Brevet FR2392331A1 — publié le 19781222

Le nouveau disposi-tif -présenté concerne le pilotage automatique (motorisation) des vannes mélangeuses sur chauffage centra; ou des thermostats de chaudière dans les cas où la vanne est absente, ou encore le pilotage de l'allure du brûleur (chaudière au gaz), permettant ainsi une regulation de la tempéra- ture intérieure. Il n'existe actuellement aucun dispositif de ce genre, thermo-hydraulique mécanique, automoteur, c'est-à-dire sans aucune source d'énergie, applique au pilotage des vannes mélangeuses rotatives. Les dispositifs utilisés actuellement dans la régulation sont tous à base électrique ou électronique commandant la mise en route d'un moto-réducteur luiinîme accouplé à la vanne mélan- geuse.L'inconvénient de ces dispositifs est d'abord d'être très couteux car, constitués d'un nombre très élevé de composants, souvent sensibles à lacorro- sion, à la température de la chaudière, et dont la sensibilité dans le temps est incertaine, ce qui entraîne également des suggestions drentretien de ces dispositifs très élevées Certains de ces dispositifs peuvent également poser des problèmes de stabilité entraînant le "pompage", et ont beaucoup de mal, voire-mê- me une impossibilité absolue à s'adapter à une non linéarité d'une installation donnée, entralnant ainsi très fréquemment le remplacement obligatoire de la vanne mélangeuse existante par une vanne linéaire, ce qui aggrave d'autant le coût d'installation.Le dispositif présenté, au contraire, est toujours stable, indéréglable, et peut s'adapter à n'importe quelle vanne manuelle existante, même non linéaire. La simplicité du dispositifprésenté, sa totale indépendance de toute source d'énergie ed font un appareil d'une fiabilite absolue, indéréglable ne nécessitant aucun entretien. D'autre part, il s'agit d'un dispositif offrant une régulation continue alors que les autres dispositifs possèdent un seuil de détection de variation de température en deçà duquel il n'y a aucune modification du réglage entraînant des variations de température intérieure notables. Le dispositif présenté permet d'assurer la- régulation de la température intérieure d'un local quelle que soit la température extérieure et en fonction de celle-ci (si, bien sûr, la température extérieure est inférieure à la valeur de consigne). Aussi ce dispositif permet-il d'assurer une garantie du confort et une consommation optimale d'énergie. Ce dispositif vise aussi la sé curité, protection contre le gel d'une installation à eau, lors d'un arret volontaire de la chaudière. Un dispositif détecteur de -gel permet la remise en route automatique du chauffage qui sera arrêté de nouveau dès que le risque de gel de l'installation aura disparu. La chaîne cinématique a pour point de départ un "capteur" de la temperature "extérieure" ou capacité thermométrique (1)(fig.1.1O) de volume rigou reusement défini, situé à l'extérieur du local. Cette capacité à aillettes possède une très large surface d'échange lui permettant ainsi de suivre plus ou moins rapidement les variations de la température extérieure de l'air ambiant, qu'elle transmet au liquide "thermométrique hydraulique" incompressible (2). La capacité (1) est reliée au cylindre (4) de l'automoteur thermo-hydraulique par un tube (3) de très faible diamètre, de façon à ce que sa capacité propre soit négligeable. Toute variation de la température de l'air extérieur se traduit par une variation différentielle de volume "liquide-capacité thermométrique".De ce fait, une augmentation de la température de l'air extérieur conduit à une augmentation différentielle de volume "liquide-capacité". Ce liquide thermométrique ainsi en excès reflue, par l'intermédiaire du tube (3), dans la chambre du cylindre (4) entraînant un déplacement linéaire en fonction de la température ex térieure du piston (5), par I'intermédiaire de la membrane (6). Le piston (5), solidaire du levier (7) lui communique son déplacement et, par suite, par I'intermédaire du câble (9) et du plateau de commande (10) luinîme solidaire de l'axe de la vanne mélangeuse (8), entraîne sa rotation.Cette rotation de la vanne (8) modifie lè dosage eau de retour, "eau de chaudière",dans le sens d'une diminution du pourcentage d'eau de chaudière, donc chaude, ce qui conduit à une diminution de la température de 11 eau de chauffage ; il en résulte donc une diminution de l'apport calorifique en relation directe avec la diminution des déperditions ce qui permet de maintenir la stabilité