FR2814792A1 - Two-way valve for circulating and stirring water in aquarium has single inlet with displaceable blade facing into water flow and pivoted at trailing edge - Google Patents
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Abstract
Description
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La présente invention a pour but de décrire le fonctionnement et la réalisation d'une vanne bidirectionnelle utilisée notamment dans le brassage de l'eau de mer en aquariophilie marine. The present invention aims to describe the operation and the production of a bidirectional valve used in particular in the mixing of sea water in marine aquarium.
La réussite de l'équilibre d'un biotope aquatique nécessite la maîtrise d'un grand nombre de paramètres. The successful balance of an aquatic biotope requires mastering a large number of parameters.
Parmi ces paramètres, le brassage de l'eau est l'un des plus important, et paradoxalement, il n'y a pas très longtemps qu'il est devenu la clé de la réussite de l'aquariophile marine en particulier. Among these parameters, the mixing of water is one of the most important, and paradoxically, it was not very long ago that it became the key to the success of the marine aquarist in particular.
Le brassage nécessaire en eau douce, devient capital en eau de mer, et
notamment dans les aquariums récif aux. The necessary mixing in fresh water becomes crucial in sea water, and
especially in reef aquariums in.
Dans ces derniers, il est normal d'utiliser avec succès des installations de pompage capables de brasser, en 1 heure, jusqu'à 20 fois le volume du bac. In the latter, it is normal to use successfully pumping installations capable of brewing, in 1 hour, up to 20 times the volume of the tank.
Généralement, deux circuits hydrauliques sont nécessaires, l'un assure la filtration et le traitement de l'eau, l'autre réalise le brassage. Generally, two hydraulic circuits are necessary, one ensures the filtration and the treatment of the water, the other carries out the mixing.
Dans la réalité, une pompe de brassage est toujours insuffisante et l'on doit faire appel à deux, voir trois ou quatre, pompes si le bac est de grande taille, pour être certain de ne pas créer des courants préférentiels et des zones mortes dans l'aquarium. In reality, a stirring pump is always insufficient and one must use two, even three or four, pumps if the tank is large, to be sure not to create preferential currents and dead zones in the aquarium.
Ces zones mortes voient s'accumuler des débris organiques qui rapidement deviennent des sources de pollution en nitrates et en phosphates détruisant l'équilibre du bac. These dead zones see the accumulation of organic debris which quickly becomes sources of pollution in nitrates and phosphates destroying the balance of the tank.
Les différentes pompes de brassage sont mises en services de façon alternée par l'intermédiaire de programmateurs, et certaines peuvent être munies de buses orientables pour distribuer les courants d'eau au mieux des décors. The various brewing pumps are put into service alternately by means of programmers, and some can be fitted with adjustable nozzles to distribute the water streams in the best possible decor.
De telles installations sont coûteuses, bruyantes et disgracieuses, car ces pompes sont immergées près de la surface pour être facilement orientées, entretenues et nettoyées. De plus circonstance aggravante, elles réchauffent l'eau du bac obligeant l'utilisation d'un groupe froid pour maintenir l'été une température convenable, autre paramètre également critique. Such installations are expensive, noisy and unsightly, because these pumps are submerged near the surface to be easily oriented, maintained and cleaned. In addition, an aggravating circumstance, they heat the water in the tank, forcing the use of a cold group to maintain a suitable temperature in summer, another parameter which is also critical.
L'aspect financier n'est pas négligeable dans ce type d'installation relativement coûteuse, et l'utilisation de plusieurs pompes performantes en brassage, pèse sur le coût total du système ainsi que sur son entretien. The financial aspect is not negligible in this type of relatively expensive installation, and the use of several efficient pumps in brewing, weighs on the total cost of the system as well as on its maintenance.
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La présente invention a pour but la suppression des pompes internes tout en assurant un excellent brassage sans bruit ni échauffement. The object of the present invention is to do away with internal pumps while ensuring excellent mixing without noise or overheating.
La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, un exemple de réalisation du système proposé et des parties de celui-ci. The following description refers to the appended drawings which represent, without any limiting nature, an exemplary embodiment of the proposed system and of the parts thereof.
