Brevet FR2162206A1 — publié le 19730713

La présente invention concerne un appareil perfectionné de réglage du débit d'un liquide. Dans un adoucisseur d'eau classique, l'eau à "adoucir" passe à travers une résine échangeuse d'ions dans laquelle les ions "durs" de l'eau, principalement calcium et magnésiums sont échangés contre un on dowr habituellement sodium. étant donné que le sodium ne forme pas un précipité avec les savons ordinaires, l'eau contenant des ions sodium à la place des ions "durs" est appelée eau "douce". Il est périodiquement nécessaire de régénérer la résume échangeuse d'ions en remplaçant les ions calcium t magnésium adsorbés par des ions sodium. Cette régénération est effectuée habituellement en introduisant une solution de chlorure de sodium dans la résine échangeuse d'ions. Le chlorure de sodium est acheminé habituellement vers la résine en utilisant un régulateur de débit appelé parfois "injecteur" ou "aspirateur". Un tel régulateur de débit dirige un jet de liquide à travers une chambre d'aspiration et dans un tube venturi pour engendrer une dépression. Un élément d'admission du liquide communique avec la chambre d'aspiration de sorte que le liquide est aspiré dans la chambre d'aspiration et est mélangé avec le jet de liquide passant dans la chambre. Cette solution est ensuite dirigée à travers la résine pour la régénérer. Un tel régulateur de débit a l'avantage particulier d'éliminer la nécessité d'utiliser une pompe pour effectuer la régénération. Cependant, les variations de pression qui se pro duisen; dan les conduites classiques d'alimentation en eau soulèvent une diffiité, Ces pressions varient souvent de 2, bars ou moins à 7,7 bars ou plus.Dans la fabrication en série des adoucisseurs d'eau, il est nécessaire que le régulateur de désir soit conçu de manière à assurer une régénération convenable à la pius faible pression d'eau prévue, c' est-à-dire 2,1 bars environ. Touttfols, lorsque de tels appareils sont utilisés dans des installations présentant une forte pression d'ali- mentation, une difficulté est soulevée par le passage trop rapi de de l'agent de régénération à travers la résine si bien que la résine n'est pas complètement régénérée et qu'une grande quantité de l'agent de régénération est perdue.Naturellement, cette perte de l'agent de régénération augmente sensiblement les frais d'exploitation de l'appareil. Bien cue la difficulté ci-dessus pourrait être surmontée en plaçant un régulateur de débit classique sur la conduite d'alimentation en eau aboutissant à l'injecteur susmentionné, ces régulateurs sont coûteux. Un injecteur de réglage de débit moins coûteux a été décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 139 041. Le dispositif décrit dans ce brevet utilise une rondelle flexible placée sur un siège conique pour régler le débit. En cas d'augmentation de la pression, la rondelle fléchit et s'appuie contre le siège conique. Cette flexion de la rondelle diminue la dimension de l'orifice et réduit ainsi le débit en assurant un effet d'égalisation du débit.Malheureusement, ce dispositif présente un certain nombre d'inconvénients en particulier-lorsqu'on essaie de l'appliquer à un adoucisseur d'eau installé dans une maison d'habitation. Plus particulièrement, les appareils pour maisons d'habitation sont construits à une petite échelle et ont habituellement une capacité d'environ 325 à 1950 g de dureté entre les régénérations. Par conséquent, ces appareils utilisent des débits relativement lents du liquide de régénération et la rondelle flexible utilisée dans le dispositif décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 139 041 précité doit avoir un orifice relativement petit. Ce petit orifice a tendance à être colmaté par les particules en suspension dans l'eau. En outre, lorsqu'une rondelle comportant un petit orifice subit une flexion sous l'effet d'une forte pression, le liquide passant à travers l'orifice est transformé en un brouillard au lieu de constituer un jet. Un tel brouillard détourne une grande partie du liquide du tube venturi placé au-dessous de la rondelle flexible et altère ainsi l'effet d'aspiration