Brevet FR2008086A1 — publié le 19700116

La présente invention concerne un- disp:oaitiiN,theriao-statique destiné à être utilisé dans tous- les,;systoxâes "hydrauliques exigeant une régulation de la température du fluide, l'invention est particulièrement bien adaptée et principalement desti-5 née à être utilisée dans tous les systèmes ou s'écoule un fluide sujet à des variations de température. Dans les systèmes hydrauliques, la température du fluide est extrêmement importante du fait que la viscosité dudit fluide est fonction directe de cette température et varie, par conséquent, considérablement lorsqu'elle 10 change. Ainsi, si la viscosité du fluide est trop faible, il se produit des fuites trop importantes dans le système; inversement, si cette viscosité est trop élevée, la réponse du système hydraulique devient nettement trop lente et le temps de réponse, devient trop important. 15 Les méthodes conventionnelles prévoyant une compensa tion de la température du fluide pour les systèmes hydrauliques, ont employé jusqu'ici un'capteur de température disposé dans un circuit externe de retour, capteur par lequel la température était appréciée et qui envoyait un signal à un amplificateur commandant 20 un clapet de contrôle très complexe qui dosait le fluide allant à l'échangeur de chaleur et au réservoir alimentant le système hydraulique. Un avantage de la présente invention réside en ce' qu' il est prévu un dispositif simple, monobloc, automatique, destiné 25 à doser un flux de fluide, dispositif qui n'exige pas de clapet de contrôle complexe ou d'autres appareils disposés à l'extérieur et fonctionnant conjointement avec lui, comme c'est le cas pour les dispositifs conventionnels ci-dessus mentionnés. Un autre avantage de la présente invention réside dans 50 le fait que des conditions laminaires d'écoulement sont à tous moments maintenues et cela, indépendamment de la température du fluide ce qui limite, dans une grande mesure, la production de bruits parasites. Les résultats ci-dessus sont obtenus en utilisant la différence des coefficients de dilatation de deux maté-55 riaux pour commander directement l'écoulement ou flux de fluide dans le dispositif sans avoir recours à 1'utilisation de mécanismes ou montages électriques intermédiaires, comme l'exigeait la technique conventionnelle. Le débit de fluide reste constant en raison du contrôle direct qu'il subit et ceci assure une chute 4-0 de pression constante au travers du dispositif, chute de pression = 69 14777 2 2008086 ou perte de charge qui est indépendante de la température du fluide; ceci contribue également à maintenir un niveau ,de "bruit très bas. Un a,utre avantage de la présente invention réside 5 dans le fait que, dans la grande majorité de ses. applications, aucune source d'énergie extérieure n'est requise pour le fonctionnement du dispositif. Un objet de la présente invention est de prévoir un nouveau dispositif de dosage de fluide pour doser le flux de 10 fluide le traversant en fonction de la température de ce fluide. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un dispositif thermostatique pour doser le flux de fluide qui le traverse, dispositif qui soit de construction simple, facile et peu coûteux à fabriquer et qui soit, tout de même, très sur. 15 Un autre objet de la présente invention est de pré voir un dispositif thermostatique qui utilise la différence des * coefficients de dilatation de deux matériaux dissemblables pour doser le flux de fluide s'écoulant vers l'extérieur en fonction de la température de ce fluide. ■ 20 Un autre objet de la présente invention est de pré voir un dispositif thermostatique du type décrit ci-dessus assurant un flux laminaire de fluide, indépendant de la température dudit fluide, abaissant en cela, dans une grande mesure, le niveau de bruit. 25 Un autre objet de la présente invention est de pré voir un dispositif thermostatique qui est capable de contrôler directement le flux de liquide qui le traverse sans nécessiter l'utilisation d'appareils connectés extérieurement. Un autre objet de l'invention est de prévoir un dis-j>0 positif thermostatique qui contrôle directement le flux de fluide qui le -traverse afin de donner une cuûte de pression constante à travers le dispositif, chute de pression indépendante de la température du fluide. Un autre objet de la présente invention est de pré-35 voir un dispositif thermostatique du type décrit ci-dessus qui soit monobloc et de fonctionnement automatique sans nécessiter l'utilisation d'une source d'énergie extérieure. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un dispositif thermostatique du type décrit ci-dessus, des-40 tiné à être utilisé conjointement avec un système hydraulique 69 14777 3 2008086 dans lequel se dégage une certaine quantité de chaleur et dans lequel le dispositif thermostatique est disposé dans un circuit de retour extérieur et fonctionne de manière à doser le flux de fluide s'écoulant à. l'orifice de sortie du système, vers le ré-5 servoir, de sorte que la température dudit fluide dans ledit réservoir soit pratiquement constante. Dans une réalisation de l'invention, un dispositif thermostatique comprend un carter pratiquement cylindrique et constitué par un matériau ayant un coefficient de dilatation 10 thermique relativement bas. Oe carter présente une cavité annulaire à l'intérieur de laquelle se trouve un anneau ou organe torique fabriqué avec un matériau ayant un coefficient de dilata-• tion thermique relativement élevé. La largeur ou épaisseur de l1 anneau est inférieure à la largeur de la cavité annulaire de sor-15 te qu'un espace périphérique annulaire extérieur et un espace périphérique annulaire intérieur, sont ainsi créés. Ces deux espaces annulaires sont en communication avec un orifice.d'entrée du dispositif thermostatique et sont conçus pour permettre un flux laminaire dudit fluiae. L'espace annulaire extérieur et 20 l'espace annulaire intérieur sont en communication avec un orifice de sortie de fluide à basse température et avec un orifice de sortie de fluide à haute température, respectivement. Lorsque la température du fluide s'écoulant au travers du dispositif thermostatique est supérieure à une valeur pré-sélectionnée, l'anneau 25 se dilate radialement vers l'extérieur et la totalité du flux de liquide passe de l'orifice d'entrée à l'orifice de sortie de liquide à haute température. Lorsque la température du fluide s'é-coulant au travers du dispositif thermostatique est inférieure à une valeur pré-sélectionnée, l'anneau se contracte radialement 30 vers l'intérieur et la totalité du flux de liquide passe de l'orifice d'entrée à l'orifice de sortie de liquide à basse température. Lorsque la température du liquide est comprise entre les deux valeurs de température pré-sélectionnées ci-dessus mentionnées, le flux de liquide est alors réparti entre les orifices 35 ûe sortie à basse température et à haute température. Les objets ci-dessus exposés, ainsi que les caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la descriptioh détaillée ci-dessous en faisant référence au dessin ci-annexé dans lequel : 40 La figure 1 est une coupe transversale d'un disposi tif thermostatique conforme à une réalisation préférée de la 69 14777 4 2008086 présente invention. La figure 2 est une coupe, suivant la ligne 2-2 de la figuré 1, du dispositif therraostatiaue selon l'invention. La figure 5 est un schéma de montage d'un système 5 hydraulique construit conformément à la présente invention et utilisant le dispositif thermostatique montré en détail dans les figures 1 et 2. En se référant maintenant au dessin et, plus particulièrement à la figure 1, on voit une coupe d'un dispositif thermo--10 statique 10 conforme à une réalisation préférée de l'invention. Le dispositif thermostatique 10 comprend un carter 12, un orifice d'entrée 14, un orifice de sortie de liquide à "basse température 16 et un orifice de sortie de liquide à haute température 18. Le carter 12 est de forme circulaire et il est assujetti au 15 moyen de vis 13, comme le montre la figure 2. Ce carter est en un matériau présentant un faible coefficient thermique de dilata-tion, par exemple, en acier inoxydable, Evidemment, ledit carter' peut avoir toute autre configuration géométrique telle qu'une forme rectangulaire, carrée, elliptique, etc... et il peut être 20 constitué de tout autre type de matériau ayant un coefficient thermique de dilatation peu élevé.. Le carter 12 présente un canal annulaire 20 dans lequel est disposé un organe torique ou anneau 22.La largeur de l'organe torique ou anneau est inférieure à celle du canal 20 25 de sorte qu'un espace ou .passage annulaire extérieur 24 et un espace ou passage annulaire intérieur 26 sont ainsi créés. L'orifice d'entrée 14 communique avec une chambre annulaire 28 qui est disposée au-dessus de l'anneau 22 et au-dessus des espaces annulaires, ou passages, 24 et 26 (fig.1), et il est 30 également en communication avec lesdits passages..L'orifice de sortie de .fluide à basse température 16 communique avec une chambre annulaire 30 qui est disposée au-dessous de l'anneau 22 et du passage 24 (fig.1) et il se trouve en communication avec ledit passage.. D'une façon similaire, l'orifice de sortie de:-fLuide à 35 haute température 18 communique avec une chambre annulaire 32 qui est disposée au-dessous de l'anneau 22 et du passage 26 (fig.1), et il se trouve en communication avec ledit passage. Les passages annulaires 24 et 26 présentent des congés comme cela est représenté en 34 par exemple, afin d^'empê-40 cher toute oscillation du dispositif 10 lorsque le liquide le 69 14777 5 2008086 traverse. L'organe annulaire 22. est en une substance à base de polyéthylène à haute densité