Brevet FR2135572A1 — publié le 19721222

La présente invention concerne une valve combinée, régulatrice de mélange et de débit, pour installation de chauffage, avec aller, retour et by-pass du fluide caloporteur, pour la régulation du rapport de mélange du fluide caloporteur de retour, dont 5 il s'agit de faire un apport, par le by-pass, au fluide caloporteur de la voie de départ de chaudière, ainsi que pour la régulation du débit de fluide caloporteur de la voie d'aller au chauffage qui est constitué par le mélange. Dans les installations de chauffage de cette nature, les 10 besoins en chaleur sont couverts soit en adaptant le débit et en maintenant la température constante, soit en adaptant la température, c'est-à-dire la proportion d'apport tout en maintenant constant le débit du fluide caloporteur allant au chauffage. Ces types de régulation ont en commun le problème de 15 la conception et de la conformation des valves ou vannes de régula- v., tion du mélange ou du débit, si l'on veut obtenir une qualité de régulation satisfaisante, car le transfert à l'environnement à réchauffer de la chaleur du fluide caloporteur allant au chauffage ne s'opère pas selon une fonction linéaire, même approximativement 20 linéaire, du débit ou du rapport de mélange, c'est-à-dire, en fait, de la température de ce fluide constitué, comme il est dit plus haut, de fluide venant de la chaudière et de fluide retournant du chauffage et court-circuitant la chaudière par le by-pass. Ce transfert croît d'abord plus rapidement que l'augmentation des débits 25 ou du rapport de mélange, lorsque les besoins en chaleur augmentent à partir de besoins nuls ou faibles, puis sa progressivité décroît peu à peu jusqu'à la transmission maximale de chaleur. Jusqu'à ce jour, on a résolu ce problème en adaptant soit le débit soit le rapport de mélange réglé par la valve à la caractéristique 30 de dégagement de chaleur par profilage dell'organe mobile de réglage en fonction de son déplacement ou en modifiant ce déplacement par rapport à celui de l'organe régulateur au moyen d'une transmission appropriée entre ces deux organes. Toutefois, ces solutions présentent l'inconvénient que le déplacement de l'organe mobile ou de 35 l'organe régulateur doit être relativement important. Dans le cas d'une valve à soupape, par exemple, le déplacement de l'organe mobile doit être, d'au moins 50% du diamètre de la soupape. Pour un diamètre de soupape de 25 mm, par exemple, il faut des courses de 13 à 14 mm (voir "Regelungstechnik 1961", éditions R. Oldenburg, 40 Munich, pages 104 et suivantes, Caractéristiques de vannes de CGPY 72 15498 2 2135572 réglage"). Si les temps de réglage sont limités à environ 10 minutes, de telles courses nécessitent alors des organes de commande importants (moteur, transmission, etc.) pour le positionnement stable de l'organe mobile. 5 On a déjà proposé de modifier simultanément le débit et la température du fluide caloporteur allant au chauffage, c'est-à-dire la composition du mélange, afin d'obtenir des déplacements plus faibles de l'organe mobile, la modification de la température étant rendue dépendante de celle du débit, cela en employant au 10 moins une partie de la pression, régnant dans la conduite d'aller au chauffage, pression qui dépend du débit, pour la commande ou 1'actionnement direct du dispositif de réglage du mélange. Cette commande ou cet actionnement par pression exige toutefois aussi un appareillage complexe. En outre, les fluctuations de pression 15 dans l'installation perturbent son bon fonctionnement. La présente invention a''pour but d'éliminer les inconvénients précités et de réaliser une valve simple, permettant de couvrir toute la zone de réglage pour un faible déplacement de l'organe mobile, cette valve devant rendre le transfert de chaleur à 1' 20 environnement proportionnel ou presque à la position de l'organe • mobile de réglage.Selon l'invention, ce résultat est obtenu par le fait que les sections de passage des fluides caloporteurs à mélanger et celle pour la régulation du débit du mélange sont modifiables simultanément au moyen d'obturateurs commandés par un seul 25 organe mobile. L'invention prévoit également que les variations de section de passage sont proportionnelles au déplacement de l'organe de réglage. Si, selon une autre caractéristique dé 1'invention, on 30 prévoit que la section de passage du fluide caloporteur sortant de la valve