Brevet FR2270534A1 — publié le 19751205

La présente invention a pour objet un dispositif de régulation et de sécurité pour vase d'expansion d'une installation à circulation de liquide. L'invention concerne le secteur technique des installations à circulation de liquide, qui comprennent le chauffage central, le circuit de réfrigération, les installations de climatisation. Dans toutes ces installations, le liquide subit des variations de volume sous 1 influence de la température et de la pression et il est donc nécessaire de prévoir nn réservoir-tampon appelé vase d'expansion. Un tel vase d'expansion comporte en général une double régulation, combinée à des systèmes de sécurité. En partant du principe qu'un vase d1 expansion doit pouvoir maintenir en marche normale un niveau de liquide régulier et une pression régulière, il apparat en effet qulil faut pouvoir contrer en permanence ce niveau et cette pression afin de les tenir au plus prés de leur réglage pour continuer la marche normale, et afin de trans- mettre des signaux alarme et des ordres d'arrêt de sécurité en cas d'anomalie. On contr8le habituellement le niveau de liquide dans le vase d' expansion, en surveillant ce dernier par rapport à une valeur minimale et une valeur maximale, ainsi que la pression régnant à l'intérieur dudit vase. Le dépassement du niveau minimal ou maximal provoque par exemple le déclenchement d'une alarme et l'arrAt de l'installation, tandis qu'une pression suffisante commande la mise en route d'un compresseur, et une pression trop élevée, le fonctionnement d'une soupape de sécurité. Des chatnes de régulation et de sécurité plus complexes peuvent bien entendu être mises en oeuvre. Âctuellement, la détection de niveau est réalisée au moyen d'un pied palpeur constituant l'un des trois pieds du vase d'expansion. Ce dernier comporte en effet deux pieds fixes, avec raclage par tiges filetées, tandis que le troisième pied dit pied palpeur" est mobile et comporte un capteur sensible au poids du vase, donc au volume de liquide qu'il contient.Une transmission hydraulique relie ce pied palpeur â un indicateur de niveau i aiguille, muni de contacts électriques intervenant lorsque les valeurs limites sont atteintes Les vases d'expansion à pied palpeur présentent de nombreux inconvénients - Ils nécessitent des raccordements électriques par câble souple et des raccordements aux circuits de liquides par tuyauteries souples. En outre, il faut noter qu'à une pression élevée, la tuyauterie se raidît et a une influence sur la mobilité du réservoir, ce qui enlève toute précision à la lecture du niveau. - Lors de son installation, le vase d'expansion doit être mis de niveau, ce qui est impératif pour une répartition exacte du poids du réservoir sur les deux pieds fixes et le pied palpeur qui assure une lecture de niveau à peu près exacte ; il faut donc un sol parfaitement plat et-- lisse. - Un simple appui ou une simple poussée sur le réservoir en fonctionnement font réagir le pied palpeur et faussent l'indication du niveau, ce qui peut éventuellement déclencher une alarme niveau haut" eu "niveau bas" donc intervenir dans la channe de sécurité0 Une personne peut ainsi provoquer involontairement l'arrêt de toute l'installation, et il y a là un inconvénient majeur à éliminer. - Au montage, il faut régler le dispositif, en partant de son aplomb vertical, au besoin en jouant sur les pieds fixes mais réglables, pour amener le réservoir à être de niveau. le temps de réglage est long et l'opération de réglage, minutieuse demande une main-d'oeuvre spécialisée. - Au point de vue de l'entretien, le dispositif à pied palpeur demande des vérifications et parfois de nouveaux réglages. En raison de tous ces inconvénients, il arrive même que certains utilisateurs neutralisent le pied palpeur, ce qui présente évidemment de gros risques. I1 a été indiqué plus haut qu'un second contre concerne la pression. Actuellement, ce centrale est réalisé au moyen d'un manostat qui interdit tout affichage, ou d'un manomètre sur l'échelle duquel sont disposés des contacts actionnés par l'aiguille. Ces dispositifs ne sont ni