FR3122248A1 - Thermal machine with compressor powered by a manometric column - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une machine (200, 210) thermique comprenant un circuit fermé dans lequel circule un fluide frigorigène comprenant un compresseur (201, 211) apte à comprimer le fluide frigorigène, un condenseur (202, 212) apte à condenser le fluide frigorigène, un détendeur (203, 213) apte à détendre le fluide frigorigène et un évaporateur (204, 214) apte à évaporer le fluide frigorigène, où le compresseur (201, 211) comprend une pompe refoulante (1) du type à une enceinte motrice (2) et un piston moteur (13) alimentée par une colonne manométrique et à au moins une chambre multiplicatrice (5, 6) et autant de piston multiplicateur (52, 62), apte à comprimer le fluide frigorigène. Figure d’abrégé : Figure 2The invention relates to a thermal machine (200, 210) comprising a closed circuit in which a refrigerant fluid circulates comprising a compressor (201, 211) capable of compressing the refrigerant fluid, a condenser (202, 212) capable of condensing the refrigerant , an expander (203, 213) capable of expanding the refrigerant fluid and an evaporator (204, 214) capable of evaporating the refrigerant fluid, wherein the compressor (201, 211) comprises a delivery pump (1) of the type with a motor enclosure (2) and a motor piston (13) fed by a pressure column and at least one multiplier chamber (5, 6) and as many multiplier pistons (52, 62), capable of compressing the refrigerant. Abstract Figure: Figure 2
Description
L’invention concerne une machine thermique, destinée à produire du froid ou du chaud.The invention relates to a thermal machine, intended to produce cold or heat.
Il est connu de réaliser une machine thermique ou groupe froid. Une telle machine thermique comprend un circuit fermé dans lequel circule un fluide frigorigène. Ledit circuit comprend, en séquence dans le sens de circulation du fluide frigorigène, un compresseur, un premier échangeur ou condenseur, un détendeur et un deuxième échangeur ou évaporateur. Le compresseur est apte à aspirer le fluide frigorigène à basse pression et basse température, à le comprimer pour produire du fluide frigorigène à haute pression et haute température. Le fluide frigorigène est ensuite transmis au condenseur qui refroidit le fluide frigorigène en fournissant de la chaleur à l’extérieur. Le fluide frigorigène est ensuite transmis à un détendeur qui détend le fluide frigorigène en réduisant sa pression. Le fluide frigorigène est ensuite transmis à l’évaporateur qui réchauffe le fluide frigorigène en refroidissant l’extérieur. Le fluide frigorigène est ensuite transmis à nouveau au compresseur.It is known to make a thermal machine or cold group. Such a thermal machine comprises a closed circuit in which a refrigerant fluid circulates. Said circuit comprises, in sequence in the direction of circulation of the refrigerant, a compressor, a first exchanger or condenser, an expansion valve and a second exchanger or evaporator. The compressor is capable of drawing in the refrigerant at low pressure and low temperature, compressing it to produce refrigerant at high pressure and high temperature. The refrigerant is then passed to the condenser which cools the refrigerant by supplying heat to the outside. The refrigerant is then passed to an expansion valve which expands the refrigerant by reducing its pressure. The refrigerant is then passed to the evaporator which heats up the refrigerant by cooling the exterior. The refrigerant is then sent back to the compressor.
Une telle machine thermique est ainsi apte à produire du froid, au niveau de l’évaporateur et/ou du chaud, au niveau du condenseur.Such a thermal machine is thus able to produce cold, at the level of the evaporator and/or heat, at the level of the condenser.
Si le condenseur, le détendeur et l’évaporateur sont des éléments passifs, il faut fournir de l’énergie pour que le compresseur fonctionne. Aussi, en fonction de l’énergie utilisée, le coût de la production de froid peut se mesurer à l’énergie dépensée pour faire fonctionner le compresseur. Ainsi, dans un réfrigérateur, de l’énergie électrique est consommée pour faire fonctionner le compresseur et produire le froid.If the condenser, expansion valve and evaporator are passive elements, energy must be supplied for the compressor to operate. Also, depending on the energy used, the cost of cold production can be measured by the energy spent to operate the compressor. Thus, in a refrigerator, electrical energy is consumed to operate the compressor and produce cold.
