FR2494821A1

FR2494821A1 - Pump and mechanical to thermal energy converter - uses fluid medium to transmit energy mechanically and to generate heat

Info

Publication number: FR2494821A1
Application number: FR8025602A
Authority: FR
Original assignee: GODEFROY JEAN PAUL
Current assignee: GODEFROY JEAN PAUL
Priority date: 1980-11-21
Filing date: 1980-11-21
Publication date: 1982-05-28

Abstract

The pump and mechanical thermal energy converter comprises a positive-displacement pump, a transmission line formed by pipes, and a converter for mechanical energy into heat. The medium transmits the energy and generates the heat. It can be moved to and fro in the pipes regularly about a fixed point, so that, at any moment, the medium currents in the pipes form a multi-phase output. The pump can have variable-volume chambers subjected to regular and geometrically identical movements, out of phase with each other by a fraction of a cycle which is a function of the number of them.

Description

TRANSMETTEUR ET CONVERTISSEUR MECANO-THERMIqUE A FLUIOE
Le dispositif suivant l'invention a pour objet de transmettre une énermecanique, utilisant comme agent de transmission un fluide et de convertir cette énergie en chaleur, en extrémité de parcours, en laminant ce même fluide.TRANSMITTER AND MECHANICAL THERMAL CONVERTER TO FLUIOE
The object of the device according to the invention is to transmit mechanical engineering, using a fluid as a transmission agent and to convert this energy into heat, at the end of the path, by laminating this same fluid.

Dans l'étant actuel de la technique des systèmes de transmission hydraulique, le fluide, agent de transmission, est anime le long des canalisations d'un mouvement de translation continu de direction constante. In the current state of the art of hydraulic transmission systems, the fluid, transmission agent, is animated along the pipes in a continuous translational movement of constant direction.

Cette circulation continue du fluide devient un inconvénient quand le récepteur d'énergie a pour fonction de transformer en chaleur l'énergie du fluide. This continuous circulation of the fluid becomes a drawback when the function of the energy receiver is to transform the energy of the fluid into heat.

Dans ce cas, en effet, le fluide doit retourner au générateur à une température au moins égale à celle de la source qu'il chauffe, ce qui nécessite d'une part le calorifuge des canalisations, et limite la température de stockage d'autre part.In this case, in fact, the fluid must return to the generator at a temperature at least equal to that of the source which it heats, which requires on the one hand the insulation of the pipes, and limits the storage temperature on the other go.

Le système suivant l'invention permet d'éviter cet inconvénient. Le principe du dispositif repose sur le fait que le fluide sera animé dans les canalisations d'un mouvement de translation alternatif périodique, équivalent à une valeur à moyenne de déplacement du fluide nulle, tout en assurant la transmission mécanique de l'énergie vers le récepteur, transformateur d'énergie mécanique en énergie thermique. The system according to the invention makes it possible to avoid this drawback. The principle of the device is based on the fact that the fluid will be animated in the pipes with a periodic reciprocating translational movement, equivalent to a mean value of zero displacement of the fluid, while ensuring the mechanical transmission of energy to the receiver. , transformer of mechanical energy into thermal energy.

Cette technique présente sur les autres systèmes de convertisseurs mécano thermique existants, de pouvoir assurer la conversion thermique en fin de ligne et de permettre un transport d'énergie sur des distances relativement importantes san: perte calorifique. Il présente au surplus l'avantage de réduire considérablement le coût d'installation par le simple fait d'éviter un calorifugege des lignes ou canalisations de transmission. This technique presents on other existing mechanical mechanical converter systems, to be able to ensure thermal conversion at the end of the line and to allow energy transport over relatively long distances without: heat loss. It also has the advantage of considerably reducing the cost of installation by the simple fact of avoiding heat insulation of transmission lines or pipes.

Conformément à l'invention, le dispositif comprend quatre élements principaux : une pompe volumétrique polyphasée à cavités et à volume variable, assuranl la fonction de générateur, trois canalisations reliant la pompe au récepteur, un récepteur composé de trois organes dégradateurs identiques dont les canalisations de sorties se rejoignent en un point commun de manière à assurer la fermeture du circuit hydraulique. enfin un réservoir de type surpresseur. In accordance with the invention, the device comprises four main elements: a polyphase multi-phase pump with cavities and with variable volume, ensuring the generator function, three pipes connecting the pump to the receiver, a receiver made up of three identical degrading organs including the pipes of outlets meet at a common point so as to close the hydraulic circuit. finally a booster type tank.