Le système se compose d'une vanne à plusieurs sorties qui, prenant l'eau à la sortie d'une pompe extérieure, permet de la distribuer dans différentes directions. The system consists of a valve with several outlets which, taking water from an outside pump, allows it to be distributed in different directions.
La vanne est prévue pour fonctionner aussi bien à l'extérieure du bac, que dans la galerie ou immergée dans le bac lui-même. The valve is designed to operate both outside the tank, in the gallery or immersed in the tank itself.
Sa petite taille permet de la dissimuler facilement et son échauffement est nul. Its small size allows it to be easily concealed and its heating is zero.
La figure 1 montre une coupe longitudinale du corps principal de cette vanne, et de ses constituants. Figure 1 shows a longitudinal section of the main body of this valve, and its components.
La figure 2 montre une coupe longitudinale et latérale de l'obturateur de la vanne. Figure 2 shows a longitudinal and lateral section of the valve plug.
La figure 3 est une coupe du corps de vanne montrant le cheminement de l'eau et sa répartition autour de l'obturateur. Figure 3 is a section of the valve body showing the flow of water and its distribution around the shutter.
La figure 4 montre de façon non limitative le bloc diagramme d'un système de commandes aléatoires. FIG. 4 shows in a nonlimiting manner the block diagram of a system of random commands.
Sur la figure 1, et sous sa forme la plus simple, elle se compose d'un corps rectangulaire A en plastique, qui reçoit l'eau par une extrémité B, et permet son acheminement vers deux sorties en Y, C et D. In Figure 1, and in its simplest form, it consists of a rectangular plastic body A, which receives water at one end B, and allows its routing to two outputs in Y, C and D.
Dans un exemple non limitatif, un débit de 4000 litres par heure peut utiliser sans problème des orifices de circulation de 20 millimètres. In a nonlimiting example, a flow rate of 4000 liters per hour can easily use 20 millimeter circulation orifices.
Ces deux sorties débouchent dans une cavité de forme triangulaire inversée F surmontée d'une forme rectangulaire E. Le sommet du triangle inversé possède une cavité cylindrique G qui servira d'axe à un obturateur central possédant un axe de rotation N. These two outlets open into a cavity of inverted triangular shape F surmounted by a rectangular shape E. The apex of the inverted triangle has a cylindrical cavity G which will serve as an axis for a central shutter having an axis of rotation N.
L'angle engendré par les deux sorties est prévu pour qu'une sortie étant obstruée par l'obturateur, l'autre reçoive l'eau avec une perte de charge aussi proche que possible de celle d'un tube droit de section identique. The angle generated by the two outlets is designed so that one outlet is obstructed by the shutter, the other receives the water with a pressure drop as close as possible to that of a straight tube of identical section.
De part et d'autre de la partie rectangulaire, deux cavités K et L vont permettre de recevoir un actuateur qui sera décrit plus loin. On either side of the rectangular part, two cavities K and L will make it possible to receive an actuator which will be described later.
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Au centre du corps de vanne, et axé dans la cavité cylindrique G, un obturateur mobile H va permettre de sélectionner l'un ou l'autre des deux orifices de sortie. In the center of the valve body, and centered in the cylindrical cavity G, a movable shutter H will make it possible to select one or the other of the two outlet orifices.
Pour cela les pentes 1 et J des faces inférieures de l'obturateur H doivent être identiques à celles du triangle inversé du corps de vanne. For this, the slopes 1 and J of the lower faces of the valve H must be identical to those of the inverted triangle of the valve body.
L'étanchéité produite par le placage de l'obturateur étant importante, il est nécessaire de réaliser de légères striures sur les sièges de sortie, afin d'éviter un arrêt complet de la circulation. Un arrêt complet est à proscrire dans une application eau de mer, pour éviter les encrassements rapides de la tuyauterie. The tightness produced by the plating of the shutter being important, it is necessary to make slight striations on the outlet seats, in order to avoid a complete stop of circulation. A complete stop is to be avoided in a seawater application, to avoid rapid fouling of the piping.
