Brevet FR2269136A1 — publié le 19751121

l'invention concerne des installations de régulation automatique du débit d'un fluide d'utilisation dans une conduite, par exemple le débit de vapeur haute pression utilisée comme fluide primaire dans un échangeur de chaleur dont le fluide secondaire est constitue car de 11 eau qu'on se propose de réchauffer à une température constante Dans des installations conflues de régulation automatique du débit d'un fluide dans une conduite, on a déjà utilisé une vanne à deux voies cru davantage interosée dans ladite conduite et dont l'organe de contre du passage du fluide est relié à une membrane soumise dans un sens à l'action d'une force élastique et, dans l'au- tre sens, à l'action d'un coussin d'air comprit; agissant directement sur une face de ladite membrane et dont la pression est asservie à la valeur d'une grandeur qui est fonction du débit du fluide d'utilisation à régler.Ces vannes de régulation sont, le plus souvent, soit à deux voies, en particulier, lorsqu'il su agit de régler un débit de vapeur, soit à trois voies, ce qui permet de régler le débit d'un liquide dans un circuit d'utfllisation sans modifier le fonctionnement de la pompe qui met ce liquide en mouvement De telles installations utilisant des vannes pneumatiques à clapet présentent l'avantage d'effectuer l'ouverture et la fermeture du clapet dans des temps très courts et aussi d'assurer une fermeture étanche à des pressions différentielles importantes. Elles présentent cependant plusieurs inconvénients.En effet, pour les faire fonctionner, il faut disposer d'air comprimé, ce qui n'est pas toujours le cas, en particulier dans les immeubles dthabitatioo De plus, si l'on a besoin de contr8ler plusieurs grandeurs, il faut disposer autant de régulateurs et les monter en série, ce qui est onéreux. Enfin, dans de nombreuses instalIations, on souhaite fermer le clapet d'admission du fluide en cas de coupure du courant électrique qui contrôle l'installation, ce qui nécessite l'utilisa- tion d'électrovannes à trois voies pour de telles installations pneumatiques le but de l'invention est de réaliser une installation de régulation automatique du débit d'un fluide qui conserve les avantages des vannes pneumatiques, sans en présenter les inconvénients. Â cet effet, suivant l'invention, le fluide qui agit direc tement sur la membrane est un liquide, de préférence de l'huile, dont la pression est produite par l'intermédiaire d'un dispositif électrique contrant par un régulateur électronique influencé par les variations de la grandeur précitée qui est fonction du débit du fluide d'utilisation Gràce à cette caractéristique, on conserve les avantages de temps de réponse très courts et de fermeture étanche à des pressions différentielles importantes, inhérents aux vannes pneumatiques En outre, on se libère des sujétions desdites vannes pneumatiques puisqu'on n'a plus besoin de disposer d'air comprimé étant donné qu'on utilise une masse constante de liquide, de préférence de l'huile dont on règle la pression, par exemple par l'un des moyens qui sont indiqués plus loin; on peut économiquement contrer plusieurs grandeurs par l'utilisation de régulateurs électroniques classiques très bien adaptés à cette fonction ; en cas de coupure de courant la fermeture du clapet est automatique et ne nécessite aucun accessoire supplémentaire ; et enfin, l'ensemble peut être réalisé d'une manière très compacte Dans un mode de réalisation avantageux, la pression du liquide en contact avec la membrane est transmise par une conduite reliée à l'ourle de sortie d'une pompe à vitesse variable qui débite dans une fuite permanente calibrée et qui est entrainée par un moteur électrique à vitesse variable réglée par le régulateur L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, quelques modes de réalisation d'une installation suivant l'invention, pour la commande d'une vanne à deux voies contrant un débit de vapeur dans une conduite Sur ces dessins La Fig. 1 représente schématiquement une installation suivant l'invention pour la régulation automatique du débit de vapeur admise comme fluide primaire dans un échangeur de chaleur destiné à réchauffer de l'eau La Fig. 2 représente schématiquement un premier mode de réalisation du dispositif de régulation de pression d'huile, et La Fig. 3 montre schématiquement une variante du dispositif de la Fig. 2 L'installation représentée schématiquement sur la Fig. 1 vise à régler le débit d'un fluide d'utilisation, en l'occurence de la vapeur à haute pression, qui, dans cet exemple, sert de fluide primaire envoyé dans