FR2723436A1 - Pompe a chaleur vuilleumier a pistons libres - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres. Cette pompe à chaleur comprend un piston de refoulement chaud (3) et un piston de refoulement froid (5), un espace de travail chaud (2a) et un espace de travail à température modérée (2b) connectés par un échangeur de chaleur chaud (6), un échangeur de chaleur à température modérée (9) et un espace de travail froid (4a) et un espace de travail à température modérée (4b) raccordés par un échangeur de chaleur (12), des régénérateurs (8, 11) sur les côtés des cylindres chauds et froids, et des moyens pour commander les courses des pistons (3, 5) pour la commande des grandeurs de sortie de l'énergie de chauffage et de refroidissement. Application notamment aux installations de chauffage et de refroidissement de bâtiments.

Description

La présente invention concerne une pompe à cha-

leur Vuilleumier à pistons libres, apte à être utilisée dans un système de climatisation pour la réfrigération ou le chauffage ou le refroidissement de bâtiments et plus particulièrement à la commande de sortie de ce système.

Les figures 15 et 16, annexées à la présente de-

mande, sont des vues montrant l'agencement d'une pompe à chaleur Vuilleumier de l'art antérieur et un déroulement simplifié du processus de commande de sortie, décrits

dans la demande de brevet japonais mis à l'inspection pu-

blique sous le N Hei 2-4174. Sur la figure 15, le chif-

fre de référence 2 désigne un cylindre chaud, dans lequel se déplace en va-et-vient un piston de refoulement chaud

3 ou piston déplaceur chaud, qui sépare un espace de tra-

vail chaud 2a, rempli hermétiquement par un gaz de travail à haute pression tel que de l'hélium, à partir d'un espace de travail à température modérée 2b et situé du côté du cylindre chaud. L'espace de travail chaud 2a et l'espace de travail de température modérée 2b situés sur le côté du cylindre chaud sont connectés par un échangeur de chaleur chaud 6, un régénérateur 8 situé sur le côté du cylindre chaud, et un échangeur de chaleur à température modérée 9

situé sur le côté du cylindre chaud. L'échangeur de cha-

leur chaud 6 est chauffé, au niveau de sa paroi extérieure, par un dispositif de chauffage 36. Le chiffre de référence

7 désigne une ailette servant à accélérer l'échange de cha-

leur. Le chiffre de référence 4 désigne un cylindre froid, dans lequel se déplace en va-et-vient un piston de refoulement froid 5 ou piston déplaceur froid, qui sépare

un espace de travail froid 4a d'un espace de travail à tem-

pérature modérée 4b situé sur le côté du cylindre froid.

L'espace de travail froid 4a et l'espace de travail à température modé-

rée 4b situés sur le côté du cylindre froid sont raccordés par l'in-

termédiaire d'un échangeur de chaleur froid 12, d'un régénérateur 11 situé sur le côté du cylindre froid, un échangeur de chaleur 10 situé sur le côté du cylindre froid. En outre, l'espace de travail à teuqrature modérée 2b situé sur le côté du cylindre chaud et l'espace de travail à température modérée 4b situé sur le côté du cylindre froid sont raccordés par une canalisation de raccordement 14; sur la paroi extérieure de la section de l'échangeur de chaleur froid 12 circule un fluide qui est entraîné en circulation par la pompe à eau de refroidissement 38, pour effectuer le refroidissement, entre les échangeurs de chaleur 17 et 40; et sur les parois extérieures de l'échangeur de chaleur à température modérée 10 situé sur le côté du cylindre froid et de l'échangeur de chaleur à température modérée 9 situé sur le côté du cylindre chaud, circule un fluide qui est entraîné en circulation par une pompe à eau de chauffage 37, pour le chauffage, entre les échangeurs de chaleur 15 et 39. L'échangeur de chaleur 39 pour le chauffage et un échangeur de chaleur 40 pour le refroidissement sont disposés à l'extérieur, et l'échangeur de chaleur 15 pour le chauffage et un échangeur de chaleur 17 pour le refroidissement sont disposés dans une pièce, en constituant ainsi une unité intérieure 41. Le chiffre de référence 13 désigne un tube, le chiffre de référence 16 une canalisation d'eau de chauffage, le chiffre de référence 18 une canalisation d'eau de refroidissement et les chiffres de référence 42 à 45 des soupapes à trois voies. Une tige 21 du piston de refoulement chaud est raccordée de façon fixe au piston de refoulement chaud 3, et une tige 22 du piston de refoulement froid est raccordée de façon fixe au piston de refoulement froid 5. La tige 21 du piston de refoulement chaud est montée, à travers une paroi 26 de séparation de l'espace de travail à température modérée, sur le côté du cylindre chaud, qui possède un mécanisme d'étanchéité approprié, et la tige 22 du piston de refoulement froid est montée, à travers une paroi 27 de séparation de l'espace de travail à température modérée, qui possède un mécanisme d'étanchéité approprié, et les tiges sont raccordées à un mécanisme à manivelle comprenant des éléments 19, 20 et 23 dans le carter de manivelle 25. Un dispositif d'entraînement 28 et un dispositif de freinage 29 sont raccordés à un arbre rotatif 24 du

mécanisme à manivelle.

On va maintenant expliquer le fonctionnement en

se référant à l'organigramme représenté sur la figure 16.

Au démarrage, lorsqu'un milieu de transfert thermique, tel que de l'eau, est entraîné en circulation par la pompe d'eau de chauffage 37 pour l'échangeur de chaleur à température modérée 9 sur le côté du cylindre chaud et pour l'échangeur de chaleur à température modérée 10 sur le côté du cylindre froid et par la pompe à eau de refroidissement 38 pour l'échangeur de chaleur froid 12, pour chauffer de ce fait une partie du cylindre chaud 2 et la surface de l'échangeur de chaleur chaud 6 moyennant l'utilisation du dispositif de chauffage 36 (pas ST2), et le dispositif

d'entraînement 28 est actionné de manière à déplacer en va-

et-vient le piston de refoulement chaud 3 et le piston de refoulement froid 5, tout en maintenant une différence de phase fixe (pas ST1). Ensuite, la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud 2a augmente et la température du gaz de travail dans l'espace de travail à température modérée 2b sur le côté du cylindre chaud augmente légèrement au-dessus de la température du milieu de transfert thermique, qui est entraîné en circulation par la pompe d'eau de chauffage 37, ce qui produit, dans le gaz de travail, une variation de pression presque proportionnelle à la différence de température entre le gaz de travail dans l'espace de travail chaud 2a et le gaz de travail dans l'espace de travail à température modérée 2b

sur le côté du cylindre chaud.

Étant donné que l'espace de travail à température modérée 2b situé sur le côté du cylindre chaud et l'espace de travail à température modérée 4b situé sur le côté du cylindre froid sont connectés par la canalisation de raccordement 14, la variation de pression du gaz de travail ainsi produite est transmise, telle quelle, au côté du cylindre froid 4, et par conséquent la température du gaz de travail dans l'espace de travail à température modérée 4b sur le côté du cylindre froid augmente, et ce sous l'effet du travail de compression du gaz de travail, pour atteindre presque la même température que le gaz de travail situé dans l'espace de travail à température modérée 2b situé sur le côté du cylindre chaud. La température du gaz de travail situé dans l'espace de travail froid 4a diminue, sous l'effet du travail de détente du gaz de travail, à une valeur inférieure à celle présente dans l'espace de travail à température modérée 4b située sur le

côté du cylindre froid.

