Brevet FR2083505A1 — publié le 19711217

-i 2083505 La présente invention se rapporte à un dispositif pour le réglage automatique par action proportionnelle, destiné à la régulation de la température, de la pression et de l'humidité et, de manière générale, de toutes les quantités physiques reliées à 5 des processus thermiques et plus particulièrement au chauffage et à la climatisation. les dispositifs connus de ce genre fonctionnent sous commande pneumatique ou électrique, selon que le moteur de l'organe de commande (valve ou vanne) reçoit son signal de mise en marche pro-10 venant de l'organe de commande (thermostat, interrupteur manométrique , hydrostat etc..) sous forme d'air comprimé ou de courant électrique» L'air comprimé ou le courant électrique est alimenté à l'entrée de l'organe de commande en une quantité fixe et constante, tandis qu'à sa sortie, eette quantité, destinée à comman-15 der l'organe de réglage, est modulée» Cette modulation fait que l'organe de réglage prend une position "bien déterminée par rapport à l'organe de commande. Il est donc évident que, dans les deux cas (commande pneumatique et commande électrique) des conduites ou lignes doivent être prévues pour régler l'organe de commande à une 20 source centrale susceptible de fournir de l'air comprimé à pression constante ou du courant électrique à tension constantes et qu'il est aussi nécessaire de prévoir d'autres conduites ou conducteurs entre les organes de commande et les organes de réglage» Ces conduites ou conducteurs supplémentaires rendent les ins-25 tallations plus complexes et plus chères; elles sont évidemment susceptibles de subir des pannes difficiles à localiser et qui peuvent causer des ennuis et des incidents dans le système principal qui est à maintenir sous contrôle» Or, le nouveau dispositif pour la régulation automatique par 50 action proportionnelle des quantités à maintenir sous contrôle, qui fait l'objet de la présente invention, n'exige pas de conduites ou de conducteurs supplémentaires, grâce à quoi il est plus économique, plus simple et plus facile à entretenir» Le dispositif de régulation conforme à la présente invention se prête par-55 ticulièrement bien aux grandes stations centrales de conditionnement d'air, avec plusieurs éléments périphériques et une canalisation d'eau secondaire à 2, 3 ou 4 tuyaux, car il utilise pour son propre fonctionnement l'eau qui circule dans les conduites alimentant les éléments périphériques de climatisation. Le moteur de 71 10097 2 2083505 l'organe de réglage est actionné par la différence de pression hydraulique existant entre l'entrée et la sortie de chaque échangeur de chaleur et son mouvement est réglé par action proportionnelle à l'aide du dispositif de réglage conforme à la présente 5 invention® D'autres avantages, buts et caractéristiques du dispositif de régulation conforme à la présente invention ressortiront de manière facile à comprendre pour l'homme du métier de la description donnée ci-dessous à l'aide du dessin annexé, d'une forme de 10 réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif» Dans ce dessin, la Figure 1 est une représentation schématique d'un type connu d'échangeur de chaleur destiné à être réglé et qui est dans le cas d'espèce une "batterie d'échangeurs de chaleur. 15 la Figure 2 montre, de même schématiquement, 1'échangeur de chaleur équipé d'une vanne à trois voies pour l'eau qui le parcourt; La Figure 3 fait voir un moteur hydraulique qui fait fonction d'organe de commande pour le réglage de 1*échangeur de cha-20 leur de la Figure 1 ; et Les Figures 4a, 4"b, 4c sont trois coupes schématiques d'un dispositif conforme à la présente invention, les Figures 4b et 4c étant des sections transversales prises respectivement selon B-B et C-C de la Figure 4a, tandis que la Figure 4a est une sec-25 tion longitudinale suivant A-A des Figures 4b et 4c. La Figure 1 fait voir schématiquement tin échangeur de chaleur 2 faisant partie du système périphérique d'une installation de climatisation, qui est équipé de conduites d'entrée et de sortie d'eau, tandis que la Figure 2 montre schématiquement un é-30 changeur de chaleur identique 2' mais dont les sections d'entrée et de sortie communiquent entre elles par l'intermédiaire d'une vanne à trois voies 3» Comme on l'a dit ci-dessus, le moteur de l'organe de réglage selon la présente invention est actionné par la