Brevet FR2633014A1 — publié le 19891222

DisPositif de pompasse de liquide actionné Dar l'énerqie solaire. L'invention a pour objetun dispositif de pompage du type comprenant une pompe entrainée,par un moteur électrique et un bloc de photo-piles fournissant l'éner- gie nécessaire au fonctionnement du moteur. Elle trouve une application particulièrement importante dans les dispositifs de pompage de l'eau, notamment pour l'irri- gation dans des zones où l'énergie électrique n'est pas disponible ou est d'un coût élevé. On connaît déjà des dispositifs de pompage du type ci-dessus défini, utilisant en général une pompe rotative. Ils se heurtent au problème de l'irrégularité de la fourniture d'énergie électrique par le bloc de photo-piles. Même dans le cas où le bloc est orientable de façon à suivre la course du soleil, l'énergie fournie par les photo-piles varie au cours de la journée. Et dans la plupart des régions les modifications de la couverture nuageuse constituent une source supplémentaire de variation.Or les moteur-s électriques classiques s'adaptent mal aux variations de puissance et on a été amené en conséquence à munir les dispositifs de~régula- teurs électriques ou de moyens de stockage temporaire, tels que des batteries d'accumulateurs, qui compliquent l'installation, accroissent le coût d'investissement et n'apportent malgré tout qu'une solution très partielle au problème. L'invention vise à fournir un dispositif de constitution très simple, s'adaptant automatiquement à la puissance fournie par le bloc de-photo-piles. Elle propose dans ce but un dispositif de pompage du type ci-dessus défini caractérisé en ce que le moteur de ia pompe est à fonctionnement alternatif et à course motrice unidirectionnelle et en ce que le bloc est muni d'un banc de condensateurs de stockage d'énergie relié au moteur par des moyens de décharge des condensateurs dans le moteur lorsque l'énergie stockée dans les condensateurs atteint un niveau déterminé. Un tel dispositif s'adapte parfaitement à des variations très importantes de la puissance disponible qui se traduisent simplement par une variation de la cadence de mise en action du moteur et donc par une modification de la quantité de liquide transférée par unité de temps. Le dispositif s'adapte à une très large plage d'utilisation, l'énergie fournie au moteur à chaque décharge pouvant être utilisée soit pour refouler une faible quantité d'eau sous forte pression, soit au contraire pour refouler une quantité plus importante d'eau avec une dénivelée plus faible. La pompe sera généralement à fonctionnement alternatif, son organe mobile étant directement fixé à l'organe mobile du moteur pour constituer un équipage monobloc.Cependant, il est possible d'utiliser une pompe rotative unidirectionnelle couplée à l'organe mobile du moteur par un mécanisme à cliquets cette solution, qui complique l'installation1 n'est généralement pas avantageuse La capacité du banc de condensateurs doit être choisie de façon que les constantes de temps électrique et mécanique du dispositif soient comparables. De façon plus précise, la durée de décharge du banc de condensateurs dans le moteur doit être au moins égale au temps nécessaire à la course de refoulement de la pompe. Dans le cas contraire en effet, le circuit électrique pourrait osciller à une fréquence située au delà de la bande passante de l'ensemble moteur-pompe et cette dernière ne pourrait fonctionner. Les moyens destinés à provoquer la décharge du banc de condensateurs sur le moteur peuvent avoir diverses constitutions. Ils peuvent être très simples et ne faire appel qu'à des composants statiques classiques, tels que les redresseurs commandés à état solide dits "thyristors. La gachette peut alors être polarisée par un circuit comportant -un élément à seuil, tel qu'une diode zener, relié au banc. Cette solution a cependant l'inconvénient de conduire à un rendement faible pour plusieurs raisons. D'une part les photo-piles n'ont un bon rendement que dans une plage relativement étroite de tension aux bornes et la puissance qu'il est possible d'extraire d'un banc de photo-piles diminue considérablement si ces photo-piles fonctionnent sous tension variable jusqu'à une valeur presque nulle. D'autrè part le courant consommé dans le moteur n'a plus d'effet dès que la force exercée ne peut plus vaincre la contrepression. D'autres constitutions des moyens de décharge permettent d'écarter ou du moins d'atténuer notablement cet inconvénient. En particulièr, les moyens de décharge peuvent comporter un interrupteur à état solide, tel qu'un transistor, associé à un dispositif