Brevet FR2751036A1 — publié le 19980116

La présente invention concerne une pompe hydromécanique qui n'utilise qu'une énergie pour son fonctionnement. Cette énergie est hydraulique et elle consiste en l'écoulement gravitationnel de l'eau. La plupart des pompes, proposées actuellement sur le marché, utilisent classiquement pour leur fonctionnement les énergies électriques, thermique et/ou humaine. Celles-ci génèrent le plus souvent un coût d'utilisation et d'entretien non négligeable, elles nécessitent de plus la présence d'une infrastructure adaptée sur le site de pompage ou à proximité (ligne électrique, distributeur de carburant...). Ces types de pompe répondent à la plupart des besoins en matière de distribution d'eau, elles se révèlent incontournables quand il s'agit d'aspirer et de refouler de l'eau avec une pression et un débit importants. Il existe pourtant des sites géographiquement isolés dépourvus de moyens énergétiques, où l'utilisation de ces pompes demeure impossible à l'exception des pompes dites manuelles ou à énergie solaire dans certains cas. L'état de la technique peut être défini par le document FR-A2.530.737 qui propose un dispositif utilisant la force motrice des chutes d'eau. Le dispositif peut fonctionner avec de très faibles pentes. I1 est composé d'une cuve ronde ou carrée, séparée en deux parties égales par une cloison, autour de cette cloison une chaîne de godets, qui constitue l'élément moteur. Régulièrement répartis, les godets sont accrochés en position excentrée et maintenus droits en descente ou renversés en montée par deux glissières. Dans chaque godet, est présent un lest mobile étanche. Les deux cuves sont pleines d'eau, dans la première cuve on ajoute un liquide qui ne se mélange pas à l'eau et de faible densité et reste en suspension audessus de l'eau. Après remplissage d'eau, chaque godet (eau et lest), ayant une plus grande densité, descend par gravité dans le contenu de densité plus faible, bascule en fin de glissière, pivotant d'un demitour toujours dans un milieu de faible densité. Le lest recevant de l'air en arrière peut descendre et chasser l'eau qui s'évacue par gravité, le godet vide aborde la montée avec une grande force ascensionnelle. Au sommet, un volant relié par courroie à une génératrice produit l'énergie. Il s'agit d'une technique assez classique qui nécessite la présence d'une chute d'eau pour mouvoir les godets. De telles chutes ne sont pas toujours présentes, de ce fait une autre technique a été créée qui utilise l'écoulement naturel de l'eau. A ce propos, le document FR-A-2.587.762 a pour objet un dispositif hydraulique qui comprend un réservoir fléau à liquide, composé de deux compartiments accolés et symétriques contenant en permanence un liquide parfaitement fluide. Ce liquide pouvant fluctuer d'un compartiment à l'autre, par une lumière montée à travers leur cloison étanche et mitoyenne réglable par une vanne de passe. Ce réservoir fléau à liquide est monté centré à l'aplomb inférieur d'une bouche d'alimentation, en position d'équilibre stable pour oscillations complètes sur un couteau en son centre de gravité, par l'intermédiaire d'une tige verticale, et, à ses deux extrémités longitudinales, par des supports verticaux mobiles et souples. Pendant l'écoulement du liquide par la boucle supérieure d'alimentation, la paire de compartiments accolés et symétriques du réservoir fléau à liquide est alimentée automatiquement et alternativement par son propre fonctionnement du fait des oscillations complètes ou double oscillations. Ce type de dispositif présente pourtant quelques problèmes. Tout d'abord, sa structure est complexe avec un piston de refoulement de l'eau associé à chacun des deux compartiments du réservoir, le tout avec une nombreuse tuyauterie associant des compartiments et pistons dont les implantations sont opposées. Il découle de ceci que de nombreuses tuyauteries sont présentes sous le réservoir, au niveau de l'axe autour duquel l'oscillation se produit, ce qui peut gêner le bon