de l'injecteur de sorte que ce dernier cesse de fonctionner efficacement. Même dans des appareils industriels d'une capacité d'environ 3250 à 195 000 g ou plus, le dispositif décrit dans le brevet précité ne s'avère pas suffisamment efficace du fait que la rondelle flexible ne forme pas un courant ou jet d'eau bien défini et le dispositif doit comporter par conséquent un tube venturi de grande dimension. D'une façon générale, la présente invention concerne un régulateur de débit qui comporte un élément formant une chambre d'entrée, un élément formant une chambre d'aspiration et un élément formant une chambre de sortie. Des dispositifs sont utilise pour distribuer un liquide sous pression dans la chambre d'entrée et L'élément d'admission du liquide communique avec la chambre d'aspiration de façon que le liquide tel que de la saumure puisse être aspiré dans la chambre d'aspiration, comme on le décrira plus loin. Un dispositif de sortie convenable commu- nique avec la chambre de sortie. Des ajutages sont disposés entre la chambre d'entrée et la chambre d'aspiration, ces ajutages pouvant transformer une dispersion divergente du liquide en un jet distinct généralement cylindrique.Des sièges annulaires sont placés entre la chambre d'entrée et les ajutages et une rondelle flexible est placée du côté amont du siège. La rondelle délimite un orifice d'étranglement et est déformable sous l'effet de la pression régnant dans la chambre d'entrée pour former un plus petit orifice en cas d'augmentation de la pression, de manière à maintenir un débit relativement uniforme de la chambre d'entrée dans l'ajutage lorsque le liquide soumis à une pression variable est admis dans la chambre d'entrée. Un tube venturi est placé en alignement axial avec l'ajutage et à distance de ce dernier et il délimite un canal d'écoulement de la chambre d'aspiration dans la chambre de sortie. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lequel la figure 1 est une coupe transversale d'un adoucisseur d'eau selon la présente invention la figure 2 est une coupe transversale détaillée d'un régulateur de débit selon la présente invention la figure 3 est une coupe transversale partielle du régulateur de débit représenté sur la figure 3 en présence dt un débit de liquide de haut en bas sous une pression relativement faible la figure 4 est une vue partielle analogue à la figure 3 montrant l'appareil en présence d > un débit de liquide de haut en bas sous une pression relativement élevée ; et la figure 5 est une coupe transversale d'une variante du régulateur selon la présente invention. En se référant à la figure 1, un adoucisseur d'eau domestique selon la présente invention est désigné d'une façon générale par le numéro de référence 10. l'adoucisseur d'eau 10 comporte généralement un réservoir 12 contenant une résine échangeuse d'ions convenable 13 et un réservoir 14 à saumure. Audessus du réservoir 12 se trouve un ensemble 16 de soupapes présentant un orifice d'entrée 18 et un orifice de sortie 20 qui sont destinés à etre reliés aux canalisations d'eau de la maison. L'ensemble 16 comporte un conduit d'entrée 22 et un conduit de sortie 24 communiquant tous les deux avec le réservoir 12. le conduit d'entrée 22 communique directement avec une partie supérieure du réservoir 12sstandi E que le conduit de sortie 24 communique avec le réservoir 12 par un tube de sortie 26 qui débouche dans la partie inférieure du réservoir 12. le tube de sortie 26 comporte un filtre 28 à sa partie inférieure pour empocher la résine échangeuse d'ions 13 d'entrer dans le tube 26. L'ensemble 16 comporte également un conduit de dérivation d'en- trée 30 dans sa partie supérieure. Une soupape de levée 32 à trois voies peut être actionnée pour établir une communication entre l'orifice d'entrée 18 et le conduit d'entrée 22 lorsqu'elle occupe sa position supérieure indiquée en pointillés ou bien pour établir une communication entre l'orifice d'entrée 18 et le conduit de dérivation 30 lorsqu'elle occupe sa position basse indiquée en trait plein sur le dessin. le conduit de sortie 24 peut être fermé par une soupape de levée 34 à deux voies