FR2516211A1 - Device preventing air ingress into circuit - has permanently pressurised accumulator with flexible membrane connected to upper part of vapour pressure pump - Google Patents

Device preventing air ingress into circuit - has permanently pressurised accumulator with flexible membrane connected to upper part of vapour pressure pump Download PDF

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Abstract

The closed circuit consists of a solar heating panel (1), a cold, fluid reservoir (2) and a vapour pressure pump comprising two vessels (3,4). The components are interconnected so that fluid can flow from the lower vessel (3) through the reservoir to the upper vessel (4) and from the latter through the solar panel (1) to the lower vessel. A pressure balance pipe incorporates a remotely operated valve (5) connecting the tops of both vessels and operated from level controls in the lower vessel. A membrane accumulator (11) is connected into the upper vessel through a float valve (16,17). During initial cold charging of the circuit at atmospheric pressure, the upper vessel and accumulator are completely filled so that during subsequent heating of the fluid the membrane accumulator is pressurised and maintains the circuit above saturation pressure and thus preventing any air ingress.

Description

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. The present invention relates to pumps for circulating in a closed circuit a heat transfer liquid between a hot source and a cold source. For example the primary circuits of installations for heating water from solar energy.

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.Some of these pumps, in particular those described by the author in the European patent filed on 15.04.1981 under NO 81430008.3, use the difference in vapor pressures between the part of the fluid in contact with the hot source and 1 part in relation thermal with the cold source as a means of propelling the heat transfer liquid; the fluids used in these pumps are generally liquid at 200 at atmospheric pressure. For example, water containing alcc or ether is used,
For such a pump to function satisfactorily, it is necessary to purge the air from the circuit, and once this operation has been carried out, the air must no longer penetrate, the circuit must be perfectly sealed.

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. This perfect tightness is not usual in circuits made by plumbers who routinely install circuits tight to liquids but not to gases.

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. With such installations, the air inlets are unprecedented; in particular at night, in solar installations, when the temperature of the insulators becomes lower than the boiling point of the fluid under atmospheric pressure.

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. The devices described in the present invention make it possible to avoid air inlets, they also allow a convenient purging of the installation, without using a vacuum pump, using simple reliable and inexpensive means.

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. The device which is the subject of the invention consists of an accumulation vessel, preferably of the membrane type, connected to the closed cooked circuit of the pump in the part containing the liquid. The pressure of the gas surrounding the membrane is chosen to be slightly higher than atmospheric pressure, so that when the pump is not in operation due to the absence of heat supply to the hot source, the accumulation vessel maintains in the circuit an overpressure sufficient to prevent air from entering. if there is a thermal contribution to the hot source the pressure increases in the whole of the circuit, and when the liquid comes to boiling in the part of the circuit in contact with the hot sot :: 20e, there is formation of a volume of vapor which drives out the liquid in the membrane vase, the appearance of a vapor phase then allows normal operation of the pump.

