Brevet FR2501302A1 — publié le 19820910

L'invention se rapporte à un groupe de pompage, dans un dispositif de pompage d'eau ma par énergie solaire, où un fluide vaporisable évolue en circuit fermé entre un évaporateur à énergie solaire et un condenseur en traversant vaporisé un moteur et liquéfié une pompe d'injection vers l'évaporateur couplée au moteur, groupe de pompage à deux corps disposés alignés et couplés en opposition de course, chaque corps comprenant trois chambres à soufflets, une chambre d'injection, une chambre pompe dans un circuit d'eau à pomper, et une chambre motrice connectée par un distributeur à l'évaporateur ou au condenseur. L'utilisation de l'énergie solaire pour le pompage d'eau, notamment dans les régions saheliennes où l'ensoleillement est important et les eaux de surface rares, a fait l'objet de nombreuses réalisations expérimentales. Il est apparu très vite que les conditions d'exploitation typiques de pompage par énergie solaire impliquaient la réalisation de dispositifs de puissance unitaire réduite (quelques kilowatts à l'ensoleillement maximal), susceptibles de fonctionner sans surveillance pendant des périodes longues. Les dispositifs devaient donc être rustiques, comporter un circuit de fluide vaporisable (fluorocarbone) fermé et étanche, démarrer et s'arrAter sans intervention extérieure en début et fin de périodes d'ensoleillement (cycle diurne essentiellement). Le brevet français 73 37774 déposé le 19 Octobre 1973 et ses certificats d'addition 74 23399 et 74 24278 respectivement déposés les 5 et 12 Juillet 1974 ont décrit des dispositifs de pompage où des chambres motrices fermées par des membranes souples mettaient en action des chambres pompes sur un circuit d'eau à pomper, des distributeurs mécaniques bistables mettant alternativement les chambres motrices en liaison avec un panneau solaire évaporateur et un condenseur. L'évolution de la technologie a fait ressortir l'intérêt de fonctionner en double effet avec deux chambres motrices alternativement l'une en admission et l'autre en échappement, et d'utiliser les chambres de pompage en transmis- sion hydraulique vers une pompe de puits également à double effet, lorsque la hauteur de remontée de l'eau dépassait 7 mètres. La demande de brevet français 79 15233 a décrit un dispositif de pompage, dérivé des dispositifs précédents, où le groupe de pompage comprenait deux corps alignés et couplés en courses opposées, un corps ayant sa chambre motrice en admission et sa chambre de pompage en refoulement tandis que l'autre corps avait sa chambre motrice en échappement et sa chambre de pompage en aspiration. Dans tous ces dispositifs deux points étaient imparfaitement résolus : d'une part les membranes subissaient des déformations incontrôlées, notamment pendant les phases d'arrêt nocturnes, et leur fiabilité était insuffisante, d'autre part les distributeurs mécaniques, obligatoirement enfermés dans l'enceinte étanche où évoluait le fluide vapoirisable, ne permettaient pas de prévoir une mise au repos du groupe en réponse à la chute de pression dans l'évapora- teur au coucher du soleil, et d'assurer un démarrage franc au lever du soleil. Par ailleurs, on connaît dans l'état de la technique des moteurs à membranes équipés de distributeurs à commande électrique, qui exigeaient bien sûr qu'une source d'énergie électrique soit disponible. Dans l'état de la technique de l'époque, les distributeurs à commande électrique étaient inapplicables à des dispositifs de pompage autonomes. L'invention a pour objet un groupe de pompage capable de démarrer à coup sûr en début de journée, et propose à cet effet, dans un dispositif de pompage -d'eau mû par énergie solaire où un fluide vaporisable évolue en circuit fermé entre un évaporateur à panneau solaire et un condenseur en traversant vaporisé un moteur et liquéfié une pompe d'injection vers l'évaporateur couplée au moteur, un groupe de pompage à deux corps disposés alignés et couplés en opposition de course, chaque corps comprenant trois chambres à soufflets, une chambre d'injection, une chambre pompe dans un circuit d'eau à pomper, et une chambre motrice connectée par un distributeur à l'évaporateur dans une course d'admission et au condenseur dans une course d'échappement, des contacts électriques de fin de course commandant les manoeuvres d'inversion de distributeur, groupe de pompage caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de distribution comprenant une source d'énergie à cellules photovoltaI- ques connue en soi, une électrovanne à deux directions connectée à chaque chambre