Brevet FR2596465A1 — publié le 19871002

"Procédé et dispositif pour le déplacement de fluides liquides ou gazeux" La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour le déplacement de fluides liquides ou gazeux sans éléments d'entraînement actionnés mécaniquement. Pour différentes utilisations, en particulier dans les laboratoires spatiaux sous pesanteur terrestre réduite, il est indispensable de disposer de pompes qui peuvent se passer d'éléments d'entraînement mobiles et qui ne présentent aucune accélération résiduelle, c'est-à-dire 10 semblables à celles que l'on connait et qui, par exemple, exploitent la convection thermique. Cependant leur mise en oeuvre dans les laboratoires spatiaux n'est pas possible. L'objet de la présente invention est de créer un procédé et un dispositif qui soient capables de déplacer 15 un fluide sans que soient nécessaires des éléments d'entraînement déplaçables mécaniquement et sans que des accélérations résiduelles se produisent. Ceci est atteint selon l'invention grâce au fait que l'on crée, sur le fluide à déplacer, une surface de 20 séparation avec un autre fluide et que l'on produit une chute de tension sur cette surface, si bien que l'on utilise l'effet dit "Marangoni" pour l'entraînement du courant à déplacer. Cet effet est connu depuis déjà longtemps et il est décrit de façon approfondie dans la 25 littérature. Il est utilisé ici pour la première fois pour le déplacement d'un courant de liquide. Cet effet est, au contraire de la convection thermique, indépendant de la force de la pesanteur et peut de ce fait être utilisé dans -: t: -: S 0:: : :: : f: : : * À:: A: : -, . : -:: S 0. 1,0 A: : ? * D > f . Y' à' 0 0_0;;t5 , : S:: :; f :. 0 0 t0: : V-:::E : f: 0;- 0 20 ::: ::: - f | -:: A :::0:: 0 -: \ -. .; n 0 : 7 -.: : : 00 ': : V:: : - i : V g - A:: \ R s. 0 S 35: -.: :::: " - -:: D: ME :.:.-:? : a,:; : f d:: :0: S La " ,::::: les laboratoires spatiaux. En réalité, il se trouve que la force de la pesanteur est plut6t défavorable pour cet effet. Indépendamment de cela on peut doser les quantités les plus infimes. De préférence la chute de tension est produite par une chute de température, une chute de concentration d'un composant dissous dans le fluide ou par une chute de la charge électrique. Il est ainsi possible de transformer directement l'énergie non mécanique en énergie de déplacement sans éléments d'entraînement actionnés mécaniquement. En outre il est possible d'assurer une double fonction, c'est-à-dire un échange de matière et le déplacement des composants dissous. Les fluides ne doivent pas être miscibles entre eux, de sorte qu'une surface de séparation puisse se former. De plus une égalisation de pression, c'est-à-dire un réglage de pression par rapport à la surface de séparation, peut être créée par les fluides. Les surfaces de séparation du fluide à déplacer sont utilement disposées entre un conduit d'entrée et un conduit de sortie, une chute de la tension superficielle étant créée le long des surfaces de séparation, c'est-àdire entre le conduit d'entrée et le conduit de sortie. La construction simple. Il n peut obtenir Les sous forme entre eux, séparation du La surface tubulaire. extrémités déplacement d'un tel dispositif est extraordinairement l'y a pas de pièces mobiles, si bien que l'on une grande sécurité contre les incidents. conduits d'entrée et de sortie sont réalisés tubulaire et disposes avec un certain écart si bien qu'on peut disposer les surfaces de i fluide à déplacer entre les parois de tubes. de séparation est ici également de forme Dans l'espace intermédiaire entre les de tubes, l'entraînement du courant de se produit à la surface de séparation du fluide voisin sans que des éléments d'entraînement soient nécessaires. Le fluide avoisinant le fluide à déplacer est disposé de préférence à l'intérieur d'une chambre dans laquelle pénètrent les conduits d'entrée et de sortie. La 5 pression qui règne dans la chambre peut être réglée de façon simple. Ceci est indispensable pour pouvoir régler les surfaces de séparation entre les deux fluides de la façon souhaitée. Plusieurs de ces pompes peuvent être branchées 10 l'une à côté de l'autre et/ou l'une derrière l'autre, si bien que l'on peut augmenter la capacité de déplacement. Quelques formes d'exécution de l'invention sont expliquées en détail au cours de la description qui suit, en correspondance avec les dessins annexés. La figure 1 montre une représentation schématique de la pompe pour l'explication du principe de fonctionnement. La figure 2 montre une coupe transversale d'une pompe avec une chambre d'équilibrage de pression. La figure 3 montre un branchement en série de pompes selon la figure 2. La figure 4 montre un branchement en série et en parallèle de pompes selon la figure 2. La figure 5 montre une vue en plan de la 25 disposition de pompes selon la figure 4. La figure 1 représente schématiquement la pompe selon l'invention. Le fluide à déplacer 2 est conduit d'un conduit d'entrée 1 dans un conduit de sortie 3. Les conduits et 3 sont disposés coaxialement l'un par rapport 30 à l'autre, un faible écart étant prévu entre eux. Le fluide 2 forme une surface de séparation 4 entre les conduits 1 et 3. A l'extérieur de la surface de séparation 4 se trouve un autre fluide 5, qui peut être par exemple l'air ambiant. On provoque alors une chute de la tension 35 superficielle sur la surface de séparation 4. On peut par 14t exemple utiliser pour cela une chute de température entre le conduit d'entrée 1 et le conduit de sortie 3. Comme on peut le voir sur le diagramme situé sur le côté, le tube inférieur 3 est froid, si bien que la