qui permet au liquide de s'échapper par l'extrémité supérieure du conduit 24 lorsque la soupape est ouverte, comme indiqué en pointillés, mais ernpeche um tel débit lorsque la soupape est fermée, comme indiqué en trait plein. Ces deux soupapes de levée 72, 34 sont habituellement actionnées automatiquement par un dispositif non représenté sur le dessin. Un conduit de sortie 36 comportant un robinet d'arrat 78 établit une communication entre le conduit d'entrée 22 et un conduit d'écoulement ou puisard (non représenté). Un conduit 40 d'entrée de la saumure communique avec le conduit de sortie 24 et permet d'introduire de la saumure ou eau de lavage à contre-courant dans le réservoir 12, comme on le décrira ciaprès. le réservoir 14 comporte une chambre 42 réservée à la saumure et une chambre 44 renfermant un flotteur, qui sont sépia rées par une cloison verticale 46 présentant des ouvertures 48 pour permettre au liquide de passer entre la chambre 42 et la chambre 44. La chambre 42 est divisée en des parties supérieure et inférieure par un plateau horizontal 50 qui supporte du sel gemme 52 utilisé pour préparer la saumure, et présente des orifices 54 établissant une communication avec la région située sous le plateau 50. Un treillis 56 est placé sur le plateau pour empêcher le sel gemme 52 de tomber dans les ouvertures 54. La chambre 44 contient un tube vertical 58 communiquant avec une vanne d'arrêt 60 comportant une longue tige 62 sur laquelle coulisse un flotteur 64 et présentant une butée 66 qui limite la course ascendante du flotteur 64. La partie supérieure de la longue tige 62 coulisse dans une console 68 pour effectuer un mouvement ver-tical. L'ensemble de la vanne et du flotteur est conçu de manière que le liquide puisse passer dans la chambre 44 à partir du tube vertical 58 jusqu'à ce que le flotteur 64 touche et soulève la butée 66, ce qui ferme la vanne 60. Par ailleurs, lorsque le liquide est évacué de la chambre 44 par le tube 58, le flotteur 64 descend le long de la tige 62 jusqu a ce qu'il s'appuie contre le sommet de la vanne 60, en empêchant un débit supplémentaire du liquide de la chambre 44 dans la vanne 60 et le tube 58.Cette fermeture provoquée par le contact entre le flotteur 64 et la vanne 60 est favorisée par une garniture 70 placée sur la face inférieure du flotteur 64. Un régulateur de débit selon la présente invention et désigné d'une façon générale par le numéro de référence 80 établit une communication entre le réservoir 12 (par l'intermédiaire de l'ensemble 16) et le réservoir 14 (par l'intermédiaire du tube vertical 58). le régulateur de débit 80 comprend un corps 82, un bouchon supérieur 84 et un bouchon inférieur 86. L'intérieur du corps 82 délimite avec les bouchons 84, 86 ue chambre d'entrée 88, une chambre d'aspiration 90 et ulae chambre de sortie 92. le corps 82 comporte également un canal 94 d'entrée du liquide communiquant avec la chambre d'entrée 88, un canal 96 d'entrée du liquide communiquant avec la chambre d'aspiration 90 et un canal 98 de sortie du liquide communiquant avec la chambre de sortie 92. La communication entre le conduit de dérivation 30 et la chambre d'entree 88 est établie par le canal d'entrée 94 et un conduit de liaison 100. Egalement, la chambre de sortie 92 communique avec le conduit 40 d'entrée de la saumure par le canal de sortie 98 et un tube de liaison 102. En se référant à la figure 2, le régulateur de débit 80 comporte un ajutage 104 établissant une communication entre la chambre d'entrée 88 et la chambre d'aspiration 90. L'ajutage 104 est capable de mettre un liquide dispersé de manière divergente en un jet distinct généralement cylindrique. Comme on le voit plus en détail sur la figure 3, un siège annulaire 106 est placé sur l'ajutage 104 entre ce dernier et la chambre d'entrée 88. Naturellement, l'orientation de l'appareil de la présente invention par rapport à la terre importe peu et par conséquent, le fait que le siège 106 soit "au-dessus" ou "au-dessous" de l'ajutage 104 n'a aucune importance. Par suite, pour plus de clarté, on utilisera les mots "amont" et "aval" dans le présent mémoire pour indiquer