Brevet FR2394883A1 — publié le 19790112

La présente invention concerne un régulateur de température et un dispositif de sécurité de surchauffe combinés dans un dispositif unique. Ce dispositif assure la régulation automatique en servioe normal et l'interruption totale du courant en cas d'anomalie ou de défaillance dans les installations thermiques à commande électrique et en particulier, dans celles contenant de liteau chaude sous pression (chauffe-eau, chaudière, etc...). Les dispositifs connus offrent l'avantage d'une conception simple et peu conteuse mais sont sujets à des défaillances et à des défauts de fabrication tels qu'en service continu leur point de réglage peut se déplacer de luimême vers des températures plus élevées, ce qui constitue un danger certain pour le genre d'appareils sus-mentionnés. Qui plus est, la fonction de sécurité de surchauffe est généralement assurée par un disque bi-métallique légèrement embouti.Chaque composant de ce disque bimétallique a un coefficient de dilatation différent de celui de l'autre. I1 s'en suit qu'une élévation de température y crée une tension mécanique, telle qu'à un moment donné, elle excède la tension due à l'emboutissage et le disque passe brusquement à une forme inversée, ce mouvement brusque étant utilisé pour ouvrir les contacts. En conséquence - La température de déclenchement dépend de l'accentuation de l'embouti et il est impossible d'obtenir une bonne préoision avec ce procédé. - Des manoeuvres répétées, soit en fonctionnement normal, soit en essai manuel, modifient tant soit peu la tension d'emhoutissage ce qui entraine pour la température de déclenchement un changement qui passe, en général, inaperçu. - De plus, le danger d'un montage incorrect (à l'envers) rendant la sécurité inopérente, ne peut être éliminé qu'au moyen d'un contrôle absolument infaillible, ce qui est irréalisable en pratique. - Ce bi-métal étant incorporé au régulateur, il se trouve donc dans le boitier de ce dernier, c'est à dire, en dehors de ltenceinte qu'il controle. I1 ne peut donc réagir qu'indirectement (par influence ambiante et par conduction à travers la carcasse métallique, ce qui augmente encore son imprécision). Dans les dispositifs connus la régulation automatique de la température est généralement assurée grâce à un élément sensible, rigide, constitué par un tube dilatable associé à une tige INVAR. Cette tige INVAR est placée dans le tube de telle sorte qu'une extrémité commune en soit solidaire (par exemple par une soudure). Les variations de température créent donc un changement de position de l'extrémité libre de la tige INVAR par rapport à celle du tube. Dans les réalisations connues, le tube est fixé au boitier du régula quel dans la construction de nombreux autres appareils sthermostats, interrupteurs, pressostats, signaux d'alarme, etc... Réciproquement, le sous ensemble mécanique, qui assure un enchainement continu de fonctions (chaine cinématique partant de la détection de température et aboutissant à l'action de déclenchement), peut être utilisé en association avec divers organes d'éxécution différents du sous ensemble électrique décrit. Ainsi, un dispositif dans lequel ce sous ensemble actionnerait des micro-interrupteurs, des soupapes, des petites vannes, des organes de commande fluidique, serait conforme à la présente invention. L'organe de détection de la température est une sonde rigide comparable à celles équipant les dispositifs connus : Tube dilatable 1 et tige d'INVAR concentrique 2, solidarisés par un moyen approprié, par exemple, une brasure 3 à l'extrémité exterieure au dispositif décrit. Le tube 1 est fixé de façon rigide et permanente à la plaque de base 4 qui sert de support au sous ensemble mécanique. Sur l'exrémité libre de la tige 2 s'applique le levier 5. La lame cambrée 6 est ancrée sur le cavalier 7. Ainsi, elle est arc-boutée de telle façon qu'elle réagit simultanément sur le levier 5 et sur le cavalier 7 en exerçant sur eux, deux forces de directions opposées (action et réaction), ce qui les maintient en place sur les deux ergots 8 solidaires de la plaque de base 4. La lame cambrée 6 étant dans une position sensiblement parallèle au levier 5 et au cavalier 7, les forces qutelle exerce sur eux étant de sens contraires, elle y induit des moments antagonistes. Du moment exerce sur le levier 5 résulte une force axiale tendant à comprimer la tige 2. Du moment exercé sur le cavalier 7 résulte une force axiale tendant à comprimer la vis d'étalonnage 9 placée dans l'axe tubulaire de réglage 10 qui est vissé dans la chape 11 fixée solidement à la plaque de base 4. La pré-détermination de température d'intervention du thermostat étant fixée grâce à la manette-index 12, il en résulte une immobilisation du cavalier 7. L'élément sensible étant placé dans le milieu à réguler, l'élévation de la température de ce dernier provoque un allongement du tube 1 et un retrait subséquent de la tige 2 qui, elle, ne se dilate pas. Ce retrait permet le basculement du levier 5 poussé par la lame cambrée 6. il arrive un moment où l'amplitude de ce basculement amène le point d'application sur le levier 5 de la lame cambrée 6 exactement dans le plan de cette dernière qui se trouve, pen étant un temps infinitésimal dans un état d'équilibre instable.Quand ce basculement se poursuit, ce point d'appliçation passe de l'autre coté du plan de la lame 6, inversant la résultante des forces auxquelles la soumet son élasticité. Elle était jusque la en appui sur la vis d'attaque 13; elle va donc quitter teur tandis que l'extrémité libre de la tige INVAR exerce, par l'intermédiaire d'un écrou de réglage, un effort de traction sur un levier multiplicateur de mouvements. Une élévation de température pré-déterminée amène ce levier à ouvrir un contact électrique et à le refermer quand la température redescend. On remarque donc que la coupure du circuit électrique intervient grâce à un effort mécanique croissant (traction). Toute détérioration du dispositif (fatigue des pièces mécaniques, prise de jeu des assemblages, etc...) exige une montée en température accrue pour atteindre le point de coupure qui, dans ce cas, dérive vers des températures plus élevées.Cette aptitude à la dérive vers des températures croissantes associée à l'imprécision, voir à la défection possible de la sécurité de surchauffe, amène des conditions dangereuses pouvant aller jusqu'à 11 explosion de l'appareil sous pression. Pour pallier ces inconvénients, il