présentant un coefficient de dilatation thermique élevé. Cependant, tout autre matériau convenable ayant le même coefficient de dilatation peut- être avantageusement employé, matériau tel que le nylon par exemple. Le dispositif thermostatique 10 est conçu pour fonctionner à l'intérieur d'une gamme donnée de températures ayant une limite supérieure et une limite inférieure désignées dans le texte ci-après par température basse de coupure et température haute de coupure. Dansle fonctionnement du dispositif 10, le fluide entre par l'orifice d'admission 14 et pénètre dans la chambre annulaire 28. Lorsque la température du fluide se situe entre la température basse de coupure et la température haute de coupure, les passages 24 et 26 laissent passer le fluide de la chambre annulaire 28 aux chambres annulaires 30 et 32 d'où il s'échappe par l'orifice de sortie à basse température 16 et par l'orifice de sortie à haute température 18, respectivement. Le fluide s'écoulant de la chambre 28 aux chambres 30 et 32 passe de part et d'autre de l'organe annulaire 22 qui, comme on l'a.dit ci-dessus, présente un coefficient de dilatation élevé. Lorsque la température du fluide passant de part et cfautre de l'organe annulaire 22 est inférieure ou égale à la température basse de coupure, ledit organe 22 se contracte dans le sens radial et vient porter contre la sortie intérieure 36 du carter 10, obturant complètement ainsi le passage annulaire 26 et empêchant tout écoulement courant de fluide de la chambre 28 à la chambre ^2 et, par conséquent, à l'orifice de sortie de haute température 18. En même temps que le passage annulaire 26 est obturé, la largeur du passage annulaire 24 augmente.et une section de passage plus importante est obtenue. Il en résulte que la totalité du fluide admis à l'orifice d'entrée 14 s'écoule par le passage 24 et, par conséquent, par l'orifice de sortie de basse température 16. Inversement, lorsque la température du fluide passant de part et d'autre de l'organe annulaire 22 est supérieure ou égale à la température haute de coupure, ledit organe annulaire 22 se dilate dans le sens radial et vient porter contre la partie extérieure 38 du carter 10. Ceci amène l'obturation complète du passage annulaire 24 et empêche tout écoulement l 69 14777 6 2008086 de fluide, de sorte que ledit fluide ne peut s'échapper par 1' ouverture de sortie de basse température 16. La dilatation radiale de l'organe annulaire 22 amène également une augmentation de la section d'écoulement du passage 26, d!où il résulte que ^ la totalité du courant de fluide admis à l'orifice d'entrée 14 s'échappe par l'orifice de sortie de haute température 18. D'après ce qui précède, on voit que la quantité de fluide passant dans les passages annulaires 24 et 26 est fonction de la température d'où il s'ensuit que la fraction du flux de /jq fluide provenant de l'orifice d'entrée 14 et allant respectivement aux ouvertures de sortie de basse- température 16 et de haute température 18 par les passages annulaires 24 et 26, dépend également de la température du fluide et que cette fraction est directement contrôlable par la contraction et la dilatation de l'organe ^ annulaire 22. On doit noter ici que les dimensions des passages annulaires 24 et 26 sont telles que, dans tous les cas, c'est-à-dire, lorsque l'écoulement est total et lorsqu'il est nul, les conditions d'écoulement laminaire sont toujours maintenues. 2o faut noter également que, dans quelques applica tions, il peut être désirable de fabriquer l'organe annulaire 22 avec un matériau ayant un coefficient de dilatatinn faible, alors que le carter 12 sera exécuté avec un matériau ayant un coefficient de dilatation élevé, ce qui amènera à des résultats identiques à 25 ceux décrits ci-dessus, le fonctionnement étant, bien entendu, inversé. En se référant maintenant à la figure 3, on y voit un système hydraulique désigné par le numéro de référence 50. Ce système 50 reçoit le fluide d'un réservoir 52. Un répartiteur de 20 flux 54 qui présente une construction identique à celle du dispositif thermostatique 10 des figures 1 et' 2 est connecté entre le système hydraulique 50 et le réservoir 52, et il est placé,pour des raisons pratiques, sur un circuit intérieur de retour entre ledit système 50 et ledit réservoir 52. je; La sortie du système hydraulique est reliée à l'orifi ce d'entrée 14À du répartiteur de flux 54 qui comporte un orifice de sortie de fluide à basse température 16A et un orifice de sortie de fluide à haute température 18A. Le flux .provenant de l'orifice de sortie 16A est directement admis au réservoir, alors 40 que le flux de fluide provenant de l'orifice de sortie 18A est 69 14777 7 2008086 aussi délivrée au réservoir, nais par l-1 intermédiaire d'un échan-geur de cnaleur 56. Comme on l'a exposé ci-dessus, le répartiteur de flux 54 fonctionne suivant le même