L'invention consiste encore en certaines autres dispositions mentionnées ci-après et employées en même temps que la disposition principale ci-dessous énoncée. The invention also consists of certain other arrangements mentioned below and used at the same time as the main arrangement set out below.

L'invention vise plus particulièrement à utiliser des énergies mécaniques produites à partir du vent, des chutes d'eau mais ne saurait se limiter à ces seul domaines d'application. The invention more particularly aims to use mechanical energies produced from wind, waterfalls but cannot be limited to these only fields of application.

Pour mieux comprendre l'objet de l'invention et à titre d'exemple, nous nc réfererons uniquement à un mode de fonctionnement de type triphasé, tout en sachant que le dispositif peut accepter l'ensemble des modes alternatifs périodiques de fonctionnement. Nous nous appuierons dans cette description sur les dessins des figures annexées. To better understand the object of the invention and by way of example, we will only refer to an operating mode of the three-phase type, while knowing that the device can accept all of the periodic alternative operating modes. In this description, we will rely on the drawings of the appended figures.

Figure 1 : Schéma de principe du dispositif
Figure 2 : Descriptif simplifié de pompe volumétrique vue en coupe
Figure 3 : Une canalisation avec séparateurs de fluide
Figure 4 : Descriptif simplifié d'un élément dégradeur
Figure 5 : Pastille de laminage
Figure 6 : Vue d'ensemble du système dégradeur, échangeur accumulateur
Figure 7 : Schéma de principe d'un mode de réalisation
En se réferant à la figure 1, qui nous présente un schéma de principe du dispositif, nous pouvons noter les éléments principaux suivants.Un générateur (1) constitué par une pompe volumétrique de type triphasé dont l'arbre sera entraîné mécaniquement par un organe extérieur, des canalisations t2) ou ligne de transmission de l'énergie mécanique, un récepteur composé de trois organes dégradateurs (3) dont la fonction est de laminer le fluide qui par friction s'échauffe et communiquera sa chaleur au radiateur, des tubulures (4) de sortie des organes dégradateurs et relié en un même point neutre t5), un réservoir de surpression (63 dont le rôle sera de compenser les variations de pression du dispositif.Figure 1: Schematic diagram of the device
Figure 2: Simplified description of positive displacement pump sectional view
Figure 3: A pipeline with fluid separators
Figure 4: Simplified description of a degrading element
Figure 5: Rolling pad
Figure 6: Overview of the degrading system, accumulator exchanger
Figure 7: Schematic diagram of an embodiment
Referring to Figure 1, which presents a block diagram of the device, we can note the following main elements: A generator (1) consisting of a three-phase type positive displacement pump whose shaft will be mechanically driven by an external member , pipes t2) or mechanical energy transmission line, a receiver made up of three degrading organs (3) whose function is to laminate the fluid which by friction heats up and will communicate its heat to the radiator, pipes (4 ) outlet of the degrading members and connected at the same neutral point t5), an overpressure tank (63 whose role will be to compensate for the variations in pressure of the device.

Afin de mieux comprendre le principe du dispositif on fera appel à une analogie électro-hydraulique où la pression a pour image la tension, le débit pour image l'intensité. Le schéma dans cette analogie nous rappelle un dispositif classique en électricité dans lequel un générateur alimente une ligne triphaséedont le récepteur est couplé en étoile, le point commun étant l'analogue du neutre. In order to better understand the principle of the device, we will use an electro-hydraulic analogy where pressure has for image tension, flow for image intensity. The diagram in this analogy reminds us of a classic device in electricity in which a generator supplies a three-phase line of which the receiver is coupled in star, the common point being the analog of neutral.

Poussant cette analogie avec l'électricité, le fluide animé par un générateur de pression de type triphasé, subira un mouvement de translation alternatif périodique, au rythme de la pulsation du générateur. Bien que le déplacement moyen du fluide soit nul au cours d'une période, au niveau des trous d'ajustage des organes dégradateurs l'énergie mécanique transportée par le fluide apparat sous forme d'énergie cinétique fonction du diamètre du trou d'ajutage. Pushing this analogy with electricity, the fluid animated by a three-phase type pressure generator, will undergo a periodic reciprocating translational movement, at the rate of the generator's pulsation. Although the average displacement of the fluid is zero over a period, at the adjustment holes of the degrading members the mechanical energy transported by the fluid appears in the form of kinetic energy as a function of the diameter of the nozzle hole.

