Brevet FR2108194A1 — publié le 19720519

La présente invention est relative à une membrane flexible à poches utilisable dans des appareils de mesure et/ou de réglage qui mettent en oeuvre une différence de pression de fluide, ainsi qu'à un registre d2air équipé dsune telle membrane à poches, et destiné à être inséré dans une installation de climatisation pour régler un débit d'air ou un rapport de débits d'air éventuellement en fonction d'une variable à régler quelconque. Une membrane selon l'invention est caractérisée par sa forme, son montage et lSextrême flexibilité de ses parois, ce qui permet son emploi comme élément de positionnement d'un registre d'air de conception nouvelle, et ceci moyennant des différences de pression très faibles. Les membranes utilisées jusqu2à présent ont des formes et des façons de montage diverses La plus simple. est la membrane plane souvent circulaire montée par serrage sur le pourtour. On utilise également des membranes moulées à relief spécial, parfois à rebord renforce Pour augmenter la course admissible on emploie encore une membrane en forme de ncha.peau", monté dans un ensemble cylindre et piston à jeu important. Elle sterroule et se déroule sur les pa- rois du cylindre et du piston mobile.Du point de vue fonctionnel, une membrane peut souvent se remplacer par un soufflet, constitué d'un tube à parois relativement minces et flexibles, de section gé néraiement circulaire, présentant un. di.amètre alternativement plus grand et plus petit, obtenu par coulée, déformation ou découpe. I1 se monte par soudage par exemple, ou par serrage des brides du soufflet. Pour eAtre complet on peut citer le tube dit "Bourdon" constitué dSun corps creux élastique incurvé, qui se déforme sous lteffet d'une di.fférence de pression.Les registres d2air connus et couram me utilisés pour régler les débits d'air et/ou les rapports de dé bi.ts d'air dans les installations de climatisaticn sont positionnés en général soit manuellement, soit moyennant des servomoteurs électriques ou pneumatiques, alimentés, moyennant des détecteurs et des relais, à partir dsun. réseau d'énergie adéquat, électrique ou pneu mastique. On utilise aussi des registres d9air dits mécaniques, qui se positionnent par ltéquilibre d'un ressort et/ou d?un ccntrepoids et éventuellement d'un amortisseur, avec la force résultante dés pressions exercées par ltair qui traverse le registre sur la ou les pièces mobiles guidées qui contrôlent lSouverture de passage effec tivement disponible. De cette façon, on règl.e entr autres ure débit constant. En variant par exemple la précontrainte du ressort, moyen nant un servomoteur électrique ou pneumatique, on peut aussi régler un débit variable, en fonction dune variable à régler quelconque. Les figures 1, 2, 3 et 4 montrent l2essentiel dune mem- brane conforme à la présente invention, dont la surface effective est supposée sensiblement rectangulaire, comme il apparaît à la figure 1. Les figures 2 et 3 montrent deux coupes dtune telle membrane, à poche unique, montée, en deux. positions dIfférentes à savoir entièremert dégonflée (figure 2) et gonflée au maximum (figure 3). La membrane est constituée dans ce cas dune pocheaclatie à parois étanches, minces et flexibles 1, munie dSun raccord de pression 6, et montée entre deux plaques rigides 2 et 3, dont ltune est mobile vis à vis de ltautre, le genre et l'amplitude du mouvement relatif desplaques susdites 2 et 3 étant limités par un guidage adéquat7 (eoulissee.u, pivot, fixation flexible par exemple) non figuré ici.En principe ce mouvement relatif consistera en une variation de ltéeartement moyen des plaques 2 et 3, sensiblement parallèles entrtelles. Pour des motifs pratiques, on préférera souvent une rotation relative à amplitude limitée autour dtun. axe parallèle aux plaques 2et 3 (voir figure 1). En principe, ltéearte- ment maximumiladmis sera petit vis à vis de la largeur réelle L de la membrane à poche ; de cette façon, on obtient des contraintes dans les parois de la poche relativement réduites, et une variation relativement faible de la largeur effective (Le), comme on démontre facilement.Pour réaliser ces écartements, ou des Xeoursest relativement importantes on peut utiliser une membrane à poches multiples il , comme illustrée à la