WO2012131111A1 - Pompe et dispositifs et installations comprenant une telle pompe - Google Patents

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WO2012131111A1
WO2012131111A1 PCT/EP2012/056004 EP2012056004W WO2012131111A1 WO 2012131111 A1 WO2012131111 A1 WO 2012131111A1 EP 2012056004 W EP2012056004 W EP 2012056004W WO 2012131111 A1 WO2012131111 A1 WO 2012131111A1
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pumping
piston
pump
chamber
driving
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PCT/EP2012/056004
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Pierre Bignon
Bernard Fontaine
Dominique THIREL
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Pierre Bignon
Bernard Fontaine
Thirel Dominique
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B9/00—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members
    • F04B9/08—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B23/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01B23/08—Adaptations for driving, or combinations with, pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
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    • F04B19/22—Other positive-displacement pumps of reciprocating-piston type
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    • F04B9/103—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid the fluid being liquid having only one pumping chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F25B1/02—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of reciprocating-piston type

Definitions

  • the present invention relates to a pump and various devices and installations comprising such a pump, in particular a device for producing cold gas, an air conditioning system, a device for producing hot water and a heating installation.
  • the object of the present invention is to provide a pump with a low cost of use and, however, a good energy efficiency.
  • the object of the invention is also to implement this pump in different devices and installations.
  • the present invention provides a pump comprising:
  • a duct having first and second lateral orifices, the cross section of the duct being lower at the level of the second lateral orifice than at the level of the first lateral orifice;
  • a driving cylinder and a driving piston able to slide in the engine cylinder, the engine piston separating in the engine cylinder from the first and second driving chambers, the first and second driving chambers being in fluid communication with the first and the second lateral orifices; , respectively,
  • a pumping cylinder and a pumping piston capable of sliding in the pumping cylinder, the pumping cylinder defining at least a first pumping chamber, the driving piston and the pumping piston being kinematically connected so that an increase the volume of the first driving chamber corresponds to a reduction in the volume of the first pumping chamber.
  • the invention includes one or more of the following features:
  • first and second drive chambers are alternately in fluid communication with the first and second lateral orifices, respectively;
  • the pumping piston defines, in addition to the first pumping chamber, a second pumping chamber, the kinematic connection between the piston engine and the pump piston further being such that an increase in the volume of the second drive chamber corresponds to a reduction in the volume of the second pump chamber;
  • the pump further comprises end-of-travel sensors of the engine piston, the fluid communication between the first and second drive chambers, on the one hand, and the first and second lateral orifices, on the other hand, is permuted according to the output signal of said end-of-travel detectors;
  • the cross section of the engine piston is greater than the cross section of the piston pump
  • the duct has a third lateral orifice, the third lateral orifice being selectively in fluid communication with the first and, where appropriate, the second pumping chamber.
  • the invention also relates to a cold gas production device comprising:
  • the first pumping chamber and, if appropriate, the second pumping chamber being selectively and alternately in fluid communication with the working chamber of a pneumatic motor, optionally via to a pneumatic accumulator, and the exhaust of the pneumatic motor.
  • the cold gas production device further comprises heat exchange means between the gas intended to supply the working chamber of the pneumatic motor, and the exhaust gas of the pneumatic motor.
  • the device for producing cold gas further comprises means for recovering the mechanical energy supplied by the gas supplying the working chamber of the pneumatic motor to the piston of said pneumatic motor, in particular a crank link system connected to a pneumatic motor. generator of electricity.
  • the invention also relates to an air conditioning installation comprising:
  • a circuit for circulating a heat transfer fluid comprising in particular a heat exchanger between the coolant and the air to be cooled, and - Thermal exchange means between the exhaust gas of the air motor and the refrigerant.
  • the invention also relates to a device for producing hot water comprising:
  • the hot water production device further comprises a pneumatic motor whose working chamber is selectively in fluid communication with the first pumping chamber and, where appropriate, with the second pumping chamber.
  • the hot water production device further comprises heat exchange means between the gas for supplying the working chamber of the pneumatic motor and the exhaust gas of the pneumatic motor.
  • the hot water production device further comprises a work recovery device provided by the compressed gas on the piston of the air motor, in particular a crank connecting device coupled to an electricity generator.
  • the invention also relates to a heating installation comprising:
  • At least one water / air heat exchanger arranged along the hot water circulation circuit in particular a central water heating radiator.
  • Figure 1 shows an example of a pump.
  • Figure 2 schematically shows an air conditioning system.
  • FIG. 1 represents an example of pump 10.
  • the pump 10 firstly comprises a duct 12 having a first 14 and a second 16 lateral orifices, the transverse section S2 of the duct 12 being lower at the level of the second lateral orifice 16 at the cross-section S1 of the duct 12 at the level of the first Lateral orifice 14.
  • the ratio between the cross-section S 2 of the duct 12 at the second lateral orifice 16 and the cross section S 1 of the duct 12 at the first lateral orifice 14 is chosen so as to be within the efficiency limits.
  • the cross section S2 must not be too close to SI, and
  • the pump 10 also comprises a driving cylinder 18 and a driving piston 20 adapted to slide in the engine cylinder 18.
  • the engine piston 20 separates, in the engine cylinder 18, a first driving chamber 22 of a second driving chamber 24.
  • the first driving chamber 22 and the second driving chamber 24 are selectively and alternately in fluid communication with the first lateral orifice 14 and the second lateral orifice 16, respectively, in order to produce a pressure imbalance between the two faces of the driving piston 20 and to create, so, a movement. This is achieved in this case by means of conduits 26, 28, 30, 32, 34, 36 and two three-way valves 38, 40.
  • the pump 10 further comprises a pumping cylinder 42 and a pumping piston 44 slidable in the pumping cylinder 42.
  • the pumping piston 44 defines in the pumping cylinder 42 a first pumping chamber 46 and a second pumping chamber 48.
  • the driving piston 20 and the pumping piston 44 are kinematically connected so that an increase in the volume of the first driving chamber 22 corresponds to a reduction in the volume of the first pumping chamber 46 and an increase in the volume of the second driving chamber 24 corresponds to a reduction in the volume of the second pumping chamber 48.
  • This is achieved in this case by means of a rod 50 attached to the engine piston 20 and the pumping piston 44, the first driving chamber 22 and the first pumping chamber 46 being disposed on either side of the assembly formed by the rod 50 and the engine pistons 20 and pumping 44.
  • the cross section of the engine piston 20 is greater than the cross section of the pumping piston 44.
  • the ratio between the cross section of the engine piston 20 and the cross section of the pumping piston 44 is optimize according to the kinetic energy of the fluid contained in the conduit 12 and the intended application of the pump. It should be noted that the ratio existing between the sections of the second driving chamber 24 and the second pumping chamber 48 is influenced by the volume of the rod 50.
  • the first and second pumping chambers 46, 48 are selectively fed with hydraulic fluid to be pumped.
  • the first and second pumping chambers 46, 48 are selectively in fluid communication with a third lateral orifice 52 formed in the conduit 12, via non-return valves 54, 56.
  • the first and second pumping chambers 46, 48 are also in fluid communication with a circuit 58 via non-return valves 60, 62 for pumping into the first and second pump chambers 46, 48.
  • the pump 10 also comprises, to prevent a shock of the piston against the end of the drive chamber 22 a first damping system comprising a limit switch 64, formed in this case in the first drive chamber 22, adapted to determine that the engine piston 20 has reached its limit position corresponding to the desired minimum volume of the first driving chamber 22.