L'efficacité de la conversion mécano-thermique sera fonction de la vitesse du fluide au col des trous. L'énergie cinétique acquise s'y dissipe en chaleur.The efficiency of the mechanical-thermal conversion will depend on the speed of the fluid at the neck of the holes. The kinetic energy acquired dissipates there as heat.

Le réservoir (6) de fluide sous une pression statique suffisante, branché au neutre a pour effet d'éviter la cavitation du fluide et il assure du même coup la compensation des fuites, des dilatations et l'absorption de certaines harmoniques. The reservoir (6) of fluid under sufficient static pressure, connected to neutral has the effect of avoiding cavitation of the fluid and at the same time ensures compensation for leaks, expansions and the absorption of certain harmonics.

Les figures qui vont être ecaminées ci-après donnant un descriptif des éléments constitutifs du dispositif ne sont données qu'à titre indicatif et ne présentent en aucun cas un aspect limitatif. The figures which will be discussed below giving a description of the constituent elements of the device are only given for information and in no way present a limiting aspect.

La figure [23 nous propose un exemple de pompe à cavité à volume variable entrainée par un vilebrequin (7), les manivelles (6) sont décalées de 1200 les unes par rapport aux autres. Les pressions engendrées dans les cavités (9) (10) et [ indépendantes l'une de l'autre seront fonction de la positi angulaire du vilebrequin.Ainsi cette pompe engendre en fonction du temps de volumes alternatifs et périodiques, leurs mouvements sont géométriquement id: tiques mais temporellement déphasés les uns des autres d'un tiers de période
On notera que les trois cavités communiquent directement, sans clapet ni sou pape dans leurs canalisations respectives (2), ce sera une des caractéristiq essentielles de ce type particulier de pompe volumétrique.Ce type de pompe à vilebrequin est bien sûr donné à titre indicatif, tout autre type de pompe d type polyphasé qui assurerait une communication directe entre la cavité à vo lume variable et la canalisation pourrait être retenue, pour mémoire pompe à membrane à palette etc
La figure 3. nous montre en coupe une canalisation [2), relit en tête à une cavité de la pompe volumétrique (13). en aval à un organe dégradateur [143. L'absence de transport de fluide permet d'envisager de partager ls canalisations en des tronçons contenant des fluides différents.Figure [23 gives us an example of a variable volume cavity pump driven by a crankshaft (7), the cranks (6) are offset by 1200 relative to each other. The pressures generated in the cavities (9) (10) and [independent of each other will be a function of the angular position of the crankshaft. Thus this pump generates, as a function of time, alternating and periodic volumes, their movements are geometrically id : ticks but temporally out of phase with one another by a third of the period
It will be noted that the three cavities communicate directly, without valve or pope in their respective pipes (2), this will be one of the essential characteristics of this particular type of positive displacement pump. This type of crankshaft pump is of course given as an indication, any other type of polyphase type pump which would ensure direct communication between the variable volume cavity and the pipeline could be retained, for the record, vane diaphragm pump etc.
Figure 3. shows us in section a pipe [2), reread at the head to a cavity of the positive displacement pump (13). downstream to a degrading organ [143. The absence of fluid transport makes it possible to envisage dividing the pipes into sections containing different fluids.

En amont de la canalisation (15) un fluide circulant dans la pompE qui devra posséder des caractéristiques de lubrification. Dans le tronçon cer tral (16) le fluide pourra être de nature quelconque à condition qu'il préser te des caractéristiques de compressibilité minimale. Upstream of the pipe (15) a fluid circulating in the pump which must have lubrication characteristics. In the cer tral section (16) the fluid may be of any kind provided that it has characteristics of minimum compressibility.

En aval de la canalisation (17) le fluide possédera des caractéris tiques particulières de résistance à la dégradation par la chaleur. Downstream of the pipe (17) the fluid will have particular characteristics of resistance to degradation by heat.

Seul le fluide localisé dans les organes dégradateurs assurera la conversion mécano-thermique. Only the fluid located in the degrading organs will ensure mechanical-thermal conversion.

Des séparateurs (183 à piston, à membrane ou autre interdiront aux fluides de se mélanger. Separators (183 with piston, membrane or other will prevent fluids from mixing.

Le dispositif prévoit des transmissions pouvant aller jusqu'à 200m de canalisation, sinon plus et pour des puissances transmises de 10 à 20 kw, des diamètres de canalisation seraient de l'ordre de 3 à 10 mm. The device provides for transmissions of up to 200m of pipe, if not more, and for transmitted powers of 10 to 20 kw, pipe diameters would be of the order of 3 to 10 mm.

