Brevet FR2346763A1 — publié le 19771028

La présente invention concerne les dispositifs de régulation destines à etre utilisas en combinaison av-ec un dispositif mélangeur pour l'obtention d'un débit sensiblement constant d'un mélange en proportions constantes et réglables de deux fluide sous pression à partir de deux sources d'alimentation dont les pressions sont suscdptibles de varier dans une assez large gamine. Dans le domaine sanitaire, il s'est révélé utile en vue de l'alimentation d'un appareil de douche par exemple, de disposer d'un dispositif mélargeur apte à effectuer le mélange en proportions constantes et réglables de l'eau chaude et de l'eau froide. En dehors de la voie thermostatique (détection de la température du mélange pour contrôler les débits d'alimentation en eau chaude et froide), on a déjà proposé une voie "régulation de pression" qui suppose de maint@@tr égales et sensiblement constantes les pressions des eaux chaude et froide en amont d'un mélangeur. Une solution connue dans cette dernière voie consiste à utiliser deux détendeurs en parallèle entre le mélangeur et les sources d'eau chaude et d'eau froide et à charger oes détendeurs à l'aide d'un fléau soumis en son point milieu à la charge d'un ressort précontraint. La présente invention vise une solution différente de la solution précédente en proposant de charger les membranes des détendeurs par une pression hydraulique commune en étsblis- sant cette pression à partir justement de l'une des sources à l'aide d'un limiteur de pression. La non compressibilité du fluide hydraulique permet d'assurer la fonction "égalisation" des pressions de sortie des détendeurs. Par ailleurs l'utilisation de l'une des sources d'alimentation comme source d'établissement de la pression hydraulique de charge permet d'éliminer pratiquement les risques de fuite que soulèvent, dans la solution du fléau, la rupture de la membrane de l'un des détendeurs. Selon une disposition préférée, le limiteur est constitué d'un obturateur controlant la communication entre une entrée destinée à être reliée à la source précitée et une sortie reliée aux détendeurs, et un organe formant piston soumis aux effets antagonistes de la pression du fluide -à la sortie et d'un élément élastique taré pour commander le déplacement de l'obturateur, les dimensions dudit organe formant piston étant choisies suffisamment grandes par rapport à celles des membranes des détendeurs pour qu'il constitue, pour ces dernirs, une fois l'obturateur fermé, une sorte d'accumulateur hydraulique à pression sensiblement constante. Avec cette disposition la fonction "régulation'l des pressions de sortie des dé tendeurs se trouve assurée sans compromettre pour autant la fonction "égalisation" . Un tel réstltat ne pouvait être obtenu avec la solution mécanique à fléau mentionnée plus haut. Celle-ci en effet résulte d'un compromis; soit le ressort chargeant le fléau est raide et la fonction "égalisation" est bonne mais la fonction régulation médiocre et la stabilité mauvaise, soit ce ressort est plus souple ce qui améliore ces fonctions régulation et stabilité mais la fonction regulation devient médiocre. Or on ssit que, comptetenu des caractéristiques pression-débit des détendeurs que:ia fonction "égalisation" est importante aux pressions d'alimentation faibles (inférieures a' 1kg/cm2 par exemple) alors que la fonction "régulation" est. importante aux pressions élevées. Dès lors, la solution antérieure mécanique ne peut donner satisfaction que dans une gamme relativement étroite des préssions d'alimentation. Avec la solution "hydraulique" de l'invention, la fonction fégulation se trouve assurée par l'accumulateur hydrau lique que constitue le limiteur, sans réduction importante de la fonction "égalisation", ce qui permet d'utiliser r le régula teur-dans une large game do pressions d'alimentation. Selon une caractéristique également importante au moins un passage de section limité est prévu dans la liaison hydraulique entre les deux détendeurs, ce qui définit un amortisserient dans les déplacements du fluide hydraulique sous pression chargeant les détendeurs, Un tel amortissement confère au dispositif une bonne stabilité. I1 