  • the pump 10 further comprises a second damper comprising a limit switch 66, formed in this case in the first pumping chamber 46 , adapted to determine that the pumping piston 44 has reached its limit position corresponding to the desired minimum volume of the first pumping chamber 46.
  • first and second end-of-stroke detectors 64, 66 may also be disposed of other places, these two end-of-stroke detectors 64,66 being intended to allow the control of the three-way valves 38, 40 to alternatively fluid communication the first driving chamber 22 with the first or the second lateral orifice 14, 16, and simultaneously the second driving chamber 24 with the second or the first lateral orifice 16, 14.
  • the fluid communication between the first and second drive chambers 22, 24, on the one hand, and the first and second lateral orifices 14, 16, on the other hand is permuted as a function of the output signal of said end-of-travel detectors 64, 66. thus controlling a reciprocating movement of the engine piston 20 in the cylinder motor 18 and by the same reciprocating movement of the pumping piston 44 in the pumping cylinder 42.
  • the conduit 12 is initially traversed by a fluid, water for example.
  • the fluid present in the conduit 12 is directed via the first lateral orifice 14 to the first driving chamber 22 where it exerts a pressure on a first face of the engine piston 20.
  • the fluid present in the conduit 12 is also directed via the second lateral orifice 16 to the second driving chamber 24 where it exerts pressure on a second face of the engine piston 20, opposite the first face of the engine piston 20 in the first driving chamber 22. Because the second lateral orifice 16 is formed in the conduit 12 at a location where the cross section of the conduit 12 is smaller than the cross section of the conduit 12 at the location where the first lateral orifice 14 and arranged the pressure exerted by the fluid on the second surface of the driving piston in the second driving chamber 24 is less than the pressure exerted by the fluid on the first surface of the driving piston 20 in the first driving chamber 22.
  • the engine piston 20 moves and transmits its movement to the pumping piston 44.
  • the pumping piston 20 multiplies the difference between the pressures exerted on the two faces of the engine piston 20 by the ratio between the the surfaces of the engine pistons 20 and pumping 44.
  • the fluid flow pumped at the first pumping chamber 46 decreases accordingly.
  • the end-of-stroke detector 64 determines that the engine piston 44 is at the end of the race (this is done indirectly here since it is in fact determined that it is the pumping piston which is at the end of the race), the three valves channels 38, 40 are controlled in order to put in fluid communication:
  • the first drive chamber is thus in overpressure with respect to the second lateral orifice, which promotes its emptying.
  • the pressure difference acts in the opposite direction and the engine pistons 20 and pumping 44 are pushed in the opposite direction.
  • the limit switches 64, 66 cause three-way valves 38, 40 to tilt, allowing double-acting operation of the engine and pumping pistons 44.
  • the first lateral orifice 14 is disposed upstream of the narrowing of the cross section of the duct 12 (it is also referred to as a "Venturi", for abuse of language).
  • the first lateral orifice 14 and the third lateral orifice 52 are preferably downstream of this narrowing of the cross-section of the conduit 12. This indeed makes it possible to increase the speed of the fluid upstream of the narrowing of the the cross section of the duct 12, and therefore also to reduce the pressure of the fluid. This accentuates the pressure difference acting on the engine piston.
  • FIG. 2 schematically shows an air conditioning system 100 comprising a pump.
  • the elements identical or of identical function to the elements described with reference to FIG. 1 bear the same reference sign. These elements are not described again for the sake of clarity and brevity of the presentation.
  • the pump 10 implemented in the installation 100 is identical to that described above. However, it should be noted that in the air-conditioning system 100, the pumping chambers 46, 48 are not in fluid communication with the conduit 12. On the contrary, the pumping chambers 46, 48 are part of a circuit 102 compressing and cooling a gas. Thus, the first pumping chamber 46 and the second pumping chamber 48 are selectively and alternately in fluid communication with the working chamber 104 of a pneumatic motor 106 via a pneumatic accumulator 108 for regulating the flow of gas supplying the fuel. working chamber 104 of the pneumatic motor 106. The first and second pumping chambers 46, 48 are also in fluid communication with the exhaust 110 of the pneumatic motor 106.
  • the air conditioning system also comprises means 112 for heat exchange between the gas intended to feed the working chamber 104 of the air motor 106, and the exhaust gas 110 of the air motor 106.
  • the piston 114 of the pneumatic motor is connected to means 116 for recovering the mechanical energy supplied by the gas supplying the working chamber of the pneumatic motor to the piston of said pneumatic motor.
  • the means of energy recovery here take the form of a crank link system, which is connected to an electricity generator 118.
  • the air-conditioning system 100 comprises a circuit 122 for circulating a refrigerant including in particular a heat exchanger 124 between the coolant and the air to be cooled. , and means 126 for heat exchange between the exhaust gas of the air motor 106 and the coolant.
  • the operation of the air conditioning system 100 is described below.
  • This operation enhances the mechanical energy, within the conduit 12, for example a water supply pipe, by means other than the turbine, which generates mainly electricity.
  • a transformation of mechanical energy into cold is possible from the conduit 12 which directs a flow of high pressure fluid to a first face of the engine piston 20 via the three-way valve 38.
  • the other face of the engine piston 20 is subjected to the effect of a fluid at a lower pressure in fact that it is taken in the conduit to a level where the section of the conduit 12 is smaller than the section of the conduit 12 to level of the first port where is taken the fluid acting on the first surface of the engine piston 20.
  • This pressure difference is created by the Venturi effect.
  • the imbalance of the pressures acting on the engine piston 20 causes its displacement, during which it drives the pumping piston 44.
  • This pumping piston compresses gas, for example air previously entered into the first pumping chamber 46. Air, which can be previously dehumidified, dusted, which can be removed its C0 2 compressed spring of the first pumping chamber 46. This compressed air then feeds the working chamber 104 of the air motor 106.
  • the pressure and the flow rate of the compressed air supplying this working chamber 104 is regulated by the pneumatic accumulator 108.
  • the air Before reaching the working chamber 104 of the pneumatic motor 106, the air is cooled by passing through a watertight chamber 112 in which the exhaust of the pneumatic motor 106 is effected.
  • This exhaust of the air motor produces in effect cold gas by the effect, known as the Joule Thomson effect, of an indirect relaxation having previously produced a mechanical work on the surface of the piston. It is therefore a cooled air that enters the working chamber of the pneumatic motor 106, and which will come out much colder again, under the effect of this indirect expansion. It is thus possible to produce cold air at a temperature of - 140 ° C at the exhaust of the pneumatic motor, after a few cycles of it.
  • the exhaust chamber 112 is at a residual pressure after exhaust, for example 6 bar.
  • the high pressure generated by the pumping piston 44 is for example 30 bars. This pressure ratio of 1 to 5 makes it possible to generate five times more cold than a relaxation, in the same proportions, of 5 bars at atmospheric pressure.
  • the work provided for the compression of 1 to 5 bar is the same as that of 6 to 30 bar.
  • the circulation of intense cold within the chamber 112 allows to place a heat exchanger 126, in this case an air / water + glycol heat exchanger.
  • a heat exchanger 126 in this case an air / water + glycol heat exchanger.
  • the water + glycol mixture or heat transfer fluid thus cooled circulates in the circuit 122 to another fluid exchanger / air 124 for cooling the air present in a room.
  • FIG. 3 schematically represents a heating installation 200.