figure 1, et dont une coupe schématique est montrée à la figure 4. Les poches successives, tout à fait analogues à la poche 1 montrée aux figures précédentes 2 et 3, communiquent entrtelles par des trous 5, l'étanchéité de l'ensemble étant assuré par une fixation adéquate des poches voisines, par exemple par collage ou soudage 4. Comme la membrane à poche unique la membrane à poches multiples est munie d.tun raccord de pression 6, et mottée entre deux plaques rigides 2 et 3 à écartement variable. Il est à noter qu'il né s'agit pas d'un soufflet modifié: la membrane à poches se comporte d2une façon très différente. En effet, les parois minces et souples ne présentent pas de résistance notoire à la flexion, et ne résistent en principe que par la traction quelles subissent Âussiles parties des parois en contact avec les plaques rigi.des 2 ou 3, ou en contact avec une poche voisine ne se déforment pas, et n'ont vautre fonction que d'équilibrer les tractions existantes dans les zones libres à rayon de courbure variable sur le pourtour des poches.On peut même s'imaginer que ces parties planes en contact avec les plaques rigides 2 ou 3, ou avec une poche voisine soient exécutées en un matériau plus rigide et moins coteux. Il est évident que les trous 5 doivent être relativement petits vis à vis dela surface effective de la membrane sans quoi l-équilibrage des tractions comme exposé ci-dessus se trouverait compromis. Le comportement très particulier de la membrane à poches permet d'ailleurs de la réaliser à surface effective noncirculaire, par exemple rectangulaire, plus ou moins allongée. On s2imagi.ne facilement différentes procédures de fabrication de membranes à poches, simples ou multiples. Entr'autres ces membranes à poches peuvent se confectionner à partir d dune longue manche à parois très minces et flexibles, de diamètre convenable, obtenue par étirage ou soufflage, les poches étant achevées et assemblées par découpe et soudage et/ou collage. Les figures 5 à 16 montrent schématiquement en coupes transversales, longitudinales et- horizontales, quelques variantes constructives possibles d'un registre d'air à membrane flexible selon l'invention et des branchements possibles pour des applications pratiques. Les figures 19, 20, 21 et 22 concernent des regi.stres mélangeurs. Dtabord les figures 5, 6, 7 montrent une première version très simple. Ce registre comprend entrtautres : : une chambre d'entrée 21, et une chambre de sortie 22, ces chambres pouvant communiquer entrtelles par l'orifice 23, dtaprès lsouverture de passage effec- vivement disponible, varie par la pièce mobile 24, guidée aPar le pivot fixe 7.Cette pièce mobile 24 est positionnée par contact direct avec la membrane à poches 11, montée entre la paroi de la cham bre de sortie 22 du registre, et la pièce mobile susdite 24, faisant off: ce de plaque rigide 3. Ladite pièce mcT)3.ie 24 du registre ainsi constitué est positionnée én imposant une différence de pression adéquate à la membrane il susdite, notamment la pression d'air P2 en aval du registre à Itextérieur de la membrane, une pression pilote contrôlée Px à l'intérieur. Selon exemple illustré, la pression pilote Px peut être déduite d'un circuit pilote connecté en amont, et débouchant en aval du registre susdit, le rapport des résistances des deux conduits pilote 31, 32 qui constituent le circuit pilote étant varié par exemple en déplaçant un obturateur mobile dit pilote 30, au bout du conduit pilote 32 susdit. La pièce 24 prendra une po- sition telle, que les forces appliquées s'équilibrent. On comprend facilement que moyennant un dimensionnement adéquat des éléments dudit registre et dudit circuit pilote, ce registre peut être mis et maintenu en position fermée, ou grandtouverte, ou encore intermédiaire, d'après léeartement entre le pilote mobile 30, et le bout du conduit pilote 32. La figure 6 montre des coupes schématiques d'une construction différente, perfectionnée. Dans ce cas, on distingue encore une chambre dtentrée 21 et une chambre de sortie 22 ; en plus il y a un bottier 12 dans lequel se trouve une plaque mobile 3 sur pivot 7. Au bout de ladite plaque il est fixé une pièce mobile 24 cintrée et concentrique à l'axe du pivot fixe susdit 7, qui glisse à travers une fente à faible jeu