Brevet FR2459382A1 — publié le 19810109

L'invention a trait à un dispositif de pompage, destiné à élever de l'eau depuis une nappe jusqu'à un niveau d'utilisation, et comportant au niveau d'utilisation un groupe moteur où un fluide vaporisable évolue en cycle fermé entre un évaporateur constitué par un panneau solaire et un condenseur en passant à l'état de vapeur dans un moteur à course alternative, et refoulé à l'état liquide par une pompe d'alimentation, et au niveau de la nappe une pompe à course alternative puisant de l'eau dans la nappe et refoulant vers le niveau d'utilisation, avec transmission hydraulique du mouvement du moteur à la pompe, On connais, notamment, par le brevet français NO 73 37374 et ses certificats d'addition N05 74 23399 et 74 24278, de tels dispositifs de pompage dans lesquels le moteur est constitué par une enceinte séparée en deux chambres hémisphériques par une membrane souple qui peut se déplacer entre deux fins de course au voisinage des pôles d'hémisphères. Une chambre motrice peut être mise en communication, à travers un distributeur bistable, soit avec l'évaporateur, soit avec le condenseur, tandis que l'autre chambre transmettrice, remplie d'un fluide hydraulique, commande le mouvement de la pompe par l'intermédiaire d'une chambre expansible reliée à la chambre transmettrice du moteur par une canalisation0 Le distributeur bistable est commandé par la membrane souple, dans un sens par traction par l'intermédiaire d'un lien souple, et dans l'autre par appui de la membrane souple sur un poussoir.La manoeuvre de la pompe d'alimentation est obtenue en dédoublant la membrane pour définir un volume intermédiaire où est disposé un fluide hydraulique soumis aux variations de pression à l'intérieur de l'enceinte, ce fluide actionnant une pompe d'alimentation0 Dans une disposition particulière, le moteur est à double effet et comprend deux enceintes alternativement mises l'une en admission et l'autre en échappement, sous la commande d'un distributeur unique mis en action par une des enceintes. Les chambres transmettrices des deux enceintes font fonctionner une pompe à double effet au niveau de la nappe.Dans cette disposition à double effet, on obtient un fonctionnement plus régulier et plus sWre les dispositifs de pompage ainsi réalisés sont très rustiques, notamment en raison de l'étanchéité intégrale du circuit de fluide vaporisable, de leur capacité de se mettre en route sans intervention d'un opérateur dès que le rayonnement solaire est suffisant pour élever la pression à 11 évaporateur à une valeur de démarrage, et de starrêter lorsque le soleil décline. Gracie à cette rusticité, ces dispositifs peuvent être implantés dans des régions semi-désertiques, ou tout au moins dans des régions où il n'est pas aisé de trouver du personnel qualifié pour une surveillance permanente. Toutefois, ces dispositifs connus présentent des imperfections dans le fonctionnement du distributeur dont les points de basculement sont imprécis avec entre eux une position neutre où peuvent se produire des blocages. De plus, les dispositifs à moteur à double effet, où les mouvements inverses des membranes sont synchronisés à travers les liaisons hydrauliques à la pompe de nappe, sont très sensibles aux variations de volume du liquide qui assure ces liaisons hydrauliques.Enfin, les membranes souples présentent en mouvement des configurations incontrôlées, qui peuvent provoquer des basculements intempestifs du distributeur qu'elles commandent0 Pour remédier à ces imperfections, 11 invention propose un dispositif de pompage, destiné à élever de l'eau depuis une nappe jusqu'à un niveau d'utilisation et comportant au niveau d'utilisation un groupe moteur où un fluide vaporisable évolue en circuit fermé entre un évaporateur constitué par un panneau solaire et un condenseur, en passant à l'état de vapeur dans un moteur à course alternative et double effet, avec deux chambres motrices en communication alternativement, l'une avec l'évaporateur et l'autre avec le condenseur par l'intermédiaire d'un distributeur bistable basculé à chaque fin de course, et passant à l'état liquide du condenseur à l'évaporateur sous l'impulsion d'une pompe d'alimentation entraînée par le moteur, chaque chambre motrice étant disposée dans un corps avec une chambre transmettrice remplie d'eau et couplée par la membrane, et, au niveau de la nappe, une pompe à course alternative à double effet puisant l'eau dans la nappe et la refoulant par une conduite au niveau d'utilisation, cette