Brevet FR2300281A1 — publié le 19760903

L'invention est relative aux soupapes mélangeuses thermostatiques, pour installations de chauffage central à eau chaude, qui comprennent, dans un corps fixe définissant une chambre de mélange, une arrivée d'eau chaude, un départ d'eau tiède, une arrivée d'eau froide et un organe obturateur mobile qui est commandé par un organe thermostatique placé dans la chambre de mélange et, par conséquent, sensible à la température de l'eau tiède de façon à ouvrir d'autant plus l'arrivée d'eau froide vers cette chambre de mélange que la température enregistrée par cet organe est plus élevée. C'est pour simplifier la description bouton entend ici par "eau chaude* l'eau sortant de la chaudière de l'installation, par "eau froide", l'eau revenant des corps de chauffe ou radiateurs de l'installation et par *eau tiède" le mélange d'eau chaude et d'eau froide qui se fait dans la soupape mélangeuse pour entre envoyé à la température voulue dans les radiateurs. En particulier, lorsque la température extérieure est clémente, il peut se faire que l'eau chaude, l'eau tiède et l'eau froide soient à des températures très voisines. La soupape mélangeuse peut être soit à trois voies, auquel cas un raccord en T, indépendant de la soupape mélangeuse, reçoit l'eau froide et la partage entre l'entrée de la chaudière et l'arrivée d'eau froide de la soupape mélangeuse, soit à quatre voies, auquel cas elle reçoit la totalité de l'eau froide et comprend donc en plus un départ d'eau froide vers l'entrée de la chaudière.Dans ce dernier cas, à mesure que la empérature-enregistrée par ltorga- ne therwistatique augmente, l'organe obturateur, non seulement ouvre l'arrivée d'eau froide vers la chambre de mélange, mais ferme progressivement, d'une part, cette arrivée d'eau froide vers le retour d'eau froide et, d'autre part, l'arrivée d'eau chaude vers la champ bre de mélange; de plus, il ouvre progressivement un passage entre l'arrivée d'eau chaude et le retour d'eau froide (retour direct, vers la chaudière, de l'eau qui en provient). En outre, l'organe obturateur peut entre formé par exemple d'un clapet à mouvement rectiligne ou d'un boisseau à mouvement rotatoire. Dans tous les cas, la soupape mélangeuse a pour but de déterminer la température de l'eau envoyée aux radiateurs (eau tiède), en mélangeant un certain débit d'eau venant de la chaudière (eau chaude) à un certain débit d'eau à la température de retour de l'installation (eau froide). Pour tenir compte des variations de la température extérieure, la soupape mélangeuse peut être à réglage manuel ou à réglage automatique. Dans le premier cas, l'utilisateur règle manuellement la température de l'eau tiède, en manoeuvrant un volant qui permet de décaler la plage d'action de l'organe thermostatique en fonction de la température en déplaçant l'une des extrémités de cet organe, l'autre extrémité étant attelée à l'organe obturateur. Dans le second cas, le réglage de la température de l'eau tiède s'effectue automatiquement, et ce en fonction de la température extérieure. La soupape mélangeuse est alors actionnée par un moteur (généralement électrique) et commandée par un système thermostatique comportant une sonde mesurant la température extérieure et une sonde mesurant la température de l'eau tiède.Ces deux sondes influent simultanément sur un relais (généralement électrique) agissant sur l'organe obturateur de la soupape. Ce relais est combiné de telle façon que toute diminution de la température extérieure provoque une élévation du point de réglage de la température de départ de l'eau tiède. Dans ce dernier cas, le moteur peut faire occuper à l'organe obturateur de la soupape une infinité de positions entre deux positions extrêmes, Ce mode de réglage est très précis, car il est capable de maintenir une différence très faible entre la température de l'eau tiède et celle de l'eau froide. I1 présente