pratiquée dans la paroi qui sépare le bottier 12 d'une part et les chambres 21 - 22 dtautre part, et qui en se déplaçant varie donc l'ouverture de passage disponible entre les chambres du registre.La plaque 3, et par là 1ensemble mobile 3 + 24 est soumis à lleffet dpune membrane à poches 11 gonflée. Eventuellement on y ajoute un contrepoids et/ou un ressort calibré. Bien str la fente à faible jeu pretant passage à la pièce mobile 24 présente une fuite non négligeable. Ilfaut donc éviter de lui imposer des différences de pressions importantes. Un tel registre peut entrtautres régler un débit constant avec d.es pressions d'entrée variables, si on impose à la membrane 11 la pression dynamique prise dans le débit d'air à régler à un endroit convenable, par ex.emple dans la chambre d entrée 21 comme illustré.Dans ce cas la pression statique est appliquée à l'intérieur du bottier 12 par le raccord interne 6i, la pression totale à ltintérieur de la mem- branepar le raccord 6. Un volet 16 permet dtajuster manuellement le débit voulu. On voit que l'effet de la membrane 17 gonflée s'oppose au poids de l'ensemble mobile. Les moments de ces deux forces par rapport au pivot fixe 7 doivent s'équilibrer Si l'amplitude du mouvement de l'ensemble mobile est relativement petit par rapport à la longueur de la plaque 3, on arrive à régler la pression dyna mique avec des tolérances acceptables.Or, une pression dynamique constante sensiblement constante dans ule section de pas sage /doni-t lieu à un débit d'air sensiblement constant à tolérances acceptacles. On comprend dfailleurs facilement qu'un étranglement de la section de prise de pression à l'aide du volet 16 réduit le débit résultant. L'amortissement nécessaire du système peut ssobtenir par un dimensionnement adéquat du raccord 6. Le pivot 7 peut comporter un arbre de torsion 77 sur deux paliers, l'arbre.77 étant rigidement fixé à la plaque 3, et monté à traversles parois latérales du registre, selon la figure Dans ce cas-ci on peut modifier le positionnement de l'ensemble mobile 3 + 24 par torsion de l'arbre 77 moyennant des leviers externes 13 attaqués par une force adéquate. Selon exemple illustré on applique l5effet dtune membrane externe il soumise à une pression pilote (relative) Px. Du reste, la menihrane interne 11 est chargée. d5une façon tout à fait analogue à l'exemple de la figure 6 précéden te. On démontre facilement que cet arrangement où les effets des deux membranes il et 11 ' se mettent ensemble pour équilibrer les poids, permet d'obtenir un débit sensiblement constant vis à vis des pressions d'entrée éventuellement variables, mais variable en fonction de la pression pilote Px appliquée. Il s'agit donc d'un registre dit à débit constant variable". La figure 8 montre une construction encore différente. Ici la paroi entre le bottier 12 et les chambres 21 ou 22 du regis- tre est tout à fait fermée, les seules percées étant constituées par les paliers de l'arbre 77, solidaire de la plaque 3 à l'intérieur du bottier 12. Le bottier 12 fait saillie à l'intérieur de la chambre 22. La pièce mobile 24, toujours cintrée et eoncentrique à l'a- xe du pivot 7, est montée en dehors du boltier et fixée à l'arbre 77 à l'aide de deux leviers 13 en tole minez, disposés dans un. plan perpendiculaire à l'arbre 77 susdit et, dans ladite chambre 22. En se déplaçant, la pièce mobile 24 défile'à faible jeu devant l'arête de la paroi 15, entre les chambres 21 et 22.Puisque la fuite flair des paliers de arbre 77 est insignifiante on peut appliquer à l'in- térieurdu bottier 12 une pression d'air en principe quelconque, le cas échéant très différente des pressions dans les chambres 21 et 22 du registre. Ceci augmente les possibilités de branchement et d'emploi. Un branchemen.t comme illustré à la figure 7, où notamment la pression en aval du regi.stre est appliquée dans la membrane 11, le bottier 12 étant à pression ambiante, permet de régler une pression constante dans un conduit de pulsion pair. Dsautre part un registre comme illustré à la figure 9 équipé de deux pièces mobiles 24 et 24t montés selon la figure 8 permet de réaliser un débit constant variable aux tolérances serrées Une première pièce mobile 24 montée comme décrit ci dessus sur l'arbre 77 du boîtier 12 est positionnée à