauffée au gaz et met en rotation un arbre auxquels sont fixés les rotors de la pompe de Pitot à cinq étages Du gaz réfrigérant provenant de l'évaporateur, pénètre dans le pre- mier étage de la pompe de Pitot o le rotor se trouvant dans ledit premier étage chasse le gaz réfrigérant vers l'exté- rieur en forçant ledit gaz réfrigérant à passer dans l'ex- trémité étroite d'un tube de Pitot monté dans ledit étage. L'extrémité de décharge du tube de Pitot de chacun des étages se trouve en communication avec l'étage suivant de la pompe de Pitot Le gaz réfrigérant se détend à mesure de son passa- ge dans le tube de Pitot et la force centrifuge ainsi que l'énergie cinétique du gaz réfrigérant fournissent l'énergie sous l'effet de laquelle le gaz réfrigérant se trouve compri- mé En aval du dernier étage, le gaz comprimé est envoyé au condenseur de la pompe à chaleur. En se référant plus particulièrement aux figures pré- citées, on peut voir que la pompe de Pitot de l'invention est désignée de façon générale par le repère numérique 10 et qu'elle convient de façon parfaite pour être utilisée avec les composants classiques d'une pompe à chaleur comprenant un évaporateur 12, un condenseur 14 et une soupape de détente ou détendeur 16 L'évaporateur, le condenseur et le détendeur sont de construction classique et renferment les organes de commande et de contrôle nécessaires communs aux pompes de chaleur généralement disponibles La pompe de Pitot 10 cons- titue l'organe de compression dans le cycle thermodynamique de la pompe de chaleur, que ladite pompe de chaleur soit uti- lisée pour le chauffage ou le refroidissement Les moyens de commutation classique pour passer respectivement aux opéra- tions de chauffage ou de refroidissement ne sont pas repré- sentés dans les figures. Le repère numérique 18 désigne un vaporisateur chauffé au gaz comportant une canalisation ou conduite de sortie 20 s'étendant à partir dudit vaporisateur jusqu'à la turbine 22 renfermant un arbre 24 entrainable en rotation, s'étendant en direction du bas à travers la pompe de Pitot 10 Le vaporisa- teur 18 alimente la turbine en milieu d'entraînement de façon à provoquer la mise en rotation de l'arbre 24 La sortie de la turbine 22 est reliée au condenseur 14 par la conduite 26. Comme on peut le voir dans la figure 1, le côté d'évacuation ou de sortie de l'évaporateur 12 est relié à la pompe de Pitot 10 par la conduite 28 La sortie de la soupape de dé- tente 16 est reliée à l'entrée de l'évaporateur 12 par la conduite 30 Le côté refoulement ou sortie de la pompe de Pitot 10 est relié à l'entrée du condenseur 14 par la con- duite 32 Le repère numérique 34 désigne une pompe de Pitot pour liquide à un seul étage qui est commandée par l'arbre 24 de façon que le fluide du compartiment 36 soit aspiré vers le haut dans ladite pompe pour être pompé dans la conduite 38 qui se trouve en communication avec la conduite 40, laquelle s'étend d'une part jusqu'au vaporisateur 18 et d'autre part jusqu'à la conduite 42 qui se prolonge jusqu'à l'entrée de la soupape de détente 16. La pompe de chaleur 10 décrite dans lesdites figures est représentée de façon à présenter cinq étages identiques logés respectivement dans les compartiments 44, 46, 48, 50 et 52 L'intérieur de la turbine 22 est séparé de façon étan- che du compartiment 44 au moyen d'un palier 54 à pellicule de gaz De même, les divers compartiments de pompe de Pitot sont également hermétiquement séparés des uns des autres au moyen de paliers 56 à pellicule de gaz et/ou de joints à labyrin- the. A l'intérieur de chaque compartiment se trouve logé un rotor 58 en forme de coupelle, qui est fixé à l'arbre 24 de façon à être entraîné en rotation avec ce dernier Au moins un tube de Pitot 60 est positionné à l'intérieur de chacun des compartiments de façon que son extrémité d'entrée 62 se trouve étroitement positionné contre la surface de la paroi intérieure du rotor 58,comme on peut mieux le voir dans la représentation de la figure 4 Si on le désire, on peut posi- tionner plusieurs tubes de Pitot 60 dans chacun des étages. L'extrémité de sortie ou décharge du tube de Pitot 60 du com- partiment 44 est en communication avec le compartiment 46, comme on pourra mieux le voir dans la représentation de la figure 2 Comme on peut le voir dans ladite figure 2, les sorties de chacun