| DE2756585A1 | 1979-06-21 |
| 1. | Pompe atmosphérique utilisant l'énergie solaire pour l'exhaure de L'eau, caractérisée en ce qu'elle comporte un tube destiné à être enfoncé en partie dans le sol, (fig. 1) pour atteindre une nappe d'eau souterraine (13) et dont La partie supérieure reste aérienne (A) et sert de ballast à air et vapeur, et La partie enterrée de ballast à eau (B). Un jeu de vanne et de chasse (27 32) à chaque extrémité du tube, reliées par une tige rigide (29), sont commandées dès qu'il y a perte de 0 pression et s'ouvrent en même temps. La pression est produite par La dilatation de L'air à Laquelle s'ajoute la vapeur obtenue par un bouil¬ leur (22) en partie aérienne qui entre directement dans la partie haute du ballast (19). L'évacuation de l'eau et sa remontée, s'opèrent grâce à un petit tuyau parallèle au tube (33), toujours Libre. Un plateau iso lant à L'intérieur du tube fixé sur la tige (36) sépare l'eau de la vapeur. |
| 2. | Pompe atmosphérique utilisant L'énergie solaire sel.on la reven¬ dication 1, caractérisée en ce qu'une partie du tube est en matière con¬ ductrice de La chaleur : Le ballast est aérien (A) et recouvert d'une (J peinture appropriée noire ou pour les pays peu insolés ou plus frais d'un absorbeur solaire teL que du verre cellulaire en coquille, et d'un manchon en film technique plastique transparent au spectre solaire spécialement sélectionné (37) créant L'effet de serre. |
| 3. | Pompe atmosphérique utilisant L'énergie solaire selon les reven dications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comporte un serpentin (22) qui entoure Le tube absorbeur. Ce serpentin appelé : bouilleur, produit de la vapeur qui rentre directement dans la partie haute du ballast (23), son niveau est entretenu à mihauteur par celui du réservoir d'eau (20). 0. |
| 4. | Pompe atmosphérique utilisant l'énergie soLaire selon Les reven¬ dications 1 à 3, caractérisée en ce que Le corps enterré du ballast (B), enfoncé verticalement dans Le sol qui atteint et dépasse le niveau de la nappe phréatique comporte de l'isolant (10) luimême recouvert d'un tube (7). |
| 5. | Pompe atmosphérique utilisant L'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que Le fond du ballast qui reçoit Le volume d'eau à remonter à chaque cycle (B) compor te à l'intérieur un système de chasse d'eau (38) fixé latéralement, en dessous du niveau de la nappe phréatique et d'une vanne 11 qui ne laisse entrer l'eau que si La commande du flotteur (12) l'y autorise, quand le ballast est vide, ou à bas niveau d'eau, si la pression n'a pas tout chassé. Ce flotteur est luimême solidaire d'une plateforme ronde iso¬ lante, dont le diamètre est légèrement inférieur à celui du ballast le Long duquel il doit bien glisser, et qui sert à séparer les fronts d'eau et d'air (36). |
| 6. | Pompe atmosphérique utilisant l'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'intérieur du ballast en partie haute comporte une vanne d'entrée d'air extérieur à la pression atmosphérique (32), laquelle une fois refermée par comman¬ de mécanique en liaison avec le flotteur (39), par un petit piston qui supporte un obturateur sphérique léger (40), quand la pression s'exerce. Chaque cycle qui comporte un niveau de consigne (41) provoque une éjec¬ tion d'eau (33) proportionnelle en volume aux pressions exercées par l'insolation extérieure et à tous les paramètres températures, volumes, pressions, obtenus et seront perpétués tant que ceuxci le permettront dans la journée. |
| 7. | Pompe atmosphérique utilisant l'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications de 1 à 6, catactérisée en ce qu'elle com¬ porte au niveau du sol en surface et reliée à elle, un réservoir ou tank (20) de retenue de l'eau et d'arrivée de celleci, d'un volume calculé devant permettre d'alimenter le bouilleur (19) sans dicontinuité. Le tank en partie haute (43) comporte un tropplein qui laisse l'eau s'écouler, alors qu'en partie basse, une vanne (24) antiretour de La vapeur est disposée sur le conduit d'eau nécessaire au bouilleur. Ouverte elle permet d'alimenter le niveau d'eau du bouilleur (21). |
