Brevet FR3016196A1 — publié le 20150710

POMPE DE CIRCULATION DE FLUIDE A ROTOR NOYE MUNIE D'UN ARBRE POREUX L'invention se rapporte à une pompe de circulation de fluide à rotor noyé munie d'un arbre poreux. Les pompes de circulation de fluide à rotor noyé sont utilisées en génie climatique, notamment dans les installations de chauffage à eau chaude, dans le bouclage des circuits de distribution d'eau chaude sanitaire, ainsi que dans les installations à énergie renouvelable (solaire, pompes à chaleur, air conditionné, ...). Dans la technologie des moteurs à rotor noyé, utilisée pour les pompes de circulation, le rotor du moteur se trouve dans une cavité dite rotorique, remplie du fluide véhiculé par la pompe. La cavité rotorique est remplie de fluide pour des raisons de lubrification des paliers supportant l'arbre solidaire du rotor, de refroidissement du moteur, et de silence de fonctionnement, tout en évitant la présence d'air dans le fluide qui provoquerait une augmentation du bruit de fonctionnement. Habituellement le remplissage de la cavité est réalisé à l'aide d'un débit au travers de la cavité rotorique et de l'arbre solidaire du rotor. En d'autres termes, un débit de fluide circule depuis l'arrière de la turbine (ou roue) jusqu'au milieu de celle-ci, en passant par la cavité rotorique (où il chasse l'air présent) et un conduit traversant l'arbre solidaire du rotor. Pour faciliter le remplissage de cette cavité rotorique par le fluide, une communication est nécessaire entre tout ou partie des zones d'environnement du rotor. Il est connu de réaliser cette communication par des perçages axiaux et/ou radiaux dans l'arbre. Mais cette méthode entraîne l'ajout d'au moins un filtre dans chaque perçage pour limiter l'intrusion de particules solides, généralement présentes dans le circuit de chauffage, dans l'environnement du rotor, celles-ci étant à l'origine de dégradations des pièces mécanique et donc d'une usure prématurée de la pompe. Il existe donc un besoin pour simplifier la réalisation d'un arbre permettant la circulation et la filtration de fluide entre l'environnement du rotor d'une pompe de circulation de fluide et l'environnement de la turbine. Plus particulièrement, l'invention vise à fournir un arbre au moins partiellement poreux permettant à la fois cette communication de fluide et un filtrage des particules solides. A cette fin, la présente invention propose une pompe de circulation d'un fluide comprenant : - un moteur ayant un rotor noyé, - un arbre disposé au sein du rotor et entraîné en rotation par le rotor, une extrémité de l'arbre faisant saillie hors du moteur, dans une zone de refoulement de fluide de la pompe, l'extrémité de cet arbre comportant une surface de contact avec le fluide présent dans la zone de refoulement, l'arbre étant réalisé au moins partiellement dans une matière poreuse, - une roue solidaire de ladite extrémité de l'arbre et disposée dans la zone de refoulement de fluide. L'invention a également pour objet une utilisation d'une telle pompe pour faire circuler du fluide dans une installation de chauffage à eau chaude, dans le bouclage d'un circuit de distribution d'eau chaude sanitaire, dans une installation à énergie renouvelable, ou dans une installation de climatisation. Suivant des modes de réalisation préférés, l'invention comprend une ou plusieurs des caractéristiques complémentaires suivantes : - la roue est montée directement sur l'extrémité de l'arbre, - la roue est montée sur l'extrémité de l'arbre via un insert de fixation, - l'arbre est isolé d'une zone d'aspiration de fluide de la pompe, - l'arbre est en contact avec une zone d'aspiration de fluide de la pompe, - l'arbre présente une cavité cylindrique s'étendant le long de son axe de rotation, - un tube est fixé à la fois au rotor et à une partie centrale de l'arbre, - une douille est fixé sur l'arbre de chaque côté du tube, - l'arbre comporte une partie tubulaire au sein de laquelle est fixé un embout poreux, l'embout s'étendant au-delà