  • This heating system 200 comprises a device 202 for producing hot water.
  • the hot water production device 202 comprises a pump 10.
  • the pump 10 implemented in the heating installation 200 is identical to that described above. It should however be noted that in the heating installation 200, the pumping chambers 46, 48 are not in fluid communication with the conduit 12. On the contrary, the pumping chambers 46, 48 are here supplied with gas by means of conduits 204, 206. The compressed gas obtained in the pumping chambers 46, 48 is then directed to the working chamber 104 of a pneumatic motor 106. Here, the compressed gas can be cooled by indirect expansion, with provision of a work on the piston 114 of the air motor 106. The compressed gas can thus be implemented to produce cold and mechanical work that can then be used in different ways. This mechanical work provided to the piston can be recovered by means of an energy recovery device, in particular a crank connecting device. This recovered mechanical work can in particular be implemented in an electricity generator.
  • Heat exchange means may be provided between the gas intended to supply the working chamber 104 of the pneumatic motor 106 and the exhaust gas 110 of the pneumatic motor 106, in order to cool the compressed gas supplying the working chamber 104. thus obtaining an even colder gas at the exhaust 110 of the pneumatic motor 106.
  • the hot water production device further comprises a first heat exchanger 208 in the first pumping chamber 46 and a second heat exchanger 210 in the second pumping chamber 48.
  • the hot water production device 202 comprises a circuit 212 for circulating water passing through the first heat exchanger 208 and the second heat exchanger 210.
  • the heating installation 200 comprises, in addition to the hot water production device described above, at least one water / air heat exchanger 214 disposed along the hot water circulation circuit 212.
  • This water / air heat exchanger can especially take the form of a central heating radiator water.
  • the operation of the heating system 200 is described below.
  • a production of hot water for heating is obtained by using the difference between the high pressure at the first lateral orifice 14 in the duct 12 and the low pressure at the second lateral orifice 16 in the duct 12.
  • This pressure difference is applied to the engine piston 20, in one direction or the other, depending on the position of the three-way valves 38, 40.
  • the driving piston 20 is in kinematic relation with the pumping piston 44, via the rod 50.
  • the pump piston 44 is slidably mounted in the pump cylinder 42 which contains air.
  • the length of the pumping cylinder 42 is equal to the length of the driving cylinder 18 so that the end of travel of the pumping piston 44, in one direction or the other, is carried out as close as possible to the heat exchangers 208, 210 .
  • the air volume of the first and second pump chambers 46, 48 is thus compressed in the tube bundle of the heat exchangers 208, 210, the orifice of each tube of the tube bundle facing the piston.
  • each tube is blind, so that the volume of air is compressed and reduced to the inner volume of the tube bundle of the heat exchanger 208, 210.
  • This rapid compression of the air causes an adiabatic heating of air within the tubes of the heat exchanger 208, 210, around which circulates and heats a heat transfer fluid.
  • the circulation of the fluid can in particular be maintained by means of a circulation pump 216.
  • each gap between the tubes is closed, sealing the enclosure in which circulates the heat transfer fluid.
  • the heat transfer fluid is led to the water / air heat exchangers 214 where it heats the ambient air by exchanging calories with the ambient air.
  • a cogeneration option may be envisaged, or even tri-generation, by the recovery of compressed air, after opening piloted valves 218, 220 for the operation of the air motor 106, whose mechanical energy can be used to drive a generator electricity, according to the principles described above with reference to Figure 2.
  • a variant of this recovery, by a pneumatic motor lies in the valuation of the Joule-Thomson effect at the level of the exhaust of the pneumatic motor, for a production of intense cold, under the conditions defined by Georges Claude.
  • FIG. 4 schematically illustrates a variant of the pump 10 of FIG. 1.
  • the elements of this pump that are identical or function identical to the elements of the pump 10 of FIG. 1 bear the same reference sign.
  • the conduit, identical to that of Figure 1, is not reproduced.
  • the pump 300 comprises a driving cylinder 18 and a driving piston 20 slidable in the engine cylinder 18.
  • the engine piston 20 separates, in the engine cylinder 18, a first driving chamber 22 of a second driving chamber 24.
  • the first chamber 22 and the second driving chamber 24 are selectively and alternately in fluid communication with the first lateral port and the second lateral orifice, respectively, of the conduit in order to produce a pressure imbalance between the two faces of the engine piston 20 and thus to create This is achieved here by means of conduits and a spool valve 302.
  • the spool valve 302 is preferably dimensioned so as not to create pressure drops which are detrimental to the pressure imbalance. alternately applying to the faces of the engine piston and to obtain a pumping movement (that is, reciprocating in one direction then the other) of the engine piston.
  • the pump 300 further comprises two pumping cylinders 42 1 , 42 2 each associated with a pumping piston 44 1 , 44 2 capable of sliding in a respective pumping cylinder 42 1 42 2 .
  • Each pumping piston 44 1 , 44 2 defines in the pump cylinder 42 1 , 42 2 associated with a pumping chamber 46, 48.
  • the pumping chambers 46 1 , 46 2 are arranged symmetrically on either side of the engine cylinder 18.
  • the driving piston 20 and the pumping pistons 44 1 , 44 2 are kinematically connected so that an increase in the volume of the first driving chamber 22 corresponds to a reduction in the volume of the first pumping chamber 46 and an increase in the volume of the second drive chamber 24 corresponds to a reduction in the volume of the second pump chamber 48. This is achieved in this case because the pump pistons 44 1 , 44 2 are made by projections from both sides of the engine piston 20.
  • the cross section of the engine piston 20 is greater than the cross section of the pump pistons 44 1 , 44 2 .
  • the ratio between the cross section of the engine piston 20 and the cross section of the pump pistons 44 1 , 44 2 is to be optimized according to the kinetic energy of the fluid contained in the conduit 12 and the intended application of the pump.
  • the first and second pumping chambers 46, 48 are selectively fed with hydraulic fluid to be pumped. In the present case, this is achieved by selectively putting the first and second pumping chambers 46, 48 in fluid communication with a pumping chamber 46, 48 via non-return valves 54, 56.
  • the pump also comprises, in order to prevent a shock of the engine piston against the end of the first driving chamber 22, a first damping system comprising an end-of-travel detector 64, formed in this case in the first driving chamber 22, adapted to determining that the engine piston 20 has reached its limit position corresponding to the desired minimum volume of the first driving chamber 22.
  • the pump 10 further comprises a second damper comprising a limit switch 66, formed in this case in the second driving chamber 24, adapted to determine that the pump piston 44 has reached its limit position corresponding to the desired minimum volume of the second drive chamber 24.
  • the first and second limit switches 64, 66 are intended to allow the control of drawer valve 302 to alternately put in fluid communication the first driving chamber 22 with the first or the second lateral orifice 14, 16, and simultaneously the second drive chamber 24 with the second or the first lateral port 16, 14.
  • the fluid communication between the first and second drive chambers 22, 24, on the one hand, and the first and second lateral ports, on the other hand is permuted as a function of the output signal of said end-of-stroke detectors 64, 66.
  • a reciprocating movement of the driving piston 20 is controlled in the engine cylinder 18 and by the same a reciprocating movement of the pumping pistons 44 1 , 44 2 in the pumping cylinders 42 1 , 42 2 .
  • the operation of the pump 300 of FIG. 4 is substantially identical to the operation of the pump 10 of FIG.