est avantageux de prévoir pour le dispositif un obturateur marche normalement fermé disposé entre l'entrée du limiteur et la source qui est destinée à l'alimenter en vue de la anise en charge des-détendeurs, et un obturateur "arrêt" normalement fermé disposé entre la sortie du limiteur et une évacuation en vue de l'annulation des charges des détendeurs. Avec cette disp@sition, l'utilisateur peut, à l'aide d'un sinple bouton, obtenir a la sortie au mélangeur un débit donné (réglable avec le tarage du limiteur de pression) des fluides mélangés dans les proportions choisies. Cette disposition permet aussi de soulager les membranes des détendeurs en période de non-utilisation. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et qui se réfère aux dessins ci-aIinexés donnés uniquerlent à titre d'exenple et dans lesquels La figure 1 est une représentation schématique en coupe d'un ensemble mélangeur selo l'invention, la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne brisée II-II de la figure 3 d'une réalisation préféré@ d'un mélangeur selon l'invention et la figure 3 est une vue de dessus de la réalisation illustrée à la figure 2 avec coupe partielle selon:la ligne brisée III-III de cette figure. Sur la figure 1, la référence 10 désigne un ens@emble mélangeur destiné à etre relié à une alimentation en eau chaude 12 et une alimentation en eau froide 14 en vue de fournir à une conduite d'évacuation 16 conduisant à un appareil de douche par exemple, une au mitigée de température donnée sous un débit sensiblement constant. L'ensemble mélangeur 10 se compose de des parties associées, à savoir un-dispositif de régulation 18 et un dispositif mélangeur 20. Le dispositif de régulation 18 8 constitue la partie la plus importante. Il comporte deux orifices d'entrée 22 et 24 destinés à être reliés respectivement aux alimentations 12 et14 et deux conduits de sortie 26 et 28 reliés au dispositif mélan- geur 20. Le dispositif 18 a pour role de fournir respestivement aux conduits 26 et 28 deux flux d'eau chaude et d'eau froide sous des pressions égales et sensiblement constantes. Le dispositif mélangeur 20, qui est disposé entre les conduits 24 et 26 et la conduite d'évacuation 16 reliée à son orifice de sortie 30, est d'un quelcc,nque type connu apte à mélanger dans des proportions choisies réglables les flux d'eau chaude et froide fournis par le dispositif 18. ll peut, comme représenté, être constitué d'un organe mobile de commande ou clef 32 monté pour tourner dan un alésage 34 dans lequel débouchent les conduits 26 et 2S et l'orifice 30.La clef 32 est pourvue d@une lumière 36 de forme telle que le déplacement on rotation de la clef dans l'alésage 34 entraine la diminuai n de la section de passage de l'un des conduits de sortie 26 ou 28 vers l'orifice 30 et éventuellement une augemetation simultanée de la section de passage vers ce ême orifice de l'autre con duitde sortie 26 ou 28. Si l'on suppose que.les pressions d'eau dans les conduis 26 et 28 sont maintenues égales et sensiblement constantes, on comprend qu'une telle modification de la section des passages reliant ces conduits 26 et 28 à l'orifice de sortie 30 entraine une modification correspondante des proportions du mélange des deux eaux. Le dispositif de régulation 18 se compose de deux détendeurs à membrane 38 et 40 disposés respectivement entre les orifices d'entrée 22 et 24 elles conduits de sortie 26 et 28. Les deux détendeurs 38 et 40 snt identiques et se composent chacun d'un organe d'obturation 42 apte à contrôler la section effective de passage d'un orifice 44 reliant une chambre d'entrée 46 dans laquelle débouche l'orifice d'entrée correspondant 22 ou 24, à une chambre de sortie 48 dans laquelle débouche le conduit de sortie correspondant 2G ou 28. L'organe d'obturation 42 est équilibré.en pression d'une manière on soi connue, par l'intermédiaire d'un passage interne 50 assurant l'dualité des pressions sur les faces terminales de cet organe 42 situées de part et d'autre de l'orifice 44. Dans la réalisation représentée, chaque détendeur est du type décrit dans le brevet fran çais n 69 43708.La position de l'organe d'obturation 42 par rapport à l'orifice 44 