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HYDRO-COR : Coronarisation de la Pompe Hydraulique Autonome L'invention concerne la coronarisation de la pompe hydraulique autonome (PHA) telle que cette dernière est en opération sous le nom Monteau à Bastogne, Belgique. Dans des publications antérieures (voir annexe), l'inventeur a démontré que la pompe Monteau n'est autre que l'amplificateur de pression conventionnel tel qu'il a été conçu il y a plus d'un siècle et, par conséquent, malgré son usage particulier dans l'approvisionnement de l'eau potable, l'auteur s'est rallié à l'opinion des ingénieurs et scientistes américains selon laquelle la pompe Monteau ne constitue pas un engin brevetable.
L'engin Monteau souffre de la rigidité d'opération résultant de l'invariabilité pour un engin donné des deux facteurs, la pression à la décharge et la décharge même au consommateur, dont le produit constitue la puissance délivrée.
L'inventeur qui est à la fois ingénieur, médecin et juriste, a été frappé par les analogies qui existent entre le fonctionnement de la PHA et celui du coeur humain. Les quatre valves de la PHA trouvent leurs analogues fonctionnelles dans les quatre valves du coeur humain.
(Ref. 1) De cette observation, l'inventeur s'est rendu compte de l'absence d'un système de coronaires dans la PHA.
Afin de ne pas compromettre la brevetabilité de son idée et de son invention, l'auteur a publié dans le Journal of Hydraulic Engineering de la American Society of Civil Engineers (Ref. 2), des résultats hypothétiques que l'on pourrait obtenir, si effectivement on pouvait réaliser la coronarisation de la PHA.
Mais le secret de cette réalisation n'a pas été divulgué.
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Par conséquent, plusieurs scientistes et ingénieurs aux E. U. ont déclaré que l'engin proposé dans la Ref. 2 ne pouvait pas être construit. Parmi eux : Don Harleman, Professeur d'Hydraulique à MIT, John Kennedy, Directeur de l'Institut d'Hydraulique d'Iowa, le Bureau of Standards, etc.
En Belgique, les ingénieurs du Laboratoire d'Hydraulique de l'Université de Gand ont construit une série de modèles de PHA, mais n'ont pas réussi à coronariser ces modèles.
La raison de cet échec réside dans le fait que la conservation de l'énergie de pression, telle qu'elle pourrait être dérivée par analogie avec la loi de Dalton pour les fluides compressibles tels que les gaz, ne se réalise pas quand on met en communication de l'eau sous différentes pressions dans deux vases communicants à paroi rigide. Tel est le cas si l'on veut réaliser la coronarisation d'après les dessins publiés par l'inventeur.
L'échec du Laboratoire de Gand constitue une preuve juridique formelle que les publications antérieures n'ont pas compromis la brevetabilité de l'idée et de l'invention de l'auteur. Cet échec confirme par ailleurs les opinions des scientistes américains.
SOLUTION : Il suffit de munir le vase inférieur I ou supérieur U, (Fig. l) ou les deux, de propriétés élastiques, soit la paroi cylindrique, soit les parois horizontales, supérieure ou inférieure ou les deux, soit une ou deux faces du piston P ou P', ou les deux. L'élasticité est considérée dans le sens le plus large : réalisée soit par ressorts, soit par tout autre moyen élastique. A titre d'exemple, la Figure 1 montre une possibilité au moyen du disque E.
De même la coronarisation peut se faire par une seule coronaire ou par plusieurs coronaires, de forme quelconque, reliant la conduite desservant le consommateur et le vase inférieur 1 et branchée en aval de la valve
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C-3, dite aortique, par analogie avec le coeur humain.
L'élasticité du disque E est calculée en fonction de la pression coronaire (p-c) maximum envisagée pour chaque installation spécifique.
PRINCIPE D'OPERATION L'eau sous faible pression est amenée par un cours d'eau et alimente le vase inférieur 1 de la pompe en passant par la vanne C-l, dite tricuspide, munie d'un clapet de retenue (anti-retour) et également remplit le vase supérieur U par la vanne C-2, dite mitrale, alimentation ou remplissage de la pompe avec clapet anti-retour. Les vases ont un orifice en commun, à travers lequel glisse un tige muni d'un bout à l'autre d'un piston P de grand diamètre dans le vase 1 et d'un piston de faible diamètre dans le vase U.
