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EP2399024A2 - Systeme et methode de production autonome de fluide et d'electricite - Google Patents

Systeme et methode de production autonome de fluide et d'electricite

Info

Publication number
EP2399024A2
EP2399024A2 EP10719813A EP10719813A EP2399024A2 EP 2399024 A2 EP2399024 A2 EP 2399024A2 EP 10719813 A EP10719813 A EP 10719813A EP 10719813 A EP10719813 A EP 10719813A EP 2399024 A2 EP2399024 A2 EP 2399024A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pumping
fluid
pressure
gas
depression
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10719813A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Le Bemadjiel Djerassem
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP2399024A2 publication Critical patent/EP2399024A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/005—Installations wherein the liquid circulates in a closed loop ; Alleged perpetua mobilia of this or similar kind
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B3/00—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water
    • E03B3/06—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water from underground
    • E03B3/08—Obtaining and confining water by means of wells
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Definitions

  • Nuclear power plants use fissile material to heat water whose steam is directed under high pressure to turbines and causes them to rotate. The rotation of these turbines then drives an alternator that produces electrical energy during its rotational movement. Nuclear power plants do not produce greenhouse gases, but they release a lot of radioactive waste very difficult to manage. Nuclear power plants, no matter where they are, present a global danger in the event of an accident, like the Chernobyl power plant. Their investment cost and the skill required to run these nuclear plants are enormous, so many countries around the world can not afford to dream of such technology.
  • the present invention will then solve the problem of external energy supply to be converted into hydraulic energy necessary for pumping or transporting a fluid from one point to another.
  • the invention consists of a method based on the principles of autonomous depression or relaxation and compression and a system for pumping autonomously and continuously any liquid in contact with the system.
  • the system has no submerged pump or mechanical piston and no need for external power supply to operate continuously. With these characteristics, the system has solved one of the biggest problems: the need to use external energy.
  • a non-insulated firm thermodynamic system is a system that does not exchange material with the external medium but can exchange any kind of energy with the external medium (for example heat, mechanical force, displacement, etc.).
  • the present invention thus exploits the situation where it is the firm system that provides work to the outside environment.
  • compressible fluids Take the case of a compressible fluid, for example air, contained in a tube isolated from the external environment by a plug of negligible weight and can slip without friction on the wall of the tube. If the pressure of the external medium is brought below the pressure prevailing inside the system, the plug will move under the effect of the expansion of the compressible fluid inside the system. It is said that the system provided work.
  • Figure # 1 shows two enclosures separated by an impervious plug of negligible weight.
  • the plug is secured by two pins [100] to hold the plug in place against the differential pressures.
  • V1 and P1 respectively be the volume and the pressure in compartment B and Pex the pressure in compartment A such that Pex "P1.
  • the stopper [101] is pushed upwards because of the expansion of the gas as shown in Figure 2. This is the result of the work of the gas contained in the pregnant [B].
  • the condition for the liquid [107] to completely fill the tube [106] is that the work provided by expansion or expansion of the gas [110] is sufficient to provide the required work. And this is directly related to the magnitude of the pressure Pex of compartment A.
  • the work necessary to provide for the liquid [107] to completely fill the length of the tube [106] is described by the formula below established taking into account the devices of the experiment:
  • P1 and V1 are respectively the pressure and the volume of the gas [110] in the initial state, that is to say before the opening of the valve [105];
  • Q is the density of the liquid [107];
  • g is gravity, R is the gas constant;
  • T is the temperature of the gas;
  • Vt the total volume of the tube [106];
  • Vtsp is the specific volume of the tube [106]; the angle between the system and the horizontal plane.
  • the number of systems to put in series tends to a constant when the angle Dtend to 90 degree, that is to say in the vertical position.
  • the size of n is limited by the square of the volume of the tube, in other words the mass m of the liquid because of the work (- mgh) to provide to raise the water in the tube. If the angle Dtend to zero, the total number of systems n tends to infinity, which means that if we install this system in the horizontal plane that is to say layer at the surface of the ground , the length of the system tends towards infinity. This makes this system the ideal pipe line for liquid transport from one point to another.
  • the condition that the serial flow continues to the reservoir depends on the differential pressure between the pressure above the liquid [116] and the pressure of the gas inside the last system [115]. This differential must be large enough to raise the liquid [125] to the height of the tube [117] and pour it into the last system [115]. Also for this system to operate continuously, it is important to note that the pressure of the gas [110] must be higher than the boiling pressure. Pressure below which the dissolved gases will gasify and fill the difference of pressure in the system adjacent to the first system. The gases from the liquid phase will therefore increase the pressure of the gas above the liquid, which will not allow the activation of the autonomous serial depression.
  • the critical pressure Pc and the pressure of the first system Pex must imperatively be above the boiling pressure. For water, the boiling pressure even at 50 degrees Celsius is low enough (0.123 bar) and can be estimated for any temperature between 5 and 140 degrees Celsius by the following equation:
  • the device of FIG. 5 is therefore capable of autonomous serial depression followed by autonomous serial flow. This operation will be perpetual provided that the external system does not run out in liquid and that the depression created at the level of the first system [112] is kept constant. Practically this can be done using a vacuum pump connected to the system [112], the flow will be continuous. Using a vacuum pump will mean using energy from an external source (electrical or mechanical).
  • Ph is the hydrostatic pressure at immersion in the liquid
  • dvh is the volume of compressed gas
  • P is the pressure of the gas after its extension
  • dv is the volume gained by the gas during its expansion
  • dV is the total change in volume gas when contained in an isolated system to which Ph is applied.