Il est encore connu, du document WO 2020152402 des demandeurs, une pompe refoulante apte à être alimentée par une colonne manométrique. Une telle pompe est classiquement utilisée pour le pompage ou le relevage d’eau, par exemple pour l’irrigation, mais aussi pour la consommation. Le fluide de fonctionnement est de l’eau issue de la colonne manométrique. Le fluide de refoulement est de l’eau d’irrigation ou de consommation. Une telle pompe est avantageuse en ce qu’elle fonctionne à partir d’une énergie gravitaire provenant d’une colonne manométrique, aisément renouvelable et donc sensiblement gratuite.It is also known, from document WO 2020152402 of the applicants, a pressure pump capable of being supplied by a manometric column. Such a pump is conventionally used for pumping or lifting water, for example for irrigation, but also for consumption. The operating fluid is water from the manometric column. The discharge fluid is irrigation or drinking water. Such a pump is advantageous in that it operates using gravity energy from a manometric column, easily renewable and therefore substantially free.
Aussi, l’ingéniosité de la présente invention consiste à utiliser ladite pompe, alimentée par une colonne manométrique, pour former le compresseur et comprimer le fluide frigorigène d’une machine thermique, afin de produire du froid et/ou du chaud à partir d’une énergie renouvelable, abondamment disponible et donc sensiblement gratuite.Also, the ingenuity of the present invention consists in using said pump, powered by a manometric column, to form the compressor and compress the refrigerant of a thermal machine, in order to produce cold and/or heat from renewable energy, abundantly available and therefore substantially free.
Pour cela, l’invention a pour objet une machine thermique comprenant un circuit fermé dans lequel circule un fluide frigorigène comprenant, en séquence dans le sens de circulation du fluide frigorigène, un compresseur apte à aspirer le fluide frigorigène à basse pression et basse température, à le comprimer pour produire du fluide frigorigène à haute pression et haute température, un premier échangeur thermique entre fluide frigorigène et premier médium ou condenseur apte à condenser le fluide frigorigène en le refroidissant en fournissant de la chaleur au premier medium, un détendeur apte à détendre le fluide frigorigène en réduisant sa pression et un deuxième échangeur thermique entre fluide frigorigène et deuxième médium ou évaporateur apte à évaporer le fluide frigorigène en le réchauffant en absorbant de la chaleur du médium, et à le transmettre à nouveau au compresseur, où le compresseur comprend une pompe refoulante du type à une enceinte motrice et un piston moteur alimentée par une colonne manométrique et à au moins une chambre multiplicatrice et autant de piston multiplicateur, apte à comprimer le fluide frigorigène.For this, the subject of the invention is a thermal machine comprising a closed circuit in which a refrigerant fluid circulates comprising, in sequence in the direction of circulation of the refrigerant fluid, a compressor capable of sucking in the refrigerant fluid at low pressure and low temperature, compressing it to produce refrigerant at high pressure and high temperature, a first heat exchanger between refrigerant and first medium or condenser capable of condensing the refrigerant by cooling it by supplying heat to the first medium, an expansion valve capable of expanding the refrigerant by reducing its pressure and a second heat exchanger between refrigerant and second medium or evaporator capable of evaporating the refrigerant by heating it by absorbing heat from the medium, and transmitting it again to the compressor, where the compressor comprises a pressure pump of the type having a driving chamber and a driving piston powered by r a pressure column and at least one multiplier chamber and as many multiplier pistons, capable of compressing the refrigerant.
Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont :
- la machine thermique comprend encore un moteur pneumatique alimenté, via une conduite d’entrée par le fluide frigorigène en provenance du compresseur et rejetant le fluide frigorigène via une conduite de sortie, le moteur pneumatique comprenant un étranglement à son échappement formant le détendeur, la conduite de sortie entourant la conduite d’entrée de manière à former un premier échangeur ou condenseur, la conduite de sortie desservant le deuxième échangeur ou évaporateur,
- la conduite de sortie est calorifugée,
- la machine thermique comprend encore un générateur électrique entraîné par le moteur pneumatique,
- le fluide frigorigène est de l’air sec et sans dioxyde de carbone,
- le circuit fermé de fluide frigorigène est pré-comprimé à une pression élevée, préférentiellement égale à 40 bars,
- le deuxième médium, refroidi par le deuxième échangeur ou évaporateur, circule dans un circuit fermé,