également l'avantage d'une inertie pratiquement nulle en ce qui concerne la production de chaleur, la chaudière maintenant à tout moment une quantité appréciable d'eau chaude à une température suffisante pour permettre de répondre immédiatement aux besoins de chaleur du btti- ment à chauffer.La fermeture de la soupape motorisée est très rapide, par exemple en cas d'augmentation rapide de la température extérieu re. Une telle soupape permet enfin d'obtenir une émission des corps de chauffe égale aux déperditions de chaleur des locaux. L'invention a pour but de créer une soupape mélangeuse qui offre les mimes avantages que les soupapes mélangeuses à réglage automatique susvisées, mais qui soit d'une conception plus simple et plus économique. L'invention a également pour but de créer une soupape mélangeuse qui présente les mêmes caractéristiques que lesdites soupapes mélangeuses à réglage automatique et qui puisse posséder certains constituants en commun avec les soupapes mélangeuses à réglage manuel susvisées. Conformément à l'invention, ces buts sont atteints essentiellement par le fait que la soupape mélangeuse comprend un deuxième organe thermostatique qui est situé à prOximité du premier organe thermostatique mais en dehors de la chambre de mélange, lequel deuxième organe thermostatique est constitué essentiellement par une chambre de volume variable qu'un tube de petit diamètre fait communiquer avec une sonde exposée à la température extérieure, la chambre de volume variable, le tube et la sonde étant remplis d'un liquide dilatable, et par le fait que le deuxième organe thermosta- tique agit mécaniquement sur le premier de façon à décaler sa plage de régulation vers les températures plus élevées lorsque la tempE- rature extérieure décrott et vice versa. Selon un mode de réalisation préféré, le deuxième organe thermostatique possède un piston agissant sur un poussoir qui est aligné avec ce piston et qui traverse de façon étanche la paroi de la chambre de mélange, lequel poussoir est agencé pour modifier la position de 1' extrémité d'appui du premier organe thermostatique, c'est-à-dire l'extrémité opposée à celle qui agit sur l'organe obturateur. Dans le cas où l'organe obturateur est un clapet à mouvement rectiligne, le poussoir est avantageusement aligné avec la tige du clapet, le premier organe thermostatique étant intercalé entre ce poussoir et ladite tige. I1 est clair que la soupape mélangeuse, conforme à l'inven- tion, offre les mêmes avantages que les soupapes mélangeuses à réglage automatique connues, c 'est-à-dire les soupapes mélangeuses à relais et moteur, mais qu'elle est d'une conception plus simple et plus économique. De plus, elle ne crée pas le risque de pannes difficiles à déceler et à réparer par les spécialistes du chauffage. L'invention va ventre maintenant décrite plus en détail à l'aide de deux de ses modes de réalisation. La fig. 1 montre t en élévation schématique, une installation de chauffage central munie d'une soupape mélangeuse conforme à un premier mode de réalisation de l'invention. La fig. 2 montre, en coupe verticale, la soupape mélangeuse dia fig.1. La fig. 3 montre, en coupe verticale, certains éléments de la soupape de la fig. 2 et illustre à la fois une opération de réglage de cette soupape et l'état de la technique. La fig. 4 montre, en élévation schématique, une installation de chauffage central munie d'une soupape mélangeuse conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention. La fig. 5 montre, en coupe verticale, la soupape mélangeuse de la fig. 4. Les fig. 1 et 4 schématisent une installation de chauffage central à eau chaude, comprenant une chaudière 1 et des radiateurs 2. L'eau chaude sort de la chaudière 1 par un tuyau 3 et l'eau froide y rentre par un tuyau 4. Une soupape mélangeuse 5 (fig. 1) ou 5a (fig. 4) mélange l'eau chaude arrivant par le tuyau 3 à une certaine proportion d'eau froide revenant