des tubes de Pitot sont en communication avec l'étage suivant, de façon que l'extrémité de décharge ou de sortie du tube de Pitot du compartiment 52 soit en commu- nication de fluide active avec la conduite 32. En phase de fonctionnement, le vaporisateur 18 chauffé au gaz alimente la turbine 22 en milieu de travail mettant ainsi en rotation l'arbre 24, de préférence avec une vitesse de l'ordre 50 000 tours par minute Le gaz réfrigérant, tel que du R-21 est envoyé à partir de l'évaporateur dans le com- partiment 44 par l'intermédiaire de la conduite 28 Le gaz pénétrant dans le compartiment 44 se voit soumis à un mo- ment angulaire par la rotation du rotor 58 et son énergie ci- nétique se transforme en énergie de pression dans le tube de Pitot 60 Comme mentionné ci-dessus, le rotor 58 chasse le gaz réfrigérant vers l'extérieur contre la surface de la paroi intérieure du rotor o il pénètre dans l'extrémité étroite du tube de Pitot pour être consécutivement transporté dans l'étage suivant placé en dessous Le gaz réfrigérant se trouve comprimé de façon supplémentaire à mesure qu'il passe à travers le tube Pitot 60 Ainsi, le gaz réfrigérant est successivement comprimé dans les compartiments 44, 46, 48, 50 et 52 d'environ 0,35 à 7,03 kg/cm Une fois que le gaz a été comprimé dans les cinq éta- ges de la pompe de Pitot, ledit gaz est envoyé dans le con- denseur 14 par l'intermédiaire de la conduite 32 Comme men- tionné ci-dessus, la pompe de Pitot ou pompe à liquide 34 est également actionnée par l'arbre 24 Du Fréon ou à gaz réfri- gérant provenant du condenseur 14 s'y écoule par l'intermé- diaire de la conduite 64 et se trouve aspiré vers le haut dans le rotor pour passer dans le tube de Pitot sous l'effet de la rotation du rotor Le Fréon est mis sous une pression d'environ 7,03 à 70,3 kg/cm 2 et s'écoule vers le détendeur 16 et de là, dans l'évaporateur Une partie du fluide en prove- nance de la pompe 34 est également envoyée dans le vaporisa- teur 18. On peut voir que la nouvelle pompe de Pitot de l'in- vention a été décrite pour être utilisée dans une pompe de chaleur qui est compacte, simple, peu coûteuse et efficace. On comprend aisément ainsi que l'invention satisfait au moins tous les objectifs proposés. Il est entendu qu'on peut mettre l'invention en oeuvre selon de nombreuses modifications et variantes sans toutefois s'écarter du cadre et de l'esprit et ladite invention. REVENDICATIONS 1 Pompe de chaleur caractérisgeen ce qu'elle comprend une pompe de Pitot à gaz ( 10), une pompe de Pitot à liquide ( 34), une turbine ( 22), un vaporisateur ( 18), un évaporateur ( 12), un con- denseur ( 14) et une soupape de détente ou détendeur ( 16), ayant des entrées et des sorties respectives, la sortie de la pompe à liquide ( 34) étant reliée avec communication de fluide à l'entrée du détendeur ( 16), la sortie du détendeur ( 16) étant reliée avec communication de fluide à l'entrée de l'évaporateur ( 12), la sortie de l'évaporateur ( 12) étant reliée avec communication de fluide à l'entrée de la pompe de Pitot ( 10), la sortie de la pompe de Pitot ( 10) étant reliée avec communication de fluide à l'entrée du con- denseur ( 14), la sortie du condenseur ( 14) étant reliée avec communi- cation de fluide à l'entrée de la pompe à liquide ( 34), la sortie de la pompe à liquide ( 34) étant reliée avec communication de fluide aux entréesdu vaporisateur ( 18) et du détendeur ( 16), la sortie du vaporisateur ( 18) étant reliée avec communication de fluide à l'en- trée de la turbine 22,la sortie de la turbine ( 22) étant reliée avec communication de fluide à l'entrée du condenseur ( 14), des organes ( 24) étant prévus pour relier mécaniquement la turbine ( 22) à la pompe de Pitot ( 10) et à la pompe de Pitot à liquide ( 34) de façon que ces pompes soient actionnées par la turbine ( 22), et des moyens de chauffage prévus pour chauffer le gaz dans le vaporisateur ( 18) de façon que du gaz sous pression soit envoyé dans la turbine ( 22) pour la faire fonctionner. 2 Pompe de chaleur selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pompe de Pitot à liquide ( 34) comprend une pompe de Pitot secondaire. 