de la partie tubulaire et étant solidaire de la roue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation préférés de l'invention, donnée à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés, qui montrent : - figures 1 à 5, des vues en coupe axiale d'exemples de pompe de circulation. Dans la suite de la description, les éléments identiques ou de fonction identique portent le même signe de référence. À fin de concision de la présente description, les éléments identiques aux différents exemples ne sont pas décrits en regard de chacun de ces exemples. En d'autres termes, seules les différences entre les différents exemples sont décrites de manière détaillée, les éléments communs étant décrits en regard d'un seul exemple. La figure 1 montre une pompe 100 de circulation de fluide à rotor noyé. Il s'agit par exemple d'une pompe utilisée dans une installation de chauffage à eau chaude, dans le bouclage de circuit de distribution d'eau chaude sanitaire, dans une installation à énergie renouvelable (de type solaire ou à pompe à chaleur, notamment), ou dans une installation de climatisation. La pompe 100 est par exemple une pompe à moteur synchrone. La pompe 100 comporte un corps 41 de pompe comprenant une entrée ou zone d'aspiration 5 de fluide qui est aspiré par une turbine ou roue centrifuge 20, et une sortie du fluide ou zone 1 de refoulement sous pression. Le fluide circule dans le sens des flèches 22 et 24 depuis la zone 5 d'aspiration vers la zone 1 de refoulement. Une carcasse de moteur 21 est fixée de manière étanche sur le côté du corps 41 de la pompe 100. La pompe 100 comporte un moteur 10 ménagé dans la carcasse de moteur 21, une cartouche étanche 6 étant insérée dans la carcasse de moteur 21 de sorte que le rotor 18 fonctionne dans le fluide entraîné par la pompe. Le moteur 10 comporte un stator 19 situé dans la carcasse 21, en dehors de la cartouche 6 et entraînant en rotation un rotor 18 qui baigne dans un fluide situé dans la cartouche 6. Le rotor 18 peut notamment être un aimant permanent. La cartouche 6 délimite une cavité 23. La cavité 23 englobe une zone rotorique 2 (ou cavité rotorique) autour du rotor 18 et une zone de fond 4 (ou cavité de fond) de la cartouche 6, entre une extrémité 8 d'un arbre 7 solidaire du rotor 18 et le fond de la cartouche 6. Le rotor 18 et l'arbre 7 sont mobiles en rotation autour de leur axe longitudinal 30. L'arbre 7 est entraîné en rotation dans la cavité 23 par le rotor 18. Pour ce faire, l'arbre 7 est monté dans deux paliers ou coussinets 27 et 29, le coussinet 29 séparant la zone rotorique 25 de la zone de fond 4. Un élément d'étanchéité 31 tel qu'une bague flottante ou un joint à lèvre ferme la cavité 23 du côté opposé à la cavité de fond 4. Une extrémité frontale 8 de l'arbre 7 fait saillie hors du moteur 10. Une roue 20 de circulation de fluide est montée, via un insert de fixation 17 dans le cas de la pompe 100, sur l'extrémité 8 de l'arbre 7, de sorte que la roue 20 est entrainée en rotation par l'arbre 7. On entend par extrémité 8 de l'arbre 7 une partie latérale proche de la roue 20. Une extrémité 9 de l'arbre 7, opposée à l'extrémité frontale 8, délimite partiellement la zone de fond 4. L'arbre est réalisé dans une matière poreuse permettant à la fois d'assurer la communication du fluide entre les zones 1, 2 et 4 et aussi d'empêcher les particules, notamment métalliques, présentes dans le circuit de chauffage et entrainées par le fluide, de pénétrer dans la cavité 23. L'arbre poreux peut être réalisé dans toutes matières fritées, telles que le bronze, le laiton, l'acier inoxydable, habituellement utilisées pour la fabrication de filtres. Dans le cas de la pompe 100, les zones 1, 2 et 4 sont en communication de fluide à la pression de refoulement de la pompe. Pendant le fonctionnement de la pompe 100, l'air se rassemble, par différence de densité avec le fluide, au centre de rotation c'est-à-dire dans les porosités de l'arbre 7. L'air présent dans l'arbre 7 va ensuite remonter par