motrice, avec une direction de repos vers le condenseur et une direction activée vers l'évaporateur, un contact sensible à la pression d'évaporateur et fermé en réponse à une pression au-delà d'un seuil, un moyen de bascule à deux états et changeant d'état en réponse respective à l'action des contacts fin de course, et des moyens logiques adaptés à activer les électrovannes chacune suivant un des états de la bascule, si le contact sensible à la pression est fermé. Grtce à cette disposition, tant que la pression à l'évaporateur est inférieure à la pression de seuil, les deux chambres motrices sont reliées au condenseur, les deux électrovannes n'étant pas activées ; on évite ainsi que le moteur soit sollicité de façon aléatoire pendant les phases où la pression à l'évaporateur varie en-dessous de la pression nécessaire pour un fonctionnement franc. On remarquera que, bien que la source d'énergie électrique comporte une batterie d'accumulateur1 elle n'est sollicitée que pendant les périodes d'ensoleillement où les cellules photovoltaS- ques sont actives. De préférence le dispositif de distribution comprend en outre un moyen de temporisation lancé par la fermeture du contact sensible à la pression, qui commande temporairement l'activation simultanée des deux électrovannes. Ainsi le démarrage du groupe moteur est précédé d'une courte phase où les deux chambres motrices sont portées à la pression de l'évaporateur, après quoi la chambre qui doit être en échappement est reliée au condenseur, et le moteur démarre franchement. En outre on évite que le démarrage se produise alors que l'un des soufflets est déformé par le vide relatif du condenseur. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente schématiquement la disposition d'un groupe de pompage selon l'invention la figure 2 représente schématiquement un distributeur pour groupe de pompage selon l'invention. Selon la forme de réalisation choisie et représentée figure 1, le dispositif de pompage comprend un circuit fermé de fluide vaporisable ~(fréon 113) avec un panneau solaire évaporateur 1 où le fluide liquéfié est injecté par la canalisation 1a pour ressortir vaporisé par la tubulure lb connectée à un distributeur 5 d'un groupe de pompage 4 dans son ensemble. Après avoir cédé de son énergie par détente au groupe 4, le fluide est dirigé par le distributeur 5 vers le condenseur 2 où il pénètre détendu par la tubulure 2c pour ressortir par la canalisation 2d à l'état liquide vers un réservoir de stockage 3. De ce réservoir il est repris par la pompe d'injection du groupe 4 par la canalisation 3a pour être envoyé à l'évaporateur 1.Par ailleurs le groupe 4 aspire l'eau par les canalisations 6 pour la refouler par la canalisation 2a dans le condenseur 2, dtoù elle ressort vers son utilisation par la canalisation 2b, après avoir refroidi le fluide vaporisable pour le condenser. Le groupe de pompage 4 comprend deux corps 4a et 4b disposés en ligne horizontalement. Les corps 4a et 4b comprennent chacun trois chambres à soufflets, respectivement chambres d'injection 15, 16, chambres de pompage 13, 14 et chambres motrices 11, 12. Une entretoise centrale entre les chambres Il et 12, et les parois périphériques des chambres de pompage 13, 14 sont solidarisées avec un socle 10. Des entretoises intermediaires entre les chambres 11 et 13, et 12 et 14 sont solidarisées entre elles par une cage de couplage 17, avec trois entretoises en forme de tige 17a, 17b, et 17c (ici cachée par la précédente) allongées longitudinalement, Les extrémités des tiges 17a, 17b et 17c sont réunies respectivement par des étoiles 17d et 17e, aux centres desquellescoulissent des poussoirs 19, 18 avec des butées de course. Ces poussoirs 19, 18 agissent sur les faces mobiles des chambres d'injection 15, 16, dans une course, différence entre la course de la cage 17 et le jeu de coulissement entre butées des poussoirs 19, 18. Bien entendu les chambres d'injection 15 et 16 sont munies de clapets d'aspiration vers la canalisation 3a, et de refoulement vers la canalisation 7a. De façon analogue les chambres de pompage 13 et 14 sont munies de clapets d'aspiration 13a, 14a vers les canalisations 6, et de clapets de refoulement 13b, 14b vers la canalisation 2a. Toutefois, si l'on utilisait une pompe de puits à double effet commandée hydrauliquement entre les canalisations 6, les clapets 13a et 14a seraient supprimés, et les clapets 13b et 14b remplacés par des bouchons, tandis que le refoulement de la pompe de puits serait connectée à la canalisation 2a vers le condenseur. On a compris que l'expansion alternée