fonctionnement de l'ensemble surtout dans un milieu humide. Enfin, l'oscillation du réservoir entraîne le déplacement continuel des tuyaux, qui vont avoir tendance à se déconnecter. Ce dispositif sera donc plus encombrant et plus onéreux en fabrication et maintenance. La présente invention résout l'ensemble de ces problèmes en proposant un appareil simple, efficace et fiable. Si les sites en question comportent de l'eau courante sous la forme d'une source, d'une rivière ou de tout autre écoulement par gravité, quel que soit le débit, il est alors possible de faire fonctionner un système de pompage gratuitement et de manière autonome. C'est l'alternative que propose l'invention en utilisant l'écoulement naturel de l'eau comme énergie motrice pour le fonctionnement d'une pompe qui refoule à l'aide d'un piston simple effet. Il va de soi qu'en raison de l'énergie utilisée, ce système de pompage ne peut rivaliser avec les performances de certaines pompes classiques citées plus haut, il peut néanmoins satisfaire de nombreux besoins en matière de petite irrigation ou de distribution d'eau potable à faible pression. Plus précisément selon l'invention, le système élève l'eau via un tuyau de la source jusqu'à une hauteur définie, alimentant de préférence un réservoir de stockage. Le système conformément à l'invention allie dans un ensemble fonctionnel compact, la partie pompe proprement dite à la partie motrice. A cet effet, l'invention concerne une pompe hydromécanique comportant au moins une arrivée d'eau par simple gravité et au moins une sortie d'eau sous pression, pour alimenter en eau au moins un niveau d'élévation supérieure au site d'implantation de la pompe, caractérisée par le fait qu'elle est constituée de deux réservoirs situés l'un au-dessus de l'autre et mobiles verticalement et alternativement, selon leur remplissage respectif, par l'intermédiaire de moyens de transmission des mouvements des réservoirs entre eux et de moyens de transfert des masses d'eau contenues dans lesdits réservoirs, l'un des deux réservoirs étant solidaire d'un clapet, faisant office de piston, pour refouler l'eau sous pression. Premièrement les moyens de transmission sont constitués d'au moins une poulie fixe et câble, dont chaque extrémité est solidaire d'un réservoir. Deuxièmement, les moyens de transfert sont constitués par au moins un clapet de vidange par réservoir. Troisièmement, le clapet faisant office de piston est solidaire du réservoir supérieur. L'ensemble de la pompe est confiné dans un bâti comportant des couvercles supérieur et inférieur, où sont implantés les tuyaux d'arrivée et de sortie de l'eau sous pression et un tuyau d'évacuation de l'eau, qui était contenue dans les réservoirs. Ce bâti comporte un plateau médian, permettant l'actionnement des moyens de transfert du réservoir supérieur pour le transfert de l'eau vers le réservoir inférieur, et un plateau inférieur, permettant l'actionnement des moyens de transfert du réservoir inférieur pour le transfert de l'eau vers le tuyau d'évacuation. D'une part, le réservoir supérieur est solidarisé au clapetpiston par un tube vertical mobile, et d'autre part, le bâti comporte un tube vertical fixe, le tube mobile coulissant dans le tube fixe. Le clapet-piston est constitué, d'une part, d'un siège solidaire du tube mobile et, d'autre part, d'une boule flottante dans le tube fixe et pouvant obturer l'ouverture du siège lorsque le niveau d'eau est suffisant, ce qui forme le piston. Le réservoir supérieur comporte un couvercle qui présente un alésage pouvant être obturé en position basse par un clapet, pour empêcher l'entrée d'eau, et pouvant être ouvert en position haute par le tuyau d'arrivée, pour permettre l'entrée d'eau. Le couvercle qui recouvre le réservoir supérieur, est surmonté d'un réservoir auxiliaire qui circonscrit l'alésage et qui se remplit lors de la descente dudit réservoir supérieur. Un clapet anti-retour est présent en aval du tube vertical fixe. La paroi latérale du réservoir supérieur comporte au moins