de commande qui ferme le circuit d'alimentation du moteur pour une tension déterminée aux bornes du banc de condensateurs et ouvre le circuit dès que la-tension décroît jùsqu'à une valeur plus basse et prédéterminée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 montre schématiquement une pompe et son moteur électrique d'entrainement, en coupe suivant un plan parallèle à la direction de déplacement, et le circuit électrique associé - la figure 2 est un diagramme montrant la puissance P qui peut être extraite d'un banc de photo piles en fonction de la tension de travail V pour diverses valeurs de l'éclairement Çr exprimées en mW/cm2 - la figure 3, similaire à une fraction de la figure 1, montre une variante de réalisation. Le dispositif montré sur la figure 1 comporte un bloc de photo-piles 10 qui peut être monté sur un pan neau fixe, placé au sol ou sur un support dans une orientation convenable ou sur un panneau orientable. Le bloc 10 est relié à un banc de condensateurs 12 destiné à stocker l'énergie fournie et à constituer tampon. Le banc de condensateurs 12 est relié au moteur électrique 14 d'un groupe moto-pompe alternatif par l'intermédiaire de moyens de commande 16 dont la constitution peut être celle décrite plus loin. Il suffit de relever pour le moment que ce circuit est prévu pour isoler le banc de condensateurs 12 du moteur 14 jusqu'à ce que la tension aux bornes des condensateurs atteigne une valeur prédéterminée, pour laquelle l'énergie stockée est suffisante pour provoquer une course active complète ou presque complète du moteur 14 et de la pompe. Le moteur 14 de la moto-pompe comporte une carcasse 18 portant une bobine 20 et, dans le mode de réalisation illustré, munie d'une tige centrale 22 de guidage. Sur cette tige est monté un noyau plongeur tubulaire 24 en matériau magnétique, déplaçable entre une position de repos vers laquelle il est sollicité par un ressort de rappel 26, éventuellement fixé par une butée 27, et une position vers laquelle il est attiré par la bobine 20, lorsque cette dernière est excitée. Le noyau plongeur 24 constitue un équipage mobile avec un piston 28 de pompe, en matériau non magnétique. Ce piston 28 fait saillie dans une chambre de pompage 30 dont il diminue le volume lorsqu'il est déplacé par l'excitation de la bobine 20. Dans le mode de réalisation illustré, l'étanchéité de la chambre est assurée par un soufflet 32 reliant le piston au boîtier de la pompe. Ce soufflet pourrait être remplacé par un joint glissant. La chambre est munie d'un clapet d'aspiration 33 et d'un claplet de refoulement 34. Les moyens de décharge 16 peuvent être entièSe- ment statiques. Il comprennent, dans le cas représenté sur la figure, un redresseur commandé à semi-conducteur 36 placé entre le banc de condensateurs 12 et la bobine 20. Le circuit de gachette de ce redreseur commandé 36 comporte une diode zener 38 reliée à la masse par une résistance 40 et à la tension de sortie du banc de condensateurs 12 par une résistance 42. Le fonctionnement du dispositif est le suivant au repos, l'équipage mobile est maintenu par le ressort 26 dans la position où il est montré sur la figure. Aussi longtemps que la tension aux bornes du banc de condensateurs 12 n'atteint pas le seuil d'amorçage de la diode zener 38, cette situation subsiste. Lorsque la diode zener 38 s'amorce, elle rend conducteur le redresseur commandé 36 et le banc de condensateurs 12 se décharge dans la bobine 20. Cette dernière attire le noyau plongeur 24 en provoquant le refoulement de liquide contenu dans la chambre 30 à travers l-e clapet 34. Les résistances 40 et 42 sont choisies de façon.que la tension de commande appliquée par la diode zener retombe à une valeur proche de zéro immédiatement après amor çage. Le redresseur commandé 36 n'en reste pas moins conducteur jusqu'au moment où le courant qui le travers devient très faible.Le fait que la charge 20 soit très fortement inductive peut d'ailleurs conduire à une oscillation provoquant une inversion de tension qui favorise ou provoque la coupure, après laquelle lebanc de condensateurs 12 recommence à se charger. Dès qu'aucun courant ne traverse plus la bobine 20, le ressort 26 refoule l'équipage mobile et le retrait du piston entraine le remplissage de la chambre à travers le clapet 33. Comme cela a été indiqué plus haut la puissance disponible aux bornes d'un générateur photovoltaique varie, à niveau d'éclairement donné , très fortement en fonction de la tension aux bornes des photo-piles. La figure 2 montre, pour deux niveaux d'éclairement, la variation de la puissance P qu'il est possible