des chambres motrices Il et 12 provoque des courses de va-et-vient de la cage 17 avec entraînement réciproque des corps. Ainsi, lorsque le distributeur 5 met la chambre Il en admission (en liaison avec l'évaporateur 1) et la chambre 12 en échappement (en liaison avec le condenseur 2) l'expansion de la chambre Il est accompagnée d'un refoulement pour la chambre de pompage 13 et d'une aspiration pour la chambre d'injection 15, tandis que la chambre 12 s'affaisse, la chambre de pompage 14 est en aspiration et la chambre d'injection 16 est en refoulement. Dans une course de retour les fonctions des chambres correspondantes sont inversées.Le distributeur 5 est à commande électrique ; une source à cellules photovoltalques Sa fournit l'énergie nécessaire au fonctionnement du distributeur 5, des contacts de fin de course 5b et 5c commandant les basculements du distributeur 5. La description détaillée et le fonctionnement du distributeur 5 vont être présentés en référence à la figure 2. La source d'énergie Sa est un panneau de cellules du type 47c de RTC capable de fournir 33 watts crêtes, et comportant une batterie auxiliaire et des circuits pour assurer la recharge de la batterie. Le distributeur proprement dit 5 comprend deux électrovannes 21 et 22, à deux directions à partir d'entrées 21a, 22a, reliées respectivement aux chambres motrices 11 et 12. Ces entrées sont en communication, lorsque les électrovannes sont au repos, avec les sorties reliées à la tubulure 2c vers le condenseur, et, lorsque les électrovannes sont en position active, avec les sorties connectées à la tubulure lb venant de l'évaporateur. La commande de position active des électrovannes 21, 22 est obtenue par la mise sous tension de leur bobine de commande 23, 24, respective.En dérivation sur la tubulure lb on a placé un contact 20 sensible à la pression dans cette tubulure. Ce contact comporte une capsule manométrique réglée pour que le contact se ferme lorsque la pression atteint ou dépasse une valeur choisie telle que le groupe puisse fonctionner. Par ailleurs les contacts de fin de course Sb, 5c sont constitués par des interrupteurs à lames spuples, que des aimants 25 et 25 viennent fermer en fin de course des chambres 11 et 12. Les électrovannes 21 et 22 sont commandées par un bloc logique 30 alimenté par la source 5a, ce bloc logique comportant une bascule 31, avec une entrée d'enclenchement 31a et une entrée de déclenchement 31b, une sortie directe 31c et une sortie inverse 31d ; les entrées 31a et 31b sont reliées respectivement à une borne des interrupteurs Sc et 5b, les autres formes de ces interrupteurs étant reliées au pôle positif de la source 5a. Le contact sensible à la pression 20 a également une borne reliée au pôle positif, et l'autre borne est reliée à une entrée 34a du bloc, en connexion avec une borne de lancement 34b d'un monostable de temporisation 34 réglé à deux secondes. Trois portes ET 32, 33, 35 ont chacune une première entrée reliée à l'entrée 34a du bloc, et une seconde entrée reliée respectivement à la sortie directe 31c de la bascule 31, à la sortie inverse 31d de cette bascule, et à la sortie 34c du monostable 34. Les sorties des portes ET 32 et 33 sont reliées respectivement à une première entrée de deux portes OU 36 et 37, tandis que les deuxièmes entrées de ces portes sont reliées en commun à la sortie de la porte ET 35. En sortie des portes OU 36 et 37 sont disposés des amplificateurs 38, 39, pour le pilotage des électrovannes 21 et 22. Le bloc logique fonctionne comme suit : le contact 20 étant ouvert (pression insuffisante à 1'évaporateur), il n'y a pas de tension sur l'entrée 34a et les trois portes ET sont bloquantes. Les deux entrées des portes OU 36 et 37 sont au niveau 0, et donc les sorties de ces portes. Les deux électrovannes 21 et 22 sont au repos, et les chambres 11 et 12 reliées au condenseur. Par ailleurs la bascule 31 est dans un état quelconque, enclenchée ou déclenchée, selon l'état où elle était au moment de la cpupure précédente. La fermeture du contact 20, lorsque la pression à l'éva- porateur atteint la valeur de seuil met dans l'état 1 l'entrée 34a, ce qui a pour résultat de débloquer l'une des portes ET 32 ou 33 selon respectivement que la bascule 31 est enclenchée ou déclenchée, et simultanément de lancer le monostable 34 qui émet une impulsion de deux secondes, de sorte que la porte ET 35 est passante. Aussi durant l'impulsion émise par le monos table les sorties des portes OU 36 et 37 sont dans l'état 1, l'une en réponse à un état 1 sur ses deux entrées, et l'autre en réponse à un état 1 