pompe étant manoeuvrée dans chaque sens de course par une chambre réceptrice expansible remplie d'eau et en communication par une canalisation avec une respective des chambres transmettrices du moteur, dispositif caractérisé en ce que le moteur est disposé avec ses deux corps alignés de part et d'autre d'une cloison centrale où coulisse, de façon étanche, une tige d'attelage coaxiale aux corps, les chambres transmettrices étant contigués à la cloison et les membranes, en soufflets tubulaires, se terminant sr des fonds de piston solidaires de la tige d'attelage, et la tige d'attelage dépassant des extrémités de chaque corps avec un soufflet d'étanchéité en formant, d'un côté, pompe d'alimentation et en commandant de l'autre le distributeur, dont les états stables sont déterminés par collage d'une masselotte aimantée sur l'une de deux culasses. Les membranes à soufflets, guidées par le coulissement axial de la tige de guidage, ne subissent pas de déformations incontrôlées et les fonds de piston se déplacent de façon rigoureusement synchrones. les décollages de la masselotte aimantée, commandés par la tige d'attelage, se produisent à des points très précis, correspondant à des fins de course des deux membranes bien reproductibles et ajustables avec précision. De plus, le point neutre du distributeur, dû principalement aux frottements mécaniques des bistables à ressorts, est pratiquement supprimé. La commande de pompe d'alimentation par la tige d'attelage est positive, et moins aléatoire qu'une commande hydraulique.Enfin, toutes les parties mobiles du moteur sont regroupées dans un ensemble unique, ce qui facilite aussi bien la fabrication que la mise en place, De préférence, la masselotte est en forme de couronne passant autour de la tige d'attelage qui porte des bagues pour décoller la masselotte aimantée de la culasse en fin de course. La masselotte peut être munie de ressorts à boudin qui s'étendent autour de la tige d'attelage vers les bagues, qui viennent comprimer ces ressorts au voisinage des fins de course. Aussi, le décollage est franc, et la masselotte lancée par la détente du ressort vient se coller sur l'autre culasse sans risque d'arrêt intermédiaire0 les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exem- ple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une représentation schématique du dispositif selon l'invention dans son ensemble ;; la figure 2 est une coupe d'un moteur pour le dispositif de l'invention > la figure 3 est une vue en coupe de distributeur0 Selon la forme de réalisation choisie et représentée figure 1, le dispositif comporte, en installation au sol, un groupe moteur comprenant un panneau solaire 1, avec une surface absorbante la dirigée sensiblement vers la direction moyenne du soleil, et un volume d'évaporateur lb appliqué à la surface la, un condenseur 2, un réservoir de stockage 2b, et un moteur 3, avec une pompe de circulation 4 et un distributeur 5.Un fluide vaporisable évolue en circuit fermé entre l'évaporateur lb et le condenseur 2, en se vaporisant dans l'évaporateur lb, traversant le moteur 3 en y cédant son enthalpie pour fournir de l'énergie mécanique, pour aller se condenser dans le condenseur 2 et de là s'accumuler, liquide, dans le réservoir 2b, d'où il est repris par la pompe d'alimentation 4, mise en action par le moteur 3 pour être refoulé vers l'évaporateur lb.On aura reconnu là la disposition classique de machine à vapeur, qui, dans le cas présent, utilise comme fluide vaporisable un hydrocarbure fluoré, qui présente une pression de vapeur de quelques bars aux températures atteintes par un capteur solaire (600 - 800C environ) et une pression de vapeur inférieure au bar pour une température de condenseur comprise entre 100 et 200oxo le moteur 3, qui sera décrit plus en détail plus loin, comprend deux corps 3a et 3b, séparés chacun en deux chambres, une chambre motrice et une chambre transmettrice, par une membrane en soufflet 7a, 7b, une tige d'attelage 6 solidarisant les fonds de pistons qui terminent les membranes 7a et 7k. La tige d'attelage 6 sort des corps 3a et 3b, avec des membranes d'étanchéité, pour constituer au-delà du corps 3a la pompe d'alimentation 4 munie d'une boîte à clapets 4a, et au-delà du corps 3b la tige de commande du distributeur 5 qui met alternativement en communication une chambre motrice avec l'évaporateur lb et l'autre chambre motrice avec le condenseur 2, en sorte que la tige d'attelage 6 soit animée d'un mouvement de va-et-vient, et que les chambres