  • equation 11 gives the following expression describing the gas pressure during the activation of the autonomous serial compression in each system as a function of the hydrostatic pressure Ph. It represents the pressure necessary to cause the rise of the liquid up to at the height of the tube ht:
  • Equation 12 is valid when the compression pressure is less than or equal to 1 bar. Beyond that, the assumption that compression follows the perfect gas law is no longer valid. Real gas effects involving other parameters must be taken into account.
  • This invention can be applied in the field of water. It can replace all the dewatering systems used today in the production of water. The depth that can be reached by the system is beyond several hundred meters. A simplification of this application is shown in Figure 9.
  • the power column corresponds to the drill head. The height of this power column must be designed to satisfy the condition necessary to trigger depression and serial flow when valve [128] will be open. If the capacity of the aquifer [129] to produce water is sufficient enough, the height of the head [127] can be increased to a sufficient load.
  • the faucet [128] can be replaced by a series of fountains to allow serving a large number of individuals to that time. The design of this pump must take into account the maximum flow that the aquifer [129] can deliver in order to avoid drying out the well.
  • the flow rate of the pump must therefore be lower than the maximum inflow rate of the water in the well or borehole.
  • a castle located at a height H of the ground can be filled directly. Just take the pump out of the well at a height allowing the tap [128] to pour water directly into the castle. Apart from the concern to make water reserve, this pump can work without a castle. It can directly feed water distribution systems in a village or city. The limiting factor will be the influx rate of the aquifer.
  • This pump solved the impossible problem of a closed hydro plant as described previously in the paragraph of the technical statement.
  • the pump does not need external energy to raise water to any height above the ground, so allows for a looped hydroelectric power generation system as shown in Figure 10.
  • This device is consists of a tank [138] containing water [139].
  • the self-contained vacuum pump [131] is installed and covered at its apical portion of a power column [132] containing water.
  • the power column is connected to the tank by a manifold [133].
  • a turbine [134] At the end of this collector is connected a turbine [134] which is in turn connected to an electric alternator.
  • Electrical cables [136] are connected to the alternator.
  • FIG. 1 is a thermodynamic system having two compartments A and B in which gas of different pressure exists.
  • Figure 2 is the same system to which the goubilles were removed.
  • the gas in compartment 2 relaxes by providing work capable of moving the cap. At equilibrium the pressure in both compartments is equal.
  • FIGS. 3 and 4 show a system as described in FIGS. 1 and 2, except that the two compartments communicate by means of a tube [106] provided with a valve making it possible to isolate them or put them into communication.
  • the plug is replaced by a liquid that can mount in the tube [106] depending on whether the compartment B gas is expanding or not.
  • Figure 5 shows the vacuum pump or serial compression consists of a series stack of devices as described in the 2/10 board.
  • Figure 6 shows another way of arranging the tubes for communicating the thermodynamic compartments.
  • Figure 7 shows the driving column necessary for the creation of the depression allowing to activate the serial depression.
  • Figure 8 showing the power column and the serial vacuum pump mounted together.
  • Figure 9 showing the configuration for producing any fluid in a well.
  • Figure 10 depicts a system for generating electrical energy autonomously. It includes a tank, standalone pump, turbine, alternator and manifold. Plate 8/10 Figure 12 showing a horizontal configuration for the transport of liquid on the surface.
  • Figure 11 depicting an autonomous power station with a combination of several stand-alone pumps in parallel.
  • FIG. 13 showing the pump using autonomous serial compression.

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Abstract

La présente invention se rapporte aux méthodes et systèmes de pompage ou de transfert de fluide et de production d'énergie de manière continue et autonome. Il se compose de système thermodynamiques fermes disposes en série. L'invention est base sur la découverte des principes de la dépression et compression sérielles autonomes. C'est la détente d'un gaz qui fournit le travail nécessaire au pompage ou transfert de liquide d'un compartiment à un autre.

Description

SYSTEME ET METHODE DE PRODUCTION AUTONOME DE FLUIDE ET
D'ELECTRICITE
« LES PRINCIPES DE LA DEPRESSION ET COMPRESSION SERIELLES AUTONOMES »
L'état technique
Les différentes méthodes de pompages artificiels existant aujourd'hui présentent tous un point commun en ce qui leur faut une source d'énergie mécanique, électrique, solaire , éolien ou hydrodynamique pour pouvoir produire une énergie hydraulique ou hydrodynamique nécessaire au transfert de liquide ou d'un point a un autre. Il existe des pompes électriques (submersibles ou axial avec le moteur électrique en surface) qui, comme le nom l'indique, ont besoin de l'énergie électrique pour pouvoir pomper un liquide d'un point a un autre. Il ya également des pompes a pistons a motricités humaines utilisées pour l'équipage de forages d'eau. Ces pompes nécessitent continuellement la motricité humaine pour fonctionner. Il ya également de pompes de type Glockeman qui fonctionne aussi de façon continue mais nécessite une chute ou source naturelle pour être capable de fonctionner de manière autonome. Tous ces différents systèmes de pompage nécessitent une énergie externe, ils ont besoin de mouvement mécanique pour fournir l'énergie hydraulique nécessaire au déplacement de liquides. Aussi ils sont sujets a d'usures mécaniques de composant qui font que plus ils sont utilises plus leur durée de fonctionnement diminue. Les pompes manuelles qui équipent presque la totalité des forages des villages dans le tiers monde ne tiennent pas longue du faite de leur usure assez rapide. La plus performante de ces pompes atteint difficilement la profondeur de 100 m. Ce qui les rend impraticables dans certaines zone de socles ou la nappe d'eau est au delà de 100 m. On fait alors recours au système de pompes immergées utilisant des panneaux solaire ou encore de groupes électrogènes. Le débit maximum de pompage de ces pompes manuelles diminue fortement avec la profondeur. La plus part de ces pompes ont un débit horaire moyenne 750 litres rendant difficiles l'accès a l'eau potable dans les villages. Ceci occasionne de longue file d'attente. Aussi ces systèmes de pompage ne sont pas facilement applicables dans la plus part des pays en voie de développement surtout quand il s'agit de l'irrigation ou la distribution efficicace d'eau potable.