Quand la valve C-l est fermée, les pistons P et P'sont à point bas dans leur mouvement avant de commencer leur montée. A l'ouverture de C-l, l'eau est introduite au fond du vase 1 et exerce une force vers le haut sur le piston P, qui monte sous cette force. L'eau qui avait été admise auparavant au vase supérieur U à cause du mouvement descendant précédant du piston P'est déchargée maintenant par la valve C-3, munie d'un clapet de retenue, et refoulée vers le consommateur à une pression égale à celle du vase I, multipliée par un facteur en proportion inverse avec les aires des deux pistons.
Quand les pistons descendent, la valve C-4, dite pulmonaire, s'ouvre, et la masse motrice de l'eau est restituée à l'eau courante du cours d'eau.
A vrai dire, les énergies cinétique et de gravité d'une certaine masse d'eau sont transformées en énergie potentielle d'une masse d'eau plus petite de façon que le principe de la conservation d'énergie soit respecté.
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PKINCIPE FONDAMENTAL DE LA
CORONARISATION Les engins sont caractérisés par deux nombres : 1. Le degré de coronarisation D-c, soit le rapport de la masse coronarisée (injectée dans la masse inférieure) et de la masse supérieure débitée.
2. Le nombre spécifique D-r, soit le rapport de la masse inférieure et de la masse supérieure.
Ce principe est basé sur le fait qu'il est possible d'augmenter la pression. d'eau dans le vase inférieur I, progressivement durant un nombre de cycles limité, tandis que la pression à l'admission au vase I reste la même, notamment la pression de l'eau d'amenée.
En effet, parce que la valve C-1 est munie d'un clapet anti-retour, on peut faire croître la pression dans le vase I simplement en n'admettant à cette chambre que la masse (m-I moins m-c), puis en fermant la vanne C-l, et ensuite en injectant par la coronaire et sa valve C-0 la masse précalculée m-c, à la pression qui règne en aval de la valve aortique C-3.
Puisque la masse m-I est retournée à la rivière par la valve C-4 après avoir produit son travail, le vase inférieur 1 est à nouveau accessible à l'eau de la rivière. Mais, à cause du fait qu'il y avait une augmentation de pression dans le vase inférieur, il en résultait une augmentation de pression dans le vase supérieur U, qui se propageait en aval de C-3 et par conséquent dans la pression coronaire.
Ceci aboutit à une nouvelle augmentation de pression dans le vase inférieur I. Les calculs montrent que ce phénomène de quasi feed-back est stable et se limite par soi-même (self-limiting). Par conséquent, aucune énergie n'est créée, le principe de conservation de l'énergie est respectée.
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APPLICATIONS La pompe Monteau qui assure un approvisionnement d'eau potable à la base de l'OTAN à Bastogne est en opération depuis 1986 avec un rendement de Rankine de l'ordre de 90%. La PHA coronarisée qui fait l'objet de la présente demande aura un rendement de Rankine du même ordre de grandeur que la PHA non coronarisée.
Le coût de la fabrication de la pompe Monteau néanmoins s'avère trop élevé en vue de la rigidité de son opération qui limite le nombre de sites où cette pompe pourrait être installée. En plus, cette pompe est construite en nombre très limité en Belgique.
La pompe coronarisée pourrait être construite dans cinq pays européens qui ont les facilités et la technologie nécessaire pour le faire, apart un intérêt direct par le grand nombre des sites disponibles dans leur propre pays, notamment la Suède, l'Allemagne, la France, l'Italie et la Suisse.
D'autre part, les Etats Unis et le Japon se trouvent dans les mêmes conditions que les cinq pays européens précités.
La pompe autonome ou quasi autonome, abstraction faite du contrôle électronique des valves, ne nécessite aucune force motrice extérieure qui dépend des combustibles dont les sources sont épuisables. Elle n'utilise que l'énergie pérennielle cinétique et de gravité de l'eau courante qui alimente ses deux vases.
La pompe coronarisée, par sa flexibilité d'opération, se prête facilement aux systèmes de distribution d'eau caractérisés par une grande différence de consommation diurne et nocturne. Pendant la nuit, quand la consommation est faible, la pompe coronarisée permet de pomper à une pression plus élevée et d'emmagasiner une réserve dans un château d'eau ou dans un réservoir surélevé.