différence de la pression hydraulique due, dans le cas de Fi~ 35 gure 1, à la chute de pression qui se produit pendant que l'eau traverse les tuyaux de 1'échangeur de chaleur 2, et dans le cas de Figure 2, à la chute de pression lors du passage de l'eau à travers le tube capillaire 1*. Dans le cas de la Figure 1, les pressions différentielles 71 10097 3 2083505 À. P* = P^j - et /S p" = Pj - Pg peuvent être utilisées pour actionner le moteur d'une vanne ou d'une ou plusieurs valves, tandis que dans le cas de la Figure 2, ces pressions différentielles peuvent actionner directement la vanne 3» parce que les chu-5 tes de pression p^ - p^ et p^ - pg existent lorsque l'eau parcourt la valve de b à a et de c à a. La seule condition nécessaire pour que se produise la chute de pression est que l'eau dans le système circuleo La Figure 3 fait voir le moteur hydraulique d'un organe de 10 réglage actionné par les différences de pression mentionnées ci-dessus. Dans l'exemple illustré, ce moteur est constitué par un cylindre 4, équipé d'un raccord supérieur 5 pour son branchement sur la canalisation d'eau, d'un chapeau de fermeture 6 avec un raccord inférieur 7 et d'un joint de traversée 15 pour la tige de 15 piston avec des coussinets antifriction 8 et un joint d'étanchéi-té hydraulique 9» A l'intérieur de ce cylindre, se déplace un piston 10 avec des joints d'étanchéité hydrauliques 11 et un anneau de glissement 12 réalisé avec une matière antifriction. La tige de piston 13 est fixée au piston 10 par un écrou 14. 20 Une des- deux chambres du cylindre, par exemple la chambre 16, est toujours en communication avec la zone où règne la pression Pj : il en résulte que, quand la chambre 17 est en communication avec la zone où règne la pression p^ (^p^^le piston se déplace vers le haut, en entraînant la tige de piston 13» L'inverse se 25 produit lorsque la chambre 17 est en communication avec la zone où règne la pression pg (/.P^)» Si la tige de piston 13 y est raccordée de manière appropriée, elle peut actionner une vanne, une ou plusieurs valves, etc., mais seulement à condition que le piston 10 puisse inverser sa course et puisse être arrêté dans 30 n'importe quelle position afin d' opérer un réglage proportionnel» Dans un moteur de cette conception, la force agissant sur la tige de piston 13 dépend exclusivement de la surface du piston 10 et de la différence de pression entre les deux chambres 16 et 17® Pour obtenir une régulation proportionnelle, il faut donc que la 35 tige de piston soit reliée à un organe de commande qui réagit à la quantité à régler» Les Figures 4a, 4b et 4c illustrent une forme de réalisation de cet organe de commande, c'est-à-dire dans le cas illustré, d'un thermostat. 71 10097 4 2083505 Un élément thermosensible 18 est relié par l'intermédiaire d'un tube capillaire 19 à un organe 20 en forme de soufflet, appuyé d'un coté sur une plaque de support 21 tandis que de l'autre côté il agit sur un basculeur 22 par l'intermédiaire de la tige 23 5 Un ressort de contre-pression 24 serre le basculeur 22 contre la tige 23» Ce basculeur présente à l'extrémité de ses deux bras horizontaux, des obturateurssphériques 251 et 25" qui sont maintenus appliqués contre les sièges de deux orifices 26* et 26" par la traction d'un ressort 27 lorsque l'ensemble du système 10 est en équilibre. Un orifice de passage 28 est disposé coaxiale-ment avec le ressort 27. la plaque de support 21 est guidée dans le sens longitudinal par deux fentes (une supérieure 29 et une inférieure 30) qui sont prévues dans le boîtier 31 et dans le prolongement 32 du chapeau 33. Deux arbres à cames 34, 35 s'ap-15 puient contre la plaque de support 21, le premier de ces arbres étant disposé au-dessus de l'axe de la tige 23, tandis que l'autre est disposé sous cet axe. La référence 36 marque le corps du thermostat, 37 est l'alésage qui loge le ressort 24, et 38 l'alésage qui loge la tige 23, cet alésage étant isolé de l'exté-20 rieur par les rondelles 39. Le bouchon à visser 40 sert à l'insertion du ressort 24 dans l'alésage 37 lors du montage du thermostat. Le boîtier 36 est bridé sur le chapeau 33» Le système composé des organes 18 - 19 - 20 est rempli de liquide et l'orifice 28 communique avec la chambre 17 cLu cylin-25 dre (voir Figs. 1, 2, 3) tandis que les orifices 26* et 26M communiquent respectivement avec les zones de pression p^ et pg ; la chambre 