précis, ni fiables. le but de la présente invention est de remédier à l'ensemble des inconvénients des dispositifs de régulation et de sécurité actuels pour vases d'expansion, en substituant aux moyens mécaniques et hydrauliques des moyens électriques et électroniques. A cet effet, le dispositif selon l'invention comprend essentiellement une sonde plongeant dans le réservoir, sensiblement parallèlement à une de ses parois latérales, de manière à former avec cette paroi les deux armatures d'un condensateur dont la capacité varie en fonction du niveau de liquide dans le vase d'expansion, ledit condensateur faisant partie d'un circuit électronique de contrôle du niveau. Suivant une forme de réalisation préférée de l'invention, la sonde à effet capacitif est apte à détecter, en plus des niveaux d'alarme haut et bas, un niveau intermédiaire pour lequel un relais enclenche une pompe qui permet de maintenir le niveau dans le vase d'expansion en cas de fuite légère du liquide0 Par ailleurs, suivant une autre caractéristique de l'invention, il est prévu, en outre, un manostat à tube de Bourdon, sur lequel est adapté un potentiomètre à roulement à billes, dont la résistance varie en fonction de la pression dans le vase d'expansion, ledit potentiomètre faisant partie d'un circuit électronique de centrale de la pression. Ce dispositif entièrement électronique, utilisant principalement une sonde du type "capteur capacitif", présente de nombreux avantages par rapport au pied palpeur des vases d'expansion actuels : - Une inclinaison de quelques degrés ne fait pas varier, en pratique,-la capacité paroi-sonde, et on peut donc placer l'appareil sur de la terre battue, ou même sur du gravier, un sol lisse et plat n'étant pas nécessaire. I1 y a donc gain de main-d'oeuvre et de matériaux pour la réalisation du socle, - T'appareil n'a pas besoin de posséder deux pieds fixes mais réglables et il peut reposer sur une simple virole. là aussi, il y a gain de main-d' oeuvre et de matériaux pour son installa- tion. - Le vase d'expansion étant fixe, les raccordements souples aux réseaux électriques et de liquides sont inutiles et de simples raccords suffisent. I1 en résulte un gain supplémentaire sur la main-d'oeuvre, à la fabrication et à la pose, et surtout sur le matériel car les raccords souples supportant des pressions et des températures élevées sont coûteux - les inconvénients d'une poussée extérieure qui, faisant réagir le pied palpeur, pouvait provoquer l'arrêt de toute une installation, sont supprimés, - Le dispositif entièrement électronique peut être préréglé de manière simple, en usine : les réglages longs et difficiles sur le chantier deviennent inutiles. - La précision de lecture du niveau est nettement améliorée et les indications de l'appareil restent constantes au cours du temps. - l'immobilité de tout le dispositif simplifie l'entretien et accroît sa fiabilité. En conclusion, le dispositif à effet capacitif selon l'invention, qui n' est pas plus cher à la fabrication que les dispositifs classiques, demande un coût d'installation beaucoup plus faible, à la fois en main-d'oeuvre et en matériel, et n'exige qu'un entretien très réduit, tout en étant moins fragile et en assurant un service plus sur, plus fiable et plus précis, De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce dispositif de régulation et de sécurité pour vase d'expansion0 Figure 1 est une vue de face d'un vase d'expansion équipé de ce dispositif Figure 2 en est une vue en plan par dessus Figure 3 est une vue de face, à échelle agrandie, montrant le coffret contenant les organes électroniques du dispositif selon l'invention Figure 4 est un schéma électrique de l'alimentation de ce coffret Figure 5 est un schéma électrique des circuits servant au -contrtle de niveau Figure 6 est un schéma électrique des circuits servant au contre de la pression Figure 7 est un schéma électrique des circuits de puissance et de commande. le vase d'expansion 9 selon l'invention, monté sur une virole 2 qui repose sur le sol 3, est surmonté du dispositif de ré-gulation et de sécurité dont les organes mécaniques sont logés