gravité dans l'installation via une surface annulaire 49 de contact avec la zone de refoulement, lors du prochain arrêt de la pompe. Les autres fonctions de l'arbre 7 telles que la friction des paliers 27 et 29 et la fixation étanche du rotor 18 sont réalisées par des éléments séparés fixés sur l'arbre 7 en matière poreuse, c'est-à-dire deux douilles 13 et 14 pour la friction des paliers 27 et 29 et, entre lesdites douilles, un tube 15 pour la fixation du rotor 18. Un avantage réside dans le fait que ces pièces 13, 14 et 15 peuvent être de matières différentes, adaptées à leur fonction respective. Plus précisément, les douilles 13 et 14, ayant une fonction de palier, peuvent être réalisées soit en acier avec un durcissement de surface, un traitement de surface au carbone adamantin (Diamond-Like Carbon en langue anglaise), ou un placage autocatalytique au nickel (Electroless Nickel Plating en langue anglaise) ou tout autre traitement de surface, pour obtenir des caractéristiques adaptées à la friction, soit en carbure, en céramique ou en une matière composite ayant, comme le carbure et la céramique, des caractéristiques adaptées à la friction. Le tube 15 est quant à lui généralement réalisé en acier inoxydable. L'insert de fixation 17 par lequel la roue 20 est montée sur l'extrémité 8 de l'arbre 7 empêche toute communication de fluide entre les zones d'aspiration 5 et de refoulement 1, à travers l'arbre 7. En effet, l'insert de fixation 17 enveloppe l'extrémité 8 de l'arbre 7 en obturant sa base circulaire qui est donc isolée de la zone 5 d'aspiration de fluide. La pompe 200 de la figure 2 se différencie de la pompe 100 de la figure 1 en ce que l'insert de fixation 33 par lequel la roue 20 est montée sur une extrémité 48 d'un arbre 47 solidaire du rotor 18 permet une communication de fluide entre les zones d'aspiration 5 et de refoulement 1, à travers cet arbre 47. En effet, l'insert de fixation 33 entoure l'extrémité 48 de l'arbre 47 sans obturer sa base circulaire. L'arbre 47 est plus long que l'arbre 7 de la pompe 100. L'arbre 47 traverse donc entièrement la roue 20 en son centre et est en contact avec la zone 5 d'aspiration de fluide. Cette configuration permet de réduire la pression à l'entrée de la cavité 23, de créer une circulation de fluide, via l'extrémité 48, de l'arbre 47, entre la zone 1 de refoulement et la zone 5 d'aspiration, ce qui facilite l'évacuation de l'air rassemblé dans les porosités de l'arbre 47. La pompe 300 de la figure 3 se différencie de la pompe 100 de la figure 1 en ce qu'un arbre 57 solidaire du rotor 18 présente une cavité cylindrique 34 s'étendant le long de son axe de rotation 30. Plus précisément, l'arbre 57 comporte une partie tubulaire 36 ouverte à ses deux extrémités de sorte que la cavité cylindrique 34 communique avec la zone de fond 4. Au sein de la partie tubulaire 36 et du côté de la roue 20, un embout poreux 37 est fixé. L'embout 37 s'étend au-delà de la partie tubulaire 36 mais ne traverse pas complètement la roue 20. La roue 20 est fixée directement sur l'embout 37 mais empêche toute communication de fluide entre les zones d'aspiration 5 et de refoulement 1, à travers l'embout 37. L'embout 37 présente un diamètre similaire à un diamètre de l'arbre 7 de la pompe 100 et à un diamètre intérieur de la partie tubulaire 36. La partie tubulaire 36 présente un diamètre extérieur similaire à un diamètre des douilles 13 et 14 et du tube 15 de la pompe 100. De ce fait, la pompe 300 ne comporte ni douille de friction, ni tube de fixation. C'est la partie tubulaire 36 qui assure les autres fonctions de l'arbre 57 telles que la friction des paliers 27 et 29 et la fixation étanche du rotor 18. Par conséquent, des ouvertures radiales 11 et 12 sont réalisées à travers la paroi de la partie tubulaire 36, de part et d'autre du rotor 18, de sorte que la cavité cylindrique 34 communique avec la zone rotorique 2. L'air rassemblé par centrifugation dans la cavité 34 est évacué au travers de l'embout poreux 37 et via la