Brevet FR2485116A1 — publié le 19811224

La présente invention a pour objet une pompe hydraulique agencée pour fonctionner par utilisation du poids de l'eau, et n'ayant donc pas besoin d'une énergie d'entraînement annexe telle que l'énergie électrique. L'invention a donc pour but la réalisation d'une pompe hydraulique, destinée à être disposée au voisinage d'une source d'eau telle que par exemple un ruisseau, et qui soit capable de fonctionner à partir du simple remplissage d'un réservoir par écoulement naturel de liteau dans celui-ci, sans aucune source d'énergie annexe telle que mécanique ou électrique. Conformément à l'invention, la pompe hydraulique comprend une cuve-piston déplaçable entre un réservoir fixe et un corps fixe, agencée de façon à pouvoir exécuter des va-et-vient entre une première position haute au-dessus du corps et au-dessous du réservoir fixe, et une seconde position basse intérieure au corps en se déplaçant de la première à la seconde position lorsqu'elle est rernplie d'eau provenant du réservoir d'alimentation disposé au-dessus de ladite cuve-piston, ce réservoir étant lui-mme positionné au voisinage d'une source d'eau telle qu'un ruisseau, la cuve-piston pouvant se vider dans une canalisation de sortie assurant la distribution de l'eau à un endroit d'utilisation approprié, lorsque cette eure- piston est dans sa seconde position, tandis que des moyens sont prévus pour assurer automatiquement la remontée de la cuve-piston après évacuation de son eau, à partir de sa seconde position vers sa première position et pour provoquer son remplissage à partir du réservoir en vue d'un cycle suivant identique. Le problème de l'approvisionnement en eau se pose dans certains cas dans des conditions telles qu'il apparat excessveent onéreux d'installer un dispositif classique à pompe électrique pour obtenir une distribution d'eau, par exemple à partir d'un ruisseau. Dans un tel cas, la pompe hydraulique selon l'invention, disposée audessous du niveau du ruisseau de façon à permettre le remplissage naturel du réservoir fixe par écoulement d'eau du ruisseau, permet avantageusement d'assurer une distribution en un point déterminé sans nécessiter la consommation d'énergie électrique, et ee au moyen d'une installation comparativement beaucoup moins onéreuse que le système de pompe électrique habituel. La distribution d1eau par remontée de celle-ci à partir du fond de la cuve-piston est rendue possible par le fait que la pression d'eau dans celle-ci est suffisante pour faire remonter l'eau dans une canalisation de faible section jusqu'à l'endroit voulu Suivant une particularité de l'invention, la cuve-piston est suspendue à des câbles passant autour d'un système de poulie et munis d'au moins un contre-poids terminal qui assure automatiquement la remontée de la cuvepiston après évacuation de l'eau emmagasinée dans celle-ci, laquelle est agencée pour pouvoir venir s'encastrer dans le corps fixe. Ainsi, la pompe étant disposée en contre-bas de la source de remplissage du réservoir fixe, celui-ci reçoit constamment de l'eau et fonctionne par une succession de descentes de la cuve-piston lorsque celle-ci est remplie et de remontées de ladite cuve-piston lorsqu'elle s'est vidée dans la canalisation de distribution de l'eau, une série de clapets appropriés étant agencés dans le réservoir et dans la cuve-piston pour s'ouvrir et se fermer au moment voulu. On réalise ainsi avec des moyens simples et peu onéreux un dispositif particulièrement économique, puisqu'il peut remplacer le système habituel de pompe électrique, capable de fonctionner uniquement à partir de énergie potentielle de l'eau remplissant le réservoir. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, on a représenté plusieurs formes de réalisation non limitatives de l'invention. - La figure 1 est une vue en coupe verticale et élévation partielle schématique d'une première forme de réalisation de la pompe hydraulique selon l'invention, la cuve-piston étant représentée en position haute. - La figure 2 est une vue de dessus en plan de la pompe de la figure 1. - La figure 3 est une vue analogue à la figure 1 montrant la cuve-piston en position basse, pendant son vidage dans la canalisation de distribution. - La figure 4 est une vue analogue à la figure 1, d'une seconde forme de réalisation de la pompe selon l'invention. - La figure 5 est une vue analogue à la figure 4 montrant la pompe avec la cuve-piston en position basse. - La figure 6 est une vue schématique en coupe partielle et élévation d'un troisième mode