- la pompe refoulante comprend une enceinte motrice à l’intérieur de laquelle un piston moteur coulisse selon un axe alternativement entre une première position d’extrémité et une deuxième position d’extrémité sous l’action d’un fluide de fonctionnement sous pression, le piston moteur séparant l’enceinte motrice en une première chambre motrice et une deuxième chambre motrice, une première chambre multiplicatrice comprenant une entrée et une sortie et une deuxième chambre multiplicatrice comprenant une entrée et une sortie, pour respectivement, recevoir et évacuer un fluide de refoulement, un premier piston multiplicateur, relié au piston moteur, coulissant dans la première chambre multiplicatrice pour assurer la compression du fluide de refoulement dans la première chambre multiplicatrice, un deuxième piston multiplicateur, relié au piston moteur, coulissant dans la deuxième chambre multiplicatrice pour assurer la compression du fluide de refoulement dans la première chambre multiplicatrice, un dispositif de distribution alternée de fluide pour alterner le sens de circulation du fluide de fonctionnement dans l’enceinte motrice et le sens de coulissement du piston moteur, la première chambre motrice comprenant une première entrée pour recevoir le fluide de fonctionnement lors d’un premier cycle de distribution et la deuxième chambre motrice comprenant une première sortie pour évacuer le fluide de fonctionnement lors d’un premier cycle de distribution, la deuxième chambre motrice comprenant une deuxième entrée pour recevoir le fluide de fonctionnement lors d’un deuxième cycle de distribution et la première chambre motrice comprenant une deuxième sortie pour évacuer le fluide de fonctionnement lors d’un deuxième cycle de distribution, le dispositif de distribution alternée comprenant au moins un dispositif d’obturation comportant quatre organes mobiles d’obturation des première et deuxième entrées et des première et deuxième sorties et au moins un déclencheur configuré pour actionner lesdits organes d’obturation entre deux positions respectivement d’obturation et d’ouverture, le dispositif de distribution alternée étant actionnable entre : - une première disposition associée au premier cycle de distribution dans laquelle le piston moteur se déplace vers sa deuxième position, deux des organes mobiles obturent respectivement la deuxième entrée et la deuxième sortie, et les deux autres organes mobiles ouvrent respectivement la première entrée et la première sortie, - une deuxième disposition associée au deuxième cycle de distribution dans laquelle le piston moteur se déplace vers sa première position, deux des organes mobiles obturent respectivement la première entrée et la première sortie, et les deux autres organes mobiles ouvrent respectivement la deuxième entrée et la deuxième sortie,
- le déclencheur est configuré pour être actionné par le piston moteur, au moins lorsque ce dernier est dans une de ses positions d’extrémité,
- la colonne manométrique comprend une canalisation en dérivation d’une rivière, entre un captage amont et une restitution avale, la pompe refoulante étant connectée en série, l’amont de la canalisation étant connecté à la première et à la deuxième entrées et l’aval de la canalisation étant connecté à la première et à la deuxième sorties, via un premier régulateur de pression,
- la colonne manométrique comprend une canalisation en dérivation d’une rivière, entre un captage amont et une restitution avale, la pompe refoulante étant connectée en dérivation, un piquage amont reliant la canalisation à la première et à la deuxième entrées et un piquage aval reliant la canalisation à la première et à la deuxième sorties, la canalisation comprenant encore un deuxième régulateur de pression entre le piquage amont et le piquage aval,
- la canalisation comprend encore un troisième régulateur de pression, disposé à l’aval du piquage aval.Particular characteristics or embodiments, which can be used alone or in combination, are:
- the thermal machine further comprises a pneumatic motor supplied via an inlet pipe with the refrigerant coming from the compressor and rejecting the refrigerant via an outlet pipe, the pneumatic motor comprising a throttle at its exhaust forming the expansion valve, the outlet pipe surrounding the inlet pipe so as to form a first exchanger or condenser, the outlet pipe serving the second exchanger or evaporator,
- the outlet pipe is insulated,
- the thermal machine further comprises an electric generator driven by the pneumatic motor,
- the refrigerant is dry air without carbon dioxide,
- the closed refrigerant circuit is pre-compressed at a high pressure, preferably equal to 40 bars,
- the second medium, cooled by the second exchanger or evaporator, circulates in a closed circuit,
- the pressure pump comprises a drive enclosure inside which a drive piston slides along an axis alternately between a first end position and a second end position under the action of a pressurized operating fluid, the motor piston separating the motor enclosure into a first motor chamber and a second motor chamber, a first multiplier chamber comprising an inlet and an outlet and a second multiplier chamber comprising an inlet and an outlet, for respectively receiving and evacuating a delivery fluid , a first multiplier piston, connected to the driving piston, sliding in the first multiplier chamber to ensure the compression of the delivery fluid in the first multiplier chamber, a second multiplier piston, connected to the driving piston, sliding in the second multiplier chamber to ensure the compression of the discharge fluid in the first multiplica chamber trice, an alternate fluid distribution device for alternating the direction of circulation of the operating fluid in the motor enclosure and the direction of sliding of the motor piston, the first motor chamber comprising a first inlet for receiving the operating fluid during a first dispensing cycle and the second motor chamber including a first outlet for discharging operating fluid during a first dispensing cycle, the second motor chamber