La figure t43 nous propose une vue schématique en coupe d'un des trois dégradateurs qui, ensemble, constituent le récepteur. Le principe en es simple, le fluide d'arrivée en provenance de la canalisation (2) est laminé au travers de trous d'ajutage et l'énergie mécanique qu'il perd se transforme en chaleur, diffusée ensuite par le corps du dégradateur. Figure t43 provides a schematic sectional view of one of the three degraders which together make up the receiver. The principle is simple, the incoming fluid from the pipe (2) is laminated through nozzle holes and the mechanical energy it loses is transformed into heat, then diffused by the body of the degrader.

Le dégradateur sera donc principalement composé d'un corps principal t19) surmonté d'ailettes de dissipation (20). A l'intérieur du corps prin cipal sont disposées des pastilles de laminage (22), leur nombre pouvant varie en fonction de la puissance à recueillir et de l'étagement de la détente. The degradator will therefore mainly consist of a main body t19) surmounted by dissipation fins (20). Inside the main body are arranged rolling pellets (22), their number possibly varying according to the power to be collected and the staging of the trigger.

Retenu par un épaulement (21) en tête du dégradateur, des bagues de sépara tion [23) d'épaisseur variable permettront une disposition adéquate des pastilles de laminage. L'ensemble sera fixé par un élément de serrage (26), vissé par exemple au niveau du corps principal. Les liaisons des canalisations d'entrée t243 et de sortie (25) au dégradateur sont classiques et ne méritent pas de commentaires particuliers. Ce descriptif sommaire du dégradateur est donné à titre indicatif, il constitue toutefois l'une des caractéristiques techniques principales de l'invention.Retained by a shoulder (21) at the top of the degradator, separating rings [23) of variable thickness will allow an adequate arrangement of the laminating pellets. The assembly will be fixed by a clamping element (26), screwed for example at the level of the main body. The connections of the inlet t243 and outlet (25) pipes to the degradator are conventional and do not deserve any particular comment. This summary description of the degradator is given for information only, it nevertheless constitutes one of the main technical characteristics of the invention.

La figure t5) nous propose une pastille de laminage d'orifice central t27) et de forme bi-conique. Figure t5) shows us a central orifice lamination tablet t27) and of bi-conical shape.

La figure (6) nous présente de forme schématique un système dégradateur, échangeur, accumulateur dans lequel le dégradateur joue le même rôle qu'une résistance électrique plongée dans un accumulateur. L'eau chaude peut servir au chauffage central et aux sanitaires ou autres. Figure (6) shows schematically a degrading system, exchanger, accumulator in which the degrader plays the same role as an electrical resistance immersed in an accumulator. Hot water can be used for central heating and sanitary or other.

La figure (7) montre de façon schématique un mode de réalisation particulier dans lequel des dégradateurs (4) sont disposés en ligne ainsi que l'adjonction d'un moteur de démarrage t333
Par exemple, dans le cas d'un entraînement de la pompe volumétrique par une éolienne, il arrive que cette dernière réclame pour une mise en service, un couple de démarrage.Figure (7) shows schematically a particular embodiment in which degraders (4) are arranged in line as well as the addition of a starting motor t333
For example, in the case of a drive of the positive displacement pump by a wind turbine, it sometimes happens that the latter requires a starting torque for commissioning.

Le principe meme de l'invention permet d'assurer ce couple à l'éolienne, par l'intermédiaire de la pompe volumétrique, grâce à un moteur de démarrage, en tout point identique au générateur décrit ci-dessus, branché en dérivation sur le récepteur le dispositif permet la transmissibilité reversible d'un couple mécanique entre l'arbre du générateur et celui du moteur. Ceci sera bien sûr assurer à condition que les vannes t363 et (35) soient judicieusement positionnées. The very principle of the invention makes it possible to ensure this torque at the wind turbine, by means of the positive displacement pump, by means of a starting motor, in all points identical to the generator described above, connected in bypass to the receiver the device allows the reversible transmissibility of a mechanical torque between the generator shaft and the engine shaft. This will of course be ensured on condition that the valves t363 and (35) are judiciously positioned.

L'avantage du procédé est que le moteur de démarrage peut se situer sur le lieu d'habitation, il suffira simplement d'agir manuellement par l'intermédiaire de la manivelle t343 ou un système électrique équivalent pour assurer le démarrage de l'éolienne. Cet exemple pris avec l'éolienne est donné pour montrer l'intérêt du dispositif. The advantage of the method is that the starting motor can be located on the place of residence, it will suffice simply to act manually by means of the crank t343 or an equivalent electrical system to ensure the starting of the wind turbine. This example taken with the wind turbine is given to show the interest of the device.