de la température intérieure, créant ainsi une amélioration certaine du confort et une économie substancielle de combustible.Si maintenant il se produit une baisse de température de l'air extérieur, il se produit une contraction différentielle "liquide-capacité" entraînant une baisse de pression dans le cylindre (4), donc une force motrice hydraulique nulle et1 est alors que le contrepoids (p) (ou un ressort convenable (12 devient moteur et à son tour entraîne une rotation de la vanne melangeuse (8). Cette rotation, cette fois, modifie le dosage de l'eau de chauffage dans le sens d'une augmentation du pourcentage d'eau de chaudière ce qui conduit à l'augmentation de température de l'eau de chauffage et par suite à une augmentation d'apport calorifique correspondant à l'augmentation de déperdition. Dans ce mouvement de rotation la vanne (8) entraîne le plateau (10) donc le levier (7) par l'intermédiaire du câble (9).Le levier (7) entraîne à son tour le piston (5) à membrane (6) provoquant un reflux du liquide thermométrique vers la capacité (1) par l'intermédiaire de (3) jusqu'à ce que le volume balayé par le piston (5) soit identique à la contraction différentielle "liquide-capacité" et on aura alors de nouveau l'équilibre.Afin d'adapter le plus exactement possible l'apport calorifique de la source chaude au local pour maintenir la température constante en fonction de la température extérieure, la présente invention possède les dispositifs suivants permettant de tenir compte à la fois de l'inertie thermique du local, de son isolement, de la température de consigne souhaitée et descaracté- ristiques de réponse de l'installation de chauffage, à savoir 1 ) Le câble (9) commandant la rotation de la vanne (8)est fixé à l'une de ses extrémités sur une pièce à coulisse (13) dont la position peut être modifiée d'une façon continue le long du levier (7) (fig.2.3), ce qui permet une variation du rapport de la course de la pièce (13) àla course du piston (5), donc une plus ou moins grande rotation de la vanne mélangeuse (8), pour une même variation de la température extérieure, donc une variation du dosage relatif eau de retour, "eau de chaudière" et donc finalement un apport calorifique plus ou moins important pour la même variation de température extérieure. Ce dispositif permet donc une adaptation linéaire de l'apport calorifique nécessaire afin d'avoir l'équilibre thermique. La température de l'eau de chauffage nécessaire dépend de la puissance installée des éléments de chauffage et sera déterminée par une plus ou moins grande ouverture de la vanne. 20) Le rapport de la course (c) du piston (5) à la longueur (t) du levier (7) (fig.3) est tel qu'il donne à (13) et donc, par suite, à la vanne (8) une variation de rotation linéaire en fonction de la variation de la température extérieure. Si maintenant "la déperdition-apport calorifique" n'est pas linéaire avec la température extérieure, la correction sera effectuée de la façon suivante : le eâbie (9) qui reçoit de la pièce (13) un déplacement linéaire s'enroule sur le plateau de commande (10) et plus particulièrement sur la pièce (21) constituée par un fil de section carrée, très malléable, très' déformable, maintenu par pression entre les deux flasques (10,1) et (10) du plateau de commande par quelques vis (22).Dans le cas d'une installation linéaire, le fil (21) sera positionné selon un rayon p= pO = constant ; mais au contraire, s'il y a non li nEaritE, le fil (21) sera positionné selon un rayon p > différent de p (fig.4) ce qui permettra d'obtenir une rotation plus ou moins grande de la vanne pour une mime variation de température extérieure selon que p1 sera plus petit ou plus grand que p0. Ce dispositif permet donc d'incurver la courbe de chauffe dans le sens -convenable, en l'adaptant à la courbe réelle des déperditions, permettant de maintenir une température intérieure constante (fig.8). 