de réalisation de la pompe selon l'invention, dans lequel la casali- sation de sortie est raccordée à un cylindre à l'intérieur duquel se déplace un piston. - La figure 7 est une vue analogue à la figure 6, montrant le piston du cylindre en position abaissée par rapport à sa position de la figure 6. - La figure 8 est une vue en perspective à échelle agrandie d'un clapet des figures .6 et 7. - La figure 9 est une vue schématique d'un quatrième mode de réal5sation de la pompe selon l'invention, dans laquelle celle-ci est raccordée à un mécanisme de transmission tel que l'ensemble fonctionne comme moteur hydraulique. En se reportant aux figures 1 à 3, on voit une première réalisation de la pompe hydraulique selon l'invention. Cette pompe comprend une cuve-piston 1 dépla çable entre un réservoir supérieur fixe 2 et.un corps inférieur fixe 3, entre une première position haute2 audessus du corps 3, représentée à la figure 1, et une position basse darz laquelle la cuve-piston 1 est encastrée sur le corps 9 (figure 9); dans cette position,-l'eau contenue dans la cuve-piston 1 se déverse dans une canalisation de sortie 4. La pompe est disposée en contrebas d'une source dtalimentation en en eau, par exemple un ruisseau, de telle façon que l'eau de celui-ci se déverse naturellement dans le réservoir 2. Celui-ci ainsi que le corps 3 sont disposés sur des supports non représentés. Dans lSesemEle décrit, les organes constitutifs de la pompe , 2, 3, ont des sections circulaires (figure 2), le réservoir 2 étant annulaire avec une cheminée centrale 4. la euve-piston 1 , coaxiale au réservoir 2, présente un esidement anrulaire 5 qui délimite un compartiment annulaire périphérique 6, et l'évidement annulaire 5 est agencé de façon à permettre l'encastrement de la cuve-piston 1 sur le corps cylindrique 3, lorsque la cuve-piston est en position basse (figure 3). le :fond du réservoir 2 est muni d'un ensemble de clapets-bouchons 7 qui coopèrent avec la surface supérieure 8 de séparation entre le compartiment périphérique 6 et la partie centrale 9 de la cuve-piston 1, de façon que ces clapets 7 soient ouverts lorsque la cuve-piston 1 est en position haute (figure 1) et fermés lorsque la cuvepiston descend (figure 3). Pour ce faire, les clapets 7 sont réalisés de façon à être soulevés de leur siège au fond du réservoir 2 lorsque les surfaces 8 viennent au contact des tiges des clapets 7 et soulèvent ceux-ci, comme représenté à la figure 1. Par ailleurs, la cuve-piston 1 est suspendue à deux câbles 11 passant sur des poulies 12 montées sur des supports fixes non représentés, et les extrémités des câbles 11 sont munies de contre-poids 13. le fond de la cuve-piston 1 est équipé d'une série de clapets-bouchons 14,15,les clapets 14 étant montés dans la partie centrale 9, tandis que les clapets 15 sont disposés au fond du compartiment périphérique 6. le fond de la partie centrale 9 est complémentairement raccordé à la canalisation de sortie et de distribution 4 de l'eau, avec interposition d'un clapet-boule 16 agencé pour fermer la canalisation 4 lorsque la cuve-piston 1 est en position haute (figure 1), et pour ouvrir cette canalisation sous la pression de l'eau contenue dans la cuve piston 1 lorsque celle-ci est en position basse (figure 3).La canalisation 4 comporte une partie rigide solidaire de la cuve-piston 1, raccordée à une partie intermédiaire souple, extensible 4a, elle-même reliée à une partie fixe 4b avec interposition d'un second clapet-boule 17, la partie rigide 4b étant prolongée par une conduite appropriée jusqu'au point de distribution voulu de l'eau. La partie extensible intermédiaire 4a et la partie 4b sont logées dans la cheminée centrale 4 du réservoir 2. La pompe hydraulique qui vient d'être décrite fonctionne de la façon suivante. la cuve-piston 1 étant vide, les contre-poids 13 la remontent jusqu'à sa position haute de la figure 1, dans laquelle elle ouvre automatiquement les clapets 7, qui permettent à l'eau contenu dans le réservoir 2 (alimenté en permanence en eau, par exemple par un ruisseau), de se déverser dans la partie centra.le 9 et dans le compartiment annulaire 6. En même temps, les clapets-boules 1 6 , 17 ferment la canalisation de distribution 4, et la partie extensible 4a est réduite à sa longueur minimum. Lorsque la cuve-piston 1 est remplie d'eau, son poids devient supérieur à celui des contre-poids 13, de sorte que la cuve-piston I descend tandis que les contrepoids 13 remontent. Lorsque la cuve-piston 1, qui s'est encastrée pendant sa descente sur le corps