16 communique avec la zone de pression p^o Si, en partant de la position de repos, où les orifices 26* et 26" sont obturés, l'organe 18 sent une augmentation de la 30 température au-dessus de celle qui correspond à la position de repos, la dilatation du liquide pousse la tige 23 vers la droite et, en surmontant l'action antagoniste des ressorts 24 et 27» cette tige fait pivoter le basculeur 22 autour de la sphère 25", ce qui dégage l'orifice 26* et le met en communication avec l'o-35 rifice 28. La chambre 17 cLu cylindre est alors soumise à la près sion p^j qui, puisqu'elle est plus grande que la pression p^, fait remonter le piston 10. Le contraire se produit lorsque le basculeur pivote autour de la sphère 25% ce qui est le cas quand l'élément thermosensible 18 détecte, par rapport à la pôsi 71 10097 5 2083505 tion de repos, une "baisse de la température et le liquide se contracte par conséquent. Dans ce cas, en effet, le ressort 24 incite, en surmontant la sollicitation du ressort 27, la tige 23 à se retirer, et le basculeur pivote dans le sens inverse; l'o-5 rifice 26" est mis en communication avec l'orifice 28 et la chambre 17 du cylindre est soumise à la pression pg qui est plus petite que la pression p^ ce qui permet au piston 10 de descen-dre0 Mais l'action décrite ci-dessus amène le piston aux deux 10 extrémités de sa course, sar~ qu'il y ait la possibilité de l'arrêter dans une position intermédiaire, et par conséquent la régulation serait un réglage "tout ou rien" c'est-à-dire un régulateur à deux positions seulement qui ne serait pas du. type à action proportionnelle désiré. Pour rendre la régulation propor-15 tionnelle il est nécessaire qu'à toute variation de la quantité physique à adapter (dans ce cas cette quantité est la température, mais il peut aussi bien s'agir de pression, d'humidité etc..) corresponde une action déterminée de l'organe de commande du réglage» donc du moteur selon la Figure 3 dont la tige de piston 13 20 peut commander une ou plusieurs soupapes et/ou vannes9 Pour réaliser la proportionnalité, le système est relié à un mécanisme à réaction qui consiste en une liaison mécanique entre l'arbre à came 35 et la tige de piston 13 montré; à la Figure 3® Ce mécanisme n'est pas montré sur le dessin annexé, mais il peut être 25 réalisé sous forme de liaison rigide ou flexible, à l'aide de tiges, de manivelles et bielles, de crémaillères, fils de fer» etc. "Lorsque le dispositif régulateur est ainsi complété, chaque mouvement donné de la tige de piston 13 du moteur hydraulique amène l'arbre à came 35 à tourner dans une mesure déterminée, 30 de manière à ramener le basculeur 22 dans sa position d'équilibre. En admettant que l'équilibre ait été rompu par une augmentation de la température, la rotation de l'arbre à came 35 sera telle qu'il permette à la plaque de support 21 de pivoter autour de l'arbre 34 dans le sens des aiguilles d'une montre, en dépla-35 çant ainsi vers la gauche le point d'appui du soufflet 20 qui- se retirera sous la poussée de la tige 23, provoquée par la sollicitation du ressort 24, jusqu'à ce que le basculeur 22 ait à nouveau fermé l'orifice 26* en y plaçant la sphère obturatrice 25fo L'inverse se produira si l'équilibre est rompu par une bais 71 10097 6 2083505 se de la température. L'arbre à came 34-, lui, sert à déplacer manuellement le point d'étalonnage du système thermostatique. Bien sûr, il est sans importance pour l'invention si les fonctions de deux arbres 5 à came sont inversées. Une condition nécessaire pour le fonctionnement correct du système tîiermostatique tout entier est une très bonne filtration de l'eau qui circule aux points de branchement des pressions p^, ?2» P3 ^-e manière à empêcher que d'éventuelles impuretés in-10 fluencent le fonctionnement des soupapes à obturateur sphérique et du moteur. L'eau dans le circuit devrait aussi être déminéralisée pour éviter la formation d'incrustations sur les organes de réglage. Il y a lieu de noter que le système décrit ci-dessus est 15 indépendant de la température de l'eau qui circule dans le circuit soumis à la régulation, car il ne réagit qu'aux variations de la température du fluide. Le moteur à double effet permet de se dispenser d'un ressort de rappel; il fonctionne indépendamment de la pression absolue dans le circuit et agit seulement en 20 fonction de la différence entre les pressions régnant en amont