L'un des problèmes crucial de notre ère aujourd'hui est la production d'énergie non nocive à l'environnement. Aujourd'hui tous les systèmes de production d'énergie les plus utilises sont a base de carburant fossiles. Il ya des centrales thermique qui nécessitent du carburant fossile pour produire de l'électricité. La combustion de ces carburants produit du gaz carbonique et autres gaz a effet de serre responsable du réchauffement climatique. Ces centrales thermiques utilisent de moteurs dits à combustion qui au démarrage tournent un axe qui entraine l'alternateur qui a son tour génère de l'électricité.
Les centrales nucléaires utilisent du matériel fissiles pour chauffer de l'eau dont la vapeur est orientée sous haute pression vers des turbines et provoque leur rotation. La rotation de ces turbines entraine alors un alternateur qui produit de l'énergie électrique lors de son mouvement de rotation. Les centrales nucléaires ne produisent pas de gaz a effet de serre mais ce pendant, ils en sortent beaucoup de déchet radioactive très difficiles a gérer. Les centrales nucléaires, peu importe ou ils sont, présentent de danger globales en cas d'accident a l'exemple du centrale de Tchernobyl. Leur coût d'investissement et la compétence requise pour gérer ces centrales nucléaires sont énormes et de ce fait beaucoup de pays dans le monde ne peuvent se permettre de rêver d'une telle technologie.
De nos jours beaucoup d'effort sont conjugues vers les énergies renouvelables telles que le solaire, l'énergie éolienne, l'énergie des sources géothermales etc. L'énergie solaire utilise des rayons solaires pour exciter des plaques photovoltaïques qui fournissent a la sortie de l'énergie électrique. C'est une énergie non polluante et gratuite ce pendant le coût des équipements solaires restent toujours exorbitant et aussi les perturbations climatologiques ou saisonnières affectent la performance des systèmes photovoltaïques. Ceci les rend peu attractives et applicables pour une consommation à l'échelle des agglomérations. L'énergie éolienne est largement exploitée dans beaucoup de pays développes mais encore il faudra du vent pour créer cette énergie. Les systèmes éoliens ne sont pas sous contrôle humain. Ils sont tributaires du cycle de vent. Ils ne peuvent servir que d'apport pour supporter d'autres systèmes de production d'énergie.
Dans le cas de l'énergie éolienne, c'est le vent qui entraine une hélice qui a son tour fait tourner l'alternateur qui produit de l'électricité.
Tous les systèmes cites ci-dessus transforment de l'énergie reçu en un mouvement de rotation qui entraine un alternateur et permettant ainsi la production d'électricité. Le cas idéal est celui des centrales hydroélectriques qui exploitent une chute continue d'eau pour produire une quantité assez importante d'énergie. Les barrages hydroélectriques sont les meilleures systèmes parce qu'ils ne polluent, ne nécessitent pas d'apport de carburant et ne produisent pas de gaz a effet de serre. Seulement ces barrages hydroélectriques ne peuvent être construites que la ou il ya une chute naturelle d'eau avec une hauteur de chute assez grand pour permettre de fonctionner. Ceci limite géographiquement leurs utilisations, on ne peut pas créer de centrales hydroélectriques. On peut construire des centrales hydroélectriques sur des sites dont l'étude technique montre une potentialité. Beaucoup de gens avaient pense construire un centrale hydroélectrique a boucle ferme. C'est-à-dire un central constitue d'un réservoir en hauteur et un autre réservoir en dessous. L'idée était de faire chuter de l'eau à partir du réservoir en hauteur, cette chute va entrainer une turbine en rotation pour produire de l'électricité. Une pompe sera installée dans le réservoir de récupération en bas pour repomper l'eau dans le réservoir érigé en hauteur. Mais un tel système est impossible a réaliser parce que la turbine va déjà dissiper une partie de l'énergie potentielle de l'eau en chute a cause du frottement et deuxièmes l'énergie totale absorbée par la pompe n'est pas convertie a 100% en énergie hydraulique pour renvoyer l'eau dans le réservoir initial. Un système hydroélectrique ferme est impossible. D'où la nécessite de trouver une chute d'écoulement naturelle.
Description de l'invention
La présente invention résoudra alors le problème d'apport d'énergie externe pour être transformée en énergie hydraulique nécessaire pour le pompage ou le transport d'un fluide d'un point à un autre. L'invention consiste en une méthode basée sur les principes de la dépression ou détente et compression sérielles autonomes et un système permettant de pomper de façon autonome et continue tout liquide au contact du système. Le système ne comporte aucune pompe immergée ou un piston mécanique ni aucun besoin d'apport d'énergie externe pour pouvoir fonctionner continuellement. Avec ces caractéristiques précités, le système a résolu l'un des plus grand problématique : la nécessite d'utiliser de l'énergie externe. Dépression sérielle autonome
Le principe de la dépression sérielle est basée sur le fait qu'un gaz contenu dans un système ferme non isole peut recevoir du travail du milieu extérieur ou en fournir au milieu extérieur. Un système thermodynamique ferme non isole est un système qui n'échange pas de matière avec le milieu extérieur mais peut échanger toute sorte d'énergie avec le milieu extérieur (par exemple la chaleur, force mécanique, déplacement etc....).