le sens d'écoulement du liquide, le sens "aval" étant le Sens d'écoulement dans le régulateur de débit 80 pendant le fonctionnement normal au cours du cycle de régénération comme on le verra plus en détail ci-après. Une rondelle flexible 108 est placée du côté amont du siège 106 et délimite un orifice d'étranglement 110. Comme on peut le voir en comparant les figures 3 et 4, l'orifice 11C devient plus petit en cas d'augmentation de la pression dans la chambre d'entrée 88 par suite d'une déformation de la rondelle 108. Afin de faciliter cette déformation dans la forme de réalisation préférée représentée, la rondelle 108 comporte une bague annulaire périphérique de support 112 du côté aval. Cette bague 112 laisse un espace du côté aval du corps principal de la rondelle 108 de sorte que cette dernière a la place pour se déformer comme on le voit sur la figure 4. Un siège de retenue 114 est placé de préférence dans la chambre d'entrée 88 du côté amont de la rondelle flexible 108 afin d'empêcher que cette dernière s'éloigne de sa position correcte si elle est soumise à des pressions exercées en sens contraire dans l'adoucisseur d'eau 10. En se référant à nouveau à la figure 2, un filtre, dans ce cas, une grille cylindrique à fentes 116, est monté en amont de la rondelle flexible 108 pour éviter que cette dernière soit colmatée par les particules. Le corps 82 du régulateur de débit 80 forme également un tube venturi 118 qui établit une communication entre la chambre d'aspiration 90 et la chambre de sortie 92. Le tube 118 est aligné axialement avec l'ajutage 104 mais est éloigné de ce dernier. En fonctionnement, pendant le cycle normal, les soupapes 32, 34 occupent toutes les deux leur position supérieure indiquée en pointillés sur la figure 1 et le robinet 38 est fermé. L'eau brute est introduite dans le réservoir 12 par l'orifice d'entrée 18 et traverse la résine échangeuse d'ions 13 pour passer dans le tube de sortie 26. le liquide passe du tube de sortie 26 dans le conduit de sortie 24, puis dans les canalisations par l'intermédiaire de l'orifice de sortie 20. Comme les pressions régnant dans le conduit de dérivation 70 et le conduit 40 d'entrée de la saumure sont égales, aucun écoulement ne se produit dans le régulateur de débit 80. la résine 13 est régénérée périodiquement en dirigeant un courant ascendant de saumure à travers elle. Cette régénération remplace par des ions sodium les ions calcium et autres ions adsorbés par la résine 13. Pendant le cycle de régénération, les deux soupapes 32, 34 sont mises en position basse comme indiqué en trait plein sur la figure 1 et le robinet 38 est ouvert. L'eau dure provenant de l'orifice d'entrée 18 passe par le conduit de dérivation 30 dans le tube de liaison 100 et le canal 94 dans la chambre d'entrée 88. Si on tire de l'eau pendant le cycle de régénération, l'eau dure passe directement dans l'orifice de sortie 20 par l'intermédiaire du conduit de dérivation 30. L'eau dure contenue dans la chambre d'entrée 88 traverse la grille 116 et la rondelle flexible 108. Si l'on suppose que la pression de l'eau est relativement faible, la déformation de la rondelle 108 est peu importante et elle a la forme représentée sur la figure 3. Toutefois, en cas d'augmentation de la pression d'admission, la rondelle 108 est déformée, comme représenté sur la figure 4, et atteint un tout petit diamètre qui compense au moins en partie l'augmentation de la pression afin de maintenir un débit relativement constant dans l'ajutage 104. L'eau dure passe de l'ajutage 104 dans le tube venturi 118 et dans la chambre de sortie 92. Ce débit dans le tube 118 éngendre une dépression dans la chambre de sortie 92 par rapport à la chambre d'aspiration 90 en provoquant ainsi une aspiration dans le canal d'entrée 96.Par conséquent, la saumure est aspirée de la chambre 44 qui à ce moment est remplie à son niveau maximal déterminé par la limite supérieure de la course du flotteur 64. La saumure passe par la partie supérieure de la vanne 60, le long du tube vertical 58 du canal d'entrée 96 dans la chambre d'aspiration 90 où elle est mélangée avec l'eau provenant de