  • the pump 300 of FIG. 4 can be implemented for the same applications as the pump 10. However, it appears advantageous to use this pump in a facility for the production of freshwater by desalination of seawater.
  • the pump 300 is disposed at sea, the marine current amplifying the pressure variation between the first and the second lateral orifice.
  • the seawater under pressure at the pump outlet is sent to a seawater desalination membrane by reverse osmosis.
  • the pump 300 has a significantly smaller footprint than known devices for energy recovery of marine currents.
  • the pump 300 When the pump 300 is operated with seawater (i.e., the pump 300 is immersed in the seawater flowing through the conduit), it may be attached to a flotation device which allows an optimization of the positioning with respect to the axis of the current and its possible variations.
  • a flotation device may be formed of ropes attached to the seabed.

Abstract

Cette pompe (10) comprend un conduit (12) présentant des premier et deuxième orifices latéraux (14, 16). La section transversale (S2) du conduit est inférieure au niveau du deuxième orifice latéral (16) qu'au niveau du premier orifice latéral (14). Des première et deuxième chambres motrices (22, 24) séparées par un piston moteur (20) sont en communication de fluide avec le premier (14) et le deuxième (16) orifices latéraux, respectivement. Le piston moteur (20) et le piston de pompage (44) sont reliés cinématiquement de telle sorte qu'une augmentation du volume de la première chambre motrice (22) corresponde à une réduction du volume d'une chambre de pompage (46). Cette pompe (10) peut être mise en oeuvre dans de nombreux dispositifs et installations.

Description

POMPE ET DISPOSITIFS ET INSTALLATIONS COMPRENANT UNE
TELLE POMPE
La présente invention concerne une pompe et différents dispositifs et installations comprenant une telle pompe, notamment un dispositif de production de gaz froid, une installation de climatisation, un dispositif de production d'eau chaude et une installation de chauffage.
Le but de la présente invention est de fournir une pompe présentant un faible coût d'utilisation et, cependant, un bon rendement énergétique. Le but de l'invention est également de mettre en œuvre cette pompe dans différents dispositifs et installations.
A cette fin, la présente invention propose une pompe comprenant :
- un conduit présentant des premier et deuxième orifices latéraux, la section transversale du conduit étant inférieure au niveau du deuxième orifice latéral qu'au niveau du premier orifice latéral ;
- un cylindre moteur et un piston moteur apte à coulisser dans le cylindre moteur, le piston moteur séparant dans le cylindre moteur des première et deuxième chambres motrices, les première et deuxième chambres motrices étant en communication de fluide avec le premier et le deuxième orifices latéraux, respectivement,
- un cylindre de pompage et un piston de pompage apte à coulisser dans le cylindre de pompage, le cylindre de pompage définissant au moins une première chambre de pompage, le piston moteur et le piston de pompage étant reliés cinématiquement de telle sorte qu'une augmentation du volume de la première chambre motrice corresponde à une réduction du volume de la première chambre de pompage.
Suivant des modes de réalisation préférés, l'invention comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- les première et deuxième chambres motrices sont alternativement en communication de fluide avec les premier et deuxième orifices latéraux, respectivement ;
- le piston de pompage définit, outre la première chambre de pompage, une deuxième chambre de pompage, la liaison cinématique entre le piston moteur et le piston de pompage étant en outre tel qu'une augmentation du volume de la deuxième chambre motrice correspond à une réduction du volume de la deuxième chambre de pompage ;
- la pompe comprend en outre des détecteurs de fin de course du piston moteur, la communication de fluide entre les première et deuxième chambres motrices, d'une part, et les premier et deuxième orifices latéraux, d'autre part, est permutée en fonction du signal de sortie desdits détecteurs de fin de course ;
- la section transversale du piston moteur est supérieure à la section transversale du piston de pompage ; et
- le conduit présente un troisième orifice latéral, le troisième orifice latéral étant sélectivement en communication de fluide avec la première et, le cas échéant, la deuxième chambre de pompage.
L'invention se rapporte également à un dispositif de production de gaz froid comprenant :
- une pompe telle que décrite ci-avant dans toutes ses combinaisons,
- un circuit de compression et de refroidissement d'un gaz, la première chambre de pompage et, le cas échéant, la deuxième chambre de pompage étant sélectivement et alternativement en communication de fluide avec la chambre de travail d'un moteur pneumatique, éventuellement via à un accumulateur pneumatique, et l'échappement du moteur pneumatique.
De préférence, le dispositif de production de gaz froid comprend en outre des moyens d'échange thermique entre le gaz destiné à alimenter la chambre de travail du moteur pneumatique, et le gaz à l'échappement du moteur pneumatique.
De manière préférée, le dispositif de production de gaz froid comprend en outre des moyens de récupération de l'énergie mécanique fournie par le gaz alimentant la chambre de travail du moteur pneumatique au piston dudit moteur pneumatique, notamment un système de bielle manivelle relié à une génératrice d'électricité.
L'invention vise aussi une installation de climatisation comprenant :
- un dispositif de production de gaz froid tel que décrit ci-avant dans toutes ses combinaisons,
- un circuit de circulation d'un fluide caloporteur comprenant notamment un échangeur thermique entre le fluide caloporteur et de l'air à refroidir, et - des moyens d'échange thermique entre le gaz à l'échappement du moteur pneumatique et le fluide frigorigène.
L'invention concerne aussi un dispositif de production d'eau chaude comprenant :
- une pompe selon telle que décrite ci-avant dans toutes ses combinaisons,
- un premier échangeur thermique dans la première chambre de pompage et, le cas échéant, un deuxième échangeur thermique dans la deuxième chambre de pompage, et
- un circuit de circulation d'eau passant par le premier échangeur thermique et, le cas échéant, le deuxième échangeur thermique.
De préférence, le dispositif de production d'eau chaude comprend en outre un moteur pneumatique dont la chambre de travail est sélectivement en communication de fluide avec la première chambre de pompage et, le cas échéant, avec la deuxième chambre de pompage.
De manière préférée, le dispositif de production d'eau chaude comprend en outre des moyens d'échange thermique entre le gaz destiné à alimenter la chambre de travail du moteur pneumatique et le gaz à l'échappement du moteur pneumatique.
De préférence, le dispositif de production d'eau chaude comprend en outre un dispositif de récupération du travail fourni par le gaz comprimé sur le piston du moteur pneumatique, notamment un dispositif de bielle manivelle couplé à une génératrice d'électricité.
L'invention se rapporte aussi à une installation de chauffage comprenant :
- un dispositif de production d'eau chaude tel que décrit ci-avant dans toutes ses combinaisons, et
- au moins un échangeur thermique eau/air disposé le long du circuit de circulation d'eau chaude, notamment un radiateur de chauffage central à eau.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré de l'invention, donnée à titre d'exemple et en référence au dessin annexé.
La figure 1 représente un exemple de pompe.
La figure 2 représente schématiquement une installation de climatisation.
La figure 3 représente schématiquement une installation de chauffage central. La figure 4 représente schématiquement un autre exemple de pompe. La figure 1 représente un exemple de pompe 10.
La pompe 10 comprend tout d'abord un conduit 12 présentant un premier 14 et un deuxième 16 orifices latéraux, la section transversale S2 du conduit 12 étant inférieure au niveau du deuxième orifice latéral 16 à la section transversale SI du conduit 12 au niveau du premier orifice latéral 14. Le rapport entre la section transversale S2 du conduit 12 au niveau du deuxième orifice latéral 16 et la section transversale SI du conduit 12 au niveau du premier orifice latéral 14 est choisi de manière à être compris dans les limites d'efficience d'un tube de Venturi :
la section transversale S2 ne doit pas être trop voisine de SI, et
- la section transversale S2 ne doit pas non plus être trop petite, dans quel cas l'effet Venturi ne se produit plus dans le conduit 12.