fixe 1, atteint le fond de celui-ci, les clapets 14, 15 sont automatiquement soulevés et s'ouvrent, laissant passer l'eau de la cuvepiston, tandis que les clapets périphériques 15 assurent la décharge de l'eau du compartiment 6 qui peut etre soit perdue, soit éventuellement récupérée l'eau de la partie centrale 9 ouvre le clapet-boule 16, puis le clapetboule 17, et l'eau est chassée par la canalisation 4 de faible section, jusqu'à son lieu de distribution, sous une pression qui dépend de la quantité d'eau contenue dans la cuve-piston 1, de la section de la canalisation 4, et de la dénivellation entre la cuve-piston 1 et le lieu de distribution de l'eau. Lorsque la cuve-piston 1 est vide, les clapets 16, 17 se referment automatiquement, les contre-poids 13 redescendent et font remonter la cuve-piston 1 jusqu'à sa position de départ de la figure 1, tandis que la partie extensible 4a de la canalisation 4 se rétracte et revient à sa position initiale. Pendant l'évacuation de l'eau contenue dans la cuve-piston 1 , le réservoir 2 s'est à nouveau rempli du fait que les clapets 7 se sont fermés dès que la cuve-piston 1 a commencé à descendre, de sorte que le cycle précédent recommence. On obtient ainsi une pompe assurant une distribution d'eau intermittente sous une pression dépendant des divers facteurs mentionnés ci-dessus.Cette pompe présente l'avantage de n'avoir besoin d'aucune énergie annexe pour fonctionner,, telle que l'énergie électrique, puisqu'elle est acti.année exclusivement par le poids de l'eau devant être distribuée. Un tel dispositif peut rendre les services appréciables dans certains cas où l'on peut difficilement envisager l'installation d'une pompe électrique classique, qui est en effet très coûteuse et nécessite une aliments.- tion électrique. La source en eau peut être comme indiqué ci-dessus un ruisseau, ou bien un robinet placé au rez- de-chaussée d'une maison, la pompe permettant alors de distribuer l'eau aux étages supérieurs. Dans le mode de réalisation illustré aux figures 4 et 5, la canalisation 18 de sortie de l'eau est agencée à partir du fond 3a du corps fixe 3, de sorte que la géométrie du réservoir 2 peut être simplifiée, puisqu'il ntest plus nécessaire d'aménager dans celui-ci une cheminée centrale pour le passage de la canalisation de distribution. On voit ainsi aux figures 4 et 5 que le réservoir' t 9 emt simplement cylindrique, son remplissage étant assure par un conduit 21. Par ailleurs, l'agencement de la pompe hydraulique est le même que celui des figures m à 3' et il en est de même de son fonctionnement. Cependant, pour que l'eau contenue dans la cuve-piston 1 puisse effectivement s'écoule* dans la canalisation 18 lorsque la cuve-piston t repose sur le corps fixe 3, il est nécessaire que le fend de la cuve piston 1 reste légèrement surélevé par rapport au fond 3a, afin de réserver un intervalle pour l'écoulement de l'eau. Cela peut être obtenu en aménageant des saillies non représentées sur le fond 3a La troisième forme de réalisation de la pompe selon l'invention illustrée aux figures 6 et 7, est constituée de la façon suivante. La canalisation de sortie 18 de l'eau débouche dans le fond d'un cylindre hydraulique 22 disposé verticalement, et équipé d'un piston 23 capable de s'élever sous la poussée de lteau provenant de la canalisation 4, en chassant l'eu contenue dans le cylindre dans un conduit supérieur 27 d'évacuation vers l'endroit de distribution. Le piston 23 est solidarisé par un lien souple 20 tel que par exemple un cordage en une matière élastique, avec un clapet 24 situé dans le fond du cylindre 22, monté rotativement autour d'un axe 25 et formé en équerre de façon à pouvoir obturer alternativement l'entrée de la canalisation 18, et une tuyauterie de décharge 26. le clapet 24 ayant ainsi une grande branche 24a capable de fermer la tuyauterie 26, et une petite branche 24b agencée pour obturer la canalisation 18, on voit que,lorsque le piston 23 est en position haute, le cordage 24 est tendu, et du fait qu'il est relié à la branche 24a, fait pivoter l'équerre 24, de façon que la branche 24b obture la. canalisation 18, tandis que la tuyauterie 26 est par contre ouverte. De ce fait, l'eau contenue dans le cylindre 22 au-dessous du piston 23 se décharge dans la canalisation 26. Sur le couvercle du cylindre 22 débouche d'autre part la canalisation de distribution de l'eau 27, munie de deux clapets-ballons 28, disposés dans des renfle ments 29 de la canalisation. Un réservoir jaugeur 31 alimenté par une arrivée d'eau 32 est disposé