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CONCLUSION : Les avantages de la PHA coronarisée résident dans l'absence de coût d'énergie, dans sa simplicité d'opération garantie et dans sa flexibilité d'opération.
Par rapport à la pompe non coronarisée, dite Monteau ou PHA, la pompe PHA coronarisée, dite De Wiest Hydro-Cor, réalise des augmentations des hauteurs de refoulement au consommateur de 50% à 62% pour un degré de coronarisation de 40 % et pour des nombres spécifiques de la pompe de 4 à 16.
REFERENCES : 1. Roger J. M. De Wiest :"Hydro-Cor, Coronarization of the Conventional Pressure Intensifier", Annales des Travaux Publics de Belgique, Vol. 142, no. 1, 1989, pp. 73-80.
2. R. J. M. De Wiest, N. M. Loncke, R. F. J. Verhoeven et T. J. Roelants :"Coronarization of the Autonomous Water Pump"Hydraulic Engineering, American Society of Civil Engineers, Vol. 1, 1990, pp. 658-663.
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HYDRO-COR: Coronarisation of the Autonomous Hydraulic Pump The invention relates to the coronarisation of the autonomous hydraulic pump (PHA) such that the latter is in operation under the name Monteau in Bastogne, Belgium. In previous publications (see appendix), the inventor has shown that the Monteau pump is none other than the conventional pressure amplifier as it was designed over a century ago and, therefore, despite Its particular use in the supply of drinking water, the author agreed with the opinion of American engineers and scientists that the Monteau pump does not constitute a patentable device.
The Monteau machine suffers from the rigidity of operation resulting from the invariability for a given machine of two factors, the pressure to discharge and the discharge even to the consumer, whose product constitutes the delivered power.
The inventor, who is at the same time an engineer, a doctor and a lawyer, was struck by the analogies which exist between the functioning of PHA and that of the human heart. The four PHA valves find their functional analogues in the four valves of the human heart.
(Ref. 1) From this observation, the inventor realized the absence of a coronary system in the PHA.
In order not to compromise the patentability of his idea and invention, the author published in the Journal of Hydraulic Engineering of the American Society of Civil Engineers (Ref. 2), hypothetical results that could be obtained, if indeed one could carry out the coronarization of the PHA.
But the secret of this achievement has not been disclosed.
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Therefore, several scientists and engineers in the U.S. have stated that the device proposed in Ref. 2 could not be built. Among them: Don Harleman, Professor of Hydraulics at MIT, John Kennedy, Director of the Iowa Institute of Hydraulics, the Bureau of Standards, etc.
In Belgium, engineers from the Hydraulics Laboratory of the University of Ghent built a series of PHA models, but failed to coronary these models.
The reason for this failure lies in the fact that the conservation of pressure energy, as it could be derived by analogy with Dalton's law for compressible fluids such as gases, does not occur when we put in communication of water under different pressures in two communicating vessels with rigid walls. This is the case if one wishes to carry out coronarization according to the drawings published by the inventor.
The failure of the Ghent Laboratory constitutes formal legal proof that previous publications did not compromise the patentability of the author's idea and invention. This failure also confirms the opinions of American scientists.
SOLUTION: It is enough to provide the lower vessel I or upper vessel U, (Fig. L) or both, with elastic properties, either the cylindrical wall, or the horizontal walls, upper or lower or both, or one or two sides of the piston P or P ', or both. Elasticity is considered in the broadest sense: achieved either by springs or by any other elastic means. As an example, Figure 1 shows a possibility by means of the disk E.
Similarly, the coronary can be done by a single coronary or by several coronaries, of any shape, connecting the line serving the consumer and the lower vessel 1 and connected downstream of the valve
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C-3, called aortic, by analogy with the human heart.
The elasticity of the disc E is calculated as a function of the maximum coronary pressure (p-c) envisaged for each specific installation.
PRINCIPLE OF OPERATION Water under low pressure is brought in by a stream and feeds the lower vessel 1 of the pump via the valve Cl, known as a tricuspid valve, fitted with a check valve (non-return) and also fills the upper vessel U by the valve C-2, known as the mitral valve, supplying or filling the pump with non-return valve. The vases have a common orifice, through which slides a rod provided from one end to the other with a piston P of large diameter in the vase 1 and a piston of small diameter in the vase U.