Lorsque la condition mentionnée précédemment est atteinte, le milieu de transfert thermique entraîné en circulation par la pompe d'eau de chauffage 37 est chauffé par le gaz de travail situé dans l'échangeur de chaleur à température modérée 9 sur le côté du cylindre chaud et dans l'échangeur de chaleur à température modérée 10 situé sur le côté du cylindre froid, ce qui augmente la température pour fournir la chaleur servant à chauffer un bâtiment. Par ailleurs, le milieu de transfert thermique, qui est

entraîné en circulation par la pompe d'eau de refroidisse-

ment 38, est refroidi par le gaz de travail situé dans l'échangeur de chaleur froid 12, ce qui permet d'obtenir la

chaleur pour refroidir un bâtiment.

Un accroissement suffisant de la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud 2a produit une variation de pression suffisante du gaz de travail; par conséquent une différence de pression entre le gaz de travail du côté du cylindre et le gaz de travail sur le côté du carter de manivelle 25 agit sur la tige 21 du piston de refoulement chaud et sur la tige 22 du piston de refoulement froid, de manière à produire un travail d'entraînement, ce qui permet d'obtenir une action d'automaintien, qui ne requiert pas le dispositif d'entraînement 28 à une fréquence de fonctionnement à laquelle le travail d'entraînement et les pertes par frottement, qui apparaissent principalement dans la section mécanique, se

compensent.

Lorsqu'une puissance de sortie nécessaire pour une condition d'automaintien ou plus est requise ou bien

lorsqu'une puissance de sortie pour la condition d'auto-

maintien ou moins est requise en fonction d'une charge de

chauffage ou de refroidissement, la commande indiquée ci-

après est exécutée par un dispositif de commande 32. Tout d'abord, les informations concernant la température de l'eau de chauffage et la température de l'eau de refroidissement détectées (pas ST3 et ST5) par des dispositifs de détection de température 30 et 31 pour le milieu de transfert pour réaliser le chauffage et le milieu

de transfert pour réaliser le refroidissement sont compa-

rées à des températures préréglées (pas ST4 et ST6) pour le calcul d'une vitesse requise (fréquence de fonctionnement (pas ST7). Ensuite, la vitesse requise et une vitesse de fonctionnement d'auto-maintien sont comparées grâce à

l'utilisation d'un dispositif comparateur 33 (pas ST8).

Lorsque la vitesse requise est supérieure à la vitesse de fonctionnement d'auto-maintien, une commande d'assistance du dispositif d'entraînement 28 est exécutée au moyen d'un dispositif d'assistance 34 (pas ST9); inversement, lorsque la vitesse requise est inférieure à la vitesse de fonctionnement d'auto-maintien, une commande de frein du dispositif de freinage 29 est exécutée par le dispositif de

commande de frein (pas ST10).

Dans la pompe à chaleur Vuilleumier de l'art antérieur décrite précédemment, étant donné que les courses des pistons de refoulement 3 et 5 dans le cylindre lors de chaque rotation de l'arbre de manivelle, et une différence de phase des deux pistons de refoulement 3 et 5 sont maintenues constantes à tout moment, il est possible de

commander une valeur de sortie l'énergie de chauffage ou de refroi-

dissement, en modifiant le nombre de courses des pistons de refoulement 3 et 5 par unité de temps, c'est-à-dire le nombre de rotations de l'arbre de manivelle, par commande du dispositif d'entraînement 28 ou du dispositif de

freinage 29 monté sur l'extrémité de l'arbre de manivelle.

Ci-après, on va expliquer une pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres de l'art antérieur, proposée par les déposants dans la demande de brevet japonais mise à l'inspection publique sous le N 5-231735 et qui utilise des ressorts pour former un système résonnant représenté sur la figure 17, annexée à la présente demande. Sur la figure 17, les parties, qui correspondent à celles de la figure 15 et seront désignées par les mêmes chiffres de référence et ne seront pas décrites. Sur la figure 17, le chiffre de référence 51 désigne un ressort hélicoïdal situé sur le côté du cylindre chaud et dont une extrémité est fixée à un boîtier de ressort 50 situé sur le côté du cylindre chaud, et dont l'autre extrémité est fixée sur la tige 21 du piston de refoulement chaud, et une bobine 52a du moteur, sur le côté du cylindre chaud. Autour de la bobine 52a du moteur sur le côté du cylindre chaud sont disposés un aimant 52b situé sur le côté du cylindre chaud et une culasse 52c située sur le côté du cylindre chaud, en tant que circuit magnétique, ce qui constitue un moteur à action

directe 52.

De façon similaire, le chiffre de référence 54 désigne un ressort hélicoïdal situé sur le côté du cylindre froid et dont une extrémité est fixée à un boîtier de ressort 53 situé sur le côté du cylindre froid, et dont l'autre extrémité est fixée à une tige 22 du piston de refoulement froid et à une bobine 55a du moteur, sur le côté du cylindre froid. Autour de la bobine 55a du moteur sur le côté du cylindre froid sont disposés un aimant 55b situé sur le côté du cylindre froid et une culasse 55c située sur le côté du cylindre froid, qui forment un circuit magnétique en constituant ainsi un moteur à double

action 55.

Ci-après, on va expliquer le fonctionnement de la pompe à chaleur. Dans l'exemple de l'art antérieur représenté sur la figure 15, le piston de refoulement chaud 3 et le piston de refoulement froid 5, qui sont raccordés par les mécanismes à manivelle 19, 20 et 23, sont agencés de manière à maintenir en permanence une différence de phase constante et une course, tandis que le piston de refoulement chaud 3 et le piston de refoulement froid 5 de l'exemple de l'art antérieur représenté sur la figure 17 sont constitués par des systèmes résonnants incluant des ressorts indépendants 51 et 54, et ils diffèrent des pistons de refoulement de la figure 15 en ce que la différence de phase et la course de ces pistons varient en fonction des conditions de fonctionnement; cependant, leurs modes de fonctionnement dans le cycle de refroidissement

sont les mêmes.

Lorsque l'échangeur de chaleur chaud 6 est chauffé par le dispositif de chauffage 36 et que l'un ou l'autre des moteurs constitués par le moteur 52 situés sur le côté du cylindre chaud et le moteur 55 situé sur le côté