des radiateurs 2 par une colonne descendante 6 et permet à l'eau tiède d'accéder par une colonne montante 7 aux radiateurs 2. Une pompe 8, montée généralement à la base de la colonne montante 7, permet de faire circuler l'eau en circuit fermé, comme l'indiquent les flèches des fig. 1 et 4. La soupape mélangeuse 5 (fig. 1 et 2) ou Sa (fig. 4 et 5) comprend, dans un corps fixe 9 ou 9a définissant une chambre de mélange 10 ou 10a, une arrivée d'eau chaude li où aboutit le tuyau 3, un départ d'eau tiède 12 sur lequel est branchée la colonne montante 7, une arrivée d'eau froide 13 et un organe obturateur = bile 14 (fig 2) ou 14a (fig. 5) qui est commandé par un organe thermostatique 15 placé dans la chambre de mélange 10 ou 1Qa, et par conséquent sensible à la température de l'eau tiède, de façon à ouvrir d'autant plus l'arrivée d'eau froide vers cette chambre de mélange 10 ou 10a que la température enregistrée par cet organe 15 est plus élevée.Les arrivées 11 et 13 et le départ 12 sont des orifices que possède le corps 9 ou 9a et qui sont -mis de moyens de fixation classique en robinetterie, notamment de filetages ou (comme montré) de taraudages permettant de les relier à des canalisations. On va maintenant décrire successivement le mode de réalisation des fig. 1 et 2, puis celui des fig. 4 et 5. Selon le mode de réalisation des fig. 1 et 2, la soupape mélangeuse 5 est à trois voies. Un raccord 16 en T (fig. 1), indépendant de cette soupape, est intercalé, à l'aide de deux de ses branches, entre la colonne descendante 6 et le tuyau 4 et sa troisième branche est reliée par un tuyau 17 à l'arrivée d'eau froide 13 de la soupape 5; il partage ainsi l'eau froide arrivant par la colonne 6 entre l'entrée de la chaudière (tuyau 4) et l'arrivée d'eau froide 13. Conformément à l'invention, la soupape mélangeuse 5 comprend un deuxième organe thermostatique 18 qui est situé à proximité du premier organe thermostatique 15 mais en dehors de la chambre de mélange 10. Ce deuxième organe thermostatique 18 est constitué essentiellement par une chambre de volume variable 19 qu'un tube de petit diamètre ou tube capillaire 20 fait communiquer avec une sonde 21 exposée à la température extérieure et fixée par exemple, comme le montre la fig. 1, à l'extérieur du mur extérieur 22 du bâtiment à chauffer. La chambre 19, le tube 20 et la sonde 21 sont remplis d'un liquide dilatable dont la température de congélation est supérieure aux températures minimales auxquelles peut autre exposée la sonde 21. Le premier organe thermostatique 15 est de préférence d'un type dit "à cire". Comme le montre la fig. 2, il comprend une coupelle 23 sertie sur un guide 24 en maintenant prisonnier une mem- brane en caoutchouc 25. L'intérieur de la coupelle 23 et la face supérieure de la membrane 25 définissent un logement 26 rempli d'un produit dilatable en fonction de la température, qui peut être une cire de pétrole. Un tampon en caoutchouc 27 transmet les mouvements de la membrane 25, sollicitée par la dilatation du produit dilatable, à un piston ou tige de poussée 28, et ce par l'intermédiaire d'une rondelle en "Teflon" 29. Le piston 28 comporte une collerette 30 prenant appui sur la base d'un étrier 31 qui est maintenu par un ressort de compression 32.Une extrémité du ressort de compression 32 prend appui sur une paroi transversale 33 qui fait partie du corps 9 et y délimite la chambre de mélange 10. En son centre, cette paroi transversale 33 est percée d'un trou 34 comportant un siège de clapet 35. Le piston 28 traverse l'étrier 31 et -le trou 34. A son extrémité éloignée de organe thermostatique 15, le piston 28 porte l'organe obturateur ou clapet 14, qui est fixé par exemple par sertissage et qui est associé au siège 35. Du cté opposé à l'arrivée d'eau froide 13, le corps 9 possède un orifice cylindrique 36 muni d'un taraudage 37 dans lequel un bouchon 38 est vissé d'une manière étanche, gratte