et, par là, la section de passage effective de cet orifice sont contrôlées par un élément forant piston tel qu'une memebrane souple 52 qui est rendue solidaire dans sa partie centrale @e l'organe 42 et qui est soumise à la pression du fluide dans la chambre de sortie 48 sur les parois de laquelle elle est fixée de manière étanche par sa périphérie. Dans les détendeurs classiques, tels que celui décrit dans le brevet précité, la charge du détendeur est figée par un moyen élastique précontraint disposé de manière à agir sur organe 42 à l'encontre de la force de pression exercée sur ce dernier par la membrane 52 sous l'action de la pression du fluide dans la chambre 48. Selon l'invention la charge de chaque détendeur est constituée, non plus par un moyen élastique, mais par une pression hydraulique développée dans une chambre de commande 54 disposée de l'autre côté de la membrane 52 par rapport à la chambre 48. L'organe d'obturation 42 se trouve donc commandé en fonction de la différence de pression entre les chambres 48 et 54. Le fonctionnement des détendeurs 38 et 40 est suffi salent connu pour qui'il ne soit pas nécessaire de le décrire trèq precise:;.ent. On fera simplement observer que si l'on maintient à une valeur constante donnée la pression du fluide hydraulique contenu dans la chambre -54, l'organe d'obturation 42 est mû par la membrane 52 de manière que la pression dans la chambre 48 soit à chaque instant égale à la pression dans la chambre 54 alors même que la pression d'alimentation du fluide hydraulique fourni à l'orifice d'sntrée 22 pu 24 du détendeur varie dans une assez large gamme. La pression dans la chambre 48 demeure également constante si la section de passage du conduit de sortie 26 ou 28 du détendeur varie dans de larges limites. Les chambres de commande 54 sont reliées par des passages 56 et 58 à une chambre centrale de régulation et d'égalisation des pressions 60. La pression dans la chambre 60 est établie par l'intermédiaire d'un limiteur de pression désigné dans son ensemble par la référence 62. Le limiteur 62 est disposé entre la chambre 60 et un passage 64 destiné à être relié, comme cela apparaitra plus loin, à l'une des chambres d'entrée 46 de l'un des détendeurs, soit le détendeur 40. D'une manière cn soi connue, le limiteur dc pression 62 se compose d'un obturateur 66 apte à coopérer avoue un siège 68 en vue de contrôler la communication entre une chambre d'entrée 7Q reliée au passage 64 et un passage de sortie 72 débouchant dans la chambre 6U. L'obturateur 66 est disposé de maniè- re à être sollicité en position de fermeture par la pression régnant dans la chalnbre 70. Cette sollicitation vers la position de fermeture peut être aidée par un léger ressort 7's. La commande de l'obturateur 66 est assurée par un organe formant piston tel qu'une membrane souple 76 sounise aux effets contradictoires de la pression de la chambre 60 et de la charge d'un fort élément élastique précontraint 7S. A cote fin, la membrane 76 est fixée de manière étanche par sa périphérie aux parois de la chambre Go et est chargée en son centre par le ressort 78 qui se trouve comprimé entre un disque de butée 80 maintenu sur la membrane 76 et une coupelle de butée 82 maintenue en appui sur un organe de butée tel qu'une vis 84 fixée de manière réglable sur le boitier du dispositif 18. On observera que le limiteur 62 ainsi formé par la coopération de l'obturateur 66 et de la membrane 76 difforme des détendeurs, tels que ceux décrits plus haut en ce que l'obturateur 66 n'est pas fixé à la partie centrale de la membrane 76. De plusi cet obturateur n'est pas équilibré en pression et son profil demeure simple étant donné qu'il a simplement pour but de fonctionner en "tout-ou-rien" et non de manière continue comme un détendeur. Dès que la pression du fluide dans la cllaln- bre 60 atteint la valeur pour laquelle elle équilibre sur la membrane 76 la force du ressort 7S, l'obturateur 66 se trouve sollicité en position de fermeture. Il ne pourra être sollicité à nouveau en position d'ouverture que si la pression dans la chambre 60 descend en dessous d'une valeur donnée qui est d'ailleurs inférieure à celle- qui avait occasionné la