du cylindre froid, démarre de manière à déplacer en va-et-

vient le piston de refoulement chaud 3 et le piston de refoulement froid 5, il apparaît une variation de pression lors du déplacement du gaz de travail dans l'espace de travail, de la même manière que dans l'exemple de l'art antérieur illustré sur la figure 15. A cet instant, étant donné la présence d'une différence de pression entre le gaz de travail situé dans l'espace de travail et le gaz de travail situé dans le boitier à ressort 50 sur le côté du cylindre chaud, qu'une force d'entraînement, qui est proportionnelle à la surface en coupe de la tige 21 du piston de refoulement chaud, agit sur le piston de refoulement chaud 3. Le piston de refoulement chaud 3 est entraîné par le système résonnant utilisant cette force d'entraînement et la force de rétablissement du ressort hélicoïdal 51 située sur le côté du cylindre chaud; à l'état stationnaire, le déplacement en va-et-vient est répété à une fréquence de fonctionnement qui est déterminée à la fois par la fréquence de résonance du système d'entraînement du piston de refoulement chaud 3 et par la fréquence de résonance du système d'entraînement du piston de refoulement froid 5, même lorsque le moteur et arrêté. A cet instant, lors du déplacement du gaz de travail, la résistance fluidique, qui apparaît dans l'échangeur de chaleur chaud 6, dans le régénérateur 8 situé sur le côté du cylindre chaud et dans l'échangeur de chaleur à température modérée 9 situé sur le côté du cylindre chaud, et la résistance de glissement opposée par l'élément d'étanchéité (non représenté) agissent sur le piston de refoulement chaud 3 en tant que résisances d'amortissement qui annulent la force d'entraînement, qui détermine la course. Par ailleurs, le piston de refoulement froid 5 est entraîné de façon similaire dans le système résonnant, qui inclut la force d'entraînement proportionnelle à la surface en coupe de la tige 22 du piston de refoulement 3 et la force de rappel du ressort hélicoïdal 54 situé sur le côté du cylindre froid; la résistance fluidique apparaissant dans l'échangeur de chaleur à température modérée 10 sur le côté du cylindre froid, dans le régénérateur 11 situé sur le côté du cylindre froid et dans l'échangeur de chaleur froid 12, et la résistance de glissement produite par l'élément d'étanchéité (non

représenté) agissent en tant que résistance d'amortisse-

ment, ce qui détermine la course.

Dans la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres, la différence de phase optimale du déplacement alternatif entre le piston de refoulement chaud 3 et le piston de refoulement froid 5 est égale à environ 90 degrés, en raison des caractéristiques du cycle du gaz; par conséquent, dans le cas de la pompe à chaleur, qui est entraînée au moyen de l'utilisation d'un arbre à manivelle comme dans l'exemple de l'art antérieur représenté sur la figure 15, l'angle de la manivelle peut être préréglé de manière à fournir la différence de phase mentionnée précédemment, et également dans le cas de la pompe à chaleur à pistons libres comme dans l'exemple de l'art antérieur représenté sur la figure 17, la constante du

ressort et le poids d'une partie mobile ont été réglés.

Dans la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres, qui possède l'agencement indiqué précédemment, il se pose le problème indiqué ciaprès, lors du réglage l'énergie de chauffage ou l'énergie de refroidissement délivrée est ajustée, c'est-à-dire que, dans la pompe à chaleur Vuilleumier de l'art antérieur représentée sur la figure 15, les deux pistons de refoulement 3 et 5 continuent à effectuer un fonctionnement permanent avec une différence de phase fixe même lorsque la vitesse de l'arbre est modifiée au moyen du mécanisme à manivelle, qui a été préréglé. La figure 18, annexée à la présente demande, représente des résultats d'une énergie de chauffage et d'une énergie de refroidissement délivrées, la différence de phase entre les deux pistons de refoulement 3 et 5 et un coefficient de performance (COP) dans le cas du type à pistons libres, que l'inventeur et autres ont mis au point sur la base d'expérience lorsque la fréquence de fonctionnement correspond et la vitesse de l'arbre de manivelle varient. Comme le montrent ces résultats, la différence de phase des deux pistons de refoulement 3 et 5 varie en fonction de la variation de la fréquence de fonctionnement; l'énergie de chauffage et l'énergie de refroidissement délivrées et le coefficient de performance à la fréquence de résonance (environ 17,5 Hz dans cet exemple) qui est déterminé par le système d'entraînement, prennent une valeur maximale; et si la fréquence de fonctionnement diffère de la fréquence de résonance, l'énergie de chauffage et l'énergie de refroidissement délivrées et le coefficient de performance s'en trouvent considérablement altérés. En outre, étant donné que les caractéristiques de sortie varient avec la fréquence de résonance, la commande de sortie devient complexe, ce qui rend nécessaire de commuter la commande entre une fréquence de fonctionnement requise plus élevée que la fréquence de résonance et une fréquence de fonctionnement requise plus faible que la fréquence de résonance, et par conséquent ceci conduit au fait qu'il est difficile de maintenir une

condition stabilisée de commande.

RÉSUMÉ DE L'INVENTION

C'est pourquoi un but de la présente invention est de fournir une pompe à chaleur Vuilleumier à pistons

libres, qui permet d'obtenir une condition de fonctionne-

ment stable et correcte dans l'un ou l'autre des cycles de refroidissement et de chauffage, sans affecter gravement le

coefficient de performance.

Conformément à la présente invention, la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres est équipée d'un piston de refoulement chaud qui possède un système résonnant utilisant un ressort dans un cylindre chaud de manière à exécuter un déplacement en va-et-vient, et un espace de travail chaud et un espace de travail à température modérée situé sur un côté du cylindre chaud et qui sont séparés par le piston de refoulement chaud, et qui est équipée d'un dispositif de refoulement froid, qui possède un système résonnant utilisant un ressort à l'intérieur d'un cylindre froid pour exécuter de ce fait un déplacement alternatif, un espace de travail froid et un espace de travail à température modérée sur un côté du cylindre froid, qui sont séparés par le piston de refoulement froid. L'espace de travail chaud et l'espace de travail à température modérée sur le côté du cylindre chaud sont connectés par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur chaud, d'un régénérateur situé sur le côté du cylindre chaud et d'un échangeur de chaleur à température modérée situé sur le côté du cylindre chaud, et l'espace de travail froid et l'espace de travail à température modérée sur le côté du cylindre froid sont connectés par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur à température modérée, d'un régénérateur situé sur le côté du cylindre froid et d'un échangeur de chaleur à température modérée situé sur le côté du cylindre froid. C'est pourquoi, l'espace de travail à température modérée situé sur le côté du cylindre chaud est raccordé à l'espace de travail à température modérée sur le côté du cylindre froid. La chaleur est éjectée de l'échangeur de chaleur à température modérée sur le côté du cylindre chaud et à l'échangeur de chaleur à température modérée sur le côté du cylindre froid, et l'effet de refroidissement est fourni par l'échangeur de chaleur froid par chauffage du gaz de travail dans l'espace de travail chaud. Dans cette pompe à chaleur, l'énergie de chauffage et l'énergie de refroidissement délivrées sont commandées par la commande des courses des pistons de refoulement

chaud et froid.

En fonctionnement, étant donné que l' énergie de chauffage et l'énergie de refroidissement délivrés sont camandées au-moyen de la oEmmrxde des courses des pistons de refoulement chaud et froid, la ponpe à chaleur Vuilleumier à pistons libres peut modifier les courses des pistons de refoulement chaud et froid sans entraîner presque aucune modification de la fréquence de fonctionnement. C'est pourquoi, également dans la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres, qui fonctionne en utilisant le système résonnant d'un ressort, il est possible d'accroître ou de réduire facilement et de façon

stable l'énergie de chauffage et l'énergie de refroidisse-

ment délivrées; même lorsque la charge a varié, la pompe à chaleur est à même de fonctionner d'une manière constante au voisinage de la fréquence de résonance, ce qui maintient

un coefficient élevé de performance.

Conformément à la forme de réalisation préférée, la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres commande les courses des pistons de refoulement chaud et froid au moyen de la commande de la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud. En outre, la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres commande de préférence la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud au moyen de la commande de la quantité de chaleur pour le chauffage du gaz de travail dans l'espace de travail chaud. C'est pourquoi, il est possible d'accroître et de réduire aisément et d'une manière stable l'énergie de

chauffage et l'énergie de refroidissement délivrées.