| 8. | Pompe atmosphérique utilisant l'énergie solaire selon la reven dication 2, caractérisée en ce qu'une serre protectrice qui concerne de ce fait les revendications 1, 3, 4, 5, 6, 7, comporte un manchon fermé latéralement dans le sens de La longueur et qui est fermé par des an¬ neaux (24), pour son maintien en diamètre légèrement plus grand que le diamètre du tube, le manchon est rendu étanche par des ligatures (27 28). |
| 9. | Pompe atmosphérique utilisant l'énergie solaire selon l'une quelconque des revendications précédentes de 1 à 8, caractérisée en ce FEUILLE DE REMPLACEMENT qu'en variante, et disposant dans ce cas, d'énergie électrique, l'utili¬ sation d'électrovannes régulées par pressostats, en fonction des pres¬ sions exercées rempLacent Les systèmes d'obturation de La revendication 5. 10. Pompe atmosphérique utilisant l'énergie solaire selon la reven¬ dication 5, caractérisée en ce que Le dispositif de plateforme isolante de séparation des fronts d'air et d'eau comporte deux plateaux étanches, dans les applications de grandes profondeurs, (fig. 4) l'un au niveau de L'eau (4) et l'autre relié par une tige rigide sensiblement au niveau du sol (3), formant ainsi un véritable piston, l'air emprisonné entre les deux plateaux sert d'isolant (6). . FEUILLE DE REMPLACEMENT. |
Le principe est une application relative aux gaz parfaits suivant l'équation d'état des gaz de CLAPEYRON : P.V. = n.R.T. utilisant La presssion que peut exercer- de La vapeur saturée à une température T. correspondante et produite.
L'invention se compose donc d'un tube (1) appelé : "ballast" de longueur supérieure à la profondeur à atteindre, soudé, ou bridé aux jonctions en cas de raccords, selon Les techniques utilisées par les pétroliers, en acier, cuivre, et généralement en tous matériaux, conduc¬ teurs de chaleur, susceptibles de résister à de fortes pressions exter¬ nes ( mouvements de terrain et abrasion), et/ou, internes (gaz). Le di- mensionne ent étant adapté aux conditions de profondeur requises, aux conditions climatologiques et aux besoins en débit.
Le tube ou ballast, (2) de diamètre variable, souvent adapté aux conditions du forage, à partir de 100 mm, et de Longueur appropriée sui¬ vant les cas, est fermé à chaque extrémité (3) par des calottes semi- sphériques bridées ou soudées qui le rendent totalement étanche à la vapeur, et susceptible de résister à une pression maximum de 30 bars.
La calotte du haut (4) comporte à son pôle une ouverture, là aussi variable quant au diamètre, destinée à recevoir un petit tube (5) : entrée sortie de diamètre moyen de 40 mm et de longueur moyenne 300 à 500 mm, pouvant supporter les mêmes contraintes que le ballast quant à la qualité des raccords.
L'extrémité extérieure du petit tube (6), destiné à être immergé, sera protégée, par une crépine fixe, ou flottante si l'on peut prévoir l 'étiage des eaux.
La crépine sera elle même protégée, par une armure en matière plas- tique, à cet endroit perforée (7) servant au recouvrement d'une partie du ballast (8) aux fins de retenir l'isolant (9) en verre cellulaire incorporé, qui augmentera donc le diamètre final hors tout d'au moins 100 mm, en fonction du coefficient d'isolation recherché dans la partie enterrée ( 10 ) . FEUILLE DE REMPLACEMENT
A L'autre extrémité du petit tube, c'est-à-dire dans la partie in¬ térieure du ballast (11), une soupape anti-retour ( 12 ) , commandée par un flotteur Lui-même solidaire d'un autre flotteur légèrement inférieur au diamètre du tube (36) destiné à séparer les deux fluides, laissera
5 entrer l'eau jusqu'à un niveau de consigne déterminé, sous la pression de La nappe d'eau (13).
Cette soupape anti-retour peut avantageusement être remplacée par une électro-vanne commandée par des capteurs, si L'on peut disposer d'une source d'énergie électrique, même faibLe, comme par exemple l'uti-
10 lisation de photopiles (14).
L'autre extrémité du ballast, elle, est destinée à sortir de terre de l'ordre de 3 à 5 mètres en moyenne verticalement (15 ) , ou avec une inclinaison (16) correspondant à une meilleure optimisation de L'insola¬ tion, en fonction des impératifs thermodynamiques au niveau des échanges
15 de températures souhaités.