au-dessus du cylindre 22 avec lequel il communique par un raccord dans lequel est logé un clapet-ballon 33 placé sur un support 34. le fonctionnement de cette pompe est le suivant. liteau provenant de la cuve-piston par la canalisation 18 entre dans le cylindre 22 alors que le piston 23 est en position basse (figure 7), le clapet 24 fermant alors la tuyauterie 26, et le lien 20 étant détendu. La poussée de l'eau sur le piston 23 déplace celui-ci vers le haut du cylindre 22, de sorte que l'eau contenue dans celui-ci au-dessus du piston 22 ouvre les clapets-ballons 28 et s'écoule dans la canalisation de distribution 27. Pendant ce temps, le clapet-ballon 33 est fermé, et le réservoir-jaugeur 31 se remplit. Lorsque le piston 23 est arrivé dans sa position haute, la tension du lien 20 fait pivoter le clapet 24, dont la branche 24b vient obturer l'entrée de la canalisation 18, tandis que la tuyauterie 26 est ouverte et que l'eau contenue sous le piston 22 se décharge dans celle-ci. lorsque le piston 23 est ainsi dans sa position haute (figure 6), la pression de l'eau dans la canalisation 27 diminue et les clapets-ballons 28 se ferment. Corrélativement, le clapet-ballon 33 s'ouvre, et l'eau du réservoir 31 se déverse à l'intérieur du cylindre 22. De ce fait, le piston 23 s'abaisse et lorsqu'il est en position basse, le clapet en équerre 24 bascule et revient à sa position de la figure 7, dans laquelle l'eau contenue dans la canalisation 18 peut à nouveau entrer dans le cylindre 22 et soulever le piston 23, de sorte que le cycle précédent se répète. Dans la quatrième forme de réalisation illustrée schématiquement à la figure 9, la pompe selon l'invention est complétée par un dispositif permettant de la faire fonctionner comme moteur hydraulique. Ainsi, la pompe est équipée de deux cylindres hydrauliques 35 alimentés en parallèle par leur fond par la canalisation de sortie d'eau 18. les pistons 36 disposés dans ces cylindres se déplacent verticalement et sont munis de tiges 37 reliées à un mécanisme 38 symbolisé par le rec tangue. en treit mixte, d'un type connu en soi et capable d'assurer latransformationdu mouvement linéaire des pistons 36 en un mouvement rotatif. En effet, les pistons 36 se déplacent alternativement de façon que tandis que l'un monte sous la poussée de l'eau provenant de la canalisation 18, l'autre descende. Pour ce faire, les cylindres 35 ont leur fond qui communique avec deux conduits 39, 41, entre lesquels est disposé un clapet en équerre 24.La canalisation 18 débouche dans les conduits 39 des deux cylindres, tandis que les conduits 41 de décharge de ceux-ci se rejoignent dans une canalisation qui aboutit dans une pompe 30 similaire à celle représentée aux figures 6 et 7. La canalisation 18 se prolonge par une dérivation 43 aboutissant au fond d'un réservoir 42. Lorsque l'un des pistons 36 est en position haute, par exemple celui de droite dans la situation représentée à la figure 8, le clapet 24 obture la canalisation d'entrée 39, tandis que le piston 36 de gauche est en position basse, et que le clapet correspondant 24 obture la conduite de décharge 41, alors que sa conduite d'entrée 39 est ouverte. Dans ces conditions, l'eau pénètre dans le cylindre 35 de gauche et soulève le piston 36, tandis que l'eau contenue dans le cylindre 35 se décharge par la sortie 41 et peut être récupérée et renvoyée dans la euve-piston. Lorsque le piston 36 de gauche monte sous la poussée de l'eau, le piston 36 de droite descend, de sorte qu'on obtient un déplacement alternatif des deux pistons 36, assurant un fonctionnement continu de l'ensemble. le mécanisme 38 de transmission de ce mouvement linéaire, relié aux tiges 37, peut etre lui-meme relié à un compresseur d'air 39, permettant de stocker l'énergie obtenue à partir du déplacement alternatif des pistons 36 sous forme d'air comprimé, en vue d'une distribution de cet air par exemple dans une turbine à gaz non représentée. le mécanisme de transmission 38 peut être un pédalier ou un vilebrequin si le système comporte-plusieurs cylindres. Le moteur hydraulique ainsi obtenu peut être très puissant, mais à rotation lente. Il faut donc prévoir, soit une démultiplication, soit un relais d'énergie comme par exemple le compresseur 39, qui permet une distribution d'énergie aisée et son emploi dans des turbines à gaz.. Ce système permet donc le stockage de l'énergie sous forme d'air comprimé. Pour les heures creuses, l'installation qui vient d'etre décrite peut etre utilisée pour remonter l'eau à son point de départ par la