En outre, conformément à cette forme de réalisation préférée, étant donné que la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres est équipée d'un moteur qui applique une force d'entraînement directement à au moins l'un des pistons de refoulement chaud et froid, les courses des pistons de refoulement chaud et froid sont commandés au moyen de la ccnarde de la grandeur (puissance) de sortie du morteur, moyennant le maintien de la fréquence de fonctionnement du moteur à proximité de la fréquence de résonance, qui est déterminée par le système d'entraînement des pistons de refoulement chaud et froid. Par conséquent, l'énergie de chauffage et l'énergie de refroidissement délivrées peuvent être accrues et réduites aisément et de façon stable, ce qui permet d'obtenir d'une manière constante un état de fonctionnement stationnaire et un coefficient élevé de

performance au voisinage de la fréquence de résonance.

En outre, conformément à la forme de réalisation préférée, la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres est équipée d'un mécanisme de détection de température servant à détecter la température du côté de la charge de chauffage et/ou du côté de la charge de refroidissement, de manière à commander l'énergie de chauffage et l'énergie de refroidissement délivrées, conformément à une information de température qui peut être acquise à partir du mécanisme de détection de température. C'est pourquoi, il est possible d'appliquer, à tous moments, une chaleur correcte

à la charge.

En outre, conformément à la forme de réalisation préférée, la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres est équipée d'un mécanisme de détection servant à détecter la position d'au moins une partie des pistons de refoulement lors du déplacement alternatif des pistons de refoulement chaud et froid, de sorte qu'il peut commander une énergie de chauffage et une énergie de refroidissement délivrées en fonction d'une information incluant une information de température délivrée par le mécanisme de détection de température, plus une information de position délivrée par ce mécanisme de détection. C'est pourquoi, il est possible d'effectuer la commande de la course des pistons de refoulement tout en évitant des collisions de chaque piston de refoulement contre le cylindre au niveau des extrémités supérieure et inférieure de sa course, au moment d'un accroissement de la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud, et d'une interruption du fonctionnement moyennant une réduction de la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud, ce qui permet d'obtenir en permanence une condition de fonctionnement stabilisée et d'empêcher une combustion résultant d'une rupture ou d'un arrêt du piston de

refoulement, provoqué par la collision.

En outre, la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres est équipée d'un mécanisme de détection de vibrations situé dans une partie fixe d'un cylindre ou de l'autre, et commande les énergies de chauffage et de refroidissement délivrées, en fonction d'une information délivrée par le mécanisme de détection de vibrations, ajoutée à l'information de température délivrée par le mécanisme de détection de température. C'est pourquoi, il est possible d'obtenir une stabilité de fonctionnement sans continuation des collisions des extrémités supérieure et inférieure de chaque piston de refoulement contre chaque cylindre au moment d'un accroissement de la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud, et d'empêcher une rupture susceptible d'être provoquée par une collision. D'autres caractéristiques et avantages de la

présente invention ressortiront de la description donnée

ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe montrant l'agencement d'une pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres conformément à une forme de réalisation de la présente invention; - la figure 2 est une courbe caractéristique montrant différentes caractéristiques en rapport avec la température d'un gaz de travail dans un espace de travail chaud de la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres; - la figure 3 est une vue en coupe montrant l'agencement d'une partie principale d'une modification de la forme de réalisation décrite précédemment de la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres de la figure 1; - la figure 4 est une vue en coupe montrant l'agencement d'une partie principale d'une modification de la forme de réalisation décrite précédemment de la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres dela figure 1; - la figure 5 est une vue en coupe montrant l'agencement d'une partie principale d'une modification de la forme de réalisation décrite précédemment de la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres de la figure 1; - la figure 6 est une vue en coupe montrant l'agencement d'une partie principale d'une modification de la forme de réalisation décrite précédemment de la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres de la figure 1; - la figure 7 représente une vue en coupe montrant l'agencement d'une partie principale d'une modification de la forme de réalisation décrite précédemment de la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres de la figure 1; - la figure 8 représente une vue en coupe montrant l'agencement d'une pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres selon une autre forme de réalisation de la présente invention; - la figure 9 représente une vue en coupe montrant l'agencement d'une pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres selon une autre forme de réalisation de la présente invention; - la figure 10 représente une vue en coupe montrant l'agencement d'une partie principale d'une modification de la forme de réalisation décrite précédemment de la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres de la figure 8; - la figure 11 est une vue en coupe montrant l'agencement d'une partie principale d'une modification de la forme de réalisation décrite précédemment de la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres de la figure 8; - la figure 12 représente une vue en coupe montrant l'agencement d'une pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres selon une autre forme de réalisation de la présente invention; - la figure 13 représente une vue en coupe montrant l'agencement d'une pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres selon une autre forme de réalisation de la présente invention; - la figure 14 représente une vue en coupe montrant l'agencement d'une partie principale d'une pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres selon une autre forme de réalisation de la présente invention; - la figure 15, dont il a déjà été fait mention, représente une vue en coupe de l'agencement d'un exemple d'une pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres de l'art antérieur; la figure 16, dont il a déjà été fait mention, représente un organigramme montrant le traitement de la commande de sortie de la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres représentée sur la figure 15; - la figure 17, dont il a déjà été fait mention, représente une vue en coupe montrant l'agencement d'une pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres de l'art antérieur; et - la figure 18, dont il a déjà été fait mention, représente une courbe caractéristique montrant différentes

caractéristiques en rapport avec la fréquence de fonction-

nement de la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres

représentée sur la figure 17.

L'effet de refroidissement produit dans le cycle du gaz est fourni par la relation (1), qui consiste à soustraire les pertes de chaleur, du produit d'une pression spatiale variable intégrée dans un volume spatial pour

chaque cycle, par la fréquence de fonctionnement.

Qc = Pc'dVc x F - QLC... (1) avec Qc: effet de refroidissement produit Pc: pression dans l'espace de travail froid 4a Vc: volume de l'espace de travail froid 4a F: fréquence de fonctionnement

QLC: pertes de chaleur.

Par ailleurs, la quantité de chaleur produite

peut être fournie de façon similaire par la relation (2).

QH= (fPMH-dVMH + fPMC.dVMc) x F - QLH... (2) avec QH: quantité de chaleur produite, PMH: pression dans l'espace de travail à température modérée 2b sur le côté du cylindre chaud, PMC: pression dans l'espace de travail à température modérée 2b sur le côté du cylindre froid, VMH: volume de l'espace de travail à température modérée 4b sur le côté du cylindre chaud, VMC: volume de l'espace de travail à température modérée 4b sur le côté du cylindre froid,

QLH: pertes de chaleur.

Ces relations (1) et (2) montrent que, pour modifier la quantité de chaleur produite pour le chauffage et le refroidissement, il est nécessaire de modifier la

pression spatiale, le volume ou la fréquence de fonctionne-

ment. La fréquence de fonctionnement varie avec les moteurs situés sur le côté du cylindre chaud et sur le côté

du cylindre froid. Cependant, comme cela résulte à l'évi-

dence d'un résultat de mesures effectué dans une pompe à chaleur représentée sur la figure 18, l'énergie de

chauffage et l'énergie de refroidissement produites attei-

gnent un maximum pour une fréquence idéale de fonction-

nement (environ 17,5 Hz dans cet exemple), qui est déterminée à partir d'une relation de la fréquence de résonance du système d'entraînement des deux pistons de refoulement. Même s'il se produit une légère modification de la fréquence à partir de cet état, le coefficient de performance pour le chauffage et le refroidissement diminue brusquement. Lors de la variation de la fréquence de fonctionnement telle que décrite précédemment, il apparaît également une variation importante des caractéristiques, ce qui conduit à une difficulté à maintenir la valeur maximale des caractéristiques de sortie et à une impossibilité de

maintenir un coefficient de performance aisé.