Le ballast dans sa partie aérienne, comme pour La partie enterrée, est revêtu de coqu lles en verre cellulaire, servant cette fois, non plus d'isolant (17) mais d'absorbeur de Lumière grâce à ses propriétés satisfaisantes de "corps noir" ; une peinture noire spéciale haute tem-
20 pérature recouvre C18), en outre, La surface de ce verre cellulaire, pour La partie aérienne, augmentant ainsi Les effets d'absorption du spectre solaire.
Dans Les pays extrêmement chauds, on pourra utilement s'abstenir de placer ce verre cellulaire pour la partie aérienne, un simple badigeon
25 à la peinture spéciale noire sur La coque du ballast sera suffisant. A fleur de peau sur La coque ou sur le verre cellulaire, sera disposé (19), en dessous de La mi-hauteur, un tube de cuivre noirci Lui aussi, de petit diamètre intérieur, environ 12 mm, et convenablement torsadé pour qu'il n'y ait pas de problème de point bas, afin de favori-
30 ser une gravitation maximum de La vapeur qui se formera dedans. Ce ser¬ pentin de cuivre aura une longueur de 75 à 100 mètres, soit une conte¬ nance de 7 à 12 Litres d'eau, une des extrémités de cet échangeur étant reliée à une cuve de grande contenance (20), environ 1 m.3 d'eau, alimen¬ tée par le trop-plein de la pompe atmosphérique, et qui devra être amor-
35 cée Le jour de la mise en route. Cette cuve ou "tank" sera placé tel que son niveau d'eau soit à mi-hauteur de la couronne de cuivre pour que celle-ci soit toujours à moitié remplie (21) ou qu'en cas de baisse inopinée du niveau dans Le tank il y ait quand même un peu d'eau dans La couronne (22). Un clapet spécial sur le raccord (24), bloque la pro-
vision d'eau du serpentin jusqu'à obtention de la pression souhaitée dans le ballast pour s'ouvrir à nouveau et réalimenter le bouilleur.
L'autre extrémité du tube de cuivre sera introduite avec les pré¬ cautions de résistance déjà décrites dans Le haut du ballast à environ 50 cm du pôle sur le côté le plus accessiblle par une réservation (23 ) . Enfin toute La partie aérienne du ballast sera ensachée dans un film plastique spécial longo? durée de 30 ou 65 microns d'épaisseur, très transparent au spectre solaire, sauf dans l'infra-rouge lointain, ce qui assure déjà un effet de serre optimisé. Cette enveloppe ou "manchon", sera retenu par un système de cerceaux (24) créant une rigidité relati¬ ve et permettant de s'éloigner de la paroi du ballast de quelque 70 mm (25) pour créer une lame d'air. Dans certaines régions froides, mais ensoleillées, on pourra créer un deuxième manchon (26) de diamètre légè¬ rement supérieur : 60 mm, recouvrant le premier, ce qui évitera les dé- perditions calorifiques par suite des réémissions infra-rouge du ballast et agira comme un isolant.
Les extrémités du manchon seront ligaturées, sur coussins étanches, autour du tuyau d'entrée/sortie de l'air (27) et du ballast ( 28 ) .
Le petit tuyau fixé sur le pôle de l'extrémité aérienne du ballast servira à l'évacuation de la vapeur initialement introduite dans le bal¬ last, pour la remise en équilibre du niveau d'eau à l'intérieur du ballast, en fin de cycle.,
Une simple balle de ping-pong reliée par une tringle rigide, soi¬ gneusement mesurée, (29) au flotteur de la chasse d'entrée de l'eau, servira de clapet anti-retour (30) résistant à la pression de 30 bars en position haute dès lors qu'il y aura montée en pression et s'ouvrant au¬ tomatiquement dès lors que le niveau du flotteur aura atteint sa course la plus basse, permettant ainsi le remplissage du ballast en eau et Le renouvellement d'air pour l'abaissement de la température nécessaire à l'équilibre du système. La balle est introduite dans un conduit (31) tubulaire perforé pour Laisser passer L'air, un peu plus grand que son diamètre et se plaque sur la collerette d'un joint pour l'étanchéité (32). Le conduit a une dimension au moins égale à la course du flotteur pour l'eau. Un autre flotteur (36) isolant, spécialement conçu pour séparer le front d'eau du volume "gaz vapeur" et rendu étanche, coulissera le long de la paroi à l'intérieur du ballast. Ce dispositif permettra d'isoler les températures respectives du gaz chaud et de l'eau plus froide, évi¬ tant ainsi une condensation excessive de la vapeur interne.
FEUILLE DE REMP
Le système décrit ci-dessus est autonome et fiable, néanmoins si l'on peut disposer d'énergie électrique, éventuellement par photopiles, rien n'empêcherait sa robotisation par électro-vannes et régulation ap¬ propriée avec pressostat et moteur d'asservissement. 5 On aura compris La marche de L'ensemble quand on sait qu'un tuyau de diamètre relativement petit de L'ordre de 20 à 40 mm, suivant Le dimensionnement de L'instalLation, sortant de la base du ballast (33) bien en dessous du niveau de l'étiage des eaux, près de La calotte inférieure et Longeant, comme Les traceurs, La coque extérieure du bal- t0 Last, ressortira au niveau du soL (34), d'où l'on verra sortir par éjec¬ tions saccadées, en fonction des montées en pression interne, une quan¬ tité d'eau qui devrait atteindre 8 m3/jour dont 1 m3 environ récupéré par un trop-plein, servira à La production de vapeur saturante néces¬ saire. Cette vapeur, qui en pLus de La dilatation de l'air surchauffé T5 par L'exposition du ballast au soleil, confinée dans L'enceinte du bal¬ last, créera La pression nécessaire pour pousser L'eau du ballast vers le bas dans le conduit jusqu'à La chasser quantitativement en corréla¬ tion avec les puissances variables obtenues, dues à l'aléa soLaire.
Quand on connait Les problèmes que posent La "faim dans le monde" 0 pratiquement toujours Liés au manque d'eau qui sévit sur La terre et qui manquera toujours plus à cause des effets démographiques, il paraît intéressant de penser que cette invention apportera sa contribution efficace à l'exhaure de L'eau, en concurrence certaine avec Les systèmes de pompage contraignants, adaptés mais onéreux déjà existants tels que 5 ceux nécessitant un apport d'énergie important, ou des transports Loin¬ tains et des servitudes peu adaptés aux sites tropicaux : déserts, sa¬ vanes... A noter que Le rapport coût d'installation, en utilisant des photopiLes, pour Le même effet diurne représente dix fois Le coût d'une installation qui utiliserait La POMPE AUTONOME ATMOSPHERIQUE SOLAIRE, et 0 que probablement elle intéressera des petits hameaux de brousse pour les usages domestiques ou des agriculteurs en quête d'irrigation indispen¬ sable. Des nomades même, pourraient avoir de grandes satisfactions s'ils pouvaient trouver des points d'eau bien alimentés et autonomes, puisque sans surveillance. 5 A noter qu'un jeu de batterie de ballasts contigus (35) permettrait de relever L'eau par paliers pour peu que l'on ne dispose pas dans un ballast de grande profondeur d'une force de pression suffisante pour éjecter l'eau à la surface. Dans ce cas l'exhaure de l'eau passerait par plusieurs ballasts judicieusement étalonnés, pour que Le dernier et le
moins profond soit celui qui permette à l'eau d'atteindre la surface.
L'entretien et La maintenance de L'appareiL sont inexistants, ex¬ ceptés dans Le cas d'adjonctions électriques, on notera avec intérêt que le tube mis en place, pourrait servir en cas de nécessité de remplace- ment, de cuveLage du forage, et permettre la réintroduction d'un nouveau ballast après avoir défoncé au trépan le fond diffic lement accessible, de celui devenu obsolète.
Le dessin reflète les différentes descriptions ci-dessus, avec : Fig. 1 : le principe général. Fig. 2 : la position inclinée (16).
Fig. 3 : le système en batterie (35). Fig. : une variante de mise en oeuvre. On notera sur cette fig. 4 l'amélioration en variante qui peut être apportée au rendement général, ceci grâce à une mise en oeuvre, néan- moins plus délicate, si la "plateforme" de séparation isolante (36) de fig. 1, rendue parfaitement étanche sur sa périphérie, par exemple par des presse-étoupes prêts, cependant, à glisser le long de la paroi du ballast dès lors que la pression augmentera, est doublée par une fixation similaire sur la tige (29), au niveau du ballast qui entre en terre (3), la première étant toujours au niveau de l'eau ou presque.
L'ensemble constituant un piston (5) isolant par lui-même puisqu'il con¬ tient de l'air emprisonné, plus froid certes, mais n'ayant pas d'in¬ fluence, sur la partie chaude, c'est-à-dire aérienne du ballast, Là ou justement Le volume de l'air plus réduit cette fois, augmentera plus vite en température, accélérant La durée du cycle, puisque la pression nécessaire à l'exhaure de L'eau sera plus rapidement atteinte.
FEUILLE DE REMPLACEMENT