30) Une fois l'adaptation "déperdition-apport calorifique" réalisée, c' est-a-dire après avoir obtenu une courbe de chauffe convenable, un dispositif de butée élaStique (14-15) (fig.2) permet le positionnement de cette courbe de chauffe (f ig.9), en fonction de la température désirée, ctest- -dire la température de consigne. Le positionnement se fait grâce-au bouton moleté et fileté (15) qui, par l'intermédiaire de la vis (11) déplace, dans un sens ou dans l'au tre, en bloc, tout l'ensemble de l'auto-moteur cylindre (4), piston (5), levier (7) entraînant une rotation positive ou négative de la vanne (8), ce qui augmente ou diminue l'apport calorifique pour une même température extérieure et permet ainsi d'obtenir la températûre souhaitée dans le local. On peut ainsi obtenir la régulation d'un local quelle que soit la température de consigne choisie 20, 180C... et même 5,70C (fig.9) pour les résidences secondaires par exemple ou une absence prolongée de l'habitation, ce qui permet de ne pas apporter de calorie si la température extérieure reste supérieure à la consigne. D'une façon inverse, à la remise en route, au retour, on peut, à l'aide du positionneur (14), obtenir un régime de chauffe accéléré pour faire une remise en température du local le plus rapidement possible, en affichant par exemple + 25, + 30"C comme consigne... et ensuite revenir à la consigne normale 18, 200C. Le réglage de cette butée élastique permet, bien entendu, d'obtenir un réglage manuel jour et nuit, sans aucun dérèglage de la courbe de chauffe.Ce réglage peut également s'effectuer hydrauliquement à distance par l'intermédiaire d'un dispositif "pistonmembrane" (fiv.1,6) placé par exemple, dans la salle de séjour et relié à l'automoteur (il). 40) Si le chauffage a été complètement arrêté pour non oecupation du local, le nouveau régulateur présente également un dispositif de sécurité antigel qui assurera la remise en route automatique de la chaudière et de l'aceElE- rateur, mettant ainsi toute l'installation à l'abri ds conséquences toujours catastrophiques du gel ; cette remise en route sera effectuée par la butée régla ble (23), solidaire du levier (7), qui viendra fermer le circuit de commande par l'interrupteur (16) dès que la température extérieure descendra en-dessous d'une température fixée préalablement, + 2"Cpar exemple. D'une façon analogue, il y aura arrêt du chauffage dès que la température extérieure remontera au-dessus de la valeur choisie. -5") Afin de réaliser le maximum d'économie d'énergie en mi-saison, printemps-automne, le régulateur peut également réaliser l'barrît automatique de l'accélérateur seul, ou avec la chaudière, dans le cas où celle-ci ne serait pas utilisée pour l'eau chaude sanitaire. Cela sera réalisé par la butée (23) qui viendra ouvrir le contact (16) coupant ainsi l'alimentation de l'accélérateur seul ou avec la chaudière selon les connexions en aval. 6 ) Afin de suivre au mieux -les variations de la température extérieu re, le cylindre de l'auto-moteur hydraulique peut être alimenté par plusieurs capacités thermométriques disposées-sur les différentes façades... (Nord-Sud) de l'habitation afin de faire une moyenne. Une dernière adaptation très fine peut consister à disposer une capacité (19) (fig.1), de valeurimportante,'à,l'inté- rieur du local, en un point judicieusement choisi, permettant ainsi une plus grande stabilité de la température intérieure, en corrigeant une non linéarité excessive de l'installation, en tenant compte d'un apport d'énergie interne exceptionnel, comme par exemple un feu de cheminée ou une assistance nombreuse, ce qui permet une économie d'énergie.Cette capacité interne (19) permettra encore d'atténuer les effets d'une variation de température extérieure trop rapide, ne permettant pas à l'installation de suivre. Un dernier point de l'invention est l'adaptation du temps de réponse de l'installation de chauffage à-la loi de déperdition du local, fonction de son isolement et de son inertie thermique par un "isolement" partiel de la ou des capacités thermométriques externes, rendant ainsi la réponse plus ou moins rapide. 7 ) Le régulateur présenté permet encore d'indiquer, à chaque instant, la température extérieure par une aiguille (7') solidaire du levier (7) qui se déplace devant une graduation du cadran (G) (fig.11). De même, on peut constituer un thermomètre à maximaminima à l'aide de deux aiguilles (7,1) et (7,2) montées à frottement doux sur l'axe (C) et qui sont entraînées par un pion (7") solidaire du levier (7). Enfin, on peut encore remplacer le cadran (G) par un tambour rotatif (Ta) (fig.12), l'aiguille (7') par un stylet (S) et constituer ainsi un thermomètre enregistreur. 