La présente invention exploite donc la situation ou c'est le système ferme qui fournit du travail au milieu extérieur. Ici il est question principalement des fluides compressibles. Prenons le cas d'un fluide compressible, par exemple l'air, contenu dans un tube isole du milieu extérieur par un bouchon de poids négligeable et pouvant se glisser sans friction sur la paroi du tube. Si on amène la pression du milieu extérieur en dessous de la pression qui règne a l'intérieur du système, le bouchon va se déplacer sous l'effet de l'expansion du fluide compressible se trouvant à l'intérieur du système. On dit que le système fourni du travail.
La figure #1 représente deux enceintes sépare par un bouchon imperméable de poids négligeable. Le bouchon est sécurisé par deux goupilles [100] pour maintenir le bouchon en place contre les pressions différentielles. Soit V1 et P1 respectivement le volume et la pression dans le compartiment B et Pex la pression dans le compartiment A tels que Pex«P1. Lorsque qu'on enlève les deux goubilles [100], le bouchon [101] est repousse vers le haut à cause de l'expansion du gaz comme le montre dans la figure 2. Ceci est le résultat du travail du gaz contenu dans l'enceinte [B].
Le travail effectue par le système se traduit par une augmentation de volume [103] ce qui correspond a l'équation :
(Equation 1)
Avec Pex la pression régnant dans le milieu extérieur et dV la variation du volume [103]
Reprenons la même expérience mais au lieu d'avoir un bouchon pouvant glisser sans frottement sous l'effet de l'expansion ou la détente du gaz, nous le remplaçons par un bouchon [104] complètement fixe par soudure ou collage a la paroi du tube. Ce bouchon ne peut donc pas se mouvoir lors de l'expansion du gaz. Remplissons alors le compartiment B d'un liquide [107] incompressible. Faisons traverse le bouchon [104] entre le compartiment A et B par un tube [106]. Ce tube [106] pénètre d'une profondeur de façon à éviter tout échange de gaz entre le compartiment B et le compartiment A. Ce système est donc un système thermodynamique ferme non isole dans lequel le bouchon flottant est remplace par un liquide incompressible. Le tube [106] qui traverse les deux compartiments est isole par une valve [105]. Lorsque la valve [105] est fermée comme le montre la figure 3, les deux compartiments A et B sont thermodynamiquement fermes et isoles. Maintenons la pression du Gaz dans le compartiment A, Pex, inférieur a la pression P1 du gaz [110] reignant au dessus du liquide se trouvant dans le compartiment B. Si on maintient la valve [105] fermée, les deux compartiments sont donc isoles l'un de l'autre comme le montre la figure 3. Dans cette condition rien ne se passe dans le compartiment B. Si on ouvre [lentement] la valve [105], du fait que la pression Pex du compartiment A est inférieur a la pression du gaz [110] du compartiment B, ce gaz va commencer une détente isotherme qui va donc pousser le liquide [107] du compartiment B a remonter dans le tube [106] comme le montre la figure 4. Cette remontée de liquide s'accompagne d'une augmentation du volume de gaz [110] dans le compartiment. Cette augmentation de volume [108] est le résultat du travail effectue par le gaz [110] du compartiment B. l'augmentation de volume sans échange de matière dans le compartiment B s'accompagne donc d'une baisse de la pression P1 du gaz [110].
Le travail total effectue par le gaz [110] lors de sa détente est donc exprime par la relation suivant :
w = -Pdv - mgh = -PexdV (Equation 2)
Avec P dans pression du gaz dans le compartiment B, dv la variation du volume [108] du gaz [110] de la figure 4, m la masse du liquide, g la pesanteur et h la hauteur [111] du liquide incompressible [107] dans le tube [106]. Pex est la pression externe au compartiment B reignant dans le compartiment A, dV est la variation de volume [103] de la figure 2.
La condition pour que le liquide [107] remplisse complètement le tube [106] est que le travail fourni par l'expansion ou la détente du gaz [110] soit suffisante pour fournir le travail requis. Et ceci est lie directement a la magnitude de la pression Pex du compartiment A. Dans le dispositif expérimental de la figure 3 et la figure 4 le travail nécessaire à fournir pour que le liquide [107] remplisse totalement la longueur du tube [106] est décrite par la formule ci-dessous établie en tenant compte des dispositifs de l'expérience:
' (Ec>uation 3) P1 et V1 sont respectivement la pression et le volume du gaz [110] a l'état initial, c'est-à- dire avant l'ouverture de la valve [105] ; Q est la densité du liquide [107]; g est la pesanteur, R est la constante de gaz; T est la température du gaz; Vt le volume total du tube [106] ; Vtsp est le volume spécifique du tube [106] ; pest l'angle entre le système et le plan horizontal.