La figure 2 représente une coupe de l'obturateur mobile dont la base cylindrique N vient s'encastrer dans le logement G du corps principal. 2 shows a section of the movable shutter, the cylindrical base N of which is embedded in the housing G of the main body.
Cet encastrement génère un axe de rotation qui permet aux deux faces de l'obturateur de venir alternativement obstruer les deux sorties C et D. This embedding generates an axis of rotation which allows the two faces of the shutter to alternately obstruct the two outputs C and D.
Au sommet de l'obturateur un aimant terre rare M est encastré de façon définitive. Le choix d'un aimant terre rare est important pour obtenir une grande densité de champs magnétique pour un poids réduit. Par ailleurs, l'aimant étant sollicité par l'actuateur en inversion de pôle, seule les terres rares supportent ce type de fonctionnement sans altération des propriétés magnétiques. At the top of the shutter a rare earth magnet M is permanently embedded. The choice of a rare earth magnet is important to obtain a high density of magnetic fields for a reduced weight. In addition, the magnet being requested by the actuator in pole reversal, only the rare earths support this type of operation without altering the magnetic properties.
Les pentes de l'ogive du sommet de l'obturateur sont parfaitement symétriques, et suivant l'invention, jouent un rôle important dans le fonctionnement du système. The slopes of the warhead from the top of the shutter are perfectly symmetrical, and according to the invention play an important role in the functioning of the system.
L'inversion de l'obturateur fait appel à deux électroaimants disposés dans les cavités K et L, tandis que la partie haute de la palette H abrite l'aimant terre rare M montré sur la figure 2, et dont les surfaces sont en regard des noyaux magnétiques des bobines. The inversion of the shutter uses two electromagnets arranged in the cavities K and L, while the upper part of the pallet H houses the rare earth magnet M shown in FIG. 2, and whose surfaces are opposite the magnetic cores of the coils.
Cet aimant n'a pour but que de polariser l'obturateur H pour permettre aux deux électroaimants K et L de travailler en opposition sur l'aimant M, l'un tirant, l'autre poussant. The purpose of this magnet is only to polarize the shutter H to allow the two electromagnets K and L to work in opposition on the magnet M, one pulling, the other pushing.
Cette disposition devrait, en théorie, être suffisante pour faire fonctionner l'ensemble, mais la réalité est différente. This provision should, in theory, be sufficient to make the whole work, but the reality is different.
Lorsqu'on se propose de faire passer un débit dans une canalisation, il y a création d'une perte de charge et donc d'une pression qui, dans notre cas, va s'exercer sur l'une des faces de l'obturateur en s'opposant à son basculement. When it is proposed to pass a flow through a pipe, there is creation of a pressure drop and therefore of a pressure which, in our case, will be exerted on one of the faces of the shutter by opposing its tilting.
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Cette force conduirait à utiliser des bobines puissantes, lourdes coûteuses et surtout consommatrices d'énergie avec risque d'échauffement. This force would lead to the use of powerful, heavy, costly and above all energy-consuming coils with the risk of heating.
Pour éviter cet inconvénient majeur, et dans le cadre de l'invention, on a imaginé de profiler de façon symétrique l'extrémité de l'obturateur qui reçoit le courant d'eau envoyé par la pompe. n est alors soumis à deux forces, l'une due à la perte de charge qui tend à le plaquer contre la paroi, l'autre qui, par réaction sur son autre face, tend à l'éloigner de la paroi. Selon l'invention, la résultante de ces deux forces doit être aussi faible que possible. La figure 3 montre la répartition des courants d'eau CE sur l'obturateur. To avoid this major drawback, and in the context of the invention, it has been imagined to profile symmetrically the end of the shutter which receives the stream of water sent by the pump. n is then subjected to two forces, one due to the pressure drop which tends to press it against the wall, the other which, by reaction on its other face, tends to move it away from the wall. According to the invention, the result of these two forces must be as weak as possible. Figure 3 shows the distribution of CE water currents on the shutter.
On réalise ainsi un système métastable qui permet à l'obturateur d'osciller en permanence au hasard de la modulation des courants de sortie de la pompe. A metastable system is thus produced which allows the shutter to oscillate continuously at random from the modulation of the pump output currents.