fermeture de ce même obturateur. Dans la réalisation préférée représentée à la figure 1, l'intervention du limiteur 62 de pression est limitée dans le temps en ce sens quelle dispositif de régulation 18 comporte un clapet d'obturation 86 normalement fermé qui est disposé dans le passage 64, entre la chambre 70 et la chambre 46. Ce clapet 86 est maintenu on position de fermeture par la pression du fluide dans la chambre 46 et par la force d'un ressort 8ô. L'ouverture du clapet 86 peut être obtenue par l'intermédiaire d'un poussoir "marche" à commande manuelle 90 monté coulissant-de marnêre étanche dans le boitier du dispositif 18. En appuyant sur le poussoir 90, l'utilisateur met en communication les chambres 6 et 70. Un second clapet d'obturation normalement fermé 92 est prévu dans u. passage de faible section 94 reliant les chambres 54 des détendeurs, à une évacuation telle que celle constituée par l'un des conduits de sortie 26 ou 25. Le clapet 92 est sollicité en position de fermeture par la pression du fluide dans la chambre 54 et par la force d'un ressort 96. Un poussoir "arrêt" 98 est monté coulissant dans le boitier du dispositif 18 pour permettre de solliciter momentanément le clapet 92 en position d'oiverture de manière à relier l'ensemble des chambres 54 et 60 à l'évacuation et annuler ainsi la pression hydraulique chargeant les détendeurs 38 et 40. Le fonctionnement de l'ensemble mélangeur décrit plus haut est le suivant Initialement, la pression hydraulique dans les chambres 54 et Go est nulle (ou plus exactement voisine de la pression atmosphérique). Les deux détendeurs 38 et 40 occupent leur position do fermeture. L'obturateur 66 du limiteur 62 est sollicité en position d'ouverture par le ressort 78. Les deux clapets 86 et 92 sont fonés. Aucun débit d'eau ne transverse le mélangeur 20. Lorsque l'utilisateur désire utiliser l'appareil relié à la conduite 16,il ap.ie sur le ?oussoir "marche" 90. L'eau froide qui alimente la chambre 46 du détendeur 40 afflue par le passage 64 dans la chambre 70 et gagne la chambre 60 par le passage 72. La pression augir.ente dans les chambres 54 et 60 jusqu'à atteindre la valeur déterminée d'intervantion du limiteur 62. Lors use cette pression d'intervention est atteinte, l'obturateur 66 se trouve sollicité en position de fermeture par le ressort 74 car la membrane 76 est alors équilibrée. Le relachement du poussoir 90 isole définitivement la chambre 70 de la chambre d'entrée 46. Ainsi, l'ouverture de l'obturateur 66 à la suite d'une Laisse de p-ession dans les chambres 54 et 60 n4 traduit pas une rernontée de la pression dans ces chambres jusqutà la valeur d'intervention du limiteur. C'est la raison pour laquelle il a été signalé-plus haut que le limiteur 62 n'intervenait que pour limiter momentanément la pression dans les chambres 54 et 60 et nus pour maintenr cette pression à une valeur constante. Avec la mise sous pression du fluide contenu dans les chambres 54, les organes d'obturation 42 des détendeurs 38 et 40 se trouvent sollicités en position d'ouverture de manière à établir respectivement dans les conduites 26 et 28 des flux d'eau chaude et d'eau froide de pressions égales et constantes. Le mélangeur 20 est alors réglé par l'utilisateur de manière à obtenir par un mélange en proportions choisies d'eau chaude et froide, la température voulue de l'eau mitigée. La fonction ffégalsationfl des pressions des flux d'eau chaude et froide est obtenue de par la liaison hydraulique réalisée entre les chambres 54 des détendeurs 38 et 40 par les passages 56 et 58 et la chambre 60. Gräche à cette liaison, les pressions dans les chambres 54 sont donc égales de sorte que chacun des organes d'obturation 42 est piloté de manière à établir une pression de sortie d'eau égale à cette pression de commande. Ainsi, st l'on suppose que la pression de l'une des alimentations d'eau 12 ou 14 diminue, l'organe d'obturation 42 du détendeur correspondant tend à être sollicité davantage en position d'ouverture compte-tenu de la diminution correspondante de la pression d'eau dans la chambre 48. Le déplacement correspondant de la membrane 52 qui est assujettie à l'organe 42 entraine un déplaconent hydraulique