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. The operation of the device will be detailed following the description which follows in relation to the figure. The figure represents the device making it possible to avoid the air inlets associated with a vapor pressure pump intended to circulate a heat transfer fluid between a hot source I symbolized by a solar collector and a cold source 2, represented here by a tank hot water with an exchanger tube. The type of pump shown by way of illustration is not limiting, as is the nature of the 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. The pump has two closed vessels 3 and 4, an automatic valve 5 connecting the upper parts of the two vessels 3 and 4, the opening and closing of the said automatic valve are controlled respectively by level sensors 18 and I9 of the liquid vapor interface in the tank 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.  The pump also includes two non-return valves 6 and 7, the valve 6 allows the liquid to flow from the reservoir 3 to the reservoir 4 through the cold source, the valve 7 allows the liquid to flow from the reservoir 4 to the reservoir 3 through the hot spring. The reservoir 4 has a filling orifice provided with a plug 8. The device making it possible to avoid air inlets, object of the present invention is shown in more detail than the rest of the installation. It includes an accumulation tank IO comprising a bladder II, a filling valve 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. The accumulation vessel-Ib eet-re-l-ié to the upper tank 4 by a conduit I3 comprising a non-return valve I4 followed by another portion 15 opening out inside the tank 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. The end of the tube 15 comprises a seat cooperating with a valve I6 whose opening and closing are conmar (éeF by a float I7, the assembly constituted by the valve 16 and the float I7 is guided in vertical translation; so that when the liquid vapor interface in the tank 4 reaches an upper threshold, the valve opens and when the liquid vapor interface in the tank 4 reaches a lower threshold the valve closes. the non-return valve 14 has the particularity not to be perfectly sealed, it allows easy passage in the tank 4 bladder II direction; in the opposite direction, it only allows a low flow of fluid.The weight of the float-I7 is not sufficient to prevent flow of the fluid in the bladder II reservoir 47 direction when the pressure in the reservoir 4 is lower than the pressure in the bladder 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. The operation of the installation is as follows: initially, in the absence of thermal input to the hot source, the installation is filled with liquid through the orifice 8 up to the level of the orifice 8; the accumulation tank being pre-inflated to a pressure higher than atmospheric pressure, the bladder It has a minimum volume.

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. the tanks 3 and 4 are full of liquids, the valve 5 is closed, the valve 16 is open. If there is a thermal contribution to the hot source, the temperature of the liquid increases in the tank 3, when the boiling temperature is reached, the increased pressure of the vapor is formed at the top of the tank 3, and the liquid circulates through the valve 6, the hot source, the tank 4, through the conduit I5 and the valve I4, and the bladder II fills with liquid, as the level of the liquid drops in the tank 3.When the liquid vapor interface in the reservoir 3 reaches the level of the lower sensor I8, the automatic valve 5 opens, the vapor pressures in the reservoirs 3 and 4 equalize, and the liquid circulates from the reservoir 4 to reservoir 3 through the valve 7 and the hot source, and when the level of the liquid in the reservoir 3 reaches the level of the upper sensor I9, the valve 5 closes, and a new cycle begins again. During these cycles the pressure varies in tank 4, when the pressure is higher rte, the valve I4 opens and the liquid enters the bladder
II, when the pressure is lower, the valve I4 closes and the flow of the liquid through the valve I4 is insufficient to make the level of the liquid in the reservoir 4 rise substantially during a cycle; so that when the valve 5 is closed, the vapor pressure in the tank 4 may become lower than the pressure of the fluids contained in the accumulation vessel 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. Thus to circulate, the liquid does not have to overcome at each cycle the pressure of the gas contained in the accumulation vessel IO. The part of the vacuum circuit is limited to the reservoir 4 and to the adjacent conduits, this depression is also limited in time: it disappears when the temperature of the liquid coming from the cold source becomes higher than the boiling temperature of the liquid under atmospheric pressure. We can get rid of any depression by removing the valve I4, to the detriment of the speed of circulation of the heat transfer liquid during the temperature rise of the 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.  As the pressure rises in the tank 4, as a result of the heating of the liquid coming from the cold source, the bladder II fills with liquid, while the level drops in the chamber 4. the float I7 associated with the valve 16 prevents the reservoir 4 from completely emptying of the liquid that it contains: when the liquid level is below a certain threshold1 read valve I6 rests on its seat and thus isolates bladder II from the rest of the circuit, that the pressure in the reservoir 4 is greater than that of the bladder 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.If all of the liquid. contained in the tank 4 comes to empty into the accumulation tank II, at the opening of the valve 5 the liquid could no longer reach the tank 3 through the valve 7, and the valve 5 would remain permanently open, this which would block the operation of the circulation pump,
The device can be simplified by eliminating the float I7 and the valve I6; the level of the liquid in the reservoir 4 is limited by the height of the mouth of the conduit 15 in the reservoir 4, when the level of the free surface of the liquid is lower than the level of the mouth of the conduit I5, the liquid cannot no longer enter the accumulation vessel II; the bladder II can nevertheless fill with steam.