including a second inlet for receiving operating fluid during a second dispensing cycle distribution and the first motor chamber comprising a second outlet for evacuating the operating fluid during a second dispensing cycle, the alternate distribution device comprising at least one shutter device comprising four movable shutter members of the first and second inlets and first and second outputs and at least one configured trigger to actuate said closure members between two positions of closure and opening respectively, the alternate dispensing device being operable between: - a first arrangement associated with the first dispensing cycle in which the driving piston moves towards its second position, two of the moving parts close the second inlet and the second outlet respectively, and the other two moving parts respectively open the first inlet and the first outlet, - a second arrangement associated with the second timing cycle in which the driving piston moves towards its first position, two of the movable members block the first inlet and the first outlet respectively, and the two other movable members respectively open the second inlet and the second outlet,
- the trigger is configured to be actuated by the driving piston, at least when the latter is in one of its end positions,
- the manometric column comprises a pipe branching from a river, between an upstream capture and a downstream return, the pressure pump being connected in series, the upstream of the pipe being connected to the first and to the second inlets and the downstream of the pipe being connected to the first and to the second outlets, via a first pressure regulator,
- the manometric column comprises a pipeline branching from a river, between an upstream capture and a downstream return, the pressure pump being connected in bypass, an upstream tapping connecting the pipeline to the first and to the second inlets and a downstream tapping connecting the pipe at the first and second outlets, the pipe further comprising a second pressure regulator between the upstream tapping and the downstream tapping,
- the pipe further comprises a third pressure regulator, arranged downstream of the downstream tapping.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles :The invention will be better understood on reading the following description, given solely by way of example, and with reference to the appended figures in which:
En référence à la
Le compresseur 201 est apte à aspirer le fluide frigorigène à basse pression et basse température en provenance de l’évaporateur 204, à le comprimer pour produire du fluide frigorigène à haute pression et haute température. De par sa circulation, induite par le compresseur 201, le fluide frigorigène rejoint ensuite le condenseur 202.Compressor 201 is capable of drawing in the low pressure, low temperature refrigerant from evaporator 204, compressing it to produce high pressure, high temperature refrigerant. Due to its circulation, induced by the compressor 201, the refrigerant then reaches the condenser 202.
Le condenseur 202 est un premier échangeur thermique entre le fluide frigorigène et un premier médium. Le premier médium peut être un autre circuit séparé ou simplement un milieu extérieur entourant le condenseur 202, tel de l’air ambiant. Le condenseur 202 est apte à condenser le fluide frigorigène en le refroidissant. Ceci se fait en prélevant le froid du premier médium, soit en fournissant de la chaleur au premier medium. Le fluide frigorigène poursuit sa circulation pour atteindre le détendeur 203.Condenser 202 is a first heat exchanger between the refrigerant fluid and a first medium. The first medium can be another separate circuit or simply an external medium surrounding the condenser 202, such as ambient air. The condenser 202 is capable of condensing the refrigerant by cooling it. This is done by taking cold from the first medium, or by supplying heat to the first medium. The refrigerant continues to circulate to reach the expansion valve 203.
Le détendeur 203 est typiquement un trou calibré laissant passer le fluide frigorigène. Le détendeur 203 est apte à détendre le fluide frigorigène en réduisant sa pression. La détente ainsi réalisée est la principale source de production de froid. Le fluide frigorigène poursuit sa circulation pour atteindre l’évaporateur 204.The expansion valve 203 is typically a calibrated hole allowing the refrigerant to pass. The expander 203 is able to expand the refrigerant by reducing its pressure. The expansion thus achieved is the main source of cold production. The refrigerant continues to circulate to reach the evaporator 204.
L’évaporateur 204 est un deuxième échangeur thermique entre le fluide frigorigène et un deuxième médium. Le deuxième médium peut être un autre circuit séparé ou simplement un milieu extérieur entourant l’évaporateur 204, tel de l’air ambiant. L’évaporateur 204 est apte à évaporer le fluide frigorigène en le réchauffant en absorbant de la chaleur du deuxième médium.The evaporator 204 is a second heat exchanger between the refrigerant and a second medium. The second medium can be another separate circuit or simply an external medium surrounding the evaporator 204, such as ambient air. The evaporator 204 is capable of evaporating the refrigerant by heating it by absorbing heat from the second medium.
Le fluide frigorigène poursuit sa course et est transmis à nouveau au compresseur 201.The refrigerant continues its course and is transmitted again to the compressor 201.