derrière un carter 4 (voir figures1 et 2). La face avant de ce carter porte un coffret 5 où sont rassemblés les circuits électriques de commande, de protection et de régulation.Les principaux organes mécaniques logés derrière le carter 4 sont : un moteur 6, entraSnant un compresseur 2, une conduite d'air 8 mis en pression par le compresseur 7, un manostat 9 pour le contrôle de la pression Aux figures 1 et 2, on distingue encore l'arrivée de liquide 10, à la base du réservoir, une soupape de sécurité 11, située à son sommet, et une sonde 12 plongeant à l'intérieur du vase d'expansion 1. La sonde 12, qui est un élément essentiel de l'invention, est sensiblesent parallèle à une paroi latérale du vase d'expansion 1 et constituée par une tige conductrice, en laiton par exemple, enrobée d'une matière isolante telle que "téflon" ou fibre de verre, dans le cas du chauffage central où la sonde doit pouvoir résister à des températures de l'ordre de 150 . La sonde 12 forme, avec la paroi latérale du vase d'expansion 1, les deux armatures d'un condensateur qui se caractérise par une certaine capacité, fonction du niveau de liquide. Ce condensateur est relié à un circuit électronique imprimé servant au contrôle du niveau, qui sera décrit plus loin. Un autre élément essentiel de l'invention est le manostat 9 à tube de Bourdon, sur lequel est adapté un potentiomètre à roulement à billes qui oppose un couple résistant très faible. Lorsque le tube de Bourdon se déforme sous l'action d'une variation de pression, il entrain le potentiomètre dont la résistance varie également. C'est cette résistance qui fait partie d'un second circuit électronique imprimé, lui aussi décrit plus loin, qui sert au contre de la pression. La figure 3 est une vue à échelle agrandie du coffret 5 Sa partie inférieure comporte un indicateur de niveau 13 et un indicateur de pression 14. L'indicateur de niveau 13, gradué en unités de volume avec indications des zones dangereuses, est surmonté d'un voyant d'alarme 15 pour n niveau basn et d'un voyant d'alarme 16 pour "niveau haut". l'indicateur de pression 14, gradué par exemple en bars, est surmonté d'un voyant d'alarme 17 pour "pression minimale" et d'un voyant d'alarme 18 pour "pression maximale".Entre les deux indicateurs 13 et 14 sont groupés les commandes et contrales généraux : boutons marche et "arrêt" en 19, potentiomètre 20 pour le réglage de la pression, voyant 21 indiquant que le coffret 5 se trouve sous tension. Dans la partie supérieure du coffret 5 est mise en place une carte 22 sur laquelle sont imprimés les circuits électroniques. Dans cette partie sont également fixés un transformateur d'ali mentation 23, des bornes de raccordement rassemblées en 24, et sept relais à 31 : - un relais "niveau haut" 25, - un relais "niveau bas" 26, - un relais "niveau intermédiaire" 27, - un relais "pression maximale" 28, - un relais "pression minimale" 29, - un relais 30 de commande du compresseur 2, - et un relais 31 de commande d'une électro-vanne de sécurité les circuits électriques sont représentés aux figures 4 à 7. L'alimentation du coffret 5 se fait en courant alternatif redressé, par l'intermédiaire du transformateur 23 déjà mentionné et d'un pont de diodes 3-2, comme montré à la figure 4, et les tensions disponibles sont par exemple + 15 volts (indiqués par les signes + et -) et + 24 volts (indiqués par le signe ++). La figure 5 représente les circuits électroniques servant au contrôle du niveau, reliés par une borne 33 à a sonde 12 constituant le capteur de niveau à effet capacitif. Un certain nombre de résistances réglables 34, 35, 36, 77 permettent d'ajuster respectivement les niveaux "zéro", bas, intermédiaire et haut. Ces résistances sont reliées aux entrées d'amplificateurs respectifs 38, 2i, 40, 41 dont les rôles sont les suivants - Blamplificateur 38 commande l'indicateur de niveau 13. - L'amplificateur 39 commande, par l'intermédiaire d'un transistor 42, le relais "niveau bas" 26. - l'amplificateur 40 commande, par l'intermédiaire d'un transistor 43, le relais "niveau intermédiaire" 27. - L'amplificateur 41 commande, par l'intermédiaire