à un joint d'étanchéité 39. En son centre, ce bouchon 38 est muni d'un alésage taraudé 40 qui est suivi d'un alésage plus lisse recevant un joint d'étanchéité torique 41. Un autre alésage 42, encore plus petit, permet le passage d'une tige-poussoir 43 avec laquelle coopère le joint 41 et qui est munie, à son extrémité située dans la cham bre de mélange 10, d'une tête de poussée 44 prenant appui sur le fond de la coupelle 23. Un autre bouchon 45, fileté extérieurement, est vissé dans l'alésage taraudé 40 du bouchon 38. En son centre, le bouchon 45 est percé d'un alésage 46 dans lequel peut coulisser la tige 43.Le bouchon 45 serre le joint torique 41, en assurant l'étanchéité autour de la tige 43. A son extrémité opposée à son filetage extérieur, le bouchon 38 est muni extérieurement d'un épaulement 47 sur lequel vient s'appuyer et se centrer une pièce mauvalse tubulaire 48, réalisée de préférence en'une matière/conductrice de la chaleur. Cette pièce 48 est fixée au corps 9 par un écrou 49 qui prend appui sur un épaulement 50 réalisé à la base de la pièce 48 et qui se visse sur un filetage extérieur 51 dont est muni le corps 9 au niveau de l'orifice 36. La pièce 48 a une forme générale de révolution. Elle est munie d'un filetage extérieur 52, à son extrémité opposée à celle qui porte l'épaulement 50. Une cloison 53 sépare l'intérieur de la pièce 48 en deux chambres 54 et 55. Le deuxième organe thermostatique 18 est placé à l'intérieur de la pièce 48, dans sa chambre supérieure 54. Cet organe 18 est constitué de préférence d'une coupelle 56 sertie sur un guide 57 en enserrant une pièce de révolution 58 en caoutchouc. Un piston (ou tige) 59 traverse le guide 57 ainsi qu'une rondelle anti-extrusion 60 et pénètre à l'intérieur de la pièce en caoutchouc 58. Le piston 28, la tige 43 et le piston 59 sont alignés, l'organe thermostatique 15 étant intercalé entre le piston 28 et la tige 43. La coupelle 56 est percée d'un trou à peu près radial 61 dans lequel est brasée l'extrémité du tube capillaire 20 qui traverse la pièce 48 par une fente latérale 62. Le guide 57 de l'organe thermostatique 18 est muni d'une partie cylindrique 63 logée dans un trou 64 qui est disposé au centre de la cloison 53. L'extrémité libre du piston 59 prend appui sur l'extrémité supérieure de la tige 43. Un bouton creux 65 porte un taraudage intérieur qui lui permet de se visser sur le filetage 52 de la pièce 48. Ce bouton 65 possède intérieurement un poussoir 66 qui prend appui sur le fond extérieur de la coupelle 56 de l'organe thermostatique 18. En ce qui concerne le volume intérieur de l'ensemble du tube 20 et du logement 26, il est choisi suffisamment petit pour que le liquide qu'il contient ne se dilate ou ne se contracte, en fonction de la température du local où ces éléments 20 et 26 sont situés, que de façon négligeable par rapport au liquide de la sonde 21, laquelle est soumise à des variations de température beaucoup plus importantes que les deux susdits éléments 20 et 26. Pour simplifier la description du fonctionnement, on va d'abord se reporter à la fig. 3 qui représente une soupape mélangeuse à réglage manuel de type connu. On constate que la soupape mélangeuse de la fig. 3 diffère de celle de la fig. 2 par supWession des éléments 18 à 21, 48 et 52 à 66 et par adaptation, sur le filetage extérieur 51 du corps 9, d'un bouton creux 65a à poussoir 66a qui est analogue au bouton creux 65 à poussoir 66 mais qui agit directement sur la tige 43. L'organe thermostatique 15, situé dans la chambre de mélange 10, a pour rtle principal de maintenir la température de l'eau tiède ou mitigée à une valeur pré-sélectionnée. Pour ce faire, il commande le débit d'eau froide qui est admis par 11 arrivée 13 et traverse l'espace laissé libre entre le clapet 14 et son siège 35. Lorsque la température de l'eau tiède dans la chambre de mélange 10 augmente, la matière contenue dans le logement 26 se