l'ajutage 104.La saumure passe ensuite dans le conduit de sortie 98, le tube de liaison 102, le conduit d'entrée 40, le conduit de sortie 24 et le tube de sortie 26 dans la résine échangeuse d'ions 13. La saumure traverse la résine 13 de bas en haut et passe ensuite par le conduit de sortie 36 dans le tuyau d'écoulement. la durée du cycle de régénération est déterminée par une minuterie, mais la régénération est interrompue lorsque le flotteur 64 s'appuie contre le sommet de la vanne 60, ce qui empeche la saumure d'entrer dans le tube 58. lorsque cela se produit, la saumure n'est plus transférée dans la résine 13 mais l'eau continue à s 'écou- ler à contre-courant à travers la résine jusqu'à la fin du cycle de régénération qui est déterminé par la minuterie (non représentée). A la fin du cycle de régénération, un cycle de lavage à contre-courant et de remplissage du réservoir de saumure est amorcé par le soulèvement de la soupape 34 tandis que la sou- pape 32 reste dans sa position basse.l'eau provenant de l'ori- fice d'entrée 18 passe dans le conduit de dérivation 30 et une partie de cette eau passe directement dans le conduit de sortie 24 et le tube de sortie 26 pour rincer et laver la résine à contre-courant, à savoir de bas en haut. Cette eau passe ensuite à l'égout par le conduit de sortie 36 Une partie de l'eau dure passe également dans le régula teur de débit 80 et traverse la rondelle flexible 108 et l'ajutage 104 comme pendant le cycle de régénération.Toutefois, étant donné que la pression régnant dans le conduit de sortie 24 est la même, il ne se produit pas de chute de pression dans le tube venturi 118 et l'eau peut également s'écouler de bas en haut à travers le tube venturi 118. Cette eau entre dans la chambre 44 par le tube vertical 58 et la vanne 60. La chambre 44 et le réservoir 42 sont remplis jusqu'au niveau déterminé par la butée 66 du flotteur. Lorsque le flotteur 64 touche la butée 66, la tige 62 de la vanne est soulevée et la vanne 60 est fermée. L'eau contenue dans la chambre 42 dissout une partie du sel gemme 52 pour produire une quantité supplémentaire de saumure qui sera utilisée pendant le cycle suivant de régénération. le cycle de lavage à contre-courant et de remplissage du réservoir de saumure se poursuit jusqu'à ce qu'une minuterie (non représentée) soulève la soupape 32 pour la mettre à sa position haute et ferme le robinet 38 pour reprendre le cycle de ionctionnement normal, comme décrit précédemment. Un second régulateur de débit selon la présente invention est représenté sur la figure 5. Dans ce cas, la chambre d'entrée 126 est formée par un conduit 127 qui contient vn siège annulaire 128 et une rondelle flexible 130. Cette dernière est analogue à la rondelle flexible 108 représentée sur les figures à à 4. La chambre d'entrée 126 comporte également un siège de retenue 132 pour empêcher que la rondelle flexible 130 soit délogée. Un ajutage 174 est situé en aval du siège annulaire 128 et peut former un jet de liquide distinct généralement cylindrique. Un tube venturi 138 forme un canal débouchant dans une chambre de sortie 140 qui à nouveau est constituée par un tron çon de tube 141.La chambre d'aspiration 136 est destinée à commurliquer avec une chambre de flotteur 44 par un conduit 142 d'entrée du liquide comme dans la forme de réalisation représentée sur les figures 1 à 4. le fonctionnement de la forme de réalisation de la figure 5 est identique à celui de la forme de réalisation des figures 1 à 4 et il est inutile de le décrire séparément. 