sur une seule entrée. Les deux électrovannes 21 et 22 sont activées, et les deux chambres 11 et 12 sont reliées à l'évaporateur, et mises sous pression, sans que le groupe soit mis en marche.Puis l'impulsion de temporisation de deux secondes ayant pris fin la porte 35 redevient bloquante et les portes 36 deviennent de simples relais de l'état de sortie des portes 32 et 33, qui à leur tour répercutent les états des sorties 31c et 31d de la bascule 31. Ainsi selon que la bascule 31 est enclenchée ou déclenchée l'électrovanne 21 ou l'électrovanne 22 est activée, et la chambre 11 ou la chambre 12 sera reliée à l'évaporateur, tandis que la chambre 12 ou la chambre 11 sera reliée au condenseur. Le groupe de pompage démarre franchement. En fin de course l'aimant 25, si la chambre Il est sous pression, ou l'aimant 26 si c'est la chambre 12 qui est sous pression ferme son interrupteur à lame souple 5b ou Sc, ce qui applique un état 1 sur l'entrée de déclenchement 31b ou l'entrée d'enclenchement 31a.La bascule 31 change d'état, l'électrovanne au repos est activée, l'électrovanne activée est mise au repos, et la course du groupe s'inverse. Lorsque la pression à l'évaporateur vient à tomber. en dessous de la pression de seuil, le contact 20 s'ouvre, les trois portes ET 32, 33, 35 sont bloquantes et les deux électrovannes sont mises au repos, de sorte que, outre 1'arrêt franc du groupe de pompage, l'ouverture du contact 20 réduit la consommation du bloc logique 30, ce qui est nécessaire pour maintenir la bascule 31 dans son état dernier. On remarquera que, en l'absence d'impulsion de temporisation, par suppression du monos table 34 (avec celle des portes 35, 36 et 37) le groupe de pompage démarrerait. Cependant, notamment si la nuit précédente a été très fraiche, la dépression dans les chambres peut provoquer des déformations des soufflets en retournement ou invagination. Le soufflet de la chambre en échappement lors du démarrage ne pourrait reprendre sa forme normale et risquerait d'être pincé en fin de course. Par contre, lorsque les deux chambres sont simultanément en pression, les soufflets prennent une forme régulière Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits mais en embrasse toutes les variantes d'exécution. REVENDICATIONS 1. Dans un dispositif de pompage d'eau mû par énergie solaire où un fluide vaporisable évolue en circuit fermé entre un évaporateur (1) à panneau solaire et un condenseur (2) en traversant vaporisé un moteur et liquéfié une pompe d'injection vers l'évaporateur couplée au moteur, un groupe de pompage (4) à deux corps (4a, 4b) disposés alignés et couplés en opposition de course, chaque corps comprenant trois chambres à soufflets, une chambre d'injection (15,16), une chambre pompe (13,14) dans un circuit d'eau à pomper, et une chambre motrice (11,12) connectée par un distributeur (5) à l'évaporateur (1) dans une course d'admission et au condenseur (2) dans une course d'échappement, des contacts électriques (5b,5c) de fin de course commandant les manoeuvres d'inversion de distributeur (5), groupe de pompage (4), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de distribution (5) comprenant une source d'énergie (5a) à cellules photovoltalques connue en soi, une électrovanne (21,22) à deux directions connectée à chaque chambre motrice (11,12), avec une direction de repos vers le condenseur (2) et une direction activée vers l'évaporateur (1), un contact (20) sensible à la pression d'évaporation (1) et fermé en réponse à une pression au-delà d'un seuil, un moyen de bascule (31) à deux états et changeant d'état en réponse respective à l'action des contacts fin de course (5b,5c), et des moyens logiques (30) adaptés à activer les électrovannes chacune suivant un des états de la bascule (31), si le contact (20) sensible à la pression est fermé. 2. Groupe de pompage selon la-revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de distribution comprend en outre un moyen de temporisation (34) lancé par la fermeture du contact sensible à la pression, et commandant temporairement l'activation simultanée des deux électrovannes (21, 22). 3. Groupe de pompage selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le couplage des deux corps (4a,4b) en courses opposées est réalisé par une cage (17) extérieure formée d'entretoises longitudinales (17a, 17b,17c). 4. Groupe de pompage selon la revendication 3, carac térisé en ce que les chambres d'injection (15,16) situées aux extrémités opposées des deux corps (4a,4b), sont attelées à la cage de couplage (17) par des poussoirs (18,19) à jeu longitudinal.