transmettrices, dont les volumes sont complémentaires des chambres motrices dans chaque corps, et, en raison de la liaison par la tige d'attelage 6, complémentaires entre elles, soient alternativement, l'une en expansion et l'autre en contraction0 Au fond d'un puits 9, où se trouve une nappe d'eau 10, on a disposé une pompe 8 à double corps, de part et d'autre d'une boîte à clapet 12a.Chaque corps comprend, à l'extérieur, une chambre réceptrice expansible 8a, 8b, agissant sur une chambre de pompage 8c, 8d accolée à la boîte à clapet 12a. les chambres réceptrices 8a, 8b sont en communication respective avec les chambres transmettrices des corps 3a et 3b du moteur 3 par des canalisations respectivement lla et llb, chaque volume constitué par une chambre transmettrice, une chambre réceptrice et leur canalisation étant rempli d'eau et clos. On comprendra qu'ainsi les mouvements de va-et-vient du moteur 3 sont transmis à la pompe 8 de façon synchrone, en sorte que l'eau puisée dans la nappe 10 par la conduite 12b du côté aspiration de la boîte à clapet 12a est refoulée alternativement par les chambres de pompage 8c et 8d dans la conduite 12c pour parvenir, après avoir traversé le condenseur 2, à un réseau d'utilisation 2a, tel qu'un réservoir ou château d'eau0 Le moteur représenté figure 2, comporte, de part et d'autre d'une cloison centrale 20, deux corps 20a et 20b.Une tige d'attelage 21 traverse, avec un joint d'étanchéité en coulissement la cloison 20, et porte deux fonds de pistons 22a et 22b, chacun respectivement dans les corps 20a et 20b. Chacun de ces fonds de pistons 20a et 20, conjointement avec les membranes en soufflet respectives 23a et 23b, sépare les corps de moteur respectifs 20a, 20b, en deux chambres à volume complementaire, une chambre moteur 24a, 24b et une chambre transmettrice 25a, 25b. les chambres transmettrices 25a, 25b sont munies d'ajutages 26a, 26b pour la liaison à la pompe, comme il a déjà été expliqué, La tige d'attelage 21 sort du fond du corps 20a et est munie d'une membrane en soufflet 27, qui s'étend dans la chambre 28, qui forme pompe de circulation en coopération avec la boîte à clapet 29o On aura compris que la variation de volume de la chambre 28 correspond au volume, à l'état liquide, du fluide vaporisable qui traverse, en vapeur sous pression, les chambres 25a et 25b au cours d'un va-et-vient de la tige d'attelage 21. Cette tige d'attelage sort du fond du corps 20b, avec une membrane d'étanchéité en soufflet 30, pour constituer, par son prolongement 31, la tige de commande du distributeur à tiroir bistable 32, qui sera décrit en détail plus loin, et qui met en communication les ajutages 35a et 35b, reliés respectivement aux chambres motrices 24a et 24b, alternativement en communication avec l'ajutage d'admission 33 et l'ajutage d'échappement 34o Comme on le voit mieux sur la figure 3, le distributeur comporte un corps 40, en matériau ferromagnétique, entourant une cavité cylindrique terminée par des faces planes 40a et 40b, et coaxiale au prolongement 42 de la tiged'attelage. Autour du prolongement 42 est disposée une couronne 41, munie de deux aimants 41a et 41b adaptés à venir se coller, en fins de course de la couronne 41, respectivement sur les faces 40a et 40b de la cavité de corps de distributeur, les faces formant culasse pour les aimants, A la couronne 41 est fixé un tiroir 44, en coquille avec un évidement concave 44a, dirigé vers une glace 45 sur laquelle glisse le tiroir 44. Un poussoir à ressort,schématisé en 45a, applique le tiroir 44 sur la glace 45, un jeu suffisant étant prévu entre la couronne 41 et le prolongement 42 de la tige d'attelage0 La course de la couronne 41 entre les faces 40a et 40b est déterminée en sorte qu'à chaque position de collage des aimants 41a et 41b l'évidement 44a du tiroir 44 coiffe simultanément l'ajutage d'échappement 47 et un des ajutages 48b ou 48a de liaison aux chambres motrices (sur la figure l'ajutage 48b), tandis que le tiroir 44 démasque l'autre ajutage de liaison 48a ou 48b, qui est ainsi en communication, par la cavité de distributeur, avec l'ajutage d'admission 46o Le prolongement 42 de la tige d'attelage comporte deux bagues 42a et 42b, disposées en sorte qu'à chaque fin de course de la tige d'attelage la bague correspondante vienne frapper la couronne 41 pour décoller l'aimant correspondant 41a, 41b de la face respective 4Oa, 40b de cavité de distributeur. La couronne 41 est munie en outre de deux ressorts en boudin 43a, 43b, autour du prolongement 42 de la tige