dilate en obligeant le piston 28 à saillir d'une manière accrue. La coupelle 23 étant bloquée longitudinalement par la tette de poussée 44, le piston 28 entratne dans son mouvement (vers le bas de la fig. 3) le clapet 14 en obligeant ce dernier à s'éloigner de son siège 35, donc à laisser passer davantage d'eau froide afin de faire baisser la température de l'eau tiède dans la chambre de mélange 10. Inversement, lorsque la température de l'eau tiède dans la chambre de mélange 10 diminue, le clapet 14 est rapproché de son siège 35 par le ressort 32 afin de laisser arriver moins d'eau froide et de faire monter la température de l'eau tiède. La température de l'eau tiède quittant la soupape mélangeuse par le départ 12 peut être pré-sélectionnée grace au bouton de réglage 65a. On constate en effet que la position longitudinale du poussoir 66a est directement liée à celle du bouton de réglage 65a. Lorsqu'on visse ou dévisse ce bouton, on fait donc varier la position longitudinale de la coupelle 23 de l'organe thermostatique 15 et, de ce fait, celle du clapet 14. Ce vissage ou dévissage a donc un effet direct sur le débit d'eau froide entrant dans la chambre de mélange 10 et permet de pré-sélectionner une température moyenne d'eau tiède ou mitigée. Dans le cas de la soupape connue, le bouton 65a peut posséder des repères ou graduations permettant d'afficher d'une manière plus précise la température sélectionnée. Selon l'invention, la position de la tige 43, au lieu entre réglée manuellement à l'aide du bouton 65a (fig. 3), est réglée automatiquement en fonction de la température extérieure évaluée par la sonde 21 et elle peut être ajustée à l'aide du bouton 65 (fig. 2). En effet, comme l'illustre la fig. 2, les variations de la température extérieure, captées par la sonde 21, sont transmises à l'organe thermostatique 18 sous la forme d'une variation du volume du liquide contenu dans cette sonde, cette variation de volume agissant sur la pièce en caoutchouc 58. Les déformations de cette dernière pièce obligent le piston 59 à se mouvoir longitudinalement d'une manière connue et par conséquent à faire varier la position de la coupelle 23 de l'organe thermostatique 15. Lorsque la température extérieure augmente, le liquide contenu dans la sonde 21 augmente de volume. Ceci se traduit par un déplacement de la colonne de liquide contenue dans le tube 20 et par une entrée de liquide dans la chambre 19. La pièce en caoutchouc 58 est ainsi comprimée et fait sortir davantage le piston 59 qui entratne vers le bas de la fig. 2 la tige 43, l'organe thermostatique 15 et le clapet 14. Il en résulte une entrée d'eau froide plus importante dans la chambre de mélange 10, donc un abaissement de la température de l'eau tiède qui est envoyée par le départ 12 aux radiateurs 2. Inversement, lorsque la température extérieure diminue, la température de l'-eau tiède est automatiquement augmentée. Le bouton 65 permet d'ajuster la gamme de réglage de la vanne thermostatique. Contrairement au bouton 65a de la fig. 3, le bouton 65 ne peut entre gradué en température, mais porte simplement des indications telles que "plus chaud" ou "plus froid". On constate que la soupape mélangeuse 5 du type conforme à l'invention (fig. 2) comprend un grand nombre d'éléments en com- mun avec la soupape mélangeuse connue du type à réglage manuel (fig. 3), ce qui permet de simplifier la fabrication parallèle des deux types de soupape. Il est à noter en outre que la soupape 5 (fig. 2) peut être soumise à un réglage préalable de son organe thermostatique 15, sous la forme simplifiée et connue montrée à la fig. 3. On peut encore noterqu'une installation à soupape mélange se classique telle que montrée à la fig. 3 peut autre facilement et économiquement transformée en installation conforme à l'invention par enlèvement du bouton 65a (fig. 3) et pose des éléments 18 à 21, 48 et 52 à 66 (fig. 2). Selon le mode de