Pour stabiliser le système il suffit de présenter une masse magnétique devant la palette H. Le noyau des bobines K et L joue parfaitement ce rôle et bloque la vanne dans une position stable. To stabilize the system, it suffices to present a magnetic mass in front of the pallet H. The core of the coils K and L plays this role perfectly and blocks the valve in a stable position.
Le basculement est alors réalisé par simple annulation du champ de l'aimant à l'aide d'une très petite impulsion électrique dans les bobines. The tilting is then carried out by simple cancellation of the magnet field using a very small electric pulse in the coils.
En fait la vanne n'est jamais alimentée, sauf pendant les quelques millièmes de seconde de la commande, et la consommation énergétique de son basculement est fournie en hydraulique par la pompe de circulation. In fact, the valve is never supplied, except during the few thousandths of a second of the command, and the energy consumption of its tilting is supplied hydraulically by the circulation pump.
Les deux bobines peuvent être excitées séparément, en parallèle ou en série, par des impulsions avec respect des polarités par rapport à l'aimant de l'obturateur. Ce dernier peut basculer par excitation d'une seule bobine ou en push-pull par excitation des deux. The two coils can be excited separately, in parallel or in series, by pulses with respect for the polarities with respect to the magnet of the shutter. The latter can switch by excitation of a single coil or push-pull by excitation of both.
L'énergie de la commande est très faible au point que la vanne peut être alimenter par pile permettant de supprimer l'alimentation secteur toujours dangereuse dans des bacs d'eau de mer. The energy of the control is very low to the point that the valve can be powered by battery allowing to remove the always dangerous mains supply in seawater tanks.
A la mise en service on constate toujours une dissymétrie dans les énergies de commande des deux bobines. Cette dissymétrie provient essentiellement du régime d'écoulement de l'eau, toujours très turbulent à la sortie d'une pompe. On commissioning, there is always a dissymmetry in the control energies of the two coils. This asymmetry comes essentially from the flow regime of the water, which is always very turbulent at the outlet of a pump.
Si l'on souhaite obtenir une consommation énergétique identique sur les deux bobines, il est préférable d'attaquer la vanne en flux laminaire. If it is desired to obtain identical energy consumption on the two coils, it is preferable to attack the valve in laminar flow.
Cette condition assure en même temps la consommation énergétique la plus basse. At the same time, this condition ensures the lowest energy consumption.
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L'équilibre d'un biotope marin est d'autant meilleurs que la reproduction de conditions naturelles est possible. Il est clair que malgré beaucoup d'efforts et d'imagination, il est difficile dans un bac de quelques centaines de litres, de reproduire la nature, mais certains paramètres peuvent avoir une grande importance. The balance of a marine biotope is all the better as the reproduction of natural conditions is possible. It is clear that despite a lot of effort and imagination, it is difficult in a tank of a few hundred liters to reproduce nature, but certain parameters can be of great importance.
La grande variété des rythmes de la nature est une des difficultés que l'aquariophile devrait prendre en compte. Hors pour des raisons évidentes la plupart des opérations de maintenance et de gestion d'un aquarium sont programmées, c'est à dire se produisent à heures fixes ou à intervalles de temps fixes. The great variety of rhythms in nature is one of the difficulties that the aquarist should take into account. Except for obvious reasons most of the operations of maintenance and management of an aquarium are scheduled, that is to say occur at fixed times or at fixed time intervals.
La nature ne procède pas ainsi, et le mouvement des vagues et du ressac sur une barrière de corail est tout sauf régulier. A la base, il ne faut pas oublier que cette agitation permanente est le moteur de l'alimentation et du métabolisme des organismes aquatiques. Nature does not do this, and the movement of waves and surf on a coral reef is anything but regular. Basically, it should not be forgotten that this permanent agitation is the engine of the food and the metabolism of aquatic organisms.
L'étude de ces rythmes montre qu'ils ne sont pas le fruit d'un hasard, mais qu'ils obéissent à des périodicités qui dépendent généralement des sites considérés. Un ressac qui jouera un rôle important dans l'équilibre d'un écosystème récifal, aura une périodicité, déterminée par le fond marin par exemple. The study of these rhythms shows that they are not the result of a chance, but that they obey periodicities which generally depend on the considered sites. A surf which will play an important role in the balance of a reef ecosystem, will have a periodicity, determined by the seabed for example.