surface annulaire 49 vers la zone 1 de refoulement. La pompe 400 de la figure 4 se différencie de la pompe 300 de la figure 3 en ce que la roue 20 est fixée sur un embout poreux 68 d'un arbre 67 solidaire du rotor 18 de sorte à permettre une communication de fluide entre les zones d'aspiration 5 et de refoulement 1, à travers l'arbre 67. En effet, la roue 20 entoure l'embout 68 sans obturer sa base circulaire. L'embout 68 de l'arbre 67 étant plus long que l'embout 37 de la pompe 300, traverse donc la roue 20 et est en contact avec la zone 5 d'aspiration de fluide. Cette configuration permet de réduire la pression à l'entrée de la cavité 23, de créer une circulation de fluide, via l'extrémité 8 de l'embout 68, entre la zone 1 de refoulement et la zone 5 d'aspiration, ce qui facilite l'évacuation de l'air rassemblé dans la cavité 34 de l'arbre 67. La pompe 500 de la figure 5 se différencie de la pompe 100 de la figure 1 en ce qu'un arbre 77 solidaire du rotor 18 présente une cavité cylindrique 35 s'étendant le long de son axe de rotation 30. Plus précisément, l'arbre 77 est un tube en matière poreuse présentant un diamètre extérieur et une longueur similaires à ceux de l'arbre 7 de la pompe 100. Les cavités 34 et 35 des pompes 300, 400 et 500 permettent d'augmenter le volume intérieur des arbres 57, 67 et 77 adapté à recevoir l'air résiduel obtenu pendant et après le dégazage par différence de densité entre l'air et le fluide. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et au mode de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. REVENDICATIONS1. Pompe (100 ; 200 ; 300 ; 400 ; 500) de circulation d'un fluide comprenant : - un moteur (10) ayant un rotor noyé (18), - un arbre (7 ; 47 ; 57 ; 67 ; 77) disposé au sein du rotor et entraîné en rotation par le rotor, une extrémité (8 ; 48) de l'arbre faisant saillie hors du moteur, dans une zone (1) de refoulement de fluide de la pompe, l'extrémité de cet arbre comportant une surface (49) de contact avec le fluide présent dans la zone de refoulement, - une roue (20) solidaire de ladite extrémité de l'arbre et disposée dans la zone de refoulement de fluide, caractérisée en ce que l'arbre est réalisé au moins partiellement dans une matière poreuse. 2. Pompe selon la revendication 1, dans laquelle pompe (300 ; 400) la roue (20) est montée directement sur l'extrémité (8) de l'arbre (57 ; 67). 3. Pompe selon la revendication 1, dans laquelle pompe (100 ; 200 ; 500) la roue (20) est montée sur l'extrémité (8) de l'arbre (7 ; 47 ; 77) via un insert de fixation (17 ; 33). 4. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle pompe (100 ; 300 ; 500) l'arbre (7 ; 57 ; 77) est isolé d'une zone (5) d'aspiration de fluide de la pompe. 5. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle pompe (200 ; 400) l'arbre (47 ; 67) est en contact avec une zone (5) d'aspiration de fluide de la pompe. 6. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle pompe (300 ; 400 ; 500) l'arbre (57 ; 67 ; 77) présente une cavité cylindrique (34 ; 35) s'étendant le long de son axe de rotation (30). 7. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle pompe (100 ; 200 ; 500) un tube (15) est fixé à la fois au rotor (18) et à une partie centrale de l'arbre (7 ; 47 ; 77). 8. Pompe selon la revendication 7, dans laquelle pompe (100 ; 200 ; 500) une douille (13 ; 14) est fixé sur l'arbre (7 ; 47 ; 77) de chaque côté du tube (15). 9. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle pompe (300 ; 400) l'arbre (57 ; 67) comporte une partie tubulaire (36) au sein de laquelle est fixé un embout poreux (37 ; 68), l'embout s'étendant au-delà de la partie tubulaire et étant solidaire de la roue (20). 10. Utilisation d'une pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes pour faire circuler du fluide dans une installation de chauffage à eau chaude, dans le bouclage d'un circuit de distribution d'eau chaude sanitaire, dans une installation à énergie renouvelable, ou dans une installation de climatisation.15