et allant vers le chauffage est ramenée au moyen de 1' organe de réglage à une valeur résiduelle d'environ 25% de sa valeur maximale et si la section de passage maximale du fluide caloporteur de retour dont il s'agit de faire un apport est environ 35 deux fois plus grande que la section maximale de passage du fluide caloporteur de départ de la chaudière s'écoulant vers la valve, on remplit des conditions primordiales à l'obtention de la linéarité désirée. Une autre condition à la linéarité désirée est réalisée par une valve dont les sections de passage du fluide caloporteur 40 de la voie d'aller au chauffage et du fluide caloporteur du départ COPY 72 15498 2135572 de chaudière sont variables dans le même sens. En prévoyant, selon un autre point de l'invention, que, la section de passage du fluide caloporteur arrivant de la chaudière, à la valve varie sur deux intervalles au moins de la zone 5 de réglage selon des facteurs de proportionnalité différents, on peut faire varier la composition du mélange allant au chauffage, c'est-à-dire sa température, selon des lois différentes pour chaque intervalle. Si, partant de la position de l'organe de réglage pour 10 laquelle l'arrivée du fluide venant de la chaudière est fermée, la variation de la section de passage rapportée à la section maximale est de 0,40 à 0,75 fois la variation de la position de 1' organe de réglage rapportée au déplacement total de ce dernier et si, partant de la position de l'organe.de réglage pour laquelle 15 la section de passage du fluide arrivant de la chaudière est maximale, la variation de la section de passage rapportée à la section maximale est de 1,3 à 4 fois 1-a variation de la position de l'organe de réglage rapportée au déplacement total de-ce dernier, on obtient alors une valve régulatrice de mélange et de débit au 20 moyen de laquelle débit et température du fluide caloporteur allant au chauffage sont réglés de façon telle que le.transfert.de chaleur du chauffage à 1'environnement.se fait en fonction pratiquement linéaire du déplacement de l'organe mobile de.réglage. La caractéristique de réglage de cette valve, particulièrement avantageuse, 25 par exemple pour des installations de chauffage central, sera décrite en détail dans la description qui va suivre. Bien qu'une telle valve puisse être réalisée sous la forme d'une valve à tiroir rotatif, d'un robinet à boisseau, ou analogue, il. pourra être avantageux, selon une autre caractéristique de l'invention, de prévoir 30 que l'organe de réglage aura la conformation d'une soupape à levée portant une pièce formant à elle seule les obturateurs des sections de passage et de prévoir un tiroir tubulaire pour la modification des sections de passage du fluide caloporteur du départ de chaudière et du fluide caloporteur de retour court-circuité dont on fait 35 apport, les surfaces de contact des extrémités du tiroir tubulaire ayant alors avantageusement une forme conique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de l'exemple non limitatif suivant décrit en se référant aux dessins annexés dans lesquels : 40 La Fig. 1 représente, en coupe longitudinale, une valve Copy 72 15498 4 2135572 selon l'invention, l'organe de réglage étant représenté dans l'une et l'autre de ses positions extrêmes, respectivement sur la moitié supérieure et sur la moitié inférieure de la figure ; et 5 la figure 2 représente un diagramme montrant la rela tion du rapport f3/f3 maX, rapport de la section de passage à la section de passage maximale du fluide venant de la chaudière, en fonction du positionnement d'un organe de réglage. Un carter 1 de valve présente la cavité 2 faisant par-10 tie de la voie de départ de la chaudière, la cavité 3 faisant partie de la voie du fluide caloporteur de retour, dont un apport doit être fait, et la cavité 4 faisant partie de la voie d'aller au chauffage. On ne voit sur la figure que les raccordements du carter de valve à la conduite d'addition de fluide de retour et à 15 la conduite allant au chauffage, tandis que le raccordement à la conduite de départ de la chaudière, étant décalé, n'est pas visible. La cavité 2 est séparée de la cavité 3 par une cloison 5. Cette cloison 5 présente une ouverture centrale 6 dont la tran-20 sition, du côté de la cavité 3, a la forme d'un rebord conique 7. Vis-à-vis de l'extérieur, la cavité 2 est obturée par un couvercle démontable 8 pourvu d'une partie centrale saillante 16, de