un échangeur de chaleur 2 destiné au réchauffage d'eau qui constitue le fluide secondaire admis à la partie inférieure dudit échangeur par une tubulure 3 et sortant réchauffé à la partie supérieure de celui-ci par une tubulure 4 .La conduite 1 d'admission de la vapeur est reliée à la partie supérieure de lté- changeur par une tubulure 6, tandis que les condensats s'écoulent par une tubulure inférieure 7, les deux fluides circulant à contrecourant dans l'échangeur le réglage du débit de vapeur dans la conduite I est assuré par une vanne à deux voies il interposée dans ladite conduite et munie d'un clapet 12 dont la tige 13 est reliée à une membrane souple 14 fixée par sa partie marginale dans un boitier 15 de manière à délimiter, dans celui-ci, une chambre de travail 16 Le clapet 12 est sollicité élastiquement, dans le sens de la fermeture, par un ressort hélicoïdal de compression 17 dont une extrémité s'appuie contre un épaulement intérieur 18 d'un support tubulaire 20 qui relie le corps de la vanne il au boitier 15 et l'autre extrémité contre un plateau 19 solidaire de la tige du clapet.La chambre 16 est remplie d'un liquide , de préférence de l'huile, dont la pression exerce sur la membrane 14 une force dirigée dans le sens inverse de la force exercée par le ressort de rappel 17, c'est-à-dire dans le sens de l'ouverture du clapet 12 La pression de l'huile dans la chambre 16 est réglée par un dispositif hydro-électrique 24 relié à ladite chambre par une conduite 23 et placée sous le contrôle d'un bloc de commande 26 qui est équipé d'un régulateur électronique et qui est relié à une sonde 27 de prise de la température de l'eau dans la tubulure de sortie 4 de l'échangeur de chaleur .la température de l'eau fournie constitue la grandeur indiquée plus haut qui est fonction du débit du fluide dans la conduite 1, c'est-à-dire de la vapeur amenée à 1' échangeur de chaleur . On peut régler la valeur de la température de 11 eau fournie, en agissant sur un bouton 28 du bloc de commande 26 Le fonctionnement de l'installation est le suivant On peut supposer que le degré d'ouverture du clapet 12 de la vanne il d'admission de vapeur à l'échangeur de chaleur est tel que la vapeur admise apporte la quantité de chaleur nécessaire pour réchauffer l'eau à la température requise fixée au moyen du bouton de réglage de température 28 du bloc de commande.Si la température de l'eau dans la tubulure 4 a tendance, par exemple à baisser, l'ifs formation fournie par la sonde 27 de prise de température est transmise au bloc de commande 26 qui agit sur le dispositif hydro-électrique 24 de manière à faire monter la pression de l'huile dans la chambre 16 et à produire , par conséquent, un déplacement de la membrane 14 vers le bas, à l'encontre de la force du ressort de rappel 17, c'est-à-dire dans le sens d'une augmentation du degré d'ouverture du clapet 12.Le débit de vapeur fourni augmente donc et procure un supplément d'apport de chaleur à l'échangeur 2 propre à ramener la température de l'eau fournie à la valeur requise Inversement, une température trop élevée de l'eau à la sortie de l'échangeur provoquerait une réduction de la pression de l'huile dans la chambre 16 et, par conséquent, une réduction de la section du passage offert à la vapeur par le clapet 12 Sur la Fig. 2, on a représenté schématiquement un exemple du dispositif hydro-électrique 24 de réglage de la pression de l'huile dans la chambre 16.Ce dispositif comporte un moteur électrique à vitesse variable 31 accouplé à une pompe 32 dont l'ourle de refoulement est branchée sur la conduite 23 (voir aussi Fig. 1) et aussi sur une fuite calibrée constante, de préférence réglable, représentée schématiquement sous la forme d'un robinet pointeau 33 qui débite, par un tuyau 36, dans un bac à huile S5 où plonge une conduite 37 reliée à ltouie d'aspiration de la pompe 32 Ce dispositif de réglage de pression d'huile fonctionne de la manière suivante Lorsque le régulateur électronique modifie la valeur du courant d'alimentation du moteur électrique 31, la vitesse de celui-ci et, par conséquent, celle de la pompe 32 sont modifiées d'une manière correspondante, de sorte que la pression a l'ouie de refoulement de la pompe 32 augmente ou diminue selon que la vitesse du moteur augmente ou diminue elle-même. I1 en résulte'que la pression de l'huile transmise par la conduite 23 dans la chambre 16 subit des variations correspondantes qui produisent des déplacements cor respondants du clapet 12 de la vanne il de réglage du débit de va peur Le volume d'huile qui se trouve dans la chambre 16 ne subit que