Pour modifier la fréquence de résonance elle-même du système d'entraînement en vue de modifier la fréquence de fonctionnement tout en conservant un coefficient de performance élevé, il est nécessaire de modifier la fréquence de résonance de chaque système d'entraînement fourni par la relation (3). Pour effectuer cette modification, il faut modifier le poids de la partie mobile ou la constante d'élasticité. Cependant, on ne peut pas

modifier ces facteurs pendant le fonctionnement; c'est-à-

dire qu'on ne peut pas commander des éléments.

1 K

Fo =... (3)

2 V M

avec Fo: fréquence de résonance K: constante d'élasticité

M: poids de la partie mobile.

La figure 1 représente une vue en coupe montrant l'agencement d'une forme de réalisation de la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres selon la présente invention. La variation volumétrique des espaces 2a, 2b, 4a et 4b, désignée par dVc, dVMH et dVMC dans les relations (1) et (2) peuvent être des élémentsde cmxmde qui peuvent être modifiés pendant le fonctionnement. Ceci peut être réalisé moyennant une modification des courses du piston de refoulement chaud 3 et du piston de refoulement froid 5, ce qui permet d'obtenir la variation de la quantité de

chaleur pour l'effet de chauffage et de réfrigération.

Les courses des pistons de refoulement sont déterminées par l'équilibrage des forces d'entraînement produites proportionnellement à la surface en coupe de la tige 21 du piston de refoulement chaud et de la tige 22 du piston de refoulement froid, sous l'effet des différences de pression entre les espaces 2a et 2b et le boîtier de ressort 50 sur le côté du cylindre chaud et entre les espaces 4a et 4b, et le boîtier de ressort 53 sur le côté du cylindre froid, des forces d'amortissement produites par

des résistances d'amortissement, et des forces d'entraîne-

ment produites par les moteurs, respectivement. La force d'amortissement produite par la résistance d'amortissement est un élément déterminé par l'agencement de l'équipement et par conséquent ne peut pas être modifiée librement pendant le fonctionnement. D'autre part, les forces d'entraînement indiquées en premier lieu peuvent être aisément modifiées moyennant une modification des différences de pression agissant sur la tige 21 du piston de refoulement chaud et sur la tige 22 du piston de refoulement froid, qui sont toujours constantes pendant le fonctionnement. Étant donné que les différences de pression dépendent dans ce cas de la gamme de fluctuation de pression dans chacun des espaces 2a, 2b, 4a et 4b et dans les boîtiers de ressorts 50 et 53, une modification de la gamme de fluctuation de la pression permet une modification de la course. Les fluctuations de pression dans ces espaces résultent d'une modification de la température moyenne totale du gaz de travail, provoquée par une variation du rapport volumique de l'espace de travail chaud 2a, de l'espace de travail à température modérée 2b sur le côté du cylindre chaud, de l'espace de travail à température modérée 4b sur le côté du cylindre froid et de l'espace de travail froid 4a, qui varient avec le déplacement des pistons de refoulement 3 et 5; la gamme de la fluctuation de pression dépend de la température du gaz de travail dans chaque espace. C'est-à-dire que, lorsque les différences de température du gaz de travail dans les quatre espaces sont faibles, les gammes des variations de pression sont faibles; et lorsque les différences de température sont élevées, les gammes des fluctuations de pression augmentent d'une manière plus conséquente. Dans un espace autre que l'espace de travail chaud 2a, la température du gaz de travail est fixée par les charges de chauffage et de refroidissement; cependant, la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud 2a, auquel un état de température peut être appliqué par combustion, peut être

modifiée relativement aisément.

La figure 2 représente un exemple d'un résultat

de l'énergie de chauffage et de l'énergie de refroidisse-

ment délivrées, qui sont produites lorsque la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud varie, des courses du piston de refoulement chaud 3 et du piston de refoulement froid 5 et des rendements des opérations de chauffage et de refroidissement. A partir de ce résultat, on comprendra que les courses des pistons de refoulement 3 et 5 et de l'énergie de chauffage et de l'énergie de refroidissement délivrées varient proportionnellement à la variation de la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud 2a et en outre que les rendements des opérations de chauffage et de refroidissement varient faiblement. C'est pourquoi, dans la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres de l'exemple de l'art antérieur représentée sur la figure 17, il est possible de

modifier l'énergie de chauffage et l'énergie de refroidis-

sement délivrées, en modifiant les courses du piston de refoulement chaud 3 et du piston de refoulement froid 5 et également de modifier aisément les courses de ces pistons de refoulement en modifiant la température du gaz de

travail dans l'espace de travail chaud 2a.

C'est pourquoi, comme représenté sur la figure 1, la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres selon la présente forme de réalisation est agencée de manière à détecter la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud 2a. Sur la figure 1, le chiffre de référence 56 désigne un élément de détection de température, tel qu'un thermocouple monté de manière à détecter la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud 2a. Le chiffre de référence 57 désigne un dispositif de commande de chauffage pour commander la quantité du gaz de travail devant être chauffé par le dispositif de chauffage 36, moyennant la mise en oeuvre du fonctionnement optimum sur la base d'une information de température délivrée par l'élément de détection de température 56 plus une information de commande de température de consigne préalablement introduite. D'autres composants sont identiques à ceux représentés sur la figure 17 et par

conséquent ne seront pas décrits.

On va maintenant expliquer le fonctionnement.

Conformément à la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres selon la présente forme de réalisation, le dispositif de commande de chauffage 57 sert à commander la quantité de chaleur envoyée au gaz de travail moyennant l'utilisation du dispositif de chauffage 36 de manière à modifier l'énergie de chauffage et l'énergie de refroidissement délivrées, c'est-à-dire pour modifier les courses du piston de refoulement chaud 3 et du piston de refoulement froid 5 par modification de la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud 2a. En tant que procédé pour obtenir une condition de commande stable, il est préférable de commander la quantité du gaz de travail en utilisant le dispositif de chauffage 36 par obtention d'une information de température de la part de l'élément de détection de température 56, qui peut détecter directement la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud 2a, puis effectuer une opération de commande appropriée, comme par exemple une commande PID (c'est-à-dire à action proportionnelle, intégrale et différentielle) pour maintenir la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud 2a à la température

de consigne préréglée conformément aux conditions de fonc-

tionnement dans le dispositif de commande de chauffage 57.

Conformément à ce procédé, étant donné que la quantité de chaleur envoyée au gaz de travail est modifiée correctement en fonction de l'information de température délivrée par l'élément de détection de température 56 même lorsque la température de commande de consigne du gaz de travail dans l'espace de travail chaud 2a est modifiée en fonction des conditions de fonctionnement, la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud 2a peut être commandée directement et d'une manière stable, ce qui permet d'accroître et de réduire aisément et d'une manière

stable l'énergie de chauffage et l'énergie de refroidisse-

ment délivrées.