forme conique, possédant une ouverture centrale de passage 9 pourvue d1 une gorge 10 et d'un joint d'étanchéité annulaire -11 pour une tige 25 12. L^èavité 3 est séparée de la cavité 4 par une cloison 13. Cette cloison présente une ouverture centrale 14 se raccordant au côté de la cavité 3 par un pavillon ou embouchure conique 15. Sur la tige 12 est montée une vanne ou soupape 18 fixée, 30 par exemple, axialement au moyen d'un anneau-ressort 17. Cette vanne est constituée, pour l'essentiel, par une partie avant 19, en forme de disque, et, à une distance axiale "a" du bord arrière de cette partie avant, par un tiroir tubulaire 21 relié rigidement à la partie avant 19 par des ailettes 20. La tige 12 peut être dépla-35 cée axialement par un moteur de type connu, non représenté, thermomécanique ou thermoélectrique ou analogue, agencé à l'extérieur du carter de la valve. Cette possibilité de déplacement axial de la tige est illustrée par une double flèche 22. Le diamètre extérieur de la partie avant 19 est inférieur 40 ou, au maximum, égal au diamètre de l'ouverture 14 de la cloison 72 15498 5 2135572 13. Le diamètre extérieur du tiroir tubulaire 21 est inférieur ou, au maximum, égal au diamètre de l'ouverture 6 de la cloison 5, tout en étant supérieur au diamètre de l'ouverture 14. Le 5 tiroir tubulaire comporte, dans une gorge extérieure 23, une bague 24 à quatre lèvres d'étanchéité. Le mode de fonctionnement de la valve décrite est le suivant. En l'absence de besoins en chaleur, la tige -12, manoeu-10 vrée par le moteur non représenté, occupe la position représentée à la partie supérieure de la figure. La partie avant 19 ferme 1' ouverture 14 jusqu*à une section f^ m^n qui peut être choisie par un dimensionnement judicieux. Le tiroir tubulaire 21 est en contact, par celle de ses extrémités qui ne fait pas face à la partie avant 15 19, avec la partie saillante 16, et le joint d'étanchéité annulaire 24 à quatre lèvres avec le rebord conique 7 de la cloison 5. Ainsi, tout écoulement de fluide caloporteur de la voie de départ de la chaudière est interdit (f^■— 0). Celle des extrémités du tiroir tubulaire 21 qui fait face à la partie avant 19 laisse li-20 bre la section de passagçfaaximale f2 maX entre elle et l'embouchure conique 15 de la cloison 13. Du fluide caloporteur de retour peut alors parvenir de la cavité 3, par ce passage et par.la fente f^ , dans la voie 4 d'aller au chauffage. Lorsque les besoins en chaleur sont à leur maximum, la 25 tige 12 occupe la position représentée à la partie inférieure de la figure . La partie avant 19, et celle des extrémités du tiroir tubulaire 21 qui ne lui fait pas face, laissent libres la totalité du passage de l'ouverture 14 respectivement la section maximale f^, de passage entre cette extrémité du tiroir tubulaire et la o niax 30 partie saillante 16 du couvercle 8. L'autre extrémité du tiroir tubulaire est en contact avec le pavillon ou embouchure conique dans la cloison 13 et interdit tout passage dé fluide caloporteur de retour. Seul le fluide caloporteur de chaudière, à savoir la totalité du débit, parvient de la voie 2 de départ de la chaudière à-35 la voie 4 d'aller au chauffage en passant par la section d'écoulement f3 et par l'ouverture 14 (section de passage f^). Entre les positions extrêmes précitées, le débit de la voie d'aller au chauffage varie en première approximation proportionnellement à la section de passage f^ de l'ouverture 14 libérée 40 par la partie avant 19 de la vanne. Comme on l'a. indiqué précédem- 72 15498 6 2135572' ment, le dégagement de chaleur dans l'environnement augmenterait plus fortement le débit dans la voie d'aller au chauffage s'il n'y avait pas, du fait de l'apport de fluide caloporteur de retour, un refroidissement du fluide caloporteur de la voie d'aller au chauf-5 fage, apport qui correspond en première approximation aux rapports f2 : f^ des sections de passage libérées par les extrémités du tiroir tubulaire. En accordant judicieusement le rapport du mihimutn au maximum de débit dans la voie d'aller au chauffage, ainsi que le rapport ^2max^f3max des sec"':ions maximales de passage du fluide 10 caloporteur de retour dont il s'agit de faire apport et du fluide caloporteur de la voie de départ de la chaudière, on parvient à . rendre le dégagement de chaleur approximativement proportionnel à la course de la vanne, en d'autres termes à le linéariser, sans qu'il y ait