La facilité avec laquelle on peut inverser cette vanne autorise une commande totalement aléatoire sans aucun risque de détérioration même si deux commandes se suivent à moins d'une seconde. The ease with which this valve can be inverted allows a totally random command without any risk of deterioration even if two commands follow each other in less than a second.
Cette condition ne peut pas être réalisée avec un moteur électrique pour lequel l'essentielle de l'usure provient du démarrage. This condition cannot be achieved with an electric motor for which most of the wear comes from starting.
Toujours dans le cadre de l'invention, nous avons réalisé un générateur de hasard périodique, basé sur le glissement de fréquences de trois oscillateurs indépendants. Still within the framework of the invention, we have produced a periodic random generator, based on the sliding of frequencies of three independent oscillators.
Le hasard provient de la probabilité pour qu'au cours des glissements de fréquences trois informations se superposent, mais la périodicité est fatale puisque chaque oscillateur est stable. Chance comes from the probability that during frequency shifts three pieces of information overlap, but the periodicity is fatal since each oscillator is stable.
La figure 4 montre un système très simple qui se compose de trois oscillateurs X, Y, et Z, dont Z est rendu variable par un potentiomètre permettant de modifier la gamme de fréquences aléatoires. Ces trois oscillateurs mis en forme se mélangent dans des portes logiques Wl, W2. Figure 4 shows a very simple system which consists of three oscillators X, Y, and Z, of which Z is made variable by a potentiometer allowing to modify the range of random frequencies. These three shaped oscillators mix in logic gates Wl, W2.
Les signaux sortant, entrent dans un diviseur de fréquence W3, puis sont à nouveau mis en forme en temps et en amplitude en W4 pour venir attaquer The outgoing signals enter a frequency divider W3, then are again shaped in time and amplitude in W4 to attack
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les blocs de commande des bobines W6 et W7 par l'intermédiaire d'une bascule D, W5qui inverse et sélectionne les polarités.
the control blocks of the coils W6 and W7 via a flip-flop D, W5 which reverses and selects the polarities.
A noter qu'il est souhaitable en WS d'interdire la possibilité de deux commandes simultanée qui sans être nuisible pour la vanne modifieraient sont cycle. Note that it is desirable in WS to prohibit the possibility of two simultaneous commands which without being harmful to the valve would modify its cycle.
La simple variation du potentiomètre de l'oscillateur Z modifie la fréquence du hasard des commandes permettrant, par exemple, de différencier des périodes particulières de la journée ou de la nuit. The simple variation of the potentiometer of oscillator Z modifies the frequency of the chance of the commands allowing, for example, to differentiate particular periods of the day or the night.
Par cette méthode, et dans le cadre de l'invention, il est possible de reproduire avec fidélité le comportement pseudo aléatoire de courants marins sans aucune altération du fonctionnement de la vanne, et ceci même si pour simuler une tempête on impose un rythme de commande de l'ordre de la seconde. By this method, and within the framework of the invention, it is possible to reproduce with fidelity the pseudo-random behavior of sea currents without any alteration of the operation of the valve, and this even if to simulate a storm one imposes a control rhythm of the order of a second.
Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les divers éléments constitutifs de la vanne qui viennent d'être décrit, à titre d'exemple, pourront être remplacés par des éléments équivalents remplissant les même fonctions. Of course, without departing from the scope of the invention, the various components of the valve which have just been described, by way of example, may be replaced by equivalent elements fulfilling the same functions.
Claims (8)
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FR0012560A FR2814792A1 (en) | 2000-10-03 | 2000-10-03 | Two-way valve for circulating and stirring water in aquarium has single inlet with displaceable blade facing into water flow and pivoted at trailing edge |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ST | Notification of lapse | ||
RN | Application for restoration | ||
FC | Decision of inpi director general to approve request for restoration | ||
ST | Notification of lapse | ||
RN | Application for restoration | ||
FC | Decision of inpi director general to approve request for restoration |