On notera que la présente invention n'est pas limitée à la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres selon la présente forme de réalisation, équipée de l'élément de détection de température 56 tel que le thermocouple, qui est monté de manière à détecter la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud 2a, et que de nombreuses modifications sont possibles. Par exemple, on peut obtenir le même avantage que la forme de réalisation décrite précédemment, étant donné qu'il est possible de détecter indirectement la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud 2a en utilisant un élément de détection de température 56a prévu de manière à détecter la température de la paroi extérieure de l'échangeur de chaleur chaud représenté sur la figure 3, un élément de détection de température 56b prévu de manière à détecter la température de la paroi intérieure de l'échangeur de chaleur chaud 6 représenté sur la figure 4, un élément de détection de température 56c prévu de manière à détecter la température du gaz de travail dans l'échangeur de chaleur chaud représenté sur la figure 5, un élément de détection de température 56d prévu de manière à détecter la température de la paroi extérieure au voisinage de l'espace de travail chaud 2a du cylindre chaud 2 représenté sur la figure 6, un élément de détection de température 56e prévu de manière à détecter les températures de la paroi extérieure et de la paroi intérieure au voisinage de l'espace de travail chaud 2a du cylindre chaud 2 représenté sur la figure 7. Sur ces dessins, on a représenté uniquement le cylindre chaud 2; le

cylindre froid 4 n'est pas décrit.

La pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres est représentée de telle sorte que les courses du piston de refoulement chaud 3 et du piston de refoulement froid 5 sont modifiées moyennant une modification de la température du gaz de travail dans l'espace de traitement chaud et par conséquent par modification de l'énergie de chauffage et de l'énergie de refroidissement délivrées, mais la présente invention n'est pas limitée à cela, et les courses peuvent être modifiées moyennant une modification des puissances de

sortie des moteurs d'entraînement 52 et 55.

La figure 8 représente une vue en coupe montrant l'agencement d'une pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres selon une forme de réalisation de la présente invention. Comme cela a été indiqué précédemment, les courses du piston de refoulement chaud 3 et du piston de refoulement froid 5 sont déterminées sur la base d'une relation entre les forces d'entraînement et les résistances d'amortissement; et les forces d'entraînement peuvent être non seulement produites par des différences de pression agissant sur les tiges 21 et 22, mais être obtenues par modification des puissances de sortie des moteurs d'entraînement 52 et 55. Les dispositifs 520 et 550 de

commande des moteurs d'entraînement commandent respective-

ment les puissances de sortie des moteurs d'entraînement 52

et 55. Les forces d'entraînement des deux moteurs d'entrai-

nement 52 et 55 peuvent être modifiée, mais même lorsque les forces d'entraînement de l'un ou l'autre des moteurs d'entraînement sont modifiées, la course du piston de refoulement raccordé au moteur d'entraînement varie, ce qui conduit à une modification de la gamme de fluctuation de la pression du gaz de travail et par conséquent à une modification de la différence de pression agissant sur la tige de l'autre piston de refoulement et à une modification de la course de l'autre piston de refoulement. Par conséquent, la course du piston de refoulement peut être modifiée par modification de la puissance de sortie d'au moins l'un des moteurs d'entraînement 52 et 55 par l'un ou l'autre des dispositifs 520 et 550 de commande du dispositif d'entraînement, à une fréquence proche de la fréquence de résonance du système d'entraînement, et l'énergie de chauffage et l'énergie de refroidissement

délivrées peuvent être aisément modifiées.

La figure 9 représente une vue en coupe montrant l'agencement d'une pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres selon une autre forme de réalisation de la présente invention. Sur ce dessin, le chiffre de référence 58 désigne l'élément de détection de température, tel qu'un thermocouple, monté de manière à détecter la température d'un milieu de transfert thermique, tel que de l'eau; le chiffre de référence 59 désigne un élément de détection de température tel qu'un thermocouple, qui est monté sur le côté d'entrée de l'air ambiant de l'échangeur de chaleur 17 pour le refrodissement et permet de détecter la température ambiante; et le chiffre de référence 60 désigne un dispositif de commande, qui détermine la température de commande de consigne du gaz de travail dans l'espace de travail chaud 2a conformément à une charge de conditionnement d'air, ce qui permet de commander la quantité de chaleur envoyée au gaz de travail moyennant

l'utilisation du dispositif de chauffage 36.

On va maintenant expliquer le fonctionnement. Lorsque la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres fonctionne à une température ambiante requise, il est nécessaire de modifier l'énergie de chauffage et l'énergie de refroidissement délivrées, en fonction de l'accroissement ou de la réduction de la charge de conditionnement de l'air ambiant. La pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres selon la présente forme de réalisation détecte directement et indirectement une température représentative dans une pièce (espace à air conditionné) au moyen de l'élément de détection de température 58 ou 59, et exécute une opération de commande correcte telle que la commande PID conformément à une relation avec une température ambiante réglée au préalable au moyen du dispositif de commande 60, ce qui permet le calcul de la température de commande de consigne du gaz de travail dans l'espace de travail chaud 2a. L'énergie de refroidissement délivrée peut être commandée en fonction de la charge de conditionnement d'air au moyen de la commande de la quantité de chaleur envoyée au gaz de travail moyennant l'utilisation du dispositif de chauffage 36 conformément aux résultats de ce calcul, ce qui permet un conditionnement de refroidissement de l'air, précis et stable, pour le maintien d'une pièce à la température préréglée. En tant que modification, l'opération de commande peut être exécutée de manière à commander le dispositif de chauffage 36 sur la base de l'information de température, qui est fournie par les éléments de détection de température 58a et 58b, tels que des thermocouples, montés de manière à détecter la température du fluide de transfert thermique tel que de l'eau chaude sur les figures 10 et 11, et par les éléments de détection de température 59a et 59b, tels que des thermocouples, qui sont montés sur le côté d'entrée de l'air ambiant de l'échangeur de chaleur chaud pour détecter la température ambiante. Dans ce cas, l'énergie de chauffage délivrée peut être commandée de manière à permettre un conditionnement d'air précis et stable pour maintenir la pièce à la température préréglée

même pendant une opération de chauffage.

Dans la présente forme de réalisation, on a expliqué la commande de chauffage ou de refroidissement devant être exécutée au moyen de la commande de la quantité

de gaz de travail devant être chauffé, sur la base de l'in-

formation de température. Il est possible de commander les courses des pistons de refoulement 3 et 5 même lorsque les puissances de sortie des moteurs d'entraînement 52 et 55, dont la fréquence est maintenue à proximité de la fréquence de résonance du système d'entraînement, sont comamndées en

fonction de l'information de température moyennant l'utili-

sation du dispositif de commande du moteur d'entraînement, représenté sur la figure 8, et par conséquent l'énergie de chauffage ou de refroidissement délivrée peut être modifiée

de façon similaire conformément à la charge de condition-

nement d'air.

La figure 12 représente une vue en coupe montrant l'agencement d'une pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres conforme à une autre forme de réalisation de la présente invention. Sur ce dessin, le chiffre de référence 61 désigne un capteur de déplacement situé sur le côté du cylindre chaud, tel qu'un capteur de déplacement du type laser ou un capteur de déplacement du type à courants de Foucault, qui peut détecter la position du piston de refoulement chaud 3; le chiffre de référence 62 désignant un capteur de déplacement situé sur le côté du cylindre froid, apte de façon similaire à détecter la position du piston de refoulement froid 5; et le chiffre de référence 63 décrit un circuit arithmétique servant à corriger la température de commande de consigne du gaz de travail dans l'espace de travail chaud 2a en fonction du déplacement de chaque piston de refoulement.

Ci-après, on va expliquer le fonctionnement.