pompe 30. L'invention n' est pas limitée aux différentes formes de réalisation décrite et peut de nombreuses variantes d'exécution, ainsi que de multiples applications. REVENtICATIONS 1 - Pompe hydraulique, caractérisée en ce quelle comprend une euve-piston déplaçable entre un réser vcir fixe et un corps fixe et agencée de façon à pouvoir exécuter des va-et-vient entre une première position haute au-dessus du corps et une seconde position basse, intérieure au corps en se déplaçant de la première à la seconde position lorsql;;'elle est remplie d'eau provenant du réservoir d ' ali- tentation disposé au-dessus de ladite cuve-piston, ce réservoir étant lui-meme positionne au voisinage d'une source d'eau telle qu'un ruisseau, la cuve-piston pouvant se vider dans une canalisation de sortie assurant la distribution de l'eau à un endroit d'utilisation approprié, lorsque cette cuve-piston est dans sa seconde position, tandis que des moyens sont prévus pour assurer automatiquement la remontée de la cuve-piston après évacuation de son eau de sa seconde position vers sa première position, et pour provoquer son remplissage à partir du réservoir en vue d'un cycle suivant identique. 2 - Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cuve-piston est suspendue à des câbles passant autour d'un système de poulie et munis d'au moins un contrepoids terminal qui assure automatiquement la remontée de la cuve-piston après évacuation de l'eau emmagasinée dans celle-ci, laquelle est agencée pour pouvoir venir s'encastrer dans le corps fixe. 3 - Pompe selon l'une des revendications I et 2, caractérisée en ce que le fond du réservoir fixe est équipé de clapets-bouchons qui s'ouvrent pour permettre le remplissage de la cuve-piston et qui se ferment lorsque la cuve-piston remplie d'eau commence à descendre, tandis que d'autres clapets-bouchons disposés sur le fond de la cuve-piston sont fermés pendant le remplissage et la des cente de celle-ci et stouvrent automatiquement lorsque la cuve-piston atteint sa position basse de décharge, l'eau s'écoulant vers le lieu d'utilisation par une canalisation pourvue d'au moins un elapet anti-retour. 4 - Pompe selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la canalisation de sortie de l'eau est agencée, soit à partir du fond de la euve-piston et comporte alors une section extensible autorisant les va-etvient de la cuve-piston, soit à partir du fond du corps fixe. 5 - Pompe selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la canalisation de sortie débouche dans le fond d'un cylindre hydraulique équipé d'un piston capable de s'élever sous la poussée de l'eau provenant de la canalisation de sortie, en chassant l'eau contenue dans le cylindre dans un conduit d'évacuation vers l'endroit de distribution, et lorsque cette eau est évacuée, le piston redescend tandis qu'un clapet obture automatiquement l'entrée de ladite canalisation dans le fond du cylindre et ouvre par contre une tuyauterie de décharge de l'eau contenue sous le piston, afin de permettre le remplissage de la partie du cylindre située au-dessus du piston. 6 - Pompe selon la revendication 5, caractérisée en ce que le piston est solidarisée par un lien souple avec le clapet d'ouverture et de fermeture situé dans le fond du cylindre à l'entrée de la canalisation, ce clapet étant en équerre de telle sorte qu'en position basse du piston, l'une des branches de l'équerre ferme la tuyauterie de décharge et que le déplacement du piston vers sa position haute fasse pivoter progressivement le clapet dont l'autre branche obture complètement la canalisation d'alimentation lorsqu.e le piston est en position haute, un clapet monté à la partie supérieure du cylindre s'ouvrant à ce moment pour autoriser à nouveau le remplissage du cylindre et corrélativement la descente du piston, avec répétition du cycle de fonctionnement précédent. 7 - Pompe selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte deux cylindres hydrauliques alimentés en parallèle par leurs fonds par la canalisation de sortie d'eau reliée au dispositif cuve-piston et corps fixe, les pistons disposés dans ces cylindres étant munis de tiges et se déplacent simultanément en sens inverse de façon que l'un monte tandis que l'autre descend, et leurs tiges sont reliées à un mécanisme de transformation du mouvement linéaire des pistons en mouvement rotatif, lui-même coopérant avec un compresseur d'air pour le stockage de l'énergie obt.enue sous forme d'air comprimé, en vue d'une distribution de cet air par exemple dans une turbine à gaz.