Brevet FR2738027A1 — publié le 19970228

Description Es Pompe de piscine Domaine technique L'invention concerne une pompe de piscine, comportant un moteur électrique à vitesse variable. Pour assurer la qualité d'eau de la piscine, une pompe de circulation fait passer l'eau au travers d'un filtre, par exemple un filtre à sable, à diatomées ou à membrane active. Le cycle de renouvellement de l'eau dans une piscine familiale ou collective est compris entre 6 et 8 heures et varie en fonction de la chaleur, du niveau d'ensoleillement ainsi que de la fréquentation. Le débit varie dû à la saturation du filtre au fur et à mesure de son emploi, qui se traduit par des pertes de charge. Cette variation peut atteindre un rapport de 1 à 0,5 du débit nominal. Dans les piscines familiales, il est de plus en plus fréquent, d'adjoindre à la pompe de circulation d'eau un circuit de nage à contre courant. Cette fonction nécessite un multiple du débit nominal, typiquement de la grandeur de 2. Pour le nettoyage des parois du bassin rempli d'eau on se sert des robots de nettoyage, lesquels demandent un débit d'une fraction du débit nominale, typiquement de 0,2. État de la technique Les solutions habituelles prévoient pour le flux d'eau supplémentaire d'un circuit de nage à contre courant soit une pompe spécifique comme décrit dans le DE 93 06535 Ul, soit un couplage d'une pompe en supplément à la pompe de circulation avec un système de vanne pour canaliser le débit ainsi obtenu 2 2738027 vers une buse d'éjection, les deux solutions faisant appel à la multiplication du nombre de pompes dans la local technique, soit encore par une pompe de circulation à vitesse variable comme décrit dans le DE 92 04 259 U1. 5 Pour satisfaire aux besoins différents de filtrage d'eau une pompe de circulation décrit dans le document DE 2 645 183 A dispose de deux vitesses de 1650 tours/minute et 3300 tours/minute obtenues par le changement de quatre à deux pôles du moteur électrique. Les robots de nettoyage habituels sont asservis par des systèmes indépendants des circuits sus-mentionnés, placés au bord de la piscine lors du cycle de nettoyage. L'analyse de l'exploitation d'une piscine familiale montre que la variation de débit demandée se situe entre 0,2 du débit nominal en phase d'entretien à 2 fois le débit nominal en phase de nage à contre courant. Le but de l'invention est de trouver une solution simple et économique pour répondre à ce besoin. Exposé de l'invention Afin d'obtenir une bonne adéquation entre l'évolution du besoin de débit et la caractéristique hydraulique de la pompe, la pompe de piscine selon l'invention est caractérisé en ce que la pompe passe par un premier point de fonctionnement à faible débit, notamment pour alimenter un robot de nettoyage, par un deuxième point de fonctionnement à débit nominale, notamment pour recycler l'eau du bassin, et par un troisième point de fonctionnement à débit élevé, notamment pour alimenter un circuit de nage à contre courant. Ces points de fonctionnement sont obtenus par une variation de vitesse du moteur d'entraînement. t3 2738027 Dans un mode de réalisation on obtient une variation progressive de la fréquence, passant d'un point de fonctionnement à l'autre. La fréquence nominale est choisi selon le mode de fonctionnement le plus important pour minimiser les pertes électriques. Un rapport préféré permet de retrouver les courbes hydrauliques pour réaliser les points de fonctionnement d'une piscine adéquats. L'avantage d'une autre réalisation est que le variateur de fréquence est dimensionné sur le mode de fonctionnement le plus important, le recyclage d'eau, et non pas sur le mode de nage & contre courant temporaire à une vitesse de rotation élevée. Grâce au circuit de nage à contre courant à faibles pertes de charge, la puissance éxigée reste au-dessous de la puissance nominale. Présentation des différentes ficures Les dessins annexés illustrent l'invention. La fig. 1 représente un schéma du circuit hydraulique d'une piscine. La fig. 2 représente la loi de transformation puissance- fréquence. La fig. 3 représente les points de fonctionnement dans le diagramme de la courbe caractéristique QH. Modes de réalisation Un circuit hydraulique d'une piscine selon l'invention, représenté à la fig. 1, comprend une pompe 1, entrainée par un moteur électrique à vitesse variable non représenté, un filtre 2 4 2738027 placé à l'amont ou & l'aval de la pompe 1, un robot de nettoyage 3, un système de nage à contre courant 4 et un bassin de piscine 5 rempli d'eau. On trouve trois circuits différents pour réaliser les fonctions différentes. Le circuit I est le circuit de circulation de l'eau pour le renouvellement par filtration dans le filtre 2. Le filtre 2 présente au fur et à mesure de son emploi une saturation qui se traduit par des pertes de charge et par une modification importante du débit. Le débit de la pompe de circulation est en plus déterminé