Lorsque les courses du piston de refoulement chaud 3 et du piston de refoulement froid 5 varient conformément à des charges de chauffage et de refroidissement, le déplacement du piston de refoulement chaud 3 est détecté au moyen du capteur de déplacement 61 sur le côté du cylindre chaud, et le déplacement du piston de refoulement froid 5 est détecté au moyen du capteur de déplacement 62 situé sur le côté du cylindre froid, de sorte que, dans le cas d'une course excessive, on en conclut qu'il existe un risque de collision des pistons de refoulement 3 et 5 respectivement contre les cylindres 2 et 4, et dans le cas d'une course trop courte, on en conclut qu'un risque d'arrêt des pistons de refoulement 3 et 5 est également détecté. Par conséquent les courses des pistons de refoulement 3 et 5 peuvent être maintenues à tous moments dans une gamme correcte au moyen de la commande de la quantité de chaleur envoyée au gaz de travail dans l'espace de travail chaud 2a conformément aux résultats du fonctionnement exécuté par le dispositif de

commande 63.

Par conséquent, les pistons de refoulement 3 et 5 peuvent continuer à fonctionner dans une condition stable de fonctionnement, à tout moment, sans heurter les cylindres 2 et 4 et sans s'arrêter même lorsque les charges

de chauffage et de refroidissement varient.

Dans la présente forme de réalisation, la course du piston de refoulement est commandée correctement par modification de la quantité de chaleur envoyée au gaz de travail, sur la base de l'information de position des pistons de refoulement 3 et 5. Les courses des pistons de refoulement 3 et 4 peuvent être commandées sur la base de l'information de position des pistons de refoulement 3 et 5 moyennant l'utilisation des dispositifs de commande des moteurs d'entraînement, représentés sur la figure 8, même lorsque les puissances de sortie des moteurs de sortie 52 et 55 sont commandés avec le maintien de la fréquence au voisinage de la fréquence de résonance du système d'entraînement, qui fournit le même avantage que la

première forme de réalisation.

La figure 13 représente une vue en coupe montrant l'agencement d'une pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres conforme à une autre forme de réalisation de la présente invention. Sur ce dessin, le chiffre de référence 64 désigne un élément de détection de vibrations tel qu'un capteur d'accélération, monté sur une partie fixe du cylindre chaud 2 ou du cylindre froid 4 de la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres, par exemple le

boîtier de ressort à haute température 50.

Ci-après, on va expliquer le fonctionnement.

Lorsque les courses du piston de refoulement chaud 3 et du piston de refoulement froid 5 augmentent en fonction des charges de chauffage et de refroidissement, une collision du dispositif du piston de refoulement contre le cylindre équipé de l'élément de détection de vibrations, est détectée par l'élément de détection de vibrations 64, et la quantité de chaleur envoyée au gaz de travail dans l'espace de travail chaud 2a est commandée de manière à diminuer, sur la base du résultat de fonctionnement fourni par le circuit arithmétique 63, qui permet de maintenir constante les courses des pistons de refoulement 3 et 5 dans une

gamme correcte.

Par conséquent, la pompe à chaleur peut fonctionner dans une condition stable de fonctionnement, sans aucune collision continue des pistons de refoulement 3 et 5 contre les cylindres 2 et 4 même lorsqu'une modification est apportée aux charges de chauffage et de refroidissement.

Étant donné que l'élément de détection de vibra-

tions 64 est à même de détecter une collision lorsqu'il est monté sur une autre partie fixe, comme par exemple le boîtier de ressort à basse température 53, le cylindre chaud 2 et le cylindre froid 4, en dehors du boîtier de ressort à haute température 50, on peut obtenir le même avantage. En outre, on obtient l'avantage tel que l'élément de détection de vibrations 64 peut être monté aisément par rapport aux capteurs de déplacement 61 et 62 expliqués en

référence à la figure 12.

Dans la présente forme de réalisation, les courses des pistons de refoulement sont commandées dans une gamme correcte moyennant une réduction de la quantité de chaleur envoyée au gaz de travail sur la base d'une information de vibrations. Sinon, il est possible de commander les courses des pistons de refoulement 3 et 5, avec les puissances de sortie de moteurs d'entraînement 52 et 55 fonctionnant avec une fréquence maintenue à proximité de la fréquence de résonance du système d'entraînement, conformément à la formation de vibrations,

ce qui fournit l'avantage mentionné précédemment.

Dans la forme de réalisation décrite précédemment, les moteurs d'entraînement 52 et 55 sont prévus à la fois pour le système d'entraînement du piston de refoulement chaud 3 et le système d'entraînement du piston de refoulement froid 5; cependant, 1 'un oul'autre des moteurs d'entraînement 52 ou 55 ou ces deux moteurs peuvent être supprimés, si les pistons de refoulement peuvent démarrer. Ceci est applicable à toutes les formes de réalisation et fournit le même effet avantageux, hormis lorsque les moteurs d'entraînement sont utilisés pour la

commande de la course.

En outre, dans la pompe à chaleur Vuilleumier possédant un agencement tel que représenté sur la figure 14, selon lequel le piston de refoulement chaud 3 et le piston de refoulement froid 5 sont disposés suivant une ligne, et par exemple un ressort de raccordement 65 est à nouveau prévu à la place du ressort hélicoïdal situé sur le côté du cylindre froid, le mécanisme produisant l'énergie de surface et l'énergie de refroidissement est le même que celui indiqué dans chacune des formes de réalisation décrites précédemment, et l'agencement décrit précédemment est applicable à toutes ces formes de réalisation, ce qui fournit le même effet avantageux que les formes de

réalisation décrites précédemment.

Dans les formes de réalisation décrites précédemment, on a expliqué la pompe à chaleur Vuilleumier

à pistons libres utilisée principalement pour un condition-

nement d'air avec chauffage et refroidissement; cependant, il faut noter que la présente invention n'est pas limitée à cela et est applicable par exemple à la réfrigération, lors de laquelle on peut obtenir le même effet avantageux que

dans les formes de réalisation décrites précédemment.

Comme cela a été décrit précédemment, la présente

invention présente de nombreux avantages expliqués ci-

après. Conformément à la pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres selon la présente invention, l'énergie de chauffage et l'énergie de refroidissement délivrées sont commandées grâce à la commande des courses des pistons de refoulement chaud et froid, de manière à permettre une augmentation et une réduction, faciles à exécuter et stables, de l'énergie de chauffage et de l'énergie de refroidissement délivrées. Dans le cas d'une variation de la charge, la pompe à chaleur peut fonctionner en permanence au voisinage de la fréquence de résonance tout

en maintenant un coefficient élevé de performance.

Les courses du piston de refoulement chaud et du piston de refoulement froid sont commandées au moyen de la commande de la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud. Cela permet une modification aisée de l'énergie de chauffage et de l'énergie de refroidissement délivrées et garantit en outre un coefficient élevé de performance dans une condition de fonctionnement stabilisée, sans avoir presqu'aucun effet sur le

coefficient de performance.