principe que le dispositif 5 thermostatique 10 décrit en détail ci-dessus-. Dans te fonctionnement du système montré en figure 3, la sortie de fluide du'système hydraulique 50 est reliée à l'orifice d'entrée 14A du répartiteur de flux ?4. Lorsque la température du fluide admis à l'orifice d'entrée 14A se situe entre les températures de coupure bas-10 se et haute du répartiteur 54-, -e flux de fluide s'écoulant à l'extérieur est réparti entre les orifices de sortie de fLuide à basse température et à haute température, respectivement 16A et 18A de sorte que cette répartition est fonction de la température du fluide à l'entrée. Dans ces conditions, une fraction du 15 flux va directement au réservoir, par l'orifice de sortie de fluide à basse température 16A et l'autre fraction du flux retourne, elle aussi, au réservoir, mais en passant par l'échangeur de chaleur 56, cet échangeur 56 servant à réduire la' température du fluide qui le traverse. 20 Dans le cas extrême om la température du fluide en trant dans le répartiteur 54 est égale ou inférieure à la température de coupure basse, la totalité du flux passe par l'orifice, de sortie 16A alors que l'orifice de sortie 18A est obturé. D'une façon similaire, lorsque la température du fluide entrant 25 dans le répartiteur est supérieure ou égale à la température de coupure haute, la totalité du flux passe par l'orifice de sortie 18A pour aller à l'échangeur de chaleur 56 et, de là, revenir au réservoir 52 alors que l'orifice de sortie 16A est obturé. De cette manière, le flux de liquide passant dans le répartiteur 30 sera réparti proportionnellement entre les orifices de sortie 16A et 18A en fonction de la température jusqu'à ce que la température désirée du fluide dans le réservoir 52 soit atteinte, obtenant ainsi une température sensiblement constante à la sortie du système hydraulique 50. 35 On voit ainsi qu'il est fourni un système hydraulique à température compensée et un dispositif thermostatique utilisé conjointement avec ledit système, dispositif qui est de construction simple et qui présente une grande fiabilité. 69 14777 8 2008086 Il apparaîtra aisénient aux hommes de l'art que de nombreuses modifications, changements et améliorations, peuvent être apportés à l'invention, sans se départir pour cela de son esprit, et de son domaine d'application, tels qu'ils sont 5 définis" dans les revendications ci-dessous. 69 14777 2008086 -: :- HEVEKDICAÏI0K3 -: :- 1 - Un dispositif theraiostatique pour fluide, caractérisé en ce qu'il comprend un carter comportant un orifice d'entrée, un premier orifice de sortie, un deuxième orifice de sortie, et un dispositif sensible à la température coopérant 5 avec ledit carter pour doser ou répartir le flux de fluide qui s'écoule vers l'extérieur, entre ledit premier orifice et ledit second orifice de sortie en fonction de la température du fluide passant au travers dudit dispositif thermostatique• 2 - Un dispositif thermostatique selon la re- 10 vendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif sensible à la température est disposé à l'intérieur dudit carter. 3 - Un dispositif thermostatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit carter présente un canal qui est formé à l'intérieur du carter et qui met en commu- 15 nication ledit orifice d'entrée avec lesdits premier et second orifices de sortie, et en ce que ledit dispositif sensible à la température est disposé à l'intérieur dudit canal ou chambre et agit pour doser ou répartir le flux de fluide qui s1 écoule vers l'extérieur, entre lesdits premier et second orifice de sortie f 20 en fonction de la température du fluide passant au travers dudit canal ou de ladite chambre. 4 - Un dispositif thermostatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif sensible à la température est conçu de manière à faire passer la totalité 25 du flux de fluide de l'orifice d'entrée audit premier orifice de sortie lorsque la température du fluide passant au travers de ladite chambre est inférieure à une première température prédéterminée, et de manière à faire passer la totalité du flux de fluide dudit orifice d'entrée audit second orifice de sortie 30 lorsque la température du fluide passant dans ladite chambre est supérieure à une seconde température prédéterminée. 5 - Un dispositif thermostatique selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit carter est fabriqué dans un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique 35 relativement faible, tandis que ledit dispositif sensible à la température est fabriqué dans un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique relativement élevé, ledit dispositif 69 5 10 15 20 25 30 35 40 10 14777 2008086 sensible à la température se dilatant et se contractant à l'intérieur de ladite chambre ou canal, en fonction de la température du fluide passant dans la chambre, pour doser ou. répartir le flux sortant de fluide entre lesdits premier et. second .orifices de sortie. 