l'aide de la membrane il montée dans le boîtier susdit, et exposée à la pression dynamique du débit réglé pris à l'entrée du registre (comme exposé ci-dessus en marge des figures 8, 9).Ltouverture de passage dispo- nible à cet endroit est eontrolée par une seconde pièce mobile 24' indépendante de la première, montée sur arbre 77' dpun second boî- tier 12t, et positionnée à laide de la membrane 114 qui est exposée à une pression pilote (relative) Px adéquate, le bottier 12' pouvant être mis à l'air libre.Le fonctionnement de ce regi.stre est tr-ès comparable àcelui de l'ensemble illustré aux figures 8, 9 pré cédentes. Dans le cas présent. cependant l'ajustage du débit voulu est réalisé automatiquement par la pièce mobile 24' en fonction de la pression pilote Px, elle-meme fonction d'une variable à régler quelconque, par exemple d'une température. Pour amplifier le signal de la pression dynamique imposé à la membrane 11, et par là, pour activer les réactions de réglage il suffit de monter une tole judicieusement profilée 17 au-dessus du raccord interne de pression statique 6i, de sorte à réaliser en quelque sorte une tuyère Venturi. Il peut en résulter une tolérance de régl.age plus serrée. Un registre à débit constant variable selon la présente figure 16 ou selon les figures 10, 11, 12 peut bien entendu se monter dans un conduit de pulsion d'air ou dans un conduit de reprise En utilisant de tels registres dans les conduits de pulsion dpair et dans les conduits de reprise, et en les commandant à partir d2un thermostat commun., on arrive donc à la ventilation thermostatique balancée à débit variable des enceintes fermées. Les figures 17, 18, 19 montrent une construction possible dtun regi.stre mélangeur ou botte de mélange selon laprésente invention. Dans ce cas il y a deux chambres denturée 21 et une chambre de sortie et de mélange 22, le rapport des ouvertures de passage disponibles aux débits à mélanger étant eontrolé et varié par un pièce mobile 24 cintrée et concentrique à arbre 77 vertical sur lequel elle est fixée moyennant deux leviers en tole mince 13. Ltarbre 77 est monté à travers la paroi de la chambre de sortie et muni deun levier externe 13' attaqué par une tige 14 accouplée à une plaque 3 soumise à un ressort de rappel 8 et une membrane 11 exposée à une pression pilote Px, fonction d'une mariable à régler. Dans la construction alternative de la figure 11 la pièce mobile 24 qui varie le rapport des débits prend la forme d'un disque décou pé en secteur perpendiculaire à arbre 77 horizontal sur lequel il est fixé, le poids de ce disque excentrique étant balancé par un contrepoids 9. On voit facilement comment la pression Px en gonflant la membrane allonge le ressort 8, tout en entratnant la tige 74 et le levier externe 135 de l'arbre 77 ce qui positionne la pièce mobile 24.Ce registre permet donc de régler le rapport de deux débits dSair à mélanger, en fonction de la pression pilote Pxo Il est à noter que les exemples de construction et dlap- plication illustrés aux figures précédentes peuvent se concevoir de telle sorte que des pressions pilote très réduites Px suffisent, meame des pressions inférieures aux pressions statiques couramment appliquéesdans les conduits de pulsion dais. Il est donc en principe possible, moyennant des circuits pilote adéquats, de constituer les pressions pilote Px nécessaires à partir des conduits d'air à contrôler. Les registres d'air à membranes à poches selon la présente invention peuvent donc castre actionnés sans apport dténergie motrice pneumatique ou électrique, ce qui constitue un avantage certain. De plus des registres d'air selon lsint-er.tion présentent une grande flexibilité fonctionnelle et en meame temps une construction fort simple, d'où un prix réduit et un entretien facile. REVENDICATIONS 10 Membrane flexible utilisabl.e dans les appareils de mesure et/ou de réglage qui mettent en ceuvre une différence de pression de fluide, c a r a c t é r i s é e en ce quelle est constituée d'une poche aplatie ou de plusieurs poches aplaties accolées sur leurs faces planes et communiquante entr'elles par des ouvertures dans les parois assemblées des poches adjacentes, les parois desdites poches étant étanches, minces et flexibles, l'ensemble étanche étant muni d'un raccord