Une telle machine thermique 200, fonctionnant de manière cyclique, permet de produire de la chaleur au niveau du condenseur 202 et du froid au niveau de l’évaporateur 204.Such a thermal machine 200, operating in a cyclic manner, makes it possible to produce heat at the level of the condenser 202 and cold at the level of the evaporator 204.
Selon une caractéristique de l’invention, le compresseur 201 est réalisé par une pompe refoulante 1 du type à une enceinte motrice 2 et un piston moteur 13 alimentée par une colonne manométrique et à deux chambres multiplicatrices 5, 6 et deux pistons multiplicateurs 52, 62, apte à comprimer le fluide frigorigène.According to one characteristic of the invention, the compressor 201 is produced by a pressure pump 1 of the type with a motor enclosure 2 and a motor piston 13 fed by a manometric column and with two multiplier chambers 5, 6 and two multiplier pistons 52, 62 , capable of compressing the refrigerant.
Une telle pompe 1, inventée par les demandeurs, est décrite en détail dans le document WO 2020152402, auquel on se reportera avec profit.Such a pump 1, invented by the applicants, is described in detail in document WO 2020152402, to which reference will be made with advantage.
La machine thermique 200 de la
Selon une autre caractéristique, dans la machine thermique 210 la conduite de sortie 217, au moins dans la partie où elle enveloppe la conduite d’entrée 216, est calorifugée, afin de limiter les échanges thermiques avec le milieu ambiant et privilégier les échanges entre la conduite d’entrée 216 et la conduite de sortie 217.According to another characteristic, in the thermal machine 210 the outlet pipe 217, at least in the part where it envelops the inlet pipe 216, is insulated, in order to limit the heat exchanges with the ambient environment and favor the exchanges between the inlet pipe 216 and outlet pipe 217.
Dans le cas d’une détente de type Joule Thomson, il est avantageux, pour le rendement de la machine thermique, que le moteur pneumatique 215 soit freiné par un couple résistant. Aussi, selon une autre caractéristique, la machine thermique 210 comprend encore avantageusement un générateur électrique 218 entraîné par le moteur pneumatique 215. Ceci présente un double avantage d’améliorer le fonctionnement thermique de la machine thermique 210 tout en permettant une cogénération d’électricité.In the case of a Joule Thomson type expansion, it is advantageous, for the performance of the heat engine, that the pneumatic motor 215 is braked by a resistive torque. Also, according to another characteristic, the thermal machine 210 also advantageously comprises an electric generator 218 driven by the pneumatic motor 215. This has the double advantage of improving the thermal operation of the thermal machine 210 while allowing cogeneration of electricity.
Cette électricité peut avantageusement être utilisée pour assurer la diffusion du froid produit, par une circulation dans le circuit secondaire de refroidissement 219.This electricity can advantageously be used to ensure the distribution of the cold produced, by circulation in the secondary cooling circuit 219.
Selon une autre caractéristique, la machine thermique 210 fonctionne avec pour fluide frigorigène de l’air. Cet air est avantageusement sec pour ne pas risquer de fabriquer de la glace. Cet air est encore débarrassé de tout dioxyde de carbone, pour ne pas risquer de produire de la neige carbonique. Un tel fluide frigorigène est particulièrement avantageux en ce qu’il est écologique et ne provoque aucun danger en cas de fuite.According to another feature, the thermal machine 210 operates with air as the refrigerant. This air is advantageously dry so as not to risk producing ice. This air is still stripped of all carbon dioxide, so as not to risk producing dry ice. Such a refrigerant is particularly advantageous in that it is environmentally friendly and does not cause any danger in the event of a leak.
Il est connu qu’une même quantité d’énergie est nécessaire pour comprimer un gaz de 1 à 10 bars ou de 10 à 100 bars. Cependant, la production de froid résultant de la détente dans le deuxième cas, produit 10 fois plus de froid que dans le premier cas. Aussi, il est avantageux que le circuit fermé contenant le fluide de refoulement, soit ici le fluide frigorigène, soit pré-comprimé à une pression élevé, préférentiellement égale à 40 bars.It is known that the same amount of energy is needed to compress a gas from 1 to 10 bars or from 10 to 100 bars. However, the production of cold resulting from the expansion in the second case, produces 10 times more cold than in the first case. Also, it is advantageous for the closed circuit containing the discharge fluid, here either the refrigerant, to be pre-compressed at a high pressure, preferably equal to 40 bar.