3 Pompe de chaleur selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pompe de Pitot ( 10) comprend un carter disposé vertica- lement, présentant des extrémités supérieure et inférieure, le car- ter comportant une multiplicité de compartiments( 44,46,48,50,52) séparés les uns des autres et définissant au moins dans le carter un compartiment de tête ou de haut ( 44), un compartiment de fond ou de bas ( 52) et un compartiment intermédiaire, le compartiment de tête étant en communication de fluide avec la sortie de l'éva- porateur ( 28), la turbine ( 22) renfermant un arbre ( 24) susceptible d'être mis en rotation, disposé verticalement, s'étendant à travers lesdits compartiments, un rotor ( 58) en forme de coupelle situé dans chacun des compartiments et monté sur l'arbre ( 24) pour être mis en rotation avec ce dernier, un tube de Pitot ( 60) dans chacun des compartiments, ayant une extrémité d'entrée ( 62) positionnée à l'intérieur du rotor ( 58) pour recevoir du fluide envoyé dans ledit tube par ledit rotor, l'extrémité d'évacuation du tube de Pitot ( 60) du compartiment de tête ( 44) étant en communication avec le compartiment intermédiaire, l'extrémité d'évacuation du tube de Pitot ( 60) du compartiment intermédiaire étant en communi- cation avec le compartiment de fond ( 52) et l'extrémité d'évacua- tion du tube Pitot ( 60) du compartiment de fond ( 52) étant en com- munication active avec l'entrée du condenseur ( 14). 4 Pompe de chaleur selon la revendication 3, caractérisée en ce que le carter comporte une multiplicité de compartiments intermédiaires ( 46,48,50) aménagés à l'intérieur du carter. 5 Pompe de chaleur selon la revendication 3, caractérisée en ce que chacun des rotors ( 58) en forme de coupelle est inversé. 6 Pompe de Pitot multicellulaire ou à étages multiples, caractérisée en ce qu'elle comprend un carter disposé verticale- ment, présentant des extrémités supérieure et inférieure, ledit carter comportant une série de compartiment ( 44,46,48,50,52) sé- parés les uns des autres, définissantdans le carter au moins un compartiment de tête ou de haut ( 44) et un compartiment de fond ou de bas ( 52), le compartiment de tête étant en communication avec une source de fluide, un arbre ( 24) susceptible d'être mis en rotation, disposé verticalement et s'étendant à travers les compartiments, un rotor en forme de coupelle ( 58) situé dans chacun des compartiments et monté sur l'arbre ( 24) pour être mis en rota- tion avec celui-ci, au moins un tube de Pitot ( 60) situé dans chacun des compartiments, ayant son entrée positionnée à l'inté- rieur du rotor ( 58) pour recevoir le fluide qui s'y trouve envoyé par ledit rotor mis en rotation, les extrémités d'évacuation des tubes de Pitot ( 60), à l'exception du tube de Pitot de fond, étant en communication avec le compartiment placé en dessous de façon que la pression du fluide augmente progressivement à mesure que le fluide passe d'un compartiment à un autre, l'extrémité d'évacua- tion du tube de Pitot ( 60) du compartiment de fond ( 52) étant en communication active avec un appareil fonctionnant avec du fluide sous pression. 7 Pompe de Pitot selon la revendication 6, caractérisée 8 ' en ce que chacun des rotors ( 58) est inversé. 8 Pompe de Pitot multicellulaire ou à étages multiples, caractérisée en ce qu'elle comprend un carter comportant une série de compartiments ( 44, 46,48,50,52) séparés les uns des autres en définissant dans ledit carter au moins un premier et un second compartiments ( 44,52) séparés l'un de l'autre, le premier comparti- ment étant en communication avec une source de fluide, un arbre ( 24) susceptible d'être mis en rotation et s'étendant à travers les compartiments, un rotor ( 58) situé dans chacun des comparti- ments et monté sur l'arbre ( 24) pour être mis en rotation avec celui-ci, un tube de Pitot ( 60) situé dans chacun des compartiments et ayant son extrémité d'entrée positionnée à l'intérieur dudit rotor pour recevoir du fluide qui lui est envoyé par le rotor mis en rotation, les extrémités d'évacuation des tubes de Pitot ( 60), à l'exception du tube de Pitot du second compartiment ( 52), étant en communication avec le compartiment adjacent audit second com- partiment de façon que la pression du fluide augmente progressive- ment à mesure que le fluide passe d'un compartiment à un autre, l'extrémité d'évacuation du tube de Pitot ( 60) du second comparti- ment ( 52) étant en communication active avec un appareil fonction- nant avec du fluide sous pression.