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.It will be noted that the accumulation tank IO makes it possible to absorb the excess liquid coming from the expansion of the liquid of the installation; when the vapor pressure in the installation is higher than the inflation pressure of the storage tank
IO, liquid enters the bladder II so as to maintain constant the maximum level of the liquid in the reservoir 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.  when there is no longer any heat input to the hot source, the pressure decreases in the assembly of the installation and when the pressure in the pump circuit becomes lower than the pressure of the gas contained in the accumulation tank IO, the liquid flows slowly from the accumulation tank to the tank 4 through the valves I4 and I6, the valve I4 not being perfectly hermetic, and the float I7 having an insufficient weight to keep the valve closed 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. When the reservoir 4 is full of liquid, the accumulator vessel; tion IO maintains sufficient pressure to prevent air from entering the 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.Naturally the device applies to all pumps using the differences in vapor pressure to ensure the
without circulation of a liquid in a closed circuit / limit itself to the type represented by the figure. Mine the nature of the hot and cold sources can be different, apart from the systems using as insulator heat source, it is possible to use the device in many installations, for example 1 space heating circuits by heat transfer liquid or the cooling systems of heat engines.

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.  I1 is understood that modifications of detail can be made in the form and construction of the device according to the invention, without departing from the scope thereof.

Claims (8)

REVENlICATIONS  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. I.- Device making it possible to prevent the entry of air into installations comprising a closed circuit of a heat-transfer fluid circulating by means of a pump using the difference between the vapor pressure of the fluid in contact with the hot source and the vapor pressure of the fluid in contact with the cold source, characterized in that it comprises an accumulation vessel in which the pressure is permanently higher than atmospheric pressure, the said accumulation vessel being connected to the circuit of the fluid coolant. 2.- Dispositif selon la revendication I caractérisé en ce que le-dit vase a'accumulation est du type à vessie. 2.- Device according to claim I characterized in that the said accumulation tank is of the bladder type. 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. 3.- Device according to claim I or 2 characterized in that the said accumulation vessel (10) is connected by a conduit (I5) to the fluid reservoir (4) having the highest level of the 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. 4.- Device according to claim 3 characterized in that the conduit (I5) connecting the accumulation vessel (IO) to the pump circuit opens at an intermediate level inside the fluid reservoir having the highest level of the 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. 5.- Device according to claim 3 characterized in that the conduit (I5) connecting the accumulation vessel (IO) to the tank (4) having the highest level of the installation comprises a valve (I6) whose closure and the opening are controlled by a float (17) contained in the tank (4) having the highest level of the 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. 6.- Device according to one of claims 2, 3, 4 or 5 characterized in that the conduit (I5) connecting the storage tank to the fluid circuit of the pump comprises a valve (I4) providing a passage easy to the fluid penetrate in the tank of accumulation and a more important pressure drop in the opposite direction. 7.- Dispositif selon l'une des revendications I à 6 caractérisé sé par le fait que le circuit de la pompe conporte  7.- Device according to one of claims I to 6 characterized in that the pump circuit includes - e réservoirs (3) et (4) situés à des altitudes différentes, - e tanks (3) and (4) located at different altitudes, - 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 - A first conduit connecting the upper parts of the two tanks (3) and (4), the said first conduit comprising an automatic valve (5) controlled by the level of the vapor liquid interface of one or the other of the two tanks - 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) - a second conduit comprising a non-return valve 6 connecting the lower part of the lower tank to the cold source exchanger (2), the other end of this exchanger being connected to the upper tank (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). - A third conduit connecting the upper tank (4) to the lower tank (3) through the hot source (I) and a second non-return valve (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.  8.- Device according to one of claims I to 7 characterized in that the pump circuit includes a solar collector as the hot source ~ and an exchanger of a water heater circuit as the cold source.
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