La pression du gaz [110] dans le compartiment B lorsque le travail effectue est assez grand pour que le liquide [107] monte jusqu'à la hauteur du tube [106] est exprime par l'équation décrite par l'équation 4. Cette pression est appelé pression critique, Pc, au dessus de laquelle le liquide [107] va déborder le tube et se déverser dans le compartiment A. Elle est exprimée par l'expression suivante :
PgV t sin a pc — P11 F1 jβ RTV tsp (Equation 4 )
V1 + V1
Le travail total fourni par la détente isotherme du gaz [110] donc s'exprime par la relation ci-dessous qui est la solution de l'équation 3 :
(Equation 5 )
La diminution de la pression du gaz [110] du compartiment B du fait de l'expansion de ce dernier peut être exploité comme pression externe d'un autre système ferme non isole semblable au système de la figure 3 et 4. Ceci revient à disposer ces simples dispositifs du modèle étudier dans les figures 3 et 4 en série en les empilant les uns sur les autres comme le montre la figure 5. Ce dispositif est réalisé donc d'une série de système thermodynamique ferme et isole en ce qui concerne le gaz emmagasine au dessus du liquide de chaque système. Le nombre de mole de ces gaz reste une constante parce qu'il n'y pas d'échange de matière avec les autres systèmes. Ce pendant du point de vue thermodynamique, le liquide incompressible se comporte comme dans un système ouvert puisqu'il ya possibilité de transfert de liquide d'un système a un autre. C'est donc cette combinaison de système entre le liquide et le gaz qui sera donc crucial pour le fonctionnement du système entier comme présenter dans la figure 5. L'expansion du gaz qui se trouve dans un système ferme et isole va fournir le travail nécessaire pour transporter le liquide qui se trouve dans un système ouvert d'un système a un autre.
Dans le dispositif de la figure 5, si on applique une pression inférieure au gaz du premier système [112] ceci va provoquer l'expansion du système [114] se trouvant en dessous et cette « détente ou dépression en série ou sérielle » va se propager jusqu'au dernier système [115] dépendant de la pression créer au niveau du premier système [112]. Le dernier système [115] est lie directement par un tube [117] au milieu extérieur (système extérieur [116] contenant du liquide au dessus duquel existe une pression P pouvant être la pression atmosphère dans la plus part des cas ou une pression différentes si ce système externe est lui aussi ferme à l'atmosphère. Cette pression P est plus ou moins égale aux pressions initiales des gaz de chaque système du dispositif de la figure 5. Si la pression appliquée au premier système [112] est assez suffisante pour provoquer l'expansion du gaz contenue dans le dernier système [115]. Cette expansion va provoquer à son tour une diminution de la pression du système [115]. Cela va créer une différentielle de pression entre la pression ambiante du système extérieur [115] ce qui aura pour conséquence la monte du liquide contenu dans le système [115] dans le tube [117]. L'arrivé du liquide dans le système [112] va augmenter la pression du gaz de ce système ce qui provoquera une autre monter du liquide du système [112] vers le système situe au dessus. Cette montée va se dérouler de manière sérielle, on parle « d'écoulement sériel » jusqu'à ce que ce liquide atteigne le premier système et s'y dépose [113]. Si on maintient la pression du premier système constante, cette dépression sérielle suivie de l'écoulement sériel ne va jamais se terminer. Lorsque la dépression créée au niveau du premier système [112] est suffisamment grand pour que la pression du dernier système [115] soit égale à la pression critique, la pression P/ du gaz contenu dans chaque système / peut être décrite ou évaluée par l'équation suivante :
(Equation 6 )
Avec / le rang du système en descendant et Pex la pression absolue appliquée au premier système.
Pour une dépression Pex créer au niveau du premier système [112] le nombre maximale n de systèmes thermodynamiques à disposer en série de façon à ce que la pression du gaz du dernier système soit égale a la pression critique Pc est calcule par l'équation suivante :
n _ 1 (Equation 7 )
D'après l'équation 7 le nombre de systèmes a mettre en série tend vers une constante lorsque l'angle Dtend vers 90 degré, c'est à dire en position verticale. La grandeur de n est limite par le carre du volume du tube, en d'autre terme la masse m du liquide a cause du travail (- mgh) a fournir pour faire monter l'eau dans le tube. Ce pendant si l'angle Dtend vers zéro, le nombre total de systèmes n tends vers plus l'infini, ce qui voudra dire que si on installe ce système dans le plan horizontal c'est-à- dire couche a la surface du sol, la longueur du système tend vers plus l'infini. Ce qui fait de ce système le pipe line idéal pour le transport de liquide d'un point à un autre. Aussi les pertes de pression dues a la friction sont négligeables et peuvent être considérées comme nulles d'autant plus que ces pertes ne se limitent qu'aux pertes tout au long du tube [106] de chaque système seulement, ces pertes de charges ne s'additionnent pas. Ceci permet donc d'avoir une longueur énorme du dispositif comme présenté par la figure 5. La disposition des tubes n'a aucune influence sur le système. Les tubes peuvent être présentés plusieurs variantes comme par exemple la figure 6 Aussi connaissant le nombre total de systèmes montes en série, on peut calculer la dépression PexR nécessaire à créer au niveau du premier système [112] pour permettre d'atteindre la pression critique Pc au niveau du dernier système en appliquant l'équation suivante :
PgV t 2 Q + l ) sin a p Px V \ RTV lsp (Equation 8 ) exR F1 + Vt
La condition pour que l'écoulement sériel continue jusqu'au réservoir dépend de la pression différentielle entre la pression au dessus du liquide [116] et la pression du gaz a l'intérieur du dernier système [115]. Cette différentielle doit être suffisamment grande pour faire monter le liquide [125] à la hauteur du tube [117] et le déverser dans le dernier système [115]. Aussi pour que ce système fonctionne continuellement, il est important de noter que la pression du gaz [110] doit être supérieure à la pression d'ébullition. Pression en dessous de laquelle les gaz dissouts vont se gazéifier et vont combler la différence de pression dans le système adjacent au premier système. Les gaz provenant de la phase liquide vont donc faire augmenter la pression du gaz au dessus du liquide, ce qui ne va pas permettre l'activation de la dépression sérielle autonome. La pression critique Pc et la pression du premier système Pex doivent impérativement être au dessus de la pression d'ébullition. Pour l'eau, la pression d'ébullition même à 50 degré Celsius est suffisamment bas (0.123 bar) et peut être estimée pour toute températures comprise entre 5 et 140 degré Celsius par l'équation suivante :
lnPsût = 13, 7 - ^ (Equation 9 )
Avec T la température en Rankine et Psat la pression saturante en atmosphère.