d'extraire en fonction de la tension de travail V. On constate que le dispositif montré en figure 1 fonctionne dans des conditions qui sont très loin de l'optimum puisque le cycle de travail peut être représenté par un allerretour-, sur l'une des courbes caractéristiques, à partir de l'origine. Moyennant une complication qui reste modérée du dispositif, il est possible de se rapprocher davantage d'un fonctionnement optimum, en maintenant le régime de travail des photo-piles dans la zone limitée par des tensions V1 et V2 encadrant le maximum des courbes. Pour arriver à ce résultat, on peut notamment utiliser un dispositif du genre schématisé en figure 3. Sur cette figure, le bloc de photo-piles 10 est schématisé sous forme d'un générateur de courant en parallèle avec un redresseur et en série avec une résistance de faible valeur. Les moyens 16 de décharge comprennent un interrupteur contitué par un transistor 44 commandé par un circuit de régulation 46 dont la fermeture permet l'alimentation de la bobine 20 du moteur par le banc de condensateurs 12. Une diode de roue libre 48 en parallèle avec la bobine 20 permet à celle-ci de se décharger après coupure. Le circuit 46 est prévu de façon à rendre le transistor 16 conducteur lorsque la tension Vc aux bornes du banc de condensateurs 12 atteint la valeur V2 (figure 2) et pour bloquer le transistor lorsque cette tension redescent au dessous de la valeur V1. Dans ces conditions, le fonctionnement s'effectue en deux phases - charge du banc de condensateurs 12 par les photo-piles 10 et en même temps admission de fluide dans la pompe dont le piston 28 recule sous l'action du ressort 26, le point représentatif du fonctionnement se déplaçant vers la droite sur l'une des courbes de la figure 2, vers la tension V2 - déblocage du transistor 16, décharge du banc de condensateurs 12 et course de refoulement de la pompe jusqu'à ce que la tension Vc soit redescendue à la valeur Vt, la courbe de la figure 2 étant alors parcourue vers la gauche,de V2 vers V1. L'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation. Le ressort 26 peut être supprimé lorsque la moto-pompe est placée de façon que les forces de gravité tendent à ramener l'équipage mobile en position de repos. La course de travail de cet équipage peut également créer à l'arrière une dépression qui tend à le ramener dans cette meme position de repos. Lå pompe peut être à double effet, si le ressort de rappel 26 est capable d'emmagasiner une énergie suffisante pour entrai- ner l'équipage mobile dans une course de refoulement. Par choix approprié de la section du piston 28, on peut, pour une force d'attraction donnée de la bobine 20, modifier la pression de refoulement qu'il est possible d'atteindre. Le piston peut être télescopique de façon que sa surface d'action diminue au delà d'une course donnée, afin de compenser la diminution de la force exercée par le moteur, due à la diminution du courant lors de la décharge. REVENDICATIONS 1. Dispositif de pompage comprenant une pompe entraînée par un moteur électrique (14) et un bloc de photo-piles (10), caractérisé en ce que le moteur (14) est à fonctionneement alternatif et à course motrice unidirectionnelle et en ce que le bloc (10) est muni d'un banc de condensateurs (12) de stockage d'énergie, relié au moteur (14) par des moyens (16) de décharge des condensateurs dans le moteur lorsque l'énergie stockée dans les condensateurs atteint un niveau déterminé. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de décharge (16) comportent un redresseur commandé à état solide (36) dont la gachette est polarisée par un circuit comportant un élément à seuil (38), tel qu'une diode zener, relié au banc. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de décharge (16) comportent un transistor (44) commandé par un circuit qui rend le transistor conducteur lorsque la tension aux bornes du banc de condensateurs dépasse une valeur V2 et bloque le transistor lorsque la tension aux bornes du banc de condensateurs descend au dessous d'une autre valeur déterminée V1, une diode de roue libre 48 étant placée aux bornes du moteur. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérise en ce que le moteur comprend un noyau plongeur (24) déplaçable entre une position de repos vers laquelle il est sollicité au repos (26) et une position vers laquelle il est attiré par une bobine (20) lorsque cette dernière est alimentée. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le noyau est sollicité par un ressort (26) vers sa position de repos. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pompe est à double effet.