La température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud est commandée au moyen de la commande de la quantité de la chaleur appliquée au gaz de traitement dans l'espace de travail chaud, ce qui permet une commande en permanence stable et correcte de la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud, et par conséquent garantit un fonctionnement stabilisé de l'ensemble du corps de l'appareillage avec un coefficient élevé de performances. Il est prévu un moteur pour au moins le piston de refoulement chaud et/ou le piston de refoulement froid, de manière que l'on puisse commander la puissance de sortie du moteur tout en conservant la fréquence de fonctionnement du moteur au voisinage de la fréquence de résonance, qui est déterminée par le système d'entraînement du piston de refoulement chaud et du piston de refoulement froid, à la place de la commande de la température du gaz de travail dans l'espace de traitement chaud; c'est pourquoi il est facile de modifier l'énergie de chauffage et l'énergie de refroidissement délivrées et d'obtenir en outre une condition de fonctionnement stable et de maintenir un

coefficient élevé de performances.

Il est prévu un dispositif de détection de température situé sur le côté de la charge de chauffage et/ou sur le côté de la charge de refroidissement, pour commander l'énergie de chauffage ou l'énergie de refroidissement délivrée, en fonction d'une information de température délivrée par le dispositif de détection de température, ce qui permet d'appliquer, à tous moments, une

chaleur correcte à la charge.

Il est prévu un dispositif de détection servant à détecter la position au moins du piston de refoulement chaud et/ou du piston de refoulement froid lors d'un déplacement en va-et-vient de ces pistons de refoulement de sorte que l'énergie de chauffage et l'énergie de refroidissement délivrées peuvent être commandées sur la base d'une information incluant une information de position fournie par le dispositif de détection et une information de température délivrée par le dispositif de détection de température. Par conséquent, il est possible de commander la course de déplacement tout en empêchant des collisions des extrémités supérieure et inférieure des tétons de refoulement contre les cylindres, avec un accroissement de la température des gaz de travail dans l'espace de travail chaud et d'éviter un arrêt des mouvements de déplacement susceptibles d'être provoqués par une réduction de la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud. Par conséquent, la pompe à chaleur peut fonctionner en permanence dans une condition stable, à tous moments, tout en empêchant une rupture résultant d'une collision, et une combustion résultant d'un

arrêt.

La pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres est équipée d'un mécanisme de détection de vibrations situé dans une partie fixe et servant à commander l'énergie de chauffage et l'énergie de refroidissement délivrées, en fonction d'une information incluant un élément d'information fourni par le mécanisme de détection des vibrations et une information de température délivrée par le mécanisme de détection de température. C'est pourquoi, il est possible d'obtenir une stabilité de fonctionnement, sans que continuent à se produire des collisions des extrémités supérieure et inférieure des pistons de

refoulement contre les cylindres au moment d'un accroisse-

ment de la température du gaz de travail dans l'espace de travail chaud, et d'empêcher une rupture susceptible d'être produite sous l'effet d'une collision. Bien que l'on ait représenté et décrit ici les formes de réalisation préparées de la présente invention, on comprendra que cette dernière ne s'y trouve pas limitée et que de nombreux changements et modifications sont

possibles dans le cadre de la présente invention.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres, caractérisée en ce qu'elle comporte un piston de refoulement chaud (3) qui constitue un système résonnant incluant un ressort et se déplace en va- et-vient dans un cylindre chaud (2), et un piston de refoulement froid (5) qui constitue un système résonnant incluant un ressort et se déplace en va-et-vient dans un cylindre froid (4), un espace de travail chaud (2a) et un espace de travail à température modérée (2b) d'un côté du cylindre chaud dans ledit cylindre chaud, ces espaces étant séparés par ledit piston de refoulement chaud et étant connectés par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur chaud (6), un régénérateur situé du côté du cylindre chaud, et un échangeur de chaleur à température modérée (9) situé du côté du cylindre chaud, et un espace de travail froid (4a) et un espace de travail à température modérée (4b) situé sur le côté du cylindre froid, dans ledit cylindre froid, ces espaces étant séparés par ledit piston de refoulement froid (5) et étant raccordés par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur froid (12), un régénérateur (11) situé sur un côté du cylindre froid, et un échangeur de chaleur à température modérée (10) situé sur le côté du cylindre froid; ledit espace de travail à température modérée (2b) situé sur le côté du cylindre chaud étant raccordé audit espace de travail à température modérée sur le côté du cylindre froid, et de la chaleur pour le chauffage étant obtenue dudit échangeur de chaleur à température modérée sur le côté du cylindre chaud et par ledit échangeur de chaleur à température modérée (9) sur le côté du cylindre froid, et de la chaleur pour le refroidissement étant obtenue dudit échangeur de chaleur froid (12), et que ladite pompe à chaleur Vuilleumier à piston libre comprend des moyens de commande (520,550,57) pour commander les courses dudit piston de refoulement chaud (3) et dudit piston de refoulement froid

(5) de manière à commander les grandeurs de sortie de l'é-

nergie de chauffage et de l'énergie de refroidissement.

2. Pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de commande (520,550) commandent les courses dudit

piston de refoulement chaud (3) et dudit piston de refou-

lement froid (5) par commande de la température du gaz de travail dans ledit espace de travail chaud (2a) dans ledit

cylindre chaud (2).

3. Pompe à chaleur Vuillemier à pistons libres selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits moyens de commande (57) commandent la quantité de chaleur fournie audit gaz de travail dans ledit espace de travail chaud (2a) dans ledit cylindre chaud (2), de manière à commander ladite température du gaz de travail dans ledit

espace de travail chaud (2a).

4. Pompe à chaleur Vuillemier à pistons libres selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de commande (520,550) commandent les courses dudit

piston de refoulement chaud (3) et dudit piston de refou-

lement froid (5) par commande d'une grandeur de sortie d'un moteur (52) qui applique une force d'entraînement à

au moins un dudit piston de refoulement chaud (3) et du-

dit piston de refoulement froid (5), tout en maintenant la fréquence de fonctionnement dudit moteur au voisinage d'une fréquence de résonance déterminée par des systèmes d'entraînement dudit piston de refoulement chaud (3) et dudit piston de refoulement froid (5),

5. Pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres

selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caracté-

risée en ce que ladite pompe (52,55) comporte en outre

des moyens de détection de température (56) servant à dé-

tecter la température de au moins l'une ou l'autre de ladite cha-

leur de chauffage délivrée par ledit échangeur de chaleur à teérature modérée sur ledit côté du cylindre chaud (2) et ladite chaleur de refroidissement délivrée par ledit échangeur

de chaleur à température modérée sur ledit côté du cylin-

dre froid (5), et que lesdits moyens de commande comman-

dent les grandeurs de sortie de l'énergie de chauffage

et de l'énergie de refroidissement, sur la base d'une in-

formation de température envoyée par lesdits moyens de

détection de température (56).

6. Pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite pompe (52,55) comporte en outre des moyens de détection (61,62) pour détecter la position d'au moins une partie dudit piston de refoulement chaud (3) et dudit piston de

refoulement froid (5) lors du déplacement alternatif du-

dit piston de refoulement, et que lesdits moyens de com-

mande (57) commandent les grandeurs de sortie de l'éner-

gie de chauffage et de l'énergie de refroidissement, sur la base d'une information de position envoyée par lesdits moyens de détection, et d'une information de temperature

envoyée par lesdits moyens de détection de température.

7. Pompe à chaleur Vuilleumier à pistons libres selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite

pompe comporte en outre des moyens de détection de vibra-

tions (64), montés dans une partie fixe de l'un ou l'au-

tre dudit cylindre chaud et dudit cylindre froid, et que lesdits moyens de commande (57) commandent les grandeurs

de sortie de l'énergie, sur la base d'une information en-

voyée par lesdits moyens de détection de vibrations, et d'une information de température envoyée par lesdits

moyens de détection de température.