80) La butée élastique (14) a également pour but d'encaisser la dilatation différentielle pendant lespériodes chaudes de l'année. En effet, à ce moment-là, dès que la température extérieure est supérieure à la consigne affi chée, le levier (7) arrive sur la butée (17), la vanne étant fermée ; l'augmentation de volume provoque alors le recul du cylindre (4) comprimant le ressort (18) qui était initialement convenablement taré en fonction du couple résistant de la vanne. Le dispositif présenté, reposant sur les lois bien connues et immuables de la dilatation cubique des différents corps solides et liquides en fonction de la température, des lois de l'hydraulique et principes de mécanique bien établis, apporte l'assurance d'une haute fiabilité et fidèlité ; sa simplicité ne demande aucun entretien ni réglage ultérieur. Ce dispositif est, avant tout, prévu pour motoriser la vanne mélangeuse d'une installation de chauffage central classique eau chaude quelle que soit la caractéristique globale de celle-ci. Dans le cas d'une chaudière à gaz, le dispositif permet de régler automatiquement l'allure du brûleur. REVENDICATIONS 1 ) Régulateur de chauffage à automoteur thermo-hydraulique autonome, caractérisé en ce que le pilotage de la vanne mélangeuse provient dans un sens d'un poids (P) ou d'un ressort (12) reliés à un câble (9') qui s'enroule sur un plateau (10) et dans l'autre sens d'un câble (9) enroulé, d'une part sur un fil (21) de rayon variable et d'autre part fixé sur une pièce à coulisse (13) ellemême solidaire d'un levier (7) lequel est actionné par le piston (5) à membrane (6) de l'automoteur hydraulique dont le cylindre (4-4') est ancré sur une butée élastique réglable (14-15), le dit moteur recevant son alimentation, par 1 'in- termédiaire d'un tube (3), de la dilatation ou de la contraction d'un liquide hydraulique (2) contenu soit dans une ou plusieurs capacités thermométriques (1.1') situées à l'extérieur du local, soit de cette même ou de ces mêmes capacités extérieures accompagnées d'une capacité intérieure (19). 2") Régulateur de chauffage selon revendication (1) caractérisé en ce que la vanne est accouplée à un plateau (10) sur lequel s'enroule et est ancré, à l'une de ses extrémités, un câble (9') et dont l'autre extrémité est fixée soit à un poids (P) soit à l'une des extrémités d'un ressort (12) dont l'autre est reliee à un point fixe. Le poids (P) pouvant se trouver directement en (P') au bout d'une tige (T) et le ressort (12) pouvant être un ressort spirale (12') enroulé autour de l'axe (8) ce qui provoquera le mouvement de la vanne dans le sens de l'ouverture. 30) Régulateur de chauffage selon revendications (1) et (2) caractéri sé en ce que le plateau (10) reçoit un fil déformable de section carrée, ou tout autre élément déformable, qui peut être formé à un rayon variable pv, maintenu en position par des vis (22) entre les plateaux (10) et (10,1), çil sur lequel est ancré à l'une de ses extrémité un câble (9) enroulé de telle sorte qu'une traction sur celui-ci entraîne une rotation de la vanne dans le sens de la fermeture d'une façon éventuellement non linéaire, et aussi, d'une façon simultanée, augmente l'énergie potentielle du poids (P-P') ou du ressort (12-12'). 40) Régulateur de chauffage selon revendications (1) et (3) caractérisé en ce que l'autre extrémité du câble (9) est fixée en (D) sur une pièce (13) qui peut se déplacer continiment le long de l'axe d'un levier (7) articulé en (C) sur un bâti (B), le dit levier recevant en (.N), du piston (5), un mouvement d'oscillation d'une amplitude totale "c", de telle sorte que la course résultante "c"' du point D, et par suite l'amplitude totale de la rotation de la vanne, soient variables continument. 50) Régulateur de chauffage selon revendications (1) et (4) caractérisé en ce que l'automoteur linéaire thermo-nydraulique (M) est composé d'un piston (5) lié à l'une de ses extrémités en (A) au levier (7) et dont l'autre extrémité reçoit une membrane (6) qui est fixée en (a) entre les cylindres (44') avec lesquels elle délimite un espace de volume variable Vc selon la position axiale du piston (5) guidé en translation dans le cylindre (4') alors que le cylindre (4) est maintenu en liaison élastique avec le bâti (B) par l'intermédiaire d'un ressort (14) dont la précontrainte satisfaisante est réalisée et maintenue par la vis (11) en butée en (b) sur le bouton moleté (15) luimime en liaison filetée en (E) avec le bâti (B) de telle sorte que, lorsqu'il se produit une augmentation de la température extérieure, le liquide hydraulique (2) contenu dans la. capacité thermométrique (1), se dilatant, l'excès de fluide en résultant s 'écoule par le tube (3) dans la chambre Vc repoussant le piston (5) qui entraîne dans son mouvement le levier (7) et par suite la vanne (8) par l'intermédiaire des pièces (13 - 9 - 21 et 10) dans le sens de la fermeture. Lorsque