entre les chambres 54 par la liaison hydraulique 56, 58 et 60 jusque ce que les pressions redeviennent égales dans les chambres 54.Il se produit donc simultanément une tendance à l'ouverture de l'organe 42 du détendeur dont la pression d'alimentation a baissé et une tendance à la fermeture de l'organe d'obturation de l'autre détendeur (dont la pression d'alimentation est restée constante dans l'hypothese envi sages plus haut). Il est tout . fait avantageux de prévoir pour les passages 56 et 58 des sections droites relative@ent faibles Ces passages introduisent ainsi un étranglement entre chacune des chambres 54 et la chambre 60 Un tel étranglement constitue un moyen susceptible d'amortir les vitesses de déplacement du fluide de hydraulique entre chaque chambre 54 et la chambre Go. Cet amortisse;;nent est un facteur de stabilité pour tes doux détendeurs 38 et 40, facteur qui est d'autant plus important selon que les pressions d'alimentation en eau chaude et froide sont élevées. On notera que les passages 56 et 58 forment deux étran- glements disposés en série dans la liaison hydraulique entre les chambres de commande 54 des deux détendeurs ce aui améliore encore l'emortissement compte-tenu, comme cela apparatirta ci-dessous, de la fonction tapon de la chambre 60 formée entre ces deux étranglements 56 et 58. On observera que la liaison hydrauli que 56 58 et 60 est doublée par le passage 94.Néanmoins, la faible section de ce passage et, par là, le fort étranglement qu'il définit, rendent son rôle négligeable. La fonction "régulation" est obtenue grâce à la membrane 76 qui, en liaison, avec le ressort 78 constitue une sorte d'accumulateur hydraulique tampon susceptible de maintenir la pression dans les chambres 54 et 60 à une valeur sensiblement constante malgré les déplacements effectifs des membranes 52, c'est à dire malgré les módifications de volume (éventuellement additives) de chacune des chambres 54. Pour que cette friction tampon soit effective, on com Prendra que la -surface effective de la membrane 7G doit être suf fisamm@nt importante de manière qu'avec des déplacements simultanés dans le même sens et d'amplitude maximum des membranes 52 (lors par exemple d'une chute brutale de deux pressions d'alimentation), le déplace@ent de la ss:embrane 76 demeure relativement faible. Ainsi, la charge du ressort 78 sur cette membrane demeu- re pratiquement constante ce qui maintient dans l'ensemble des chambres 54 et 60 à une valeur très voisine de la valeur normale. Avec la réalisation décrite, le déposant a obtenu les performances suivantes - conditions initiales - Pression d'eau chaude = Pression d'eau froide = 3kg/cm2 - Mélangeur réglé à la température de 39 c - lors de variations de pression simutanées telles que : Pression d'eau chaude = 6kg/cm2 Pression d'eau froide = 1,5kg/cm,2 la variation de température a été do l'ordre de 0,5 c et le débit n'a varié que de 10 à 15%, ce qui constitue un progrès notable par rapport aux performances obtenues avec les dispositifs antérieures à fléau. Lorsque l'utilisateur désire l'garrot de l'alimentation en eau mitigée de l'appareil sanitaire, il appuie sur le poussoir "arrêt 98. L'ouverture du clapet 92 qui en résulte provoque la mise à zéro des pressions dans les chambres 5/l et 60 et ainsi la fermeture des organes d'obturation 42.L'obturateur 66 est à son tour sollicité en position d'ouverture et l'appareil se retrouve dans les conditions initiales envisagées p@us haut. L'ensemble des clapets 86 et 92 est commode en ce qu'il permet, par une simple poussée, de commander l'établissement ou l'arrêt d'un flux d'eau mitigée de température et de débit déterminé. Bien entendu ce débit est fixé parla charge du ressort 7 & la température de l'eau mitigée étant quant à elle déterminée par la position de la clef 32 du mélangeur 20 On comprendra, néan- moins, que le dispostif pourrait etre dépourvu de ces clapets sous réserve de prévoir au moins un robinet de fermeture dans le circuit 16. Sur les figures 2 et 3, on a représenté une réalisation préférée de l'ensemble mélangeur décrit plus haut en référonce i à la figure 1. Dans cette réalisation, dans laquelle on a repris les mêmes références