Il a été vu que le froid est disponible au niveau de l’évaporateur 214. Cet évaporateur 214 est un échangeur thermique entre le fluide frigorigène et un deuxième médium. Ce deuxième médium peut être directement l’air extérieur autour de l’évaporateur 214. Selon une autre caractéristique, le deuxième médium, refroidi par le deuxième échangeur ou évaporateur 214, circule préférentiellement dans un circuit fermé 219 secondaire de refroidissement. Une telle caractéristique permet de diffuser, au moyen d’une circulation du deuxième médium, le froid produit par la machine thermique 210 dans des lieux plus distants pour les refroidir. Dans ce cas le deuxième médium est avantageusement un liquide caloporteur.It has been seen that the cold is available at the level of the evaporator 214. This evaporator 214 is a heat exchanger between the refrigerant fluid and a second medium. This second medium can be the outside air directly around the evaporator 214. According to another characteristic, the second medium, cooled by the second exchanger or evaporator 214, preferentially circulates in a closed secondary cooling circuit 219 . Such a characteristic makes it possible to diffuse, by means of a circulation of the second medium, the cold produced by the thermal machine 210 in more distant places in order to cool them. In this case the second medium is advantageously a heat transfer liquid.
Que ce soit une machine thermique 200 à détente simple ou une machine thermique 210 à détente Joule Thomson, le compresseur 201, 211 est une pompe refoulante 1 apte à fonctionner avec l’énergie apportée par une colonne manométrique.Whether it is a heat engine 200 with simple expansion or a heat machine 210 with Joule Thomson expansion, the compressor 201, 211 is a pressure pump 1 capable of operating with the energy supplied by a manometric column.
Telle qu’illustrée à la
Dans la machine thermique, les deux entrées 50, 60 sont avantageusement connectées à la sortie du circuit fermé issu de l’évaporateur 204, 214. Cette connexion est réalisée, tel qu’illustré à la
Un premier piston multiplicateur 52, relié au piston moteur 13 coulisse dans la première chambre multiplicatrice 5 pour assurer la compression du fluide de refoulement dans la première chambre multiplicatrice 5. De même, un deuxième piston multiplicateur 62, relié au piston moteur 13, coulisse dans la deuxième chambre multiplicatrice 6 pour assurer la compression du fluide de refoulement dans la première chambre multiplicatrice 5.A first multiplier piston 52, connected to the driving piston 13 slides in the first multiplier chamber 5 to ensure the compression of the delivery fluid in the first multiplier chamber 5. Similarly, a second multiplier piston 62, connected to the driving piston 13, slides in the second multiplier chamber 6 to ensure the compression of the discharge fluid in the first multiplier chamber 5.
Il est ainsi distingué un premier circuit de fonctionnement, comprenant une enceinte motrice 2 dans laquelle circule un fluide de fonctionnement, ici typiquement de l’eau issue d’une colonne manométrique. Ceci mobilise alternativement le piston moteur 13. De par sa liaison mécanique avec les pistons multiplicateurs 52, 53, le mouvement du piston moteur 13 est transmis au pistons multiplicateurs 52, 53. Un deuxième circuit de refoulement, fluidiquement isolé du circuit de fonctionnement, comprend les chambres multiplicatrices 5, 6, dans lesquelles circule un fluide de refoulement, ici le fluide frigorigène. Le mouvement des pistons multiplicateurs 52, 53 permet de comprimer le fluide frigorigène.A first operating circuit is thus distinguished, comprising a driving enclosure 2 in which an operating fluid circulates, here typically water from a manometric column. This alternately mobilizes the driving piston 13. Due to its mechanical connection with the multiplier pistons 52, 53, the movement of the driving piston 13 is transmitted to the multiplier pistons 52, 53. A second delivery circuit, fluidically isolated from the operating circuit, comprises the multiplier chambers 5, 6, in which circulates a discharge fluid, here the refrigerant. The movement of the multiplier pistons 52, 53 makes it possible to compress the refrigerant.
La pompe 1 transforme une énergie de pression issue de la colonne manométrique, en une translation alternée du piston moteur 13. Cet alternat est obtenu au moyen d’un dispositif de distribution alternée de fluide pour alterner le sens de circulation du fluide de fonctionnement dans l’enceinte motrice 2 et alterner le sens de coulissement du piston moteur 13. Ceci s’effectue selon une succession périodique comprenant alternativement un premier cycle de distribution et un deuxième cycle de distribution.The pump 1 converts pressure energy from the manometric column, into an alternating translation of the driving piston 13. This alternation is obtained by means of an alternating fluid distribution device to alternate the direction of circulation of the operating fluid in the 'drive enclosure 2 and alternate the direction of sliding of the drive piston 13. This is carried out according to a periodic succession comprising alternately a first dispensing cycle and a second dispensing cycle.