d'attelage, et dirigés respectivement vers les bagues 42a et 42b, en sorte que celles-ci viennent comprimer le ressort 43a ou 43b au voisinage de la fin de course correspondante. Ainsi, lorsqu'une bague décolle la couronne de la face de cavité, le ressort comprimé se détend et vient plaquer la couronne sur l'autre face. Les ressorts ont une longueur détendue telle que, lors du lancement de la couronne par l'un d'eux, l'autre ne vienne pas au contact de sa bague. On obtient ainsi un basculement du distributeur franc et sans point neutre, de sorte que le moteur ne peut rester sur un point mort, soit au cours de son fonctionnement, soit lors de ses arrêts nocturnes Les dispositifs de pompage selon l'invention, très rustiques dans leur réalisation, se prêtent bien à un fonctionnement sans surveillance, avec quelques visites d'entretien par an, et correspondent aux besoins de régions sahéliennes à population dispersée. Un dispositif de pompage typique est capable de pomper en moyenne 20 m3 par jour à une profondeur de dix mètres, ou 10 m3 par jour à une profondeur de 20 mètres, les variations corrélatives de débit et pression étant ajustées par le volume des chambres de pompage à la pompe de puits, REVENDICATIONS 1. Dispositif de pompage, destiné à élever de l'eau depuis une nappe jusqu'à un niveau d'utilisation et comportant au niveau d'utilisation un groupe moteur où un fluide vaporisable évolue en circuit fermé entre un évaporateur constitué par un panneau so- laire et un condenseur, en passant à l'état de vapeur dans un moteur à course alternative et double effet, avec deux chambres motrices en communication alternativement, l'une avec l'évaporateur et l'autre avec le condenseur par l'intermédiaire d'un distributeur bistable basculé à chaque fin de course, et passant à l'état liquide du condenseur à l'évaporateur sous l'impulsion d'une pompe d'alimentation entraînée par le moteur, chaque chambre motrice étant disposée dans un corps avec une chambre transmettrice remplie d'eau et couplée par la membrane, et, au niveau de la nappe une pompe à course alternative à double effet puisant l'eau dans la nappe et la refoulant par une conduite auniveau d'utilisation, cette pompe étant manoeuvrée dans chaque sens de course par une chambre réceptrice expansible remplie d'eau et en communication par une canalisation avec une respective des chambres transmettrices du moteur, dispositif caractérisé en ce que le moteur est disposé avec ses deux corps alignés de part et d'autre d'une cloison centrale où coulisse, de façon étanche, une tige d'attelage coaxiale aux corps, les chambres transmettrices étant contiguës à la cloison et, les membranes, en soufflets tubulaires, se terminant sur des fonds de pistons solidaires de la tige d'attelage, et la tige d'attelage dépassant des extrémités de chaque corps avec un soufflet d'étanchéité en formant, d'un côté, pompe d'alimentation et en commandant de l'autre le distributeur, dont les états stables sont déterminés par collage d'une masselotte aimantée sur l'une de deux culassiesO 2. Dispositif de pompage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite masselotte aimantée, en forme de couronne passant autour de la tige d'attelage, et mobile suivant l'axe de celle-ci entre les deux culasses, est solidaire d'un tiroir glissant sur une glace avec des ajutages de liaison de fluide, la tige d'attelage portant des bagues de butée de part et d'autre de la masselotte, en sorte de décoller à chaque fin de course la masselotte d'une culasse et la lancer vers l'autre 3.Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la masselotte est munie de deux ressorts à boudin, chacun s'étendant respectivement vers une bague de butée en sorte d'être comprimé par celle-ci au voisinage de la fin de course de la tige d'attelage, 4. Dispositif selon la revendication 2, ou la revendication 3, caractérisé en ce que, le tiroir étant en coquille avec un évidement concave vers la glace, celle-ci comporte trois ajutages alignés parallèlement à l'axe de la tige d'attelage, un ajutage central d'échappement vers le condenseur et deux ajutages laté raux vers les chambres motrices respectives, l'évidement coiffant, à chaque position de collage de la masselotte, l'ajutage central et un des ajutages latéraux, tandis que l'autre est démasqué par la coquille, 5. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 4, où le condenseur est refroidi par circulation d'eau, caractérisé en ce que la conduite de refoulement de la pompe traverse le condenseur0