et en aval de l'organe qu'il commande. Toute la description donnée ci-dessus, ainsi que le dessin joint en annexe, se rapporte à un système thermostatique puisqu' il a été admis au départ que la quantité physique à régler se-25 rait la température. Evidemment, on l'a dit, le principe du fonctionnement n'est pas différent si la quantité physique soumise à la régulation est la pression, car, dans ce cas, il suffit de relier le soufflet 20 par l'intermédiaire d'un filtre et d'un tube capillaire à un raccord à pression disposé au point de 30 réglage. De même, lorsque la quantité à maintenir sous contrôle est l'humidité, ou toute autre qunatité physique, il n'y aurait pas de changement dans les principes fondamentaux, car dans ce cas il serait suffisant d'utiliser un capteur approprié, capable de transformer la différence détectée en un déplacement mécani-35 que. De nombreuses modifications et/ou additions à la forme de réalisation du dispositif de régulation de la présente invention, décrite ci-dessus et illustrée par le dessin, sont concevables et peuvent être réalisées facilement par l'homme du métier, sans pour cela s'écarter de l'esprit de l'invention. 71 10097 7 2083505 Revendications 1. Dispositif de réglage automatique, du type à action proportionnelle, d'une quantité physique d'un circuit hydraulique, comportant des moyens réagissant aux variations de la quantité à régler et un cylindre hydraulique à double effet formant moteur 5 de l'organe de commande, caractérisé en ce que lesdits moyens sont reliés par des moyens de liaison à un organe actionnant alternativement deux clapets qui sont connectés respectivement d'une part à une première et à une seconde section du circuit hydraulique ayant des pressions différentes et d'autre part à 10 une première chambre du cylindre, la seconde chambre de ce dernier étant constamment en communication avec une troisième section du circuit hydraulique dans laquelle règne une pression de valeur intermédiaire à celles régnant dans la première section et dans la seconde section. 15 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en .ce que les moyens réagissant aux variation de la quantité à régler comprennent un soufflet dont la partie fixe repose sur un support de positionnement. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce 20 que les moyens de liaison comprennent une tige dont les extrémités sont en contact respectivement avec la surface mobile du soufflet et avec un bras d'un basculeur appuyé par un premier ressort contre cette tige et ce soufflet. 4. Dispositif selon la revendication 3» caractérisé en ce 25 que le basculeur est l'organe actionnant les deux clapets. 5o Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux clapets sont' des clapets à bille sur l'un et l'autre desquels le basculeur peut pivoter, ce basculeur portant à chacune de ses extrémités l'obturateur à bille de chaque clapet, 30 les deux obturateurs étant normalement maintenus fermés par un second ressort appuyant le basculeur avec les obturateurs contre les sièges des clapets. 60 Dispositif selon les revendications 2 et 3» caractérisé en ce que le support de positionnement est lié mécaniquement à 35 la tige de piston du cylindre hydraulique a double effet, au moyen d'un arbre à came monté pivotant de manière excentrée dans un trou circulaire du support, ce dernier pouvant coulisser dans une direction parallèle à l'axe de la tige engageant le basculeur. 71 10097 8 2083505 7« Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un second arbre à came est monté de manière excentrée dans un second trou circulaire du support, pour permettre le réglage manuel de celui-ci, les centres des deux trous étant l'un au-dessus de l'axe géométrique de la tige au contact des basculeurs et l'autre en dessous de cet axe. 8. Dispositif selon la revendication *1, caractérisé en ce que le circuit hydraulique est un système de conditionnement d'air muni de batteries d'échangeurs thermiques alimentés par de l'eau, dans un élément périphérique desquelles des quantités physiques sont à régler, les première et seconde sections de circuit hydraulique, dans lesquelles régnent des pressions différentes, étant constituées respectivement par la section d'entrée de cet élément et par sa section de sortie, alors que la troisième section, à une pression intermédiaire, est constituée par ion point interne de cet élément.