nécessité de profiler l'organe obturateur de réglage 15 et de lui conférer un déplacement important que ce profilage impliquerait. Des études appropriées ont démontré l'existence de conditions favorables lorsque le débit minimum de la voie d'aller au chauffage est inférieur à 50% de préférence inférieur à 35% et en particulier voisin de 25% du débit total, et lorsque la section 20 maximale de passage f0mar> pour le fluide caloporteur de retour à ajouter, est d'environ deux fois la section maximale de passage ^3max Pour -®-e caloporteur de la voie de départ de la chau dière. Afin que l'épaisseur du tiroir tubulaire 21 ne soit pas 25 exagérée et que ce tiroir ne soit pas alourdi, il est avantageux de réaliser le rapport ^2max^3max P-^uS favorable précité en choisissant judicieusement les angles de conicité du pavillon ou embouchure 15 et de la partie saillante 16, c'est-à-dire cfes sièges des extrémités du tiroir tubulaire. 30 Une modification, constante dans toute la plage de ré glage, de la section de passage f^ du fluidé caloporteur de la voie de départ de la chaudière, alors qué la variation de la sec-? tion de passage f^ pour le mélange est également constante conduit à une linéarité du dégagement de chaleur du fluide caloporteur 35 suffisante pour les installations de chauffage ne présentant pas d'exigences trop sévères à la régulation même compte tenu du fait que ce dégagement de chaleur est perturbé par des instabilités dé-coulement du fluide dans l'installation. Une linéarité meilleure, satisfaisant mieux aux exigences du confort moderne à la régula-40 tion sera atteinte en prévoyant que la plage de réglage est subdi 72 15498 7 2135572 visée en au moins deux domaines partiels dans chacun desquels la modification de la section de passage fg pour le fluide caloporteur de la voie de départ de chaudière est différente et constante pour un déplacement donné de 1»organe de réglage, la modification 5 relative, rapportée à la section maximale f3max* à partir de la position de l'organe de réglage correspondant à la position de fermeture (f3 = 0), étant comprise entre 0,40 et 0,75 fois le déplacement relatif, rapporté au déplacement.total de l'organe mobile et celle, à partir de la position de l'organe de réglage corres-10 pondant à la position de pleine ouverture, (fg = f3max^ étant 1,3 à 4 fois ce déplacement relatif, à la condition que la variation de section de passage pour le mélange reste constante dans toute la plage de réglage. Sur le diagramme selon la figure 2, on a représenté 15 ces conditions. Sur l'axe des abcisses, on a porté, en %, la plage de réglage de l'organe de réglage (déplacement exprimé par rapport au déplacement total) et, sur l'axe des ordonnées, la section de Passage f3, en% (ramenée à la section maximale de passage f3maX)» La relation de dépendance de la section de passage fg représentée 20 par la droite 30 correspond à une exécution dans laquelle la variation de section reste constante dans toute la plage de déplacement de l'organe de réglage. La variation de section, exprimée en pourcentage, et. la variation de déplacement, exprimée également en pourcentage, sont de valeurs égales (proportionnalité directe). 25 La relation de dépendance représentée par la ligne brisée 32, 35, correspond à une' exécution^dans laquelle les sections varient moins fortement, et cela jusqu'à environ 54% du déplacement total de l'organe mobile, que le positionnement de cet organe. Le long de la droite 32, la variation relative de section n' 30 est que les 3/4 de la variation de position de l'organe de réglage, rapportée à son déplacement total, c'est-à-dire que jusqu'à 54% de la course de l'organe de réglage, seulement 40,5% de la section maximale d'écoulement f3maX pour le fluide caloporteur de la voie de départ de la chaudière sont libérés (point B). Dans le 35 reste de l^Dlage de réglage, les sections doivent varier en proportion plus forte que le déplacement de l'organe de réglage : le long de la droite 35, la variation, relative de section, est 1,3 fois (100/77) la variation de position de l'organe de réglage, rapportée à son déplacement total, c'est-à-dire que dans la course résiduelle 40 d'environ 46% de l'organe de réglage, la section de passage augmen- 72 15498 8 2135572 te de 59,5% de la valeur maximale f"3max. La relation de dépendance représentée par la ligne brisée 33, 36, correspond à une exécution analogue à la précédente, à la seule