When the valve C-1 is closed, the pistons P and P 'are at a low point in their movement before starting to climb. At the opening of C-1, water is introduced to the bottom of the vessel 1 and exerts an upward force on the piston P, which rises under this force. The water which had previously been admitted to the upper vessel U because of the downward movement preceding the piston P is now discharged by the valve C-3, fitted with a check valve, and discharged towards the consumer at a pressure equal to that of the vessel I, multiplied by a factor in inverse proportion to the areas of the two pistons.
When the pistons descend, the valve C-4, called the pulmonary valve, opens, and the driving mass of the water is restored to the running water of the stream.
In fact, the kinetic and gravity energies of a certain body of water are transformed into potential energy of a smaller body of water so that the principle of energy conservation is respected.
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FUNDAMENTAL PKINCIPE OF THE
CORONARIZATION The devices are characterized by two numbers: 1. The degree of coronarization D-c, ie the ratio of the coronary mass (injected into the lower mass) and the upper mass delivered.
2. The specific number D-r, ie the ratio of the lower mass and the upper mass.
This principle is based on the fact that it is possible to increase the pressure. of water in the lower vessel I, gradually during a limited number of cycles, while the pressure at the inlet to the vessel I remains the same, in particular the pressure of the supply water.
In fact, because the valve C-1 is fitted with a non-return valve, the pressure in the vessel I can be increased simply by admitting to this chamber only the mass (mI minus mc), then closing the valve C1, and then by injecting through the coronary and its valve C-0 the precalculated mass mc, at the pressure which prevails downstream from the aortic valve C-3.
Since the mass m-I is returned to the river by the valve C-4 after having produced its work, the lower vessel 1 is again accessible to the water of the river. However, due to the fact that there was an increase in pressure in the lower vessel, this resulted in an increase in pressure in the upper vessel U, which propagated downstream of C-3 and therefore in coronary pressure.
This leads to a further increase in pressure in the lower vessel I. The calculations show that this phenomenon of quasi feedback is stable and self-limiting. Therefore, no energy is created, the principle of energy conservation is respected.
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APPLICATIONS The Monteau pump which supplies drinking water to the NATO base in Bastogne has been in operation since 1986 with a Rankine efficiency of around 90%. The coronary PHA which is the subject of the present application will have a Rankine yield of the same order of magnitude as the non coronary PHA.
The cost of manufacturing the Monteau pump nevertheless turns out to be too high in view of the rigidity of its operation which limits the number of sites where this pump could be installed. In addition, this pump is built in very limited numbers in Belgium.
The coronary pump could be built in five European countries that have the facilities and the technology to do so, apart from a direct interest in the large number of sites available in their own country, including Sweden, Germany, France, l 'Italy and Switzerland.
On the other hand, the United States and Japan are in the same conditions as the five European countries mentioned above.
The autonomous or quasi-autonomous pump, apart from the electronic control of the valves, does not require any external motive force which depends on the fuels whose sources are exhaustible. It uses only the kinetic and gravity perennial energy of the running water which feeds its two vases.
The coronary pump, by its flexibility of operation, lends itself easily to water distribution systems characterized by a large difference in day and night consumption. During the night, when consumption is low, the coronary pump makes it possible to pump at a higher pressure and to store a reserve in a water tower or in an elevated tank.
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CONCLUSION: The advantages of coronary PHA lie in the absence of energy cost, in its guaranteed simplicity of operation and in its flexibility of operation.
Compared to the non-coronary pump, known as Monteau or PHA, the coronary PHA pump, known as De Wiest Hydro-Cor, achieves increases in delivery heights to the consumer from 50% to 62% for a degree of coronization of 40% and for pump specific numbers from 4 to 16.
REFERENCES: 1. Roger J. M. De Wiest: "Hydro-Cor, Coronarization of the Conventional Pressure Intensifier", Annales des Travaux Publics de Belgique, Vol. 142, no. 1, 1989, pp. 73-80.
2. R. J. M. De Wiest, N. M. Loncke, R. F. J. Verhoeven and T. J. Roelants: "Coronarization of the Autonomous Water Pump" Hydraulic Engineering, American Society of Civil Engineers, Vol. 1, 1990, pp. 658-663.