La première chambre motrice 3 comprend une première entrée E1 pour recevoir le fluide de fonctionnement lors d’un premier cycle de distribution et la deuxième chambre motrice 4 comprend une première sortie S1 pour évacuer le fluide de fonctionnement lors du premier cycle de distribution. Ainsi, au cours d’un premier cycle de distribution, le piston moteur 13 se déplace dans un premier sens.The first motor chamber 3 includes a first inlet E1 to receive the operating fluid during a first dispensing cycle and the second motor chamber 4 includes a first outlet S1 to evacuate the operating fluid during the first dispensing cycle. Thus, during a first dispensing cycle, the driving piston 13 moves in a first direction.
La deuxième chambre motrice 4 comprend une deuxième entrée E2 pour recevoir le fluide de fonctionnement lors d’un deuxième cycle de distribution et la première chambre motrice 3 comprend une deuxième sortie S2 pour évacuer le fluide de fonctionnement lors d’un deuxième cycle de distribution. Ainsi, au cours d’un deuxième cycle de distribution, le piston moteur 13 se déplace dans un deuxième sens, opposé au premier sens.The second motor chamber 4 includes a second inlet E2 to receive the operating fluid during a second dispensing cycle and the first motor chamber 3 includes a second outlet S2 to evacuate the operating fluid during a second dispensing cycle. Thus, during a second dispensing cycle, the driving piston 13 moves in a second direction, opposite to the first direction.
Pour obtenir cet alternat, le dispositif de distribution alterne entre une distribution de fluide de fonctionnement par la première entrée E1 avec récupération par la première sortie S1 et une distribution de fluide de fonctionnement par la deuxième entrée E2 avec récupération par la deuxième sortie S2. Pour cela, le dispositif de distribution alternée comprend au moins un dispositif d’obturation 7 comportant quatre organes mobiles d’obturation 70-73 des première et deuxième entrées E1, E2 et des première et deuxième sorties S1, S2 et au moins un déclencheur 8, 9 configuré pour actionner lesdits organes d’obturation 70-73 entre deux positions respectivement d’obturation et d’ouverture.To obtain this alternation, the distribution device alternates between a distribution of operating fluid through the first inlet E1 with recovery through the first output S1 and a distribution of operating fluid through the second inlet E2 with recovery through the second output S2. For this, the alternate distribution device comprises at least one shutter device 7 comprising four movable shutter members 70-73 of the first and second inputs E1, E2 and the first and second outputs S1, S2 and at least one trigger 8 , 9 configured to actuate said shutter members 70-73 between two positions respectively shutter and open.
Le dispositif de distribution alternée est actionnable entre une première disposition, associée au premier cycle de distribution, dans laquelle le piston moteur 13 se déplace vers sa deuxième position P2 et une deuxième disposition, associée au deuxième cycle de distribution, dans laquelle le piston moteur 13 se déplace vers sa première position P1.The alternate dispensing device is operable between a first arrangement, associated with the first dispensing cycle, in which the driving piston 13 moves towards its second position P2 and a second arrangement, associated with the second dispensing cycle, in which the driving piston 13 moves to its first position P1.
Dans la première disposition, deux des organes mobiles 71, 72 obturent respectivement la deuxième entrée E2 et la deuxième sortie S2, et les deux autres organes mobiles 70, 73 ouvrent respectivement la première entrée E1 et la première sortie S1.In the first arrangement, two of the moving parts 71, 72 respectively block the second input E2 and the second output S2, and the other two moving parts 70, 73 respectively open the first input E1 and the first output S1.
Dans la deuxième disposition, deux des organes mobiles 70, 73 obturent respectivement la première entrée E1 et la première sortie S1, et les deux autres organes mobiles 71, 72 ouvrent respectivement la deuxième entrée E2 et la deuxième sortie S2.In the second arrangement, two of the moving parts 70, 73 respectively block the first input E1 and the first output S1, and the other two moving parts 71, 72 respectively open the second input E2 and the second output S2.
Ledit au moins un déclencheur 8, 9 actionne lesdits organes d’obturation 70-73 et permet de passer alternativement de la première disposition à la deuxième disposition.Said at least one trigger 8, 9 actuates said obturation members 70-73 and makes it possible to pass alternately from the first arrangement to the second arrangement.