un alésage pour l'évacuation d'un surplus d'eau. Les dessins ci-joints sont donnés à titre d'exemples indicatifs et non limitatifs. Ils représentent un mode de réalisation selon l'invention. Ils permettront de comprendre aisément l'invention. La figure 1 représente une vue latérale d'une pompe conforme à l'invention. La figure 2 représente une vue en coupe longitudinale selon A-A de la figure 1, où l'ensemble des pièces internes de la pompe est bien représenté. La figure 3 représente une vue en coupe transversale selon B-B de la figure 1 au niveau du couvercle supérieur. La figure 4 représente une vue en coupe transversale selon C-C de la figure 1 au niveau du réservoir supérieur. La figure 5 représente une vue en coupe transversale selon D-D de la figure 1 au-dessus du plateau médian. Enfin, la figure 6 représente une vue en coupe transversale selon E-E de la figure 1 au niveau du clapet-piston. La présente invention concerne une pompe hydromécanique 1 dont une vue d'ensemble est bien représentée à la figure 1. Celle-ci 1 est constituée d'un bâti 12 qui renferme le mécanisme de fonctionnement de la pompe 1. Le bâti 12 est donc de forme cylindrique creuse et est cloisonné à ses deux extrémités par deux couvercles 13 et 23. La position générale de cette pompe 1 est sensiblement verticale de sorte que le couvercle 13 est en position supérieure et le couvercle 23 en position inférieure. Le bâti 12 repose donc sur le sol ou bien dans un trou effectué pour le recevoir, l'axe longitudinal dudit bâti 12 étant perpendiculaire à l'horizontal. Selon la figure 2, la pompe hydromécanique 1 est représentée en configuration de début de cycle de pompage. On remarque que la carcasse extérieure est constituée du bâti 12, du couvercle supérieur 13 ainsi que du couvercle inférieur 23. Le lien qui existe entre l'extérieur et l'intérieur de la pompe 1 est constitué par un ensemble de tuyaux 2, 3 et 14. Le tuyau 2 est un tuyau d'arrivée de l'eau par simple gravité, par exemple du fait de l'écoulement d'un petit cours d'eau. Le tuyau 3 est un tuyau de sortie de l'eau sous pression, qui permet d'alimenter un site situé en position supérieure au site d'implantation de la pompe 1. Enfin, le tuyau 14 est un tuyau d'évacuation du surplus d'eau. Ce surplus d'eau est en fait constitué par l'eau utilisée pour le fonctionnement de la pompe 1. Le bâti 12, cloisonné par les couvercles 13 et 23, est cloisonné intérieurement par un plateau médian 20, situé en position sensiblement intermédiaire, et par un plateau inférieur 21, qui délimite un espace au voisinage du couvercle inférieur 23. Ces deux plateaux 20 et 21 sont pourvus d'un certain nombre d'évidements 30 et 31, dont les fonctions seront explicitées ciaprès. En fait de part et d'autre du plateau médian 20, sont présents deux réservoirs 5 et 15. Le réservoir supérieur 5 est bien entendu positionné entre le couvercle supérieur 13 et le plateau médian 20, alors que le réservoir inférieur 15 est situé entre le plateau médian 20 et le plateau inférieur 21. Ces deux réservoirs 5 et 15 ont une forme en coupe transversale qui est circulaire. Il convient de noter que le diamètre de ces réservoirs 5 et 15 est bien entendu inférieur à celui du bâti 12 et que les réservoirs 5 et 15 sont susceptibles de se déplacer longitudinalement le long de l'axe longitudinal de la pompe hydromécanique 1. Les deux réservoirs 5 et 15 ont des diamètres différents, le réservoir supérieur 5 étant d'un diamètre inférieur à celui du réservoir inférieur 15. Cette différence de diamètre est due à la présence de moyens de transmission 10 et 11 des mouvements des réservoirs entre eux. Chaque moyen est essentiellement constitué par une poulie 10, supportée par une équerre 29, poulie sur laquelle passe un câble 11, l'une des extrémités du câble 11 étant fixée au réservoir inférieur 15, alors que l'autre extrémité est fixée au réservoir supérieur 5. L'axe de rotation de la poulie 10 est sensiblement positionné au niveau de la cloison latérale du réservoir supérieur 5, de sorte