6 - Un dispositif thermostatique selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite chambre ou canal présente une configuration annulaire et ledit dispositif sensible a la température comprend un organe ayant une configuration sensiblement toroïdale, ledit organe toroïdal se dilatant et se contractant radialement en fonction de la température du fluide circulant dans ladite chambre ou canal. 7 - Un dispositif thermostatique selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit premier orifice de sortie est un orifice de sortie de fluide à basse température et ledit second orifice de sortie est un orifice de sortie de fluide à haute température, ledit organe toroïdal se: contractant dans un sens radial pour faire passer la totalité du flux de fluide provenant dudit orifice d'entrée vers ledit orifice de sortie de fluide à basse température lorsque la température du fluide circulant dans ladite chambre est inférieure à une première température prédéterminée, et ledit organe -totoïdal se dilatant dans un sens radial pour faire passer la totalité du flux de fluide pro-venantdudit orifice d'entrée vers ledit orifice de sortie de fluide à haute température lorsque la température audit fluide circulant dans ladite chambre est supérieure à une seconde température prédéterminée. 8 - Un dispositif thermostatique selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit organe toroïdal est disposé à l'intérieur de ladite chambre ou canal annulaire et il définit un espace intérieur substantiellement annulaire d'écoulement et un espace extérieur substantiellement annulaire d'écoulement lorsque la température du fluide circulant dans ladite chambre est comprise entre lesdites première et seconde températures prédéterminée^ ledit espace intérieur annulaire étant en communication avec ledit orifice de sortie de fluide à haute température, ledit espace annulaire extérieur étant en communication avec l'orifice de sortie de fluide à basse température, et lesdits espaces annulaires intérieur et extérieur étant en communication avec ledit orifice d'entrée de fluide. 69 14777 2008086 9 - Un dispositif thermostatique-selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits espaces annulaires intérieur et extérieur présentent une configuration susceptible d'assurer un écoulement laminaire du flux. 5 10 - Un dispositif thermostatique selon la re vendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens destinés à empêcher toute oscillation dudit dispositif thermostatique lorsqu'il se produit un passage de fluide à l'intérieur. 11 - Un dispositif thermostatique selon la 10 revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens assurant les jonctions entre ledit orifice d'entrée, lesdits orifices de sortie et lesdits espaces annulaires, et en ce que lesdits moyens destinés à empêcher toute oscillation dudit dispositif thermostatique consiste en l'évasement desdites jonctions entre 15 ledit orifice d'entrée et lesdits espaces annulaire d'une part et entre lesdits orifices de sortie et lesdits espaces annulaires d1 autre part. 12 - Un système hydraulique présentant un orifice d'entrée et un orifice de sortie et comprenant un réser- 20 voir d'alimentation en fluide et un échangeur de chaleur caractérisé en ce qu'il comporte en outre un répartiteur de flux disposé, dans un circuit extérieur de retour, entre ledit orifice de sortie et ledit orifice d'entrée dudit système, ledit répartiteur de flux ayant un orifice d'entrée, un premier orifice de 25 sortie et un second orifice de sortie, ledit orifice d'entrée du répartiteur étant connecté audit orifice de sortie dudit système hydraulique, ledit premier orifice de sortie du répartiteur étant connecté audit réservoir d'alimentation, ledit second orifice de sortie du répartiteur étant connecté audit échangeur de tempé-30 rature, ce dernier étant connecté audit réservoir d'alimentation et en ce que ledit répartiteur de flux est conçu de manière à doser ou répartir le fluide entre ses premier et second orifices de sortie en fonction de la température du fluide qui le traverse de telle sorte que le fluide dans ledit réservoir soit maintenu 35 a une température pratiquement constante; 13 - Un système hydraulique selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit répartiteur comprend un carter et dispositif sensible à la température coopérant avec ledit carter pour doser ou répartir le flux de fluide qui s'écou- ,n le vers l'extérieur, entre lesdits premier et second orifices de 69 14777 2008086 sortie en fonction de la température du fluide passant au travers dudit répartiteur de flux. 14- - Un système hydraulique selon la revendica tion 13, caractérisé en ce que ledit dispositif sensible à la tem-5 pérature est disposé à l'intérieur dudit carter.