De plus, selon une autre caractéristique, ledit au moins un déclencheur 8, 9 est configuré pour être actionné par le piston moteur 13, lorsque ce dernier se déplace vers une de ses positions P1, P2 d’extrémité et au moins lorsque ce dernier atteint une de ses positions P1, P2 d’extrémité. Ceci permet de réaliser l’alternat : le piston moteur 13, lorsqu’il arrive en fin de course en position d’extrémité P1 ou P2, actionne au moins un déclencheur 8, 9 qui change la disposition. Le changement de disposition entraîne un changement de sens de coulissement du piston moteur 13, qui va à son tour actionner au moins un déclencheur 8, 9, et ainsi de suite.Moreover, according to another characteristic, said at least one trigger 8, 9 is configured to be actuated by the driving piston 13, when the latter moves towards one of its end positions P1, P2 and at least when the latter reaches one of its end positions P1, P2. This makes it possible to carry out the alternation: the motor piston 13, when it reaches the end of its travel in the end position P1 or P2, actuates at least one trigger 8, 9 which changes the arrangement. The change in arrangement causes a change in the direction of sliding of the motor piston 13, which will in turn actuate at least one trigger 8, 9, and so on.
Il a été vu que la machine thermique 200, 210 puise son énergie d’une colonne manométrique. Une telle colonne manométrique alimente en continu avec un fluide de fonctionnement, classiquement de l’eau, sous une pression permettant de faire fonctionner la pompe 1.It has been seen that the thermal machine 200, 210 draws its energy from a manometric column. Such a manometric column continuously supplies with an operating fluid, conventionally water, under a pressure allowing the pump 1 to operate.
Une telle colonne manométrique est classiquement réalisée par une chute d’eau, la différence de hauteur d’eau apportant, de manière continue, une différence de pression.Such a manometric column is conventionally produced by a waterfall, the difference in height of water bringing, in a continuous manner, a difference in pressure.
Selon une première caractéristique, illustrée à la
Selon une autre caractéristique, illustrée à la
Selon une autre caractéristique, la canalisation 220 comprend encore un troisième régulateur de pression 225, disposé à l’aval du piquage aval 222.According to another characteristic, the pipe 220 also includes a third pressure regulator 225, arranged downstream of the downstream tapping 222.
Dans ce qui précède, un régulateur de pression 223, 224, 225 s’entend de tout dispositif apte à laisser réduire la pression de manière contrôlée, tel un régulateur de pression, un réducteur de pression ou tout autre dispositif équivalent. Sa fonction est de maintenir une différence de pression entre son amont et son aval, afin de ne pas risquer un arrêt de la pompe 1 en cas d’équilibre des pressions amont et aval.In the foregoing, a pressure regulator 223, 224, 225 means any device capable of reducing the pressure in a controlled manner, such as a pressure regulator, a pressure reducer or any other equivalent device. Its function is to maintain a pressure difference between its upstream and its downstream, so as not to risk stopping pump 1 in the event of equilibrium of the upstream and downstream pressures.
Une telle colonne manométrique, est typiquement créée par un relief de la rivière présent entre le captage amont et la restitution avale. Elle est aisée à mettre en place dans un pays présentant un tel relief. L’énergie, fournie par la pesanteur, est ici renouvelable à l’infini et apparaît ainsi comme quasiment gratuite. L’invention est ainsi particulièrement avantageuse en ce qu’elle permet une production de froid, et/ou de chaud, ainsi qu’éventuellement une cogénération d’électricité à partir d’une énergie disponible et gratuite. De plus, toute l’eau captée à l’amont est entièrement restituée à l’aval. La machine thermique ne consomme aucune eau. Elle prélève seulement son énergie mécanique.Such a manometric column is typically created by a relief of the river present between the upstream capture and the downstream restitution. It is easy to set up in a country with such relief. The energy, provided by gravity, is infinitely renewable here and thus appears to be almost free. The invention is thus particularly advantageous in that it allows production of cold and/or heat, as well as possibly cogeneration of electricity from available and free energy. In addition, all the water captured upstream is fully returned downstream. The thermal machine does not consume any water. It only takes its mechanical energy.
L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles.The invention has been illustrated and described in detail in the drawings and the foregoing description. This must be considered as illustrative and given by way of example and not as limiting the invention to this description alone. Many variant embodiments are possible.
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Citations (3)
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CN109269133A (en) * | 2018-09-27 | 2019-01-25 | 北京市水利规划设计研究院 | Cooling system and cooling equipment |
WO2020152402A1 (en) | 2019-01-24 | 2020-07-30 | Pierre Bignon | Pumping system and fluid delivery installation |
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2021
- 2021-03-15 FR FR2102558A patent/FR3122248A1/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3016207A1 (en) * | 2014-01-08 | 2015-07-10 | Electricite De France | HEAT PUMP PRODUCING COLD |
CN109269133A (en) * | 2018-09-27 | 2019-01-25 | 北京市水利规划设计研究院 | Cooling system and cooling equipment |
WO2020152402A1 (en) | 2019-01-24 | 2020-07-30 | Pierre Bignon | Pumping system and fluid delivery installation |
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