Le dispositif de la figure 5 est donc capable d'une dépression sérielle autonome suivie d'un écoulement sériel autonome. Ce fonctionnement sera perpétuel à condition que le système externe ne s'épuise pas en liquide et que la dépression créé au niveau du premier système [112] soit maintenue constante. Pratiquement ceci peut être fait en utilisant une pompe à vide connectée sur le système [112], l'écoulement sera continu. Utiliser une pompe à vide voudra dire utilisation de l'énergie d'une source externe (électrique ou mécanique).
On va utiliser donc une des propriétés bien connues de la mécanique des fluides pour créer la dépression nécessaire au niveau du système [112] pour assurer le fonctionnement continue du système ou perpétuel du système. Prenons un dispositif comme décrit dans la figure 7. Il est compose d'un tuyau rempli de liquide jusqu'à une hauteur [119]. Au dessus de la surface du liquide règne une pression normale pouvant être égale à la pression ambiante du gaz milieu externe. Le tuyau a un orifice de vidange [122] ferme par une valve [121]. Lorsque la valve [121] est ouverte, l'eau s'écoule de l'orifice sous l'effet de son poids. Cet écoulement provoque une augmentation du volume du gaz [123], semblable à une expansion mais une expansion force par l'écoulement de l'eau. Ceci a pour conséquence la diminution de la pression du gaz [123]. Si on connecte l'extension [124] de la figure 7 au premier système [112] de la figure 5 comme le montre la figure 8, la dépression du gaz [123] va créer une diminution de pression requise au niveau du premier système [112] pour activer la dépression sérielle autonome. Et si cette pression Pex au niveau du système [112] est égale à la pression décrite par l'équation 8, la dépression sérielle autonome sera suivie de l'écoulement sériel autonome.
L'écoulement au niveau de l'ouverture [122] s'arrêtera à une hauteur minimale décrite par l'équation suivante :
T T _ Patin P ex (Equation 10 ) min
Pg
Avec Patm la pression externe correspondant à la pression atmosphérique dans un système ouvert a l'atmosphère. Si le raccordement de l'extension [124] se fait a la base [125] du système [112], l'écoulement sériel fera augmente le niveau du liquide qui s'écoulera donc a travers l'extension [124] de la colonne motrice de la figure 7. La hauteur de cette colonne motrice doit être assez haut de sorte que lorsque le niveau du liquide atteint la hauteur minimale Hmin a laquelle l'écoulement s'arrête au niveau du robinet [122], la pression Pex gaz soit égale a la pression nécessaire PexR pour activer la dépression sérielle autonome et l'écoulement sériel autonome.
Compression sérielle autonome
Aussi le même système tel que décrit ci-dessus utilisant le principe de la dépression sérielle autonome peut être utilise en créant une compression sérielle autonome. Pour réaliser ceci, il suffit d'immerger la pompe d'une profondeur suffisante pour provoque la compression du gaz contenu au dessus du liquide. Le but principal est de créer une compression de sorte qu'il y ait une différentielle avec la pression externe ou ambiante. En même temps que la compression se déroule et du fait que le liquide est ouverte au système se trouvant au dessus a une pression inférieur, le gaz en compression va fournir un travail qui fera monter le liquide du système dans le compartiment supérieur. La compression du gaz se fait par l'entrée du liquide a partir de sa partie immergée. L'entre du liquide dans le système réduit donc le volume de l'air d'où l'augmentation de sa pression. La pression de compression est égale à la pression hydrostatique du liquide dans lequel est immergée la pompe. La figure 13 montre la pompe en fonctionnement en mode compression sérielle autonome. Le travail total reçu et produit par le gaz est décrit par la relation suivante :
(Equation 11 ) w 0
Ou Ph est la pression hydrostatique a l'immersion dans le liquide, dvh est le volume de gaz comprime, P la pression du gaz après son extension, dv le volume gagne par le gaz lors de sa détente, et dV la variation totale du volume du gaz lorsqu'il est contenu dans un système isole auquel Ph est applique.
La résolution de l'équation 11 donne l'expression suivante décrivant la pression du gaz pendant l'activation de la compression sérielle autonome dans chaque système en fonction de la pression hydrostatique Ph. Elle représente la pression nécessaire pour provoquer la montée du liquide jusqu'à la hauteur du tube ht :
PgV1 2 sina
KTV P. = Ph£ Ψ (Equation 12 )
Dans le système de compression sérielle autonome, il n'ya pas besoin de colonne motrice. La différentielle de pression entre le système et le milieu extérieur est donc suffisante pour permettre l'écoulement sériel lorsque la profondeur d'immersion est suffisante pour activer la compression sérielle. L'équation 12 est valide lorsque la pression de compression est inférieure ou égale à 1 bar. Au delà, l'assomption selon laquelle la compression suit la loi des gaz parfait n'est plus valide. Il faudra tenir compte des effets de gaz réels impliquant d'autres paramètres.