La pompe 10 comprend également un cylindre moteur 18 et un piston moteur 20 apte à coulisser dans le cylindre moteur 18. Le piston moteur 20 sépare, dans le cylindre moteur 18, une première chambre motrice 22 d'une deuxième chambre motrice 24. La première chambre motrice 22 et la deuxième chambre motrice 24 sont sélectivement et alternativement en communication de fluide avec le premier orifice latéral 14 et le deuxième orifice latéral 16, respectivement, afin de produire un déséquilibre de pressions entre les deux faces du piston moteur 20 et créer, ainsi, un mouvement. Ceci est réalisé en l'espèce au moyen de conduits 26, 28, 30, 32, 34, 36 et de deux vannes trois voies commandées 38, 40.
La pompe 10 comprend encore un cylindre de pompage 42 et un piston de pompage 44 apte à coulisser dans le cylindre de pompage 42. Le piston de pompage 44 définit dans le cylindre de pompage 42 une première chambre de pompage 46 et une deuxième chambre de pompage 48.
Le piston moteur 20 et le piston de pompage 44 sont reliés cinématiquement de telle sorte qu'une augmentation du volume de la première chambre motrice 22 corresponde à une réduction du volume de la première chambre de pompage 46 et qu'une augmentation du volume de la deuxième chambre motrice 24 corresponde à une réduction du volume de la deuxième chambre de pompage 48. Ceci est réalisé en l'espèce au moyen d'une tige 50 fixée au piston moteur 20 et au piston de pompage 44, la première chambre motrice 22 et la première chambre de pompage 46 étant disposées de part et d'autre de l'ensemble formé par la tige 50 et les pistons moteur 20 et de pompage 44. Dans le mode de réalisation de la figure 1, la section transversale du piston moteur 20 est supérieure à la section transversale du piston de pompage 44. Le rapport entre la section transversale du piston moteur 20 et la section transversale du piston de pompage 44 est à optimiser en fonction de l'énergie cinétique du fluide contenu dans le conduit 12 et de l'application prévue de la pompe. Il est à noter que le rapport existant entre les sections de la deuxième chambre de motrice 24 et de la deuxième chambre de pompage 48 est influencé par le volume de la tige 50.
Les première et deuxième chambres de pompage 46, 48 sont sélectivement alimentées en fluide hydraulique à pomper. En l'espèce, les première et deuxième chambres de pompage 46, 48 sont sélectivement en communication de fluide avec un troisième orifice latéral 52 ménagé dans le conduit 12, via des valves anti-retour 54, 56. Les première et deuxième chambres de pompage 46, 48 sont également en communication de fluide avec un circuit 58 via des valves anti-retour 60, 62 permettant le pompage dans les première et deuxième chambres de pompage 46, 48.
La pompe 10 comprend aussi, pour éviter un choc du piston contre l'extrémité de la chambre motrice 22 un premier système amortisseur comprenant un détecteur de fin de course 64, ménagé en l'espèce dans la première chambre motrice 22, adapté à déterminer que le piston moteur 20 a atteint sa position limite correspondant au volume minimum souhaité de la première chambre motrice 22. La pompe 10 comprend encore un deuxième amortisseur comprenant un détecteur de fin de course 66, ménagé en l'espèce dans la première chambre de pompage 46, adapté à déterminer que le piston de pompage 44 a atteint sa position limite correspondant au volume minimum souhaité de la première chambre de pompage 46. Bien entendu, les premiers et deuxième détecteurs de fin de course 64, 66 peuvent également être disposés à d'autres endroits, ces deux détecteurs de fin de course 64,66 étant destinés à permettre la commande des vannes trois voies 38, 40 pour alternativement mettre en communication de fluide la première chambre motrice 22 avec le premier ou le deuxième orifice latéral 14, 16, et simultanément la deuxième chambre motrice 24 avec le deuxième ou le premier orifice latéral 16, 14. En d'autres termes, la communication de fluide entre les première et deuxième chambres motrices 22, 24, d'une part, et les premier et deuxième orifices latéraux 14, 16, d'autres part, est permutée en fonction du signal de sortie desdits détecteurs de fin de course 64, 66. On commande ainsi un mouvement de va-et-vient du piston moteur 20 dans le cylindre moteur 18 et par la même un mouvement de va-et-vient du piston de pompage 44 dans le cylindre de pompage 42.
Le fonctionnement de la pompe 10 est expliqué ci-dessous.
Le conduit 12 est initialement parcouru par un fluide, de l'eau par exemple. Le fluide présent dans le conduit 12 est dirigé via le premier orifice latéral 14 vers la première chambre motrice 22 où il exerce une pression sur une première face du piston moteur 20.
Par ailleurs, le fluide présent dans le conduit 12 est également dirigés via le deuxième orifice latéral 16 vers la deuxième chambre motrice 24 où il exerce une pression sur une deuxième face du piston moteur 20, opposée à la première face du piston moteur 20 dans la première chambre motrice 22. Du fait que le deuxième orifice latéral 16 est ménagé dans le conduit 12 à un endroit où la section transversale du conduit 12 est inférieure à la section transversale du conduit 12 à l'endroit où le premier orifice latéral 14 et ménagé, la pression exercée par le fluide sur la deuxième surface du piston moteur dans la deuxième chambre motrice 24 est inférieure à la pression exercée par le fluide sur la première surface du piston moteur 20, dans la première chambre motrice 22.
Du fait de ce déséquilibre de pression, le piston moteur 20 se déplace et transmet son mouvement au piston de pompage 44. Le piston de pompage 20 multiplie la différence entre les pressions exercées sur les deux faces du piston moteur 20 par le rapport existant entre les surfaces des pistons moteur 20 et de pompage 44. Le débit de fluide pompé au niveau de la première chambre de pompage 46 diminue d'autant.
Lorsque le détecteur de fin de course 64 détermine que le piston moteur 44 est en fin de course (ceci est réalisé indirectement ici puisqu'on détermine en fait que c'est le piston de pompage qui est en fin de course), les vannes trois voies 38, 40 sont commandées afin de mettre en communication de fluide :
le deuxième orifice latéral 16 avec la première chambre motrice 22, et le premier orifice latéral 14 avec la deuxième chambre motrice 24.
La première chambre motrice se retrouve ainsi en surpression par rapport au deuxième orifice latéral, ce qui favorise son vidage.
En outre, du fait de la commande des vannes trois voies, la différence de pression agit dans le sens contraire et les pistons moteur 20 et de pompage 44 sont repoussés dans le sens contraire. Ainsi, les détecteurs de fin de course 64, 66 provoquent le basculement des vannes trois voies 38, 40 permettant un fonctionnement à double effet des pistons moteur 20 et de pompage 44.
Tel que représenté sur la figure 1, le premier orifice latéral 14 est disposé en amont du rétrécissement de la section transversale du conduit 12 (on parle aussi d'un « Venturi », par abus de langage). Cependant, le premier orifice latéral 14 et le troisième orifice latéral 52, le cas échéant, sont de préférence en aval de ce rétrécissement de la section transversale du conduit 12. Ceci permet en effet d'augmenter la vitesse du fluide en amont du rétrécissement de la section transversale du conduit 12, et donc, également, d'y diminuer la pression du fluide. Ceci accentue la différence de pression agissant sur le piston moteur.