Dans un contexte plus général on retiendra que le système triphasé décrit permet la transmission réversible d'un couple mécanique entre l'arbre de la pompe volumétrique et le moteur qui lui est en tout point identique. In a more general context, it will be noted that the three-phase system described allows the reversible transmission of a mechanical torque between the shaft of the positive displacement pump and the motor which is identical to it in every respect.

La figure t73 nous montre un mode de réalisation particulier du dispositif . Il consiste à répartir le long de la ligne plusieurs dégradateurs, ceci dans le but de fournir de la chaleur à des utilisateurs géographiquement séparés. Figure t73 shows us a particular embodiment of the device. It consists in distributing along the line several degraders, this in order to provide heat to geographically separated users.

Pour compléter l'installation on pourra prévoir par exemple au niveau de la pompe volumétrique des dispositifs de remplissage pour éventuellement compenser les pertes de fluide en cours d'exploitation, ceci nous est rappelé par les vannes [37). To complete the installation, filling devices can be provided, for example at the positive displacement pump, to possibly compensate for fluid losses during operation, this is reminded to us by the valves [37).

On retiendra principalement du dispositif selon l'invention que son avantage essentiel réside dans le fait de pouvoir transmettre à des distances relativement importantes une énergie mécanique qui ne sera transformée thermiquement qu'à l'endroit où s'en fait sortir le besoin. Un tel dispositif trouvera facilement son application pour tout ce qui concerne le chauffage des locaux, habitations ou autres, à condition bien sûr de disposer d'une énergie mécanique, cette dernière pouvant être délivrée par tous les dispositifs existants. Elle le justifiera d'autant mieux que la source d'origine mécanique se trouve à une plus grande distance de l'habitation. La mise en ligne des dégradateurs ouvre d'autre part un nouveau concept de mode chauffage car il évite les pertes calorifiques en ligne. It will be remembered mainly from the device according to the invention that its essential advantage lies in the fact of being able to transmit at relatively large distances mechanical energy which will only be thermally transformed at the point where the need arises. Such a device will easily find its application for all that relates to the heating of premises, dwellings or other, provided of course of having mechanical energy, the latter being able to be delivered by all existing devices. It will justify it all the better since the source of mechanical origin is located at a greater distance from the dwelling. Putting the degraders online also opens up a new concept of heating mode because it avoids heat losses online.

Il va de soi que l'invention ne se limite pas aux modes d'application et de réalisation indiqués, elle en embrasse également toutes les variantes. It goes without saying that the invention is not limited to the modes of application and embodiments indicated, it also embraces all the variants thereof.

Claims

R E V E N D I C-A T I O N S

CLAIMS 1

Fluid mechanical-mechanical transmitter and converter device essentially composed of a positive displacement pump, a transmission line formed by pipes, a mechanical energy to heat converter, characterized in that the fluid contained in the device produces simultaneously the transmission, in the mechanical form of energy - and the generation of heat.

CLAIMS 2

Device according to Claim 1, characterized in that the fluid contained in the pipes is animated with respect to them by a periodic reciprocating movement around a fixed position and such that the instantaneous flows of fluid in the pipes form a polyphase flow system .

CLAIMS 3

Device according to claim 1 characterized in that the positive displacement pump has variable volume cavities animated by geometrically identical periodic reciprocating movements, but temporally out of phase with each other by a fraction of a period depending on the number of cavities.

CLAIMS 4

Device according to claim 3 characterized in that each of the variable volume cavities communicates directly with the pipes forming the transmission line.

CLAIMS 5

Device according to claim 1 characterized in that the single fluid can be replaced by a succession of different fluids respectively adapted to the members in which they circulate.

CLAIMS 6

Device according to Claim 1, characterized in that the degrading member consists of a main body forming a radiator in which the pellets are housed, in the orifice of which the fluid passing through them converts its mechanical energy into heat.

CLAIMS 7

Device according to Claim 1, characterized in that the overpressure compensation tank is connected to the common point of connection of the outlet pipes of the degraders.

CLAIMS 8

Device according to claim 1 characterized in that degraders can be distributed in series along the line.

CLAIMS 9

Device according to claim 1 characterized in that an auxiliary motor. with a technological characteristic identical to the positive displacement pump, can be connected as a branch on the line.