différence que les taux de croissance de la section le 5 long des droites 33 et 36 sont respectivement 0,40 fois et 4 fois le déplacement, exprimé en pourcentage, de l'organe de réglage. Toute dépendance des sections par rapport au déplacement de l'organe de réglage, dépendance représentée par des lignes brisées contenues dans le domaine hachuré ADBC délimité par 10 les droites 32, 33, 35, 36, comme c'est, par exemple, le cas de la ligne 37, 38, 39, correspond à une exécution de valve qui permet de satisfaire particulièrement bien à la condition de linéarité du dégagement de chaleur du fluide caloporteur en fonction du déplacement de l'organe de réglage. 15 De éette façon, le comportement linéaire recherché du dégagement de chaleur du fluide caloporteur peut être obtenu sans qulil soit nécessaire de recourir à des formes compliquées de l'organe obturateur ou de son siège, ou sans que l'on soit tenu de recourir a des déplacements importants de cet organe. Toute 20 relation de dépendance de la section f3 et du déplacement de^'organe mobile représentée par une ligne brisée composée de segments de droites peut être obtenue par une conformation à conicité multiple de la partie en saillie 16. 72 15498 9 2135572 REVENDICATIONS 1. Valve combinée, régulatrice de mélange et de débit, pour installations de chauffage avec aller, retour et by-pass du fluide caloporteur, pour la régulation du rapport de mélange du fluide caloporteur de retour, dont il s'agit de faire un apport, par le by-pass, au fluide caloporteur de la voie de départ de chaudière, ainsi que pour la régulation du débit du fluide caloporteur de la voie d'aller au chauffage qui est constitué par le mélange, cette valve étant caractérisée en ce que les sections de passage des fluides caloporteur à mélanger et celle pour la régulation du débit du mélange sont modifiables simultanément au moyen d'obturateurs commandés par un seul organe mobile. 2. Valve selon la revendication 1, caractérisée en ce que les variations de section de passage sont proportionnelles au déplacement de l'organe de réglage. 3. Valve selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la section de passage du fluide caloporteur s'écoulant dans la voie d'aller au chauffage peut, au moyen de l'organe de réglage, être ramenée à une valeur résiduelle d'au maximum 50%, de préférence inférieure à 35%, et en particulier voisine d'environ 25%, de sa valeur maximale. 4. Valve selon la revendication 3, caractérisée en ce que la section maximale de passage du fluide caloporteur de retour dont il s'agit de faire apport est environ deux fois plus grande que la section de passage maximale du fluide caloporteur de la voie de départ de chaudière arrivant à la vanne. 5. Valve selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les sections de passage, du fluide caloporteur de la voie d'aller au chauffage et du fluide caloporteur de la voie de départ de chaudière sont variables dans le même sens. 6. Valve selon la revendication 2, caractérisée en ce que le déplacement total de l'organe de réglage comporte au moins deux intervalles à l'intérieur de chacun desquels la section de passage du fluide caloporteur venant de la chaudière varie en proportions différentes du déplacement de cet organe. 7. Valve selon la revendication 6, caractérisée en ce que, partant de la position de l'organe de réglage correspondant à la fermeture du passage du départ de chaudière, la variation de la section de passage de ce fluide, rapportée à la section maximale, 72 15498 10 2135572I est de 0,40 à 0,75 fois le déplacement de l'organe de réglage, rapporté au déplacement total et en ce que, partant de/la position de l'organe de réglage correspondant à la section maximale de passage du fluide de départ de la chaudière, la variation de la section de passage de ce fluide, rapportée à la section maximale, est de 1,3 à 4 fois le déplacement de l'organe de réglage, rapporté au déplacement total. 8. Valve selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les obturateurs constituent une seule pièce portée par une soupape à levée et comportant un tiroir tubulaire pour la variation des sections de passage du fluide caloporteur de départ de chaudière et du fluide caloporteur de retour dont il s'agit de faire un apport. 9» Valve selon la revendication 8, caractérisée en ce que les surfaces de contact des extrémités du tiroir tubulaire sont de conformation conique.