La figure 2 représente schématiquement une installation de climatisation 100 comprenant une pompe. Dans la suite de la description, les éléments identiques ou de fonction identique aux éléments décrits en regard de la figure 1 portent le même signe de référence. Ces éléments ne sont pas décrits de nouveau à des fins de clarté et de concision de l'exposé.
La pompe 10 mise en œuvre dans l'installation 100 est identique à celle décrite ci-avant. Il est cependant à noter que dans l'installation de climatisation 100, les chambres de pompage 46, 48 ne sont pas en communication de fluide avec le conduit 12. Au contraire, les chambres de pompage 46, 48 font partie ici d'un circuit 102 de compression et de refroidissement d'un gaz. Ainsi, la première chambre de pompage 46 et la deuxième chambre de pompage 48 sont sélectivement et alternativement en communication de fluide avec la chambre de travail 104 d'un moteur pneumatique 106 via à un accumulateur pneumatique 108 permettant de réguler le débit de gaz alimentant la chambre de travail 104 du moteur pneumatique 106. Les première et deuxième chambres de pompages 46, 48 sont également en communication de fluide avec l'échappement 110 du moteur pneumatique 106.
L'installation de climatisation comprend également des moyens 112 d'échange thermique entre le gaz destiné à alimenter la chambre de travail 104 du moteur pneumatique 106, et le gaz à l'échappement 110 du moteur pneumatique 106.
Le piston 114 du moteur pneumatique est relié à des moyens 116 de récupération de l'énergie mécanique fournie par le gaz alimentant la chambre de travail du moteur pneumatique au piston dudit moteur pneumatique. Les moyens de récupération d'énergie prennent ici la forme d'un système de bielle manivelle, lequel est relié à une génératrice d'électricité 118.
Outre le dispositif de production de gaz froid 120 qui vient d'être décrit, l'installation de climatisation 100 comprend un circuit 122 de circulation d'un fluide frigorigène comprenant notamment un échangeur thermique 124 entre le fluide caloporteur et de l'air à refroidir, et des moyens 126 d'échange thermique entre le gaz à l'échappement du moteur pneumatique 106 et le fluide caloporteur.
Le fonctionnement de l'installation de climatisation 100 est décrit ci-après.
Ce fonctionnement valorise l'énergie mécanique, au sein du conduit 12, par exemple une canalisation d'adduction d'eau, par d'autres moyens que le turbinage, qui génère principalement de l'électricité.
Une transformation d'énergie mécanique en froid est possible à partir du conduit 12 qui dirige un débit de fluide haute pression vers une première face du piston moteur 20 par l'intermédiaire de la vanne trois voies 38.
L'autre face du piston moteur 20 est soumise à l'effet d'un fluide à une pression moindre de fait qu'il est prélevé dans le conduit à un niveau où la section du conduit 12 est inférieure à la section du conduit 12 au niveau du premier orifice où est prélevé le fluide agissant sur la première surface du piston moteur 20. Cette différence de pression est créée par l'effet Venturi.
Le déséquilibre des pressions agissant sur le piston moteur 20 provoque son déplacement, au cours duquel il entraîne le piston de pompage 44. Ce piston de pompage comprime du gaz, par exemple de l'air préalablement entré dans la première chambre de pompage 46. Cet air, qui peut être préalablement déshumidifié, dépoussiéré, auquel on peut avoir retiré son C02, ressort comprimé de la première chambre de pompage 46. Cet air comprimé alimente alors la chambre de travail 104 du moteur pneumatique 106. La pression et le débit de l'air comprimé alimentant cette chambre de travail 104 sont régulés par l'accumulateur pneumatique 108.
Avant de parvenir à la chambre de travail 104 du moteur pneumatique 106, l'air est refroidi en traversant un caisson étanche 112 dans lequel s'effectue l'échappement du moteur pneumatique 106. Cet échappement du moteur pneumatique produit en effet du gaz froid par l'effet, connu sous le nom d'effet de Joule Thomson, d'une détente indirecte ayant préalablement produit un travail mécanique sur la surface du piston. C'est donc un air refroidi qui entre dans la chambre de travail du moteur pneumatique 106, et qui ressortira encore beaucoup plus froid, sous l'effet de cette détente indirecte. Il est ainsi possible de produire de l'air froid à une température de - 140 °C à l'échappement du moteur pneumatique, après quelques cycles de celui-ci.
Un autre paramètre important participe à cette production de froid intense. Le caisson étanche d'échappement 112 est à une pression résiduelle après échappement, par exemple 6 bars. La haute pression générée par le piston de pompage 44 est par exemple de 30 bars. Ce rapport de pression de 1 à 5 permet de générer cinq fois plus de froid qu'une détente, dans les mêmes proportions, de 5 bars à la pression atmosphérique. De surcroît, le travail fourni pour la compression de 1 à 5 bars est le même que celui de 6 à 30 bars.
La circulation d'un froid intense au sein du caisson 112 permet de placer un échangeur thermique 126, en l'espèce un échangeur thermique air/eau+glycol. Bien entendu d'autres fluides caloporteurs peuvent être utilisés. Le mélange eau+glycol ou le fluide caloporteur ainsi refroidi circule dans le circuit 122 vers un autre échangeur fluide/air 124 destiné à rafraîchir l'air présent dans un local.
Pour que la détente indirecte soit efficace et produise du froid intense, il est nécessaire qu'une certaine résistance (ou travail) soit produite au niveau du piston 1 14 du moteur pneumatique 106. Par conséquent, l'adaptation d'une génératrice d'électricité 118 sur l'arbre de sortie du moteur pneumatique 106 permet par exemple une cogénération d'énergie : du froid et de l'électricité. En l'absence de génératrice électrique, le travail mécanique fourni au piston 1 14 du moteur pneumatique 106 peut être récupéré directement sous la forme d'un travail mécanique, notamment au moyen d'un système de bielle manivelle 116.
La figure 3 représente schématiquement une installation de chauffage 200.
Cette installation de chauffage 200 comprend un dispositif de production d'eau chaude 202.
Le dispositif de production d'eau chaude 202 comprend une pompe 10.
La pompe 10 mise en œuvre dans l'installation de chauffage 200 est identique à celle décrite ci-avant. Il est cependant à noter que dans l'installation de chauffage 200, les chambres de pompage 46, 48 ne sont pas en communication de fluide avec le conduit 12. Au contraire, les chambres de pompage 46, 48 sont ici alimentées en gaz par des conduits 204, 206. Le gaz comprimé obtenu dans les chambres de pompages 46, 48 est ensuite dirigé vers la chambre de travail 104 d'un moteur pneumatique 106. Là, le gaz comprimé peut être refroidi par détente indirecte, avec fourniture d'un travail sur le piston 114 du moteur pneumatique 106. Le gaz comprimé peut ainsi être mis en œuvre pour produire du froid et un travail mécanique qui peut ensuite être utilisé de différentes façons. Ce travail mécanique fourni au piston peut être récupéré au moyen d'un dispositif de récupération d'énergie, notamment un dispositif de bielle manivelle. Ce travail mécanique récupéré peut notamment être mis en œuvre dans une génératrice d'électricité.