que la fixation du câble 11 sur ledit réservoir 5 se fait au niveau de l'espace intérieur de celui-ci, et que la fixation, par rapport au réservoir inférieur 15, se fait au niveau de la cloison latérale. Bien entendu, pour que le mouvement soit équilibré, la pompe hydromécanique 1 comporte trois poulies 10 et trois câbles 11 situés avec un angle de 1200 entre chaque poulie dans un même plan transversal et horizontal. Du fait de la présence médiane du plateau 20, celui-ci 20 comporte de petits alésages pour permettre le passage des câbles 11, comme cela est bien représenté à la figure 5. La longueur de chaque câble 11 implique que le réservoir supérieur 5 est en position haute lorsque le réservoir inférieur 15 est en position basse. Dans le mouvement opposé, le réservoir supérieur 5 est en position basse, alors que le réservoir inférieur 15 est en position haute. Cette seconde position n'est pas représentée sur les figures. Dans cette seconde position, les deux réservoirs 5 et 15 sont adjacents du plateau médian 20. Il est bien évident que dans cette configuration, le réservoir supérieur 5 sera plus lourd que le réservoir inférieur 15. Pour pouvoir obtenir un mouvement inverse, il est nécessaire que le plateau inférieur 15 s'alourdisse, et/ou que le plateau supérieur 5 s'allège. Pour se faire, ledit réservoir supérieur 5 comporte des moyens de transfert de l'eau 4, qu'il contient, vers ledit réservoir inférieur 15. Ces moyens de transfert sont constitués par des clapets de vidange 6, qui sont actionnés et coopèrent avec le plateau médian 20. Lorsque les clapets de vidange 6 sont en contact avec le plateau médian 20, le réservoir 5 continue à descendre par inertie, ce qui provoque un largage de l'eau contenu dans ledit réservoir 5. Cette eau 4 va tomber par simple gravité dans le réservoir 15 via des évidements 30 pratiqués dans le plateau médian 20. Il va résulter de cet état de fait un déséquilibre entre les masses respectives des deux réservoirs 5 et 15, et un retour vers la position représentée à la figure 2. Dans cette position, on remarque que le réservoir inférieur 15 comporte également des clapets 16 qui, au contact du plateau inférieur 21, vont également s'ouvrir et permettre un largage de l'eau 4 dans l'espace situé entre le plateau inférieur 21 et le couvercle inférieur 23, via des évidements 31 portés par ledit plateau 21, ce qui va permettre la sortie de l'eau selon F3 par le tuyau d'évacuation 14. Bien entendu, ce mouvement est associé à un système de piston permettant l'évacuation d'une certaine quantité d'eau 4, par l'intermédiaire du tuyau de sortie 3. De ce fait, le fond du réservoir supérieur 5 comporte un alésage qui se prolonge en partie inférieure sous la forme d'un tube vertical 7, dont l'extrémité libre est constituée par le siège 9 pouvant constituer le clapet-piston, comme cela sera décrit plus loin. Le tube 7 étant solidaire du réservoir 5, celui-ci 7 est mobile selon l'axe longitudinal de la pompe 1. Le tube 7 coopère avec un tube vertical, de diamètre plus important, 17, qui est situé entre le plateau médian 20 et le plateau inférieur 21. Du fait de sa présence, le réservoir inférieur 15 comporte une ouverture centrale dans laquelle s'inscrit ledit tube 17. Ce tube 17 est fixe et comporte une boule flottante 19 sur l'eau 4. I1 est bien évident que le coulissement du tube 7 à l'intérieur du tube 17 s'effectue de façon étanche, c'est-à-dire sans perte d'eau. Au niveau du plateau inférieur 21et du tube vertical fixe 17, est présent un clapet anti-retour 25, qui permet à l'eau, qui a été envoyée en aval dudit clapet 25, de ne pas refluer dans la pompe 1. Comme on le voit bien sur la figure 2, le tuyau d'arrivée 2 de l'eau 4 est implanté sur la pompe 1 en vis-à-vis du tube vertical mobile 7. Lorsque l'eau 4 arrive selon F1 par le tuyau 2, celle-ci 4 tombe à l'intérieur du tube 7, puis du tube 17, ce qui élève le niveau d'eau 4 et la boule flottante 19. Lorsque le niveau d'eau 4 est correct, cette boule 19 vient au contact du siège 