d'un transistor 44, le relais "niveau haut" 25, La figure 6 représente les circuits électroniques servant au contrôle de la pression, circuits incluant le capteur de pression 45 qui, comme déjà indiqué plus haut, est constitué par un potentiomètre. Un certain nombre de résistances réglables 46, 47, 48, 49 permettent d'ajuster respectivement le niveau "zéro", la valeur de consigne, la pression minimale et la pression maximale. Ces résistances sont reliées aux entrées d'aeplifica- teurs respectifs 50, 51, 52, 53 dont les rôles sont les suivants : - l'amplificateur 50 commande l'indicateur de pression 14. - L'amplificateur 51 commande, par l'intermédiaire d'un transistor 3-4, le relais 30 de commande du compressear 2, - L'amplificateur 52 commande, par l'intermédiaire d'un transistor 55, le relais 29 de "pression maximale". - L'amplificateur commande, par I 'intermédiaire d'un transistor 56, le relais 28 de "pression minimale". Une dernière résistance réglable 57 permet de commander, par l'intermédiaire d'un amplificateur-58 et d'un transistor 59, le relais 31 de commande de l'électro-vanne de sécurité0 Les circuits de puissance et de commande sont rassemblés à la figure 7, où sont visibles les contacts des différents relais 25 à 31 - Un contact 60 du relais 26 "niveau bas" alimente le voyant d'alarme correspondant 15o - Un contact 61 du relais 25 "niveau haut" alimente le voyant d'alarme correspondant 16. - Un contact 62 du relais 29 "pression minimale" alimente le voyant d'alarme correspondant 17. - Un contact 65 du relais-28 "pression maximale" alimente le voyant d'alarme correspondant 18. Dès qu'une alarme est déclenchée, il y a action sur un relais 64 commandant l'arrêt du bradeur, dans le cas d'une installation de chauffage central. En outre - Un contact 65 du relais 31 commande l'électro-vanne de sécurité 66 - Deux contacts-67 et 68 permettent la commande de deux relais 69 et 70. Le relais 69 possède un contact 71 qui contrôle le moteur 6 du compresseur 7, tandis que le relais 22 possède des contacts 72 qui contrlent une électro-vanne 73 intercalée sur le circuit de liquide. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est le suivant, en ce qui concerne la régulation du niveau, pour un vase d'expansion 1 dont le volume est par exemple de 750 litres On fixe-les niveaux bas, intermédiaire et haut, par exemple à 150, 200 et 600 litres, ce qui correspond à une expansion de : 600 - 150 = 450 litres Le réservoir étant vide au départ, le voyant d'alarme niveau bas" 15 est allumés Si l'on remplit le réservoir, ce voyant s'éteint pour 150 litres On peut évaluer le volume moyen, en marche normale, à 500 litres, et on arrête alors le remplissage lorsque le niveau correspondant est atteint, Si le niveau continue de monter, le voyant d'alarme "niveau haut" 16 s'allume. Si l'une. de ces deux alarmes apparaît, elle s ' insère dans les circuits de la "channe de sécurité", et peut avoir différents effets selon le résultat recherché, Le niveau intermédiaire sert au maintien du niveau dans le réservoir en cas de fuite légère du liquide, donc de diminution fente du niveau. Le relais correspondant 27 enclenche, par exemple, une pompe qui remonte le niveau et le maintient donc audessus du niveau minimum, ce qui permet de continuer la marche de l'installationO Si la fuite est trop importante, cette pompe n'est plus suffisante et l'alarme "niveau bas" va apparaître Le fonctionnement de la pompe peut, dans ce cas, être interrompu automatiquement car il est inutile de poursuivre le remplissage de maintien du niveau si la fuite est trop importante. Pour le bon fonctionnement du vase d!expansion, l'on doit procéder au remplissage du réservoir avant de régler la pression En ce qui concerne la régulation de pression, elle se fait à partir de la détermination des pressions minimale et maximale, des pressions de mise en service et 8"arrêt du compresseur 7 qui remonte la pression en cas de fuite légère, et de la pression d'affichage. Par exemple, on désire maintenir dans le vase d'expansion 1 une pression de 4 bars, et on se fixe les valeurs suivantes - pression minimale