Des moyens d'échange thermique peuvent être prévus entre le gaz destiné à alimenter la chambre de travail 104 du moteur pneumatique 106 et le gaz à l'échappement 110 du moteur pneumatique 106, afin de refroidir le gaz comprimé alimentant la chambre travail 104. On obtient ainsi un gaz encore plus froid à l'échappement 110 du moteur pneumatique 106.
Le dispositif de production d'eau chaude comprend encore un premier échangeur thermique 208 dans la première chambre de pompage 46 et un deuxième échangeur thermique 210 dans la deuxième chambre de pompage 48.
Enfin, le dispositif de production d'eau chaude 202 comprend un circuit 212 de circulation d'eau passant par le premier échangeur thermique 208 et le deuxième échangeur thermique 210.
L'installation de chauffage 200 comprend, outre le dispositif de production d'eau chaude décrite ci-dessus, au moins un échangeur thermique eau/air 214 disposé le long du circuit de circulation d'eau chaude 212. Cet échangeur thermique eau/air peut notamment prendre la forme d'un radiateur de chauffage central à eau.
Le fonctionnement de l'installation de chauffage 200 est décrit ci-dessous.
Une production d'eau chaude destinée au chauffage est obtenue en utilisant la différence entre la haute pression au niveau du premier orifice latéral 14 dans le conduit 12 et la basse pression au niveau du deuxième orifice latéral 16 dans le conduit 12.
Cette différence de pression s'applique sur le piston moteur 20, dans une direction ou dans l'autre, en fonction de la position des vannes trois voies 38, 40.
Le piston moteur 20 est en relation cinématique avec le piston de pompage 44, par l'intermédiaire de la tige 50. Le piston de pompage 44 est monté au coulissement dans le cylindre de pompage 42 qui contient de l'air. La longueur du cylindre de pompage 42 est égale à la longueur du cylindre moteur 18 de sorte que la fin de course du piston de pompage 44, dans un sens comme dans l'autre, s'effectue au plus près des échangeurs thermiques 208, 210.
Le volume d'air des première et deuxième chambres de pompage 46, 48 est ainsi comprimé dans le faisceau tubulaire des échangeurs thermiques 208, 210, l'orifice de chaque tube du faisceau tubulaire faisant face au piston. Du coté opposé, chaque tube est borgne, de façon que le volume d'air soit comprimé et réduit au volume intérieur du faisceau tubulaire de l'échangeur thermique 208, 210.
Cette compression rapide de l'air, provoque un échauffent ent adiabatique de l'air au sein des tubes de l'échangeur thermique 208, 210, autour desquels circule et se réchauffe un fluide caloporteur. La circulation du fluide peut notamment être entretenue au moyen d'une pompe de circulation 216.
Face au piston de pompage 44, chaque intervalle entre les tubes est fermé, rendant étanche l'enceinte dans laquelle circule ce fluide caloporteur. Après avoir été chauffé, le fluide caloporteur est conduit vers les échangeurs thermiques eau/air 214 où il chauffe l'air ambiant en y échangeant des calories avec l'air ambiant.
Une option de cogénération peut être envisagée, voire de tri génération, par la récupération de l'air comprimé, après ouverture de clapets pilotés 218, 220 servant au fonctionnement du moteur pneumatique 106, dont l'énergie mécanique peut être utilisée pour entraîner une génératrice d'électricité, selon les principes décrits ci-avant en regard de la figure 2.
Une variante de cette récupération, par un moteur pneumatique, réside dans la valorisation de l'effet Joule-Thomson au niveau de l'échappement du moteur pneumatique, pour une production de froid intense, dans les conditions définies par Georges Claude.
Une autre variante concernant l'application de la pompe, est le dessalement de l'eau de mer par osmose inverse qui réclame de hautes pressions et beaucoup d'énergie.
Cet ensemble de moyens permet ainsi la production de plusieurs formes d'énergie :
- de l'eau en mouvement, c'est-à-dire de l'énergie cinétique ; - de l'énergie thermique pour le chauffage d'une maison ;
- de l'énergie électrique ; et
- de l'énergie thermique sous forme de froid qui peut être mis en œuvre pour la climatisation d'une maison, ou le fonctionnement de chambres frigorifiques pour l'industrie.
La figure 4 illustre schématiquement une variante de la pompe 10 de la figure 1. Les éléments de cette pompe identiques ou de fonction identique aux éléments de la pompe 10 de la figure 1 portent le même signe de référence. Sur cette figure, le conduit, identique à celui de la figure 1, n'est pas reproduit.
La pompe 300 comprend un cylindre moteur 18 et un piston moteur 20 apte à coulisser dans le cylindre moteur 18. Le piston moteur 20 sépare, dans le cylindre moteur 18, une première chambre motrice 22 d'une deuxième chambre motrice 24. La première chambre motrice 22 et la deuxième chambre motrice 24 sont sélectivement et alternativement en communication de fluide avec le premier orifice latéral et le deuxième orifice latéral, respectivement, du conduit afin de produire un déséquilibre de pressions entre les deux faces du piston moteur 20 et créer, ainsi, un mouvement alternatif de ce piston moteur 20. Ceci est réalisé ici au moyen de conduits et d'un distributeur à tiroir 302. Le distributeur à tiroir 302 est de préférence dimensionné pour ne pas créer de pertes de charges nuisibles au déséquilibre des pressions s' appliquant alternativement sur les faces du piston moteur et obtenir un mouvement de pompage (c'est-à-dire un mouvement alternatif dans un sens puis dans l'autre) du piston moteur.
La pompe 300 comprend encore deux cylindres de pompage 42i, 422 associés chacun à un piston de pompage 44i, 442 apte à coulisser dans un cylindre de pompage 42i, 422 respectif. Chaque piston de pompage 44i, 442 définit dans le cylindre de pompage 42i, 422, associé une chambre de pompage 46, 48. Les chambres de pompage 46i, 462 sont disposées symétriquement de part et d'autre du cylindre moteur 18.
Le piston moteur 20 et les pistons de pompage 44i, 442 sont reliés cinématiquement de telle sorte qu'une augmentation du volume de la première chambre motrice 22 corresponde à une réduction du volume de la première chambre de pompage 46 et qu'une augmentation du volume de la deuxième chambre motrice 24 corresponde à une réduction du volume de la deuxième chambre de pompage 48. Ceci est réalisé en l'espèce du fait que les pistons de pompage 44i, 442 sont réalisés par des projections issues des deux faces du piston moteur 20.
Dans le mode de réalisation de la figure 5, la section transversale du piston moteur 20 est supérieure à la section transversale des pistons de pompage 44i, 442. Le rapport entre la section transversale du piston moteur 20 et la section transversale des pistons de pompage 44i, 442 est à optimiser en fonction de l'énergie cinétique du fluide contenu dans le conduit 12 et de l'application prévue de la pompe.
Les première et deuxième chambres de pompage 46, 48 sont sélectivement alimentées en fluide hydraulique à pomper. En l'espèce, ceci est réaliser en mettant sélectivement les première et deuxième chambres de pompage 46, 48 en communication de fluide avec une chambre de pompage 46, 48, via des valves antiretour 54, 56.