température T 5 s'élève vers le haut, c'est-à-dire en direction du conduit d'entrée 1. Ceci a pour conséquence que la tension superficielle s sur la surface de séparation 4 s'élève du haut vers le bas comme on peut le voir sur le diagramme. Il se produit ainsi un déplacement le long des surfaces de 10 séparation, ce déplacement provoque, en raison de la viscosité qui existe toujours, un courant en direction des flèches 6. Cet effet est dénommé effet "Marangoni". Au lieu d'une chute de température on peut utiliser également une chute de concentration ou une chute de charge 15 électrique. Le courant ainsi engendré ne dépend pas de la force de la pesanteur, si bien qu'une telle pompe peut être aussi utilisée dans les laboratoires spatiaux. Comme il n'y a pas du tout d'éléments mobiles, des accélérations propres perturbatrices ne se produisent pas, ce qui est 20 très important dans les différents processus techniques dans les laboratoires spatiaux. De plus une contamination du fluide à déplacer ne peut pas se produire. Sur la figure 2 on représente une pompe en coupe. Le fluide A déplacer 2 se trouve dans un récipient 7. Dans 25 ce récipient sont disposés le conduit d'entrée 1 et le conduit de sortie 3. Du côté extérieur de ces conduits, on prévoit une chambre 8 pour l'autre fluide 5. Pour produire la chute de tension sur la surface de séparation 4 un dispositif 9, par exemple un chauffage électrique, est mis 30 en place. L'apport d'énergie se produit par une ligne 10. Afin de pouvoir obtenir une surface de séparation cylindrique 4 stable, un équilibrage de pression entre les fluides 2 et 5 est prévu dans la hauteur de la surface de séparation. A cette fin on se sert d'un cylindre 11 35 comportant, A l'intérieurs un piston coulissant 12. Ce piston coulisse Jusqu'à ce qu'à la hauteur de la surface de séparation il n'y ait aucune différence de pression entre les fluides 2 et 5. L'équilibrage de pression s'opère ainsi automatiquement. Il faut alors ouvrir ou fermer les organes de fermeture 13 et 14 selon le besoin. La figure 3 montre un branchement en série de plusieurs pompes, ce qui conduit à une plus grande hauteur de déplacement. Le mode de fonctionnement est dans ce cas le même que décrit plus haut. Chaque étage dispose d'une 10 chambre d'équilibrage de pression propre, si bien qu'un équilibrage de pression est possible pour chaque hauteur de surface de séparation correspondante. Le nombre de pompes montées en série est déterminé par la hauteur de déplacement souhaitée. Sur la figure 4, on prévoit le montage en parallèle des pompes. Ceci permet un plus grand débit. Sur la figure 5 est représentée une vue en plan de cette pompe. Avec la pompe on peut, en plus du déplacement 20 d'un fluide, opérer un échange de matière. Dans la pompe selon la figure 3 le fluide contenu dans les chambres 15 à 17 peut comporter un composant A dissous. Les chambres 18 à 20 qui suivent contiennent un fluide comportant un autre composant B. Si alors le fluide à déplacer 2 passe sur les 25 surfaces de séparation correspondantes des chambres 15 à 17, le composant A diffuse dans le fluide et il est à nouveau séparé aux surfaces de séparation des chambres 18 à 20 suivantes. De la même façon le composant B est absorbé au niveau de ces surfaces de séparation et séparé 30 sur les autres surfaces de séparation. L'échange de matière et le transport se produisent entre les chambres à 17 d'une part et les chambres 18 à 20, d'autre part. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le déplacement de fluides liquides ou gazeux sans éléments d'entraînement déplaçables mécaniquement, caractérisé par le fait qu'une surface de séparation (4) avec un autre fluide est créée sur le 5 fluide à déplacer (2) et que le long de cette surface de séparation (4) on crée une chute de tension, si bien que l'on utilise l'effet appelé effet "Marangoni" pour l'entraînement du courant de déplacement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé 10 par le fait que la chute de tension est produite par une chute de température, une chute de concentration d'un composant dissous dans le fluide, ou une chute de la charge électrique. 3. Procédé selon les revendications 1 ou 2 15 caractérisé par le fait que les fluides (2, 5) ne sont pas miscibles entre eux. 4. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'autre fluide (5) est employé pour l'équilibrage de pression. 5. Dispositif pour la réalisation du procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que des surfaces de séparation (4) du fluide à déplacer (2) sont prévues entre un conduit d'entrée (1) et un conduit de sortie (3), une chute de la tension superficielle étant 25 prévue sur ces surfaces de séparation (4) entre les conduits d'entrée (1) et de sortie (3). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les conduits d'entrée (1) et de sortie (3) sont de forme tubulaire et qu'ils sont 30 disposés avec un écart entre eux, cet écart étant ponté par les surfaces de séparation (4) du fluide à déplacer (2). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les surfaces de séparation (4) sont constituées d'une surface de séparation de forme tubulaire. 8. Dispositif selon les revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que les conduits d'entrée (1) et de sortie (3) pour l'autre fluide (5) s'introduisent dans une chambre (8). 9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé 10 par le fait qu'il est prévu de munir la chambre (8) d'un dispositif d'équilibrage de pression. 10. Dispositif selon les revendications 5 à 9, caractérisé par le fait que plusieurs de ces dispositifs sont branchés en parallèle et/ou en série.