réalisation des fig. 4 et 5, la soupape mélangeuse 5a est à quatre voies. En plus de l'arrivée d'eau chaude 11, du départ d'eau tiède 12 et de l'arrivée d'eau froide 13, son corps 9a comprend un retour d'eau froide 67 qui est relié à lten- trée de la chaudière 1 par le tuyau 4. La colonne descendante 6 est alors branchée directement sur l'arrivée d'eau froide 13. L'organe obturateur 14a est par exemple muni de deux passages indépendants 68 et 69. Lorsque l'organe obturateur 14a est déplacé vers le bas par l'organe thermostatique 15 et/ou l'organe thermostatique 18, contre l'action d'un ressort de rappel 32a, son passage 68 ouvre davantage l'arrivée d'eau froide 13 vers la cham bre de mélange 10a tandis que son passage 69 ferme davantage, d'une part, cette arrivée d'eau froide 13 vers le retour d'eau froide 67 et, d'autre part, l'arrivée d'eau chaude 11 vers la chambre de mélange loua. De plus, l'organe obturateur 14a est contourné par une certaine quantité d'eau chaude qui provient de la chaudière 1 par l'arrivée 11 et retourne directement à cette chaudière par le retour 57, cette quantité augmentant à mesure que l'organe obturateur est déplacé vers le bas. Mises à part la forme différente de l'organe obturateur 14a et par conséquent du corps 9a et du ressort 32a, le mode de réalisation des fig. 4 et 5 est identique à celui des fig. 1 et 2, le piston 28 agissant semblablement sur les organes obturateurs 14 et 14a. Il est donc inutile de décrire en détail le fonctionnement du deuxième mode de réalisation. Bien que les deux modes de réalisation aient été décrits avec des organes obturateurs constitués de clapets 14 ou 14a à mouvement rectiligne, on peut appliquer l'invention aussi bien à des organes obturateurs à mouvement rotatoire, à condition de prévoir entre le piston 28 et un tel organe obturateur des moyens mécaniques propres à transformer 'un mouvement rectiligne en mouvement rotatoire. REVENDICATIONS 1 - Soupape mélangeuse thermostatique, pour installations de chauffage central à eau chaude, qui comprend, dans un corps fixe définissant une chambre de mélange, une arrivée d'eau chaude, un départ d'eau tiède, une arrivée d'eau froide et un organe obturateur mobile qui est commandé par un organe thermostatique placé dans la chambre de mélange et, par conséquent, sensible à la tem pérature de l'eau tiède de façon à ouvrir d'autant plus l'arrivée d'eau froide vers cette chambre de mélange que la température enregistrée par cet organe est plus élevée, caractérisée par le fait que la soupape mélangeuse comprend un deuxième organe thermostatique qui est situé à proximité du premier organe thermostatique mais en dehors de la chambre de mélange, lequel deuxième organe thermostatique est constitué essentiellement par une chambre de volume variable qu'un tube de petit diamètre fait communiquer avec une sonde exposée à la température extérieure, la chambre de volume variable, le tube et la sonde étant remplis d'un liquide dilatable, et par le fait que le deuxième organe thermostatique agit mécaniquement sur le premier de façon à décaler sa plage de régulation vers les températures plus élevées lorsque la température extérieure décrott et vice versa. 2 - Soupape mélangeuse thermostatique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le deuxième organe thermostatique possède un piston agissant sur un poussoir qui est aligné avec ce piston et qui traverse de façon étanche la paroi de la chambre de mélange, lequel poussoir est agencé pour modifier la position de l'extrémité d'appui du premier organe thermostatique, c'est-à-dire l'extrémité opposée à celle qui agit sur l'organe obturateur. 3 - Soupape mélangeuse thermostatique selon la revendication 2 dont l'organe obturateur est à mouvement rectiligne, caractérisée par le fait que le poussoir est aligné avec la tige du clapet, le premier organe thermostatique étant intercalé entre ce poussoir et ladite tige.