de passion, en ce que en service elle est montée entre deux plaques frigides, mobiles et guidées l'une par rapport à lXautre de sorte à pouvoir varier leur écartement moyen l'amplitude étant limitée, en ce que la rigidité à la flexion des parties des parois des poches qui en service ont ur. rayon de courbure variable est négligeable vis à vis de la résistance à ltallongemert de ces memes parties et vis à vis des sollicitations dûes à leur poids propre, et négli- geable vis à vis de la rigidité des plaques susdites et des faces qui sty appliquent, qui tandis que les parties des parois/en service ont une forme constante, peuvent avoir une rigidité plus importante, en ce que ladite membrane est gonflée en service par une différence de pression de flui.de variabl.e de sorte à appliquer les parois extérieures de la membrane à poches contre les plaques susdites et d'imposeur à ces mêmes plaques une force résultante variable, la surface de contact entre la membrane et les plaques susdites pouvant avoir une forme adéquate quelconque. 20 Registre d?air destiné à être inséré dans un conduit dfair dbune installation de climatisation pour régl.er un débit dta . constitué entXautres d5une chambre d'entrée et d7une chambre de sortie, ces chambres communiquant entr'elles par un orifice dont l'ou- verture de passage effective est réglée par une pièce mobile guidée et positionnée convenablement, c a r a c t é r i s é en ce que ladite pièce mobile est positionnée, moyennant entr'au- tres une membrane flexible à poches selon la revendication 1 cidessus 30 Registre d1air selon la revendication 2 ci-dessus c a r a c t é r i s é en ce que ladite pièce mobile présente une forme spéciale en fonction de son guldage pour réduire l'effet de positionnement des différences de pression qui lui sont imposées à cause du débit d'air qui traverse le registre, le guidage étant notamment assuré par un pivot fixe, la pièce mobile relativement mince, ayant la forme dtun.e découpe d'une surface de révolution dont l'axe coïncide avec l'axe du pivot fixe susdit. 40 Registre d'air selon la revendication 3 ci-dessus, c a r a c t é r i s é en ce que le pivot fixe est constitué d'un arbre de torsion monté sur paliers et perçant la paroi dtun.e chambre du registre, arbre sur lequel dune part la pièce mobile susdite à l'intérieur du registre est fixé rigidement, et sur lequel diantre part un levier situé en de heurs des chambres du même regi.stre applique un moment de position nement dû entrtautres à à lseffet dune membrane à poches selon la revendication 1 ci-dessus montée en dehors des chambres susdites et gonflée par une différence de pression pilote variable en fonc- tion d'une variable à régler. 50 Registre d'air dit à débit constant selon la revendication 3 ci-dessus, c a r a c t é r i s é en ce que la pièce mobile susdite est positionnée par l'opposition du poids de l'ensemble mobile guidé à la force résultante de la membrane à pochesselonla revendication 1 exposée à la différence de pression dynamique prise dans la chambre d'entrée dudit registre. 60 Registre d'air selon l'une quelconque des revendications 4 et 5 prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que il comprend d'une part une pièce mobile montée et positionnée com;ne exposé dans la revendication 5 ci-dessus moyennant un.e pression dynamique, et d'autre part un.e seconde pilée mobile montée et positionnée selon la revendication 4 ci-dessus moyennant une pression relative pilote, cette seconde pièce mobile contrôlant notamment l'ouverture de passage disposible à l'endroit où la pression dynamique est priseen vue du positionnement de la première pièce mobile susdite 70 Registre d'air mélangeur destiné à etre inséré dans une installation de climatisation pour régler le rapport de deux débits d'air à mélanger, comprenant deux chambres d'entrée et un.e chambre de sortie, et comprenant encore une pièce mobile guidée qui en se déplaçant varie le rapport des ouvertures de passage disponibles aux. déux débits à mélanger, c a r a c t é r i s é en ce que ladite pièce mobile a une forme et un guidage selon la revendication 3 ci-dessus, et que la meAme pièce mobile est posi tonnée à l'aide dtune membrane à poches selon la revendication 1 ci-dessus, montée et gonflée selon la revendication 4.