de faibles variations et la masse totale d'huile en circuit est constante, de sorte que l'ensemble eut etre réalisé d ! une manière compacte avec un bac 35 de petites dimensions Ourla Fig. 3, on a représenté un neutre mode de réalisation du dispositif hydro-électrique 24 sous la forme d'un cylindre 41 relié à la conduite 23 et dans lequel est monté un piston mobile 42 relié à l'extrémité d'un bras- 43 porté par le rotor d'un moteur eouple électrique 44 dont le courant d'alimentation est contrôlé par le régulateur électronique. Toute variation dans le courant d'alimentation du moteur-couple produit une variation correspondante de la pression exercée par le piston 42 sur la masse d'huile, ce qui se traduit par une modification correspondante de la pression de l'huile dans la chambre 16 et du degré d'ouverture du clapet 12. Avec l'installation représentée sur la Fig. 1, si lton fait abstraction de ltéchangeur de chaleur 2 et si l'on place, dans la conduite t, un appareil 51 de mesure du débit d1un fluide qui circule dans la conduite 1, cet appareil étant relié au bloc de commande 26, on peut assurer, par les moyens d.erits plus haut, une régulation automatique du débit du fluide dans la conduite t On peut aussi asservir le debit du fluide dans la conduite 1 à plusieurs grandeurs.Ainsi, dans l'exemple du réchauffage d'eau considéré plus haut, on peut asservir le débit de vapeur dans la conduite 1, à la fois à la valeur de la température de l'eau réchauffée et à une valeur maximale admissible de la pression de vapeur admise par la conduite 1 dans l'échangeur de chaleur . a cet effet, l'appareil 51 serait agencé pour mesurer la pression de la vapeur dans la conduite 1 et fournirait, au bloc de commande 26, ses propres informations en plus de celles fournies par la sonde de prise de température 27 à la sortie de l'échangeur de chaleur Ainsi, meme si le réchauffage de l'eau demandait un débit de vapeur plus grand, alors que la pression maximale est atteinte dans ladite conduite, le système de régulation ne produirait pas une augmentation d'ouverture du clapet 12. On peut envisager de régler la valeur de la pression maximale admissible au moyen d'un bouton 29 du bloc de commande 26. Bien entendu, l'invention ntest pas limitée aux modes de rdalisation dpcrits et représentés ; on peut y apporter des modi fications, suivant les applications envisagées, sans sortir, pour cela , du cadre de l'invention C'est ainsi que, dans l'exemple choisi, on assure la commande d'une vanne à deux voies qui règle un débit de vapeur, mais l'invention est applicable aussi à d'autres vannes, telles que, par exemple) des vannes à trois voies Revendications 1.- installation de régulation automabicwu~ du débit d'un fluide d'utilization dans une conduite, au moyen d'une vanne à deux voies ou rl=zantage, interposée dans ladite conduite et ont l'orga ne de conttole-du passage du Fluide est relié à une membrane soumise dans un sens, à l'action d'une force élastique et, dans l'au tre sens , à l'action d'un liquide agissant directement sur une fa ce de ladite membrane et dont la pression, asservie à la valeur d'une grandeur qui est fonction du débit de fiuid O d'utilisation à régler, est produite par l'intermédiaire d'un dispositif hydroélec trique contrôlé par un régulateur électronique influencé par les va riations de la grandeur précitée qui est fonction du débit du flui de d'utilisation , ladite installation étant caractérisée en ce que la pression du liquide en contact avec la membrane est transmise par une conduite reliée à l'ouie de sortie d'une pompe à vitesse variable qui dépite dans une fuite permanente calibrée et qui est entrainée par un moteur électrique à vitesse variable réglée par le régulateur électronique 2.-Installation de régulation automatique de la température du fluide secondaire sortant d'un échangeur de chaleur, par regula- tion du débit d'un fluide primaire introduit dans ledit échangeur caractérisée en ce qu'elle comporte une installation de régulation automatique du débit du fluide primaire suivant la revendication 1, dans laquelle le régulateur électronique est relié à une sonde de prise de température du fluide secondaire sortant de l'échangeur de chaleur 3.- Installation suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le régulateur électronique est relié aussi à un disposi tif de mesure de la pression du fluide primaire admis dans ltéchan- geur de chaleur, de manière à limiter le débit du fluide à une va leur inférieure à celle pour laquelle la pression c.udit fluide admis atteint une valeur maximum admissible prédéterminée