la température extérieure atteint la valeur de consigne, le piston (5) et le levier (7) arrivent sur la butée (17) de telle sorte que c'est alors le cylindre (4-4') et la vis (11) qui reculent comprimant le ressort (14). Inversement, lorsque la température extérieure diminue, le liquide hydraulique (2) de la capacité (1) se contracte de telle sorte que tout d'abord, le cylindre (4-4') et la vis (11) reviennent à leur position initiale, puis la pression dans la chambre (Vc) diminuant, c'est alors que la force motrice due à (P), (P') ou au ressort (12), (12') entraîne en rotation, la vanne (8) dans le sens de l'ouverture par le plateau (10) et, par là-meme, les pièces (21 - 9 - 13 - 7) et enfin le piston 5) qui quitte la butée (7) et pénètre dans le cylindre (4) jusqu'à ce que le volume balayé par le déplacement relatif du piston (5) et cylindre (4) soit égal à la contraction du liquide hydraulique (2). 60) Régulateur de chauffage selon revendications (1) et (5) caractéri- sé en ce que le bouton moleté et fileté (15) peut par une rotation, se translater de telle sorte qu'il entraîne alors dans son mouvement d'abord la vis (11) puis le ressort (14) qui, à son tour, entraîne le cylindre (4-4') et aussi le piston (5) par le matelas fluide contenu dans Vc, mouvement qui est alors communiqué au levier (7)-et, par suite, jusqu'à la vanne ce qui modifiera sa position de réglage, donc celle de la courbe de chauffe 70) Régulateur de chauffage selon revendication (1) caractérisé en ce que le levier (7) peut être muni d'une aiguille (7') se déplaçant devant une gra duation (G) indiquant ainsi, à chaque instant, la température extérieure.Le le vier (7), par un pion (7"), peut encore entraîner deux aiguilles (7,1) et (7,2), constituant ainsi un thermomètre à maximaminima, ou encore l'aiguille (7') peut être remplacée par un stylet (S) qui viendra inscrire la courbe de température extérieure sur un tambour rotatif (Ta). SO) Régulateur de chauffage selon revendications (1) et (5) caractéri sé en ce que la ou les capacités thermométriques (1 - i' - 19) obtenues par fonderie en sable, d'une forme intérieure cylindrique, extérieure cubique avec de larges ailettes, en fonte- ou en alliage léger, comportent à leur partie supérieure un bouchon de remplissage et à leur partie inférieure, un raccord sans soudure pour recevoir le tube (3). 90) Régulateur de chauffage selon revendication (1) caractérisé en ce que le dispositif (18) est composé d'un bouton moleté et gradué (28) qui appuie sur un piston (26) à membrane (27) pouvant se mouvoir en translation dans le cylindre (25-25') relié à la chambre Vc de l'automoteur (M) par un tube (3') de telle sorte qu'une rotation dans un sens de (28) entraîne en translation le piston (26) qui refoulera du liquide (2) dans (Vc) faisant ainsi sortir le piston (5) et donc, par suite, entraîne la vanne dans le sens de la fermeture et inversement une rotation de (28), dans l'autre sens, entraînera la vanne dans le sens de l'ouverture. 10 ) Régulateur de chauffage selon revendications (1), (5) et (6) caractérisé en ce que l'automoteur (M) peut être composé de deux pistons (5,1) et (5,2) montés en opposition, ou orthogonalement, recevant chacun une membrane (6,1) et (6,2) qui sont fixées en (a1) et (a2) entre le cylindre central unique (41 2) et les cylindres (4,1) et (4,2) avec lesquels elles délimitent deux es- paces (VC1) et (Vc2) en communication par un trou (d) et de volume variable selon la position axiale des pistons (5,1) et (5,2) guidés en translation dans les cylindres (4,1) et (4,2), le cylindre central (41 2) étant solidaire du support (B).Pour ce type de moteur, le piston (5,1) est en contact en (e) avec le levier (7) et actionne la vanne, alors que le piston (5,2) est en contact en (f) avec un levier coudé (eu), articulé en (E) sur le bâti (B), levier (c) qui reçoit à son autre extrémité, un poids (P1) ou un ressort (30) et qui repose en (g) sur une came (31) de telle sorte que, le poids (P1) étant convenablement choisi, lorsque le piston (5,1) arrivera sur une butée en (h) sur le cylindre (4,1), il y aura recul du piston (5,2) absorbant ainsi la dilatation d'été. De plus, pendant la saison de chauffe, alors que le piston (5,1) se trouve dans une position quelconque, une action de rotation sur la came (31) fera déplacer le piston (5,2) et, par suite, le piston (5,1) du fait de la communication (d) entraînant, par l -même, une modification de la position de la vanne donc de la température de consigne.