3;'exemple suivant est donné à titre illustratif, mais non limitatif de l'invention. Exemple On a effectué les essais suivants dans un appareil analogue à celui représenté sur les figures 1 à 4. Dans chaque cas, le diamètre le plus petit de l'ajutage 104 est de 0,81 mm et le diamètre le plus petit du tube venturi 118 est de 1,4 mm. Dans tous les essais, on a utilisé la même quantité de résine échangeuse d'ions épuisée (12,5 kg), 1 kg de sel pendant le processus de régénération et une durée de régénération de 78 minutes. Dans chaque cas, le degré d'épuisement de la résine était le mime avant la régénération. On a fait fonctionner l'appareil comme décrit plus haut en se référant au fonctionnement de l'appareil représenté sur les figures 1 à 4. Dans la première série d'essais, la rondelle flexible 108 était supprimée, de sorte que le fonctionnement du régula teur de débit était analogue à celui de l'appareil de la technique antérieure. Pendant les deux premiers essais, l'eau a été introduite par l'orifice d'admission 18 et dans la chambre d'entrée 88 a une pression de 2,45 bars, ce qui correspond à une pression d'eau d'alimentation domestique relativement faible. Après la régénération de la résine échangeuse d'ions 13, on a déterminé la capacité d'échange d'ions en grammes. On a alors porté la pression d'entrée entre 5,6 et 7 bars, ce qui corres pond-à une pression d'alimentation relativement élevée. On a régénére la résine comme précédemment et on a mesuré la capacité en grammes. les résultats sont donnés sur le tableau ci-aps. TABI I Pression d'entrée Capacité Capacité moyenne (bars) (g) ~~~~~~~~~~~~~~~~ 2,45 5220 ) 5221 2,45 5222 ) 5,6 - 7 3833 ) 3917 5,6 - 7 4001 Diminution de la capacité : 1304 g Comme on le voit d'après le tableau ci-dessus, l'augmentation de la pression d'alimentation provoque une distribution trop rapide de la saumure dans la résine de sorte qu'une grande partie de la saumure est perdue. Ainsi, à la pression d'alimentation supérieure, la capacité de la résine après régénération était d'environ 25 , inférieure à celle obtenue à la plus faible pression d'alimentation. Au cours d'une seconde série dressais, on a utilisé une rondelle flexible 108 de sorte que l'appareil est identique à celui représenté sur les figures 1 à 4. Toutes les conditions étaient identiques et on a fait à nouveau varier la pression d'alimentation entre 2,45 bars et 5,6-7 bars. les résultats sont donnés sur 7.e tableau suivant : TABLEAU II Pression d'entrée Capacité Capacité moyenne (bars) (R) 2,45 6382 ) 2,45 6275 3 6329 5-,6-7 5942 ) 5,6-7 6244 )) 6093 Diminution de la capacité : 236 g Comme on le voit sur le tableau II, la diminution de la capacité n'est que de 235 g ou de 3 % environ lorsqu'on uti- lise le régulateur de débit de la présente invention en comparaison de 1304 g ou d'environ 25 % lorsqu'on utilise un appareil analogue à celui de la technique antérieure. Ainsi, meme en cas de pression d'alimentation relativement élevée, la régénération de 7a résine n'est pas très altérée. I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Régulateur de débit, caractérisé en ce qu'il comporte un élément définissant une chambre d'entrée, un élément définissant une chambre d'aspiration, un élément définissant une chambre de sortie, un dispositif pour introduire un liquide sous pression dans la chambre d'entrée, un élément d'admission du liquide communiquant avec la chambre d'aspiration, un élément de sortie communiquant avec la chambre de sortie, un aju tage entre la chambre d'entrée et la chambre d'aspiration, ledit ajutage pouvant transformer un liquide dispersé sous forme divergente en un jet distinct généralement cylindrique, un siège annulaire placé entre la chambre d'entrée et l'ajutage, une rondelle flexible placée du côté amont du siège, ladite rondelle délimitant un orifice d'étranglement et étant déformable sous l'effet de la pression régnant dans la chambre d'entrée pour former un plus petit orifice en cas d'augmentation de la pression de manière à maintenir un débit relativement uniforme de la chambre d'entrée dans l'ajutage lorsque la pression du liquide introduit dans la chambre d'entrée varie, et un tube venturi aligné axialement avec l'ajutage,mais à distance de ce dernier et définissant un canal d'écoulement de la chambre d'aspiration à la chambre de sortie. 2. Régulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rondelle flexible comporte une bague de support annulaire périphérique du côté aval-. 3. Régulateur selon la revendication 1, caractérise en ce qu'il comporte un filtre du côté amont de la rondelle flexible dans la chambre d'entrée. 4. Régulateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le filtre est de forme généralement cylindrique.