La pompe comprend aussi, pour éviter un choc du piston moteur contre l'extrémité de la première chambre motrice 22, un premier système amortisseur comprenant un détecteur de fin de course 64, ménagé en l'espèce dans la première chambre motrice 22, adapté à déterminer que le piston moteur 20 a atteint sa position limite correspondant au volume minimum souhaité de la première chambre motrice 22. La pompe 10 comprend encore un deuxième amortisseur comprenant un détecteur de fin de course 66, ménagé en l'espèce dans la deuxième chambre motrice 24, adapté à déterminer que le piston de pompage 44 a atteint sa position limite correspondant au volume minimum souhaité de la deuxième chambre motrice 24. Les premiers et deuxième détecteurs de fin de course 64, 66 sont destinés à permettre la commande de distributeur à tiroir 302 pour alternativement mettre en communication de fluide la première chambre motrice 22 avec le premier ou le deuxième orifice latéral 14, 16, et simultanément la deuxième chambre motrice 24 avec le deuxième ou le premier orifice latéral 16, 14. En d'autres termes, la communication de fluide entre les première et deuxième chambres motrices 22, 24, d'une part, et les premier et deuxième orifices latéraux, d'autres part, est permutée en fonction du signal de sortie desdits détecteurs de fin de course 64, 66. On commande ainsi un mouvement de va- et-vient du piston moteur 20 dans le cylindre moteur 18 et par la même un mouvement de va-et-vient des pistons de pompage 44i, 442 dans les cylindres de pompage 42i, 422. Le fonctionnement de la pompe 300 de la figure 4 est sensiblement identique au fonctionnement de la pompe 10 de la figure 1.
La pompe 300 de la figure 4 peut être mise en œuvre pour les mêmes applications que la pompe 10. Cependant, il apparaît avantageux d'utiliser cette pompe dans une installation de production d'eau douce par dessalement d'eau de mer. Dans ce cas, la pompe 300 est disposée en mer, le courant marin amplifiant la variation de pression entre le premier et le deuxième orifice latérale. L'eau de mer sous pression en sortie de pompe est envoyée sur une membrane de dessalement d'eau de mer par osmose inverse.
Il est à noter que la pompe 300 présente un encombrement nettement moins important que les dispositifs connus de valorisation énergétiques des courants marin.
Lorsque la pompe 300 est mise en œuvre avec de l'eau de mer (c'est-à-dire que la pompe 300 est immergée dans l'eau de mer qui traverse le conduit), elle peut être fixée à un dispositif de flottaison qui permet une optimisation du positionnement par rapport à l'axe du courant et à ses variations éventuelles. Un tel dispositif peut être formé de filins fixés au fond marin.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art.

Claims

REVENDICATIONS
Pompe (10) comprenant :
- un conduit (12) présentant des premier (14) et deuxième (16) orifices latéraux, la section transversale (SI, S2) du conduit étant inférieure au niveau du deuxième orifice latéral (16) qu'au niveau du premier orifice latéral (14) ;
- un cylindre moteur (18) et un piston moteur (20) apte à coulisser dans le cylindre moteur (18), le piston moteur (20) séparant dans le cylindre moteur (18) des première (22) et deuxième (24) chambres motrices, les première et deuxième chambres motrices (22, 24) étant en communication de fluide avec le premier (14) et le deuxième (16) orifices latéraux, respectivement,
- un cylindre de pompage (42) et un piston de pompage (44) apte à coulisser dans le cylindre de pompage (42), le cylindre de pompage (42) définissant au moins une première chambre de pompage (46), le piston moteur (20) et le piston de pompage (44) étant reliés cinématiquement de telle sorte qu'une augmentation du volume de la première chambre motrice (22) correspond à une réduction du volume de la première chambre de pompage (46).
Pompe selon la revendication 1, dans laquelle les première et deuxième chambres motrices (22, 24) sont alternativement en communication de fluide avec les premier et deuxième orifices latéraux (14, 16), respectivement.
Pompe selon la revendication 2, dans laquelle le piston de pompage (44) définit, outre la première chambre de pompage (46), une deuxième chambre de pompage (48), la liaison cinématique entre le piston moteur (20) et le piston de pompage (44) étant en outre telle qu'une augmentation du volume de la deuxième chambre motrice (24) correspond à une réduction du volume de la deuxième chambre de pompage (48).
4. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre des détecteurs (64, 66) de fin de course du piston moteur (20), la communication de fluide entre les première et deuxième chambres motrices (22, 24), d'une part, et les premier et deuxième orifices latéraux (14, 16), d'autre part, étant permutée en fonction du signal de sortie desdits détecteurs de fin de course (64, 66).
Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la section transversale du piston moteur (20) est supérieure à la section transversale du piston de pompage (44).
Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le conduit (12) présente un troisième orifice latéral (52), le troisième orifice latéral (52) étant sélectivement en communication de fluide avec la première (46) et, le cas échéant, la deuxième (48) chambre de pompage.
Dispositif (120) de production de gaz froid comprenant :
une pompe (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,
- un circuit de circulation d'un gaz, la première chambre de pompage (46) et, le cas échéant, la deuxième chambre de pompage (48) étant sélectivement et alternativement en communication de fluide avec la chambre de travail (104) d'un moteur pneumatique (106), éventuellement via à un accumulateur pneumatique (108), et l'échappement (1 10) du moteur pneumatique (106).
Dispositif de production de gaz froid selon la revendication 7, comprenant en outre des moyens (112) d'échange thermique entre le gaz destiné à alimenter la chambre de travail (104) du moteur pneumatique (106), et le gaz à l'échappement (1 10) du moteur pneumatique (106).
Dispositif de production de gaz froid selon la revendication 7 ou 8, comprenant en outre des moyens (1 16) de récupération de l'énergie mécanique fournie par le gaz alimentant la chambre de travail (104) du moteur pneumatique (106) au piston (114) dudit moteur pneumatique (106), notamment un système de bielle manivelle relié à une génératrice d'électricité (1 18).
10. Installation de climatisation (100) comprenant :
- un dispositif de production de gaz froid (120) selon l'une des revendications 7 à 9,
- un circuit (122) de circulation d'un fluide caloporteur comprenant notamment un échangeur thermique entre le fluide caloporteur et de l'air à refroidir (124), et
- des moyens d'échange thermique entre le gaz à l'échappement (110) du moteur pneumatique (106) et le fluide frigorigène.
11. Dispositif (202) de production d'eau chaude comprenant :
- une pompe (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,
- un premier échangeur thermique (208) dans la première chambre de pompage (46) et, le cas échéant, un deuxième échangeur thermique (210) dans la deuxième chambre de pompage (48), et
- un circuit (212) de circulation d'eau passant par le premier échangeur thermique (208) et, le cas échéant, le deuxième échangeur thermique (210).
12. Dispositif de production d'eau chaude selon la revendication 1 1, comprenant en outre un moteur pneumatique (106) dont la chambre de travail (104) est sélectivement en communication de fluide avec la première chambre de pompage (46) et, le cas échéant, avec la deuxième chambre de pompage (48).
13. Dispositif de production d'eau chaude selon la revendication 12, comprenant en outre des moyens d'échange thermique entre le gaz destiné à alimenter la chambre de travail (104) du moteur pneumatique (106) et le gaz à l'échappement (1 10) du moteur pneumatique (106).
14. Dispositif de production d'eau chaude selon la revendication 12 ou 13, comprenant en outre un dispositif de récupération du travail fourni par le gaz comprimé sur le piston du moteur pneumatique, notamment un dispositif de bielle manivelle couplé à une génératrice d'électricité.
15. Installation de chauffage (200) comprenant : - un dispositif (202) de production d'eau chaude selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, et
au moins un échangeur thermique eau/air (214) disposé le long du circuit de circulation d'eau chaude (212), notamment un radiateur de chauffage central à eau.
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