de 3 bars - pression de mise en service du compresseur de 3,5 bars - pression d'arrêt du compresseur de 4 bars, c'est-à-dire la pression de marche normale - pression maximale de 5 bars. Lors de la mise en route de l'installation, le niveau d'eau asservit la pression et la mise sous pression se fait dès que le niveau d'eau correct est atteint A 3 bars, l'alarme "pression minimale" disparaît et à 4 bars, le compresseur 7 s'arrête ; le vase d'expansion 1 est alors prêt à fonctionner0 Si le compresseur ne s'est pas arrêté, par exemple à la suite d'une anomalie du contacteur, 11 alarme "pression maximale" apparaît à 5 bars0 Il est à noter que, par sécurité, le vase d'expansion 1 comporte une soupape de sécurité 11, déjà mentionnée, qui est réglable et est par exemple tarée à 0,5 bar audessus de la pression d'arrêt du compresseur 7, soit, dans l'exemple ici décrit, à 4,5 bars S'il y a une fuite, la pression diminue et à 3,5 bars, le compresseur se remet en marche pour remonter et maintenir la pression à 4 bars.Si la fuite est faible, la pression peut être ainsi maintenue à peu près à la valeur affichée. Par contre, en cas de fuite trop importante, le compresseur se remet en marche à 3,5 bars mais nue peut plus compenser la fuite ss la pression continue de décroître et, à-3 bars, l'alarme 1pression minimales apparait et intervient sur la channe de sécurité. le dispositif de régulation et de sécurité pour vase i'ex- pansion selon l'invention a pour première et principale application le chauffage central, mais il convient également pour les applications directement dérivées telles que : les circuits de réfrigération, les installations de climatisation à circulation de liquide. le même dispositif peut également assurer le maintien du niveau et de la pression dans des citernes, réservoirs, cuves, etc... servant à l'alimentation et au remplissage de récipients plus petits, et devant être prêts à l'emploi -en permanence. Comme exemple de cette catégorie d'apElications, on peut citer s la distribution de graisse dans des stations-service de taille importante, la mise en bouteilles du lait, du vin ou de tout autre liquide en-partant de grosses réserves. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme dfesécution et aux seules applications de ce dispositif de régulation et de sécurité qui ont été ci-dessus indiquées à titre d'exemples non limitatifs ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application. -REVEMDICAGIOIE 1.- Dispositif de régulation et de sécurité pour vase d'expansion d'une installation à circulation de liquide, du type de ceux comprenant une sonde plongeant dans le réservoir, sensiblement parallèlement à une de ses parois latérales,de manière à former avec cette paroi les deux armatures d'un condensateur dont la capacité varie en fonction du niveau de liquide dans le vase d'expansion, ledit condensateur faisant partie d'un circuit électronique de contrôle de niveau, caractérisé en ce que ladite sonde à effet capacitif est apte à détecter, en plus des niveaux d'alarme haut et bas, un niveau intermédiaire pour lequel un relais enclenche une pompe qui permet de maintenir le niveau dans le vase d'expansion en cas de fuite légère, tous ces niveaux particuliers pouvant être ajustés par action sur des composants réglables du circuit électronique de contrôle. 2.- Dispositif selon la revendication 1,caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un manostat à tube de Bourdon, sur lequel est adapté de manière connue en soi un potentiomètre à roulement à billes, dont la résistance varie en fonction de la pression dans le vase d'expansion, ledit potentiomètre faisant partie d'un circuit électronique de contr8le de la pression apte à commander, en plus des alarmes pour pression mi-nimale ou maxima- le, la mise en route et l'arret d'un compresseur permettant d'amener la pression à sua valeur de consigne,lors de la mise en route de l'installation, et de maintenir la pression à cette valeur en cas de fuite légère, toutes ces valeurs particulières pouvant être ajustées par action sur des composants réglables du circuit électronique de contriez