par le choix du mode de filtration. Par exemple, le filtre 2 peut être un filtre à sable, à diatomées ou à membrane active. Le circuit II est le circuit de nage à contre courant, le flux d'eau demandé étant réalisé par un circuit hydraulique à faibles pertes de charge. L'eau de ce circuit ne passe pas par le filtre 2, mais entre directement dans le bassin 5, par exemple à travers des buses d'injection non représentées du système de nage à contre courant 4. Le circuit III est le circuit d'asservissement d'un robot de nettoyage 3. Ce robot 3 demande un faible débit pendant le cycle de nettoyage. Dans la fig. 2 est décrite la loi de transformation de la fréquence f du moteur et la puissance P ainsi que le comportement du débit Q. La puissance maximale P.s est égale à la puissance nominale PN même pour des fréquences supérieures f2 à la fréquence nominale f.. On retrouve les points de fonctionnement A, B et C des circuits I, II et III. Le circuit I correspond au point de fonctionnement A à la fréquence nominale fN et à un débit nominal QN, qui dépend de la saturation du filtre 2. La puissance consommé ne dépasse pas la puissance nominale PN- Le circuit II correspond au point de fonctionnement B à une fréquence supérieure f2et à un débit considérablement élevé Q2. En général, la courbe caractéristique QH change avec la vitesse de rotation n du moteur selon les relations Q - n et H - na et également par conséquent avec la fréquence f. Mais car la perte de charge du circuit II est plus petite que celle du circuit I, le débit augmente davantage. Le circuit III correspond au point de fonctionnement C à la fréquence f1 et au débit Q1, qui dépend également de la saturation du filtre 2. On voit clairement, que le moteur et le variateur de fréquence sont dimensionnés pour la puissance nominale PN à la fréquence nominale f# au lieu d'être dimensionnés pour la puissance P' à la fréquence supérieure f2' Un variateur de type PWM (modulation de la largeur des impulsion a l'avantage d'être très simple et fiable. De plus, il permet de garder un rendement optimum à toutes les fréquences qui intéressent. La fig. 3 représente les courbes caractéristiques QH pour les fréquences f, fN et f2 du moteur ainsi que les points de fonctionnement A, B et C. La saturation du filtre provoque une variation du point A. Le point A peut être varié selon le besoin de recyclage. Pour une piscine familiale de environ 50 m3 d'eau les besoins de débit sont les suivants: - pour le recyclage avec filtre à membrane active: 10 à 22 m3h suivant la qualité d'eau; - pour le cycle d'alimentation d'un robot de nettoyage: 4 à 6 m'h; - pour le cycle de nage à contre courant: 40 m3h. 6 2738027 Un mode de réalisation préféré est caractérisé en ce que la vitesse variable du moteur est obtenue par un variateur de fréquence connecté au moteur, le premier point de fonctionnement correspondant à une fréquence d'alimentation réduite, le deuxième point de fonctionnement correspondant à une fréquence d'alimentation nominale et le troisième point de fonctionnement correspondant à une surfréquence. Dans un autre mode de réalisation le rapport entre les fréquences est de 0,5 à 1 à 1,2 relatif à la fréquence nominale. Dans encore un autre mode de réalisation le circuit hydraulique de nage à contre courant est à faible pertes de charge et la puissance maximale du système est demandée à débit et à fréquence nominal. Application industrielle La pompe selon l'invention est destinée à être utilisée pour faire circuler l'eau dans le bassin d'une piscine, notamment25 pour les cycles de recyclage, d'alimentation d'un robot de nettoyage et de nage à contre courant. 7 2738027 Revendications 1. Pompe de piscine, comportant un moteur électrique à vitesse variable, caractérisée en ce que le moteur passe par un premier point de fonctionnement à faible débit, notamment pour alimenter un robot de nettoyage, par un deuxième point de fonctionnement à débit nominale, notamment pour recycler l'eau du bassin, et par un troisième point de fonctionnement à débit élevé, notamment pour alimenter un circuit de nage à contre courant. 2. Pompe de piscine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la vitesse variable du moteur est obtenue par un variateur de fréquence connecté au moteur, le premier point de fonctionnement correspondant à une fréquence d'alimentation réduite, le deuxième point de fonctionnement correspondant à une fréquence d'alimentation nominale et le troisième point de fonctionnement correspondant à une surfréquence. 3. Pompe de piscine selon la revendication 2, caractérisée en ce que le rapport entre les fréquences est de 0,5 à 1 à 1,2 relatif à la fréquence nominale. 4. Pompe de piscine selon l'une des revendications précédendes, caractérisée en ce que le circuit hydraulique de nage à contre courant est à faible pertes de charge et en ce que la puissance maximale du système est demandée à débit et à fréquence nominal.