DOMAINE D'APPLICATION Forage et puits d'eau
Cette invention peut être appliquée dans le domaine de l'eau. Elle peut remplacer tous les systèmes d'exhaures utilises aujourd'hui dans pour la production de l'eau. La profondeur pouvant être atteint par le système est au delà de plusieurs centaines de mètres. Une simplification de cette application est représentée par la figure 9. La colonne motrice correspond a la tète de forage. La hauteur de cette colonne motrice doit être conçu pour satisfaire la condition nécessaire pour déclencher la dépression et l'écoulement sériel lorsque que robinet [128] sera ouvert. Si la capacité de l'aquifère [129] à produire de l'eau est assez suffisante, la hauteur de la tête [127] peut être augmentée de façon a avoir une charge suffisante. Le robinet [128] peut être remplace par une série de borne fontaines pour permettre de servir un grand nombre d'individu à la fois. La conception de cette pompe doit tenir compte du débit maximum que l'aquifère [129] peut délivrer de façon a évité d'assécher le forage ou puits. Le débit de la pompe doit donc être inférieure au débit maximum d'affluence de l'eau dans le puits ou forage. Avec cette pompe, un château se trouvant à une hauteur H du sol peut être remplis directement. Il suffit de faire sortir la pompe du puits à une hauteur permettant au robinet [128] de déverser son eau directement dans le château. A part le souci de faire de réserve d'eau, cette pompe peut fonctionner sans un château. Elle peut alimenter directement des réseaux de distribution de l'eau d'un village ou d'une ville. Le facteur limitant sera le débit d'affluence de l'aquifère. Production Autonome d'Electricité
Cette pompe a résolu le problème impossible de centrale hydroélectrique ferme comme décrit précédemment dans le paragraphe de l'état technique. La pompe n'ayant pas besoin d'énergie externe pour élever de l'eau a une hauteur quelconque au dessus du sol, permet donc de réaliser un système de production d'énergie hydroélectrique en boucle comme le montre la figure 10. Ce dispositif se compose d'un réservoir [138] contenant de l'eau [139]. La pompe a dépression sérielle autonome [131] y est installée et recouverte au niveau de sa partie apicale d'une colonne motrice [132] contenant de l'eau. La colonne motrice est reliée au réservoir par un tuyau collecteur [133]. Au bout de ce collecteur on connecte une turbine [134] qui est liée à son tour à un alternateur électrique. Des câbles électriques [136] sont connectes a l'alternateur. Lorsqu'on ouvre la vanne [140], l'eau de la colonne motrice [132] coule dans le tuyau collecteur [133] et fait tourner la turbine qui entraine alors l'alternateur pour produire de l'électricité. La diminution de l'eau dans la colonne motrice provoque une extension du gaz [141] régnant au dessus de l'eau. Cette expansion crée donc une dépression qui active les phénomènes de la dépression et écoulement sériel à travers la pompe [131]. Celle-ci aspire de l'eau dans le réservoir [138] et la déverse dans la colonne motrice. On obtient donc un écoulement perpétuel qui fera tourner la turbine [134] d'une manière infinie. La conception du système doit satisfaire les conditions nécessaires pour que cette centrale hydroélectrique ferme fonctionne. La puissance électrique générée par un tel système est décrite par la relation suivante :
Pkw ≈ pQkg ( Equat ion 13 )
Patm - Pex (Equation 14 ) h = H -
Pg Avec Q le débit d'écoulement, h la hauteur effective de chute et H la hauteur [142] de l'eau dans la colonne motrice par rapport a l'axe de la turbine [134]. Ce type de centrale peut être construit à partir d'une petite échelle (alimentation d'une maison) à une grande échelle (alimentation d'une ville en énergie). D'après l'équation 13, la puissance électrique dépend de la hauteur de chute h et le dél (Equation 15 ) deux paramètres sont sous contrôle de la conception donc on peut construire de système pouvant générer de magnitudes de puissance possible en ajustant le débit et la hauteur. Pour augmenter le débit Q, on peut envisager une conception mettant en parallèle plusieurs pompes à dépression sérielle autonome comme le montre la figure 11. Dans ce cas l'équation 13 devient :
Avec k le nombre de pompes sérielles mises en parallèle et Qj le débit de chaque pompe.
Pipe Une de transport de liquide
Dans l'équation qui décrit la dépression dans chaque système (équation 6) on note l'importance de l'influence qu'a l'inclinaison sur la performance de la pompe. Lorsque l'angle ptend vers zéro, c'est vers le plan horizontal, la dépression dans tous les systèmes thermodynamique qui constitue la pompe est la même. Ce qui veut dire qu'on peut utiliser cette dépression sérielle autonome pour transporter du liquide sur des distances énormes sans fournir de l'énergie externe. Cette propriété permettra l'application dans des irrigations de grandes surfaces. La distribution d'eau potable dans des agglomérations et aussi bien que d'autres liquides non lies a l'eau. La gestion des ressources en eau sera simplifie. La figure 12 montre la configuration pouvant permettre de passer du plan vertical a l'horizontal.
Réalisation des œuvres d'arts
Ces principes peuvent être utilises pour réaliser des fontaines publiques autonome ou des œuvres d'art de diverses natures. DESCRIPTION DES DESSINS Planche 1/10 :
Cette planche renferme les figures 1 et 2. La figure 1 est un système thermodynamique ayant deux compartiment A et B dans lesquels existent de gaz a de pression différentes.
Les deux compartiments sont sépares par un bouchon fixe [101] de poids négligeable retenu a l'aide de goupille [100]. La figure 2 est le même système auquel on a retire les goubilles. Le gaz du compartiment 2 se détend en fournissant un travail capable de déplacer le bouchon. A l'équilibre la pression dans les deux compartiments est égale.