numériques pour désigner les éléments identiques ou similaires à ceux de la figure 1, on observera que le dispositif mélangeur 20 et le dispositif de régulation 18 sont enfermés dans un même boitier 100. Dans ce boitier sont formés les orifices d'entrée 22 et 24 reliés par l'intermédiaire éven- tuellement d'un filtre type crépine 102 aux chambres d'entrée 46 des deux dotendeurs, et l'orifice de sortie 30 qui déboucle directement dans l'intérieur du boitier 700. On remarquera également que les différentes chambres envisagées plus haut ainsi que les différentes liaisons et passages à prévoir entre ces chambres et les orifices d'entrée et de sortie sont réalisées par des ouvertures ou des évideents ménagés dans un certain nombre de plaques 106, 108, 110 et 112 convenablement ajourées et conformées qui sont empilées et assemblées les unes aux autres do manière étanche, l'ensemble des quatre plaques dûment assemblées étant emboité dans l'ouverture supérieure circulaire 114 du boitier 100 avec interposition d'un joint d'étanchéité 116 et mise en place d'un capot de protection 118. Il est entendu que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux réalsations décrites ci-dessus. En particulier, on pourrait utiliser pour les détendeurs 38 et 40, le détendeur 62 et le mélangeur 20 tout autre moyen équivalent connu Les deux- clapets 86 et 92 pourraient hêtre associés à un organe de commande unique à trois positions. Le dispositif de régulation 18 pourrait alimenter plusieurs mélangeurs tels que 20 montés en parallèle. IVENDICATIuNS 1. Dispositif de régulation du type à double détendeurs à membrane destinés à être disposés entre un mélangeur et deux sources de fluide d'alimentation en vue de fournir à ce mélangeur les deux fluides d'alimentation sous des pressions égales sensiblement constantes, le dispositif étant caractérisé en ce que la charge des membranes de chaque détendeur est constituée par une pression hydraulique établie à partir de l'une des sources par un limiteur de pression commun taré à une valeur prédéterminée. 2. Dispositif de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un obturateur "marche" normalement fermé disposé entre l'entrée du limiteur et la source qui est destinée à l'alimenter en vue de la mise en charge des détendeurs et un obturateur "arrêt" normalenwellt fermé disposé entre la sortie du limiteur et une évacuation en vue de ltannulation des charges des détendeurs. 3. Dispositif de régulation selon l'une des revendicarions 1 et 2, caractérisé en ce que le limiteur est constitué d'un obturateur contrôlant la communication entre une entrée destinée à être reliée à la source précitée et une sortie reliée aux détendeurs, et un organe formant piston soumis aux effets antagonistes de lalression du fluide à la sortie et d'un élément élastique taré pour commander le déplacement de l'obturateur, les dimensions dudit organe formant piston étant choisies suffi -samment grandes par rapport à celles dos membranes des détendeurs pour qu'il constitue, pour ces derniers, une fois l'obturateur fermé une sorte d'accumulateur hydraulique à pression sensiblement constante. Dispositif de régulation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins un passage de section limitée est prévu dans la liaison hydraulique entre les deux détendeurs. 5. Dispositif de régulation du ty:-e à double détendeurs à membrane combinés destinés à être disposés entre un mélangeur et deux sources de fluide d'ali:nentation en vue de fournir à ce mélangeur les deux fluides d'alimentation sous des pressions égaies sensiblement constantes, le dispositif étant caractérisé en ce que la charge des' memebranes de chaque détendeur est constituée par une pression hydraulique établie à partir d'un moyen formant accumulateur hydraulique à pression sensiblement constante auquel chaque détendeur est rélié avec interposition d'un passage à section limitée. 6. Ensemble mélangeur pour intallation sanitaire carac térise en ce qu'il comporte en un boitier unitaire un dispositif de régulation selon l'une des revendications 1 à 5 et un .,élan- geur disposé entre les sorties des détendeurs combiné et la conduite de sortie de l'ensemble mélangeur.