9. L'eau ne pourra plus passer sous cet ensemble constitué par le siège 9 et la boule flottante 19, qui constitue le clapet-piston. L'eau va ensuite remplir le tube 7 puis le réservoir supérieur 5, dont les clapets de vidange 6 sont fermés. Lorsque la masse dudit réservoir 5 sera suffisante, l'ensemble sera mû vers le bas par simple gravité. Dans cette configuration, le piston 9, 19 va pousser l'eau au travers du clapet anti-retour 25, ce qui va assurer la sortie sous pression, selon F2, de l'eau 4 au travers du tuyau de sortie 3. L'ensemble formé par des pièces 8 et 22 évite aux réservoirs 5 et 15 de se trouver à l'arrêt entre leurs positions extrêmes d'équilibre statique. La pièce 8 est constituée d'un couvercle fermant le réservoir 5. Ledit couvercle 8 est surmonté dans sa partie axiale d'un réservoir auxiliaire 24 de petite dimension au centre duquel un alésage 18 est obturé, en l'absence d'effort extérieur, par le clapet obturateur 22. En position haute du réservoir 5, l'extrémité rigide du tuyau d'arrivée 2 force l'ouverture du clapet 22 au travers de l'alésage 18. L'eau 4 s'écoule librement dans la pompe 1 dès l'instant où le réservoir 3 est suffisamment chargé, il quitte sa position d'équilibre, position haute, et libère ledit clapet 22 de l'action du tuyau rigide 2. Le réservoir 5 est alors obstrué et le réservoir auxiliaire 24 se remplit au cours de la descente de l'ensemble. En position basse, le réservoir 5 vidange une partie de son eau dans le réservoir inférieur 15. Entre temps, l'eau 4 d'alimentation, s'écoulant par le tuyau 2, fait déborder le réservoir auxiliaire 24, le trop plein remplit le réservoir inférieur 15 qui voit alors sa charge s'alourdir. La remontée du réservoir 5 ne sera donc pas contrariée par l'écoulement de l'eau 4 d'alimentation mais au contraire favorisée par l'alourdissement de la charge du réservoir 9. Le trop plein d'eau 4 va pouvoir s'écouler par l'orifice 27 du plateau médian 20. En pratique, si le débit d'alimentation n'est pas trop important, la remontée du réservoir peut s'effectuer sans avoir recours à un tel dispositif. Néanmoins, cette amélioration du système assure un bon fonctionnement de la pompe 1, quel que soit le débit d'alimentation. Le rôle de l'orifice 26 situé sur le réservoir 5 est de vidanger en partie le réservoir 5 dans le cas où celui-ci se trouverait immobilisé au cours de la descente dans une position intermédiaire aux positions extrêmes haute et basse. Ce type de situation peut se présenter dès l'instant où le tuyau de refoulement de l'eau est obstrué par un élément quelconque. Dans ce cas, le réservoir 5 immobilisé, vidange lentement une partie de son eau par l'orifice 26. Cette eau chemine sur la paroi interne du corps de la pompe 1, traverse le plateau 28 par l'orifice 27 et s'évacue par la base de la pompe 1. Une fois la vidange terminée, la charge du réservoir 15 est obligatoirement supérieure à celle du réservoir 5, ce qui entraîne le retour desdits réservoirs 5 et 15 à leur position d'équilibre représentée sur la figure 2. REFERENCES 1. Pompe hydromécanique 2. Tuyau d'arrivée d'eau par simple gravité 3. Tuyau de sortie d'eau sous pression 4. Eau 5. Réservoir supérieur mobile 6. Clapets de vidange du réservoir 5 ou moyens de transfert 7. Tube vertical mobile 8. Couvercle du réservoir 5 9. Siège du clapet-piston solidaire du tube 7 et du réservoir 5 10. Poulies recevant les câbles 11 il. Câbles reliant les réservoirs 5 et 15 12. Bâti de la pompe 1 13. Couvercle supérieur du bâti 12 14. Tuyau d'évacuation de l'eau des réservoirs 5 et 15 15. Réservoir inférieur mobile 16. Clapets de vidange du réservoir 15 ou moyens de transfert 17. Tube vertical fixe 18. Alésage du couvercle 8 du réservoir 5 19. Boule flottante dans le tube 17 et coopérant avec le siège 9 20. Plateau médian 21. Plateau inférieur 22. Clapet obturateur de l'alésage 18 23. Couvercle inférieur du bâti 12 24. Réservoir auxiliaire porté par le dessus du couvercle 8 25. Clapet anti-retour 26. Orifice de vidange du réservoir 5 27. Orifice du plateau médian 20 28. Orifice de vidange secondaire ou mise à l'air du réservoir 5 29. Equerres supportant les poulies 10 30. Evidements du plateau médian 20 31. Evidements du plateau inférieur 21 F1. Arrivée de l'eau 4 par gravité F2. Sortie de l'eau 4, sous pression, provenant des tubes 7 et 17. F3. Sortie de l'eau 4, par gravité, issue des réservoirs 5 et 15. REVENDICATIONS 1. Pompe hydromécanique (1) comportant au moins une arrivée (2) d'eau par simple gravité et au moins une sortie (3) d'eau sous pression, pour alimenter en eau (4) au moins un niveau d'élévation supérieure au site d'implantation de la pompe (1), caractérisée par le fait qu'elle est constituée de deux réservoirs (5 et 15) situés l'un (5) au-dessus de l'autre (15) et mobiles verticalement et alternativement, selon leur remplissage respectif, par l'intermédiaire de moyens de transmission (10, 11) des mouvements des réservoirs entre eux et de moyens de transfert (6 et 16) des masses d'eau (4) contenues dans lesdits réservoirs (5 et 15), l'un des deux réservoirs (5 et 15) étant solidaire d'un clapet (9, 19), faisant office de piston, pour refouler l'eau (4) sous pression. 2. Pompe, selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les moyens de transmission (10, 11) sont constitués d'au moins une poulie fixe (10) et câble (11), dont chaque extrémité est solidaire d'un réservoir (5 ou 15), que les moyens de transfert sont constitués par au moins un clapet de vidange (6 ou 16) par réservoir (5 ou 15), et que le clapet (9, 19) faisant office de piston est solidaire du réservoir supérieur (5). 3. Pompe, selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que l'ensemble de la pompe (1) est confiné dans un bâti (12) comportant des couvercles supérieur (13) et inférieur (23), où sont implantés les tuyaux d'arrivée (2) et de sortie (3) de l'eau sous pression et un tuyau d'évacuation (14) de l'eau, qui était contenue dans les réservoirs (5 et 15). 4. Pompe, selon la revendication 3, caractérisée par le fait que le bâti (12) comporte un plateau médian (20), permettant l'actionnement des moyens de transfert (6) du réservoir supérieur (5) pour le transfert de l'eau vers le réservoir inférieur (15), et un plateau inférieur (21), permettant l'actionnement des moyens de transfert (16) du réservoir inférieur (15) pour le transfert de l'eau vers le tuyau d'évacuation (14). 5. Pompe, selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le réservoir supérieur (5) est solidarisé au clapet-piston (9) par un tube vertical mobile (7), et que le bâti (12) comporte un tube vertical fixe (17), le tube mobile (7) coulissant dans le tube fixe (17). 6. Pompe, selon la revendication 5, caractérisée par le fait que le clapet-piston (9, 19) est constitué, d'une part, d'un siège (9) solidaire du tube mobile (7) et, d'autre part, d'une boule flottante (19) dans un tube fixe (17) et pouvant obturer l'ouverture du siège (9) lorsque le niveau d'eau (4) est suffisant, ce qui forme le piston. 7. Pompe, selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 4 ou 5, caractérisée par le fait que le réservoir supérieur comporte un couvercle (8) qui présente un alésage (18) pouvant être obturé en position basse par un clapet (22), pour empêcher l'entrée d'eau (4), et pouvant être ouvert en position haute par le tuyau d'arrivée (2), pour permettre l'entrée d'eau (4). 8. Pompe, selon la revendication 7, caractérisée par le fait que le couvercle (8), qui recouvre le réservoir supérieur (5), est surmonté d'un réservoir auxiliaire (24) qui circonscrit l'alésage (18) et qui se remplit lors de la descente dudit réservoir supérieur (5). 9. Pompe, selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisée par le fait qu'un clapet anti-retour (25) est présent en aval du tube vertical fixe (17). 10. Pompe, selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou 8, caractérisé par le fait que la paroi latérale du réservoir supérieur (5) comporte au moins un alésage (26 et/ou 28) pour l'évacuation d'un surplus d'eau.