Planche 2/10
Figure 3 et 4 : représentent un système tel que décrit dans les figures 1 et 2 sauf que les deux compartiments communiquent par un tube [106] muni d'une vanne permettant de les isoler ou de les mettre en communication. Ici le bouchon est remplace par un liquide pouvant monter dans le tube [106] selon que le gaz du compartiment B se met en extension ou pas.
Planche 3/10
Figure 5 représente la pompe a dépression ou compression sérielle constituée d'un empilement en série de dispositifs comme décrit dans la planche 2/10.
Figure 6 montres une autre manière de disposer les tubes permettant de mettre en communication les compartiments thermodynamiques.
Planche 4/10
Figure 7 : montre la colonne motrice nécessaire pour la création de la dépression permettant d'activer la dépression sérielle.
Planche 5/10
Figure 8 : montrant la colonne motrice et la pompe à dépression sérielle montées ensemble.
Planche 6/10
Figure 9 montrant la configuration permettant de produire un fluide quelconque dans un puits.
Planche 7/10
Figure 10 décrit un System permettant de produire de l'énergie électrique d'une manière autonome. Il comprend un réservoir, la pompe autonome, une turbine, un alternateur et un tuyau collecteur. Planche 8/10 Figure 12 montrant une configuration horizontale pour le transport de liquide en surface.
Planche 9/10
Figure 11 décrivant une station de production d'énergie électrique autonome avec une combinaison de plusieurs pompes autonomes mises en parallèles.
Planche 10/10
Figure 13 montrant la pompe en utilisant la compression sérielle autonome.

Claims

REVENDICATIONS
1 Procédé de pompage d'un fluide caractérisé en ce qu'il est basé sur les principes de la dépression et/ou compression sérielle autonome et sur un système permettant de pomper le fluide de façon autonome
2 Procédé de pompage du fluide selon la revendication 1 ne comportant pas une pompe immergée ou un piston mécanique.
3 Procédé de pompage selon les revendications 1 et 2 basé sur le fait qu'il exploite la situation où c'est l'expansion ou la détente d'un gaz enferme dans un système fermé qui fournit du travail au milieu extérieur. Le dit gaz peut être en dépression ou en surpression par rapport à la pression du milieu extérieur.
4 Procédé de pompage selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la dépression ou la compression créée dans un compartiment du système pris comme module simple fait passer le fluide dans un autre compartiment dudit module.
5 Procédé de pompage d'un fluide selon les revendications 1 , 2, 3 et 4 caractérisé en ce qu'il consiste à disposer les simples dispositifs ou modules en série par empilement des uns sur les autres.
6 Procédé de pompage selon les revendications 1 ,2,3, 4 et 5 caractérisé en ce que le nombre n de dispositifs superposables dépend de l'angle G entre le système et le plan horizontal.
7 Procédé de pompage selon les revendications 4 et 5 caractérisé en ce que n est fonction du carré du volume du tube si D égal à 90 degrés.
8 Procédé de pompage selon les revendications 4 et 5 caractérisé en ce que n tend vers l'infini si D égal à zéro c'est-à-dire pour un plan horizontal.
9 Procédé de pompage d'un fluide selon les revendications 1 , 2, 3 et 4 caractérisé en ce que la dépression peut être maintenue constante par utilisation d'une pompe à vide. 10 Procédé de pompage de l'eau par écoulement sériel selon les revendications 1 , 2, 3, et 4 caractérisé en ce que la dépression est créée par un dispositif comprenant une colonne contenant de l'eau et fermée par une valve qui, une fois ouverte engendre la dépression. Cette même dépression peut être relayer a d'autres compartiments plus éloignes par l'intermédiaire d'un tuyau.
11 Procédé de pompage de l'eau selon les revendications 1, 2, 3 et 4 caractérisé en ce que la colonne motrice peut être remplacée par une immersion partielle du système dans le liquide pour fournir de la pression nécessaire a l'activation de l'écoulement sériel autonome.
12 Système de pompage d'un fluide selon les revendications 1 ,2,3,4,7 et 10 caractérisé en ce que ledit fluide peut faire tourner une turbine.
13 Utilisation du système de pompage de fluide selon les revendications 1 ,2,3,4,7 et 10 en vue de la production d'énergie hydro électrique ou hydrodynamique.
14 Système de pompage en vue de la production d'énergie hydroélectrique selon les revendications 1 ,2,3,4,7, 10 et 13 caractérisé en ce qu'il comporte les équipements suivants : un réservoir contenant l'eau, une ou plusieurs pompes sérielles autonome, une colonne motrice et un tuyau collecteur et une turbine.
15 Utilisation du système de pompage de fluides selon les revendications 1 ,2,3,4,7 et 10 caractérisée en ce que la pompe sérielle peut être utilisée pour transporter des fluides sur de grandes distances.
16 Utilisation du système de pompage selon les revendications 1 , 2, 3, 4,7 et 10 pour l'alimentation en eau potable a partir d'un forage ou puits ou par un transport en surface.
17 Utilisation du système de pompage selon les revendications 1 , 2, 3, 4,7 et 10 pour l'irrigation dans le domaine de l'agriculture.
18 Utilisation du système de pompage selon les revendications 1 , 2, 3, 4, 7 et 10 pour la construction et création d'œuvres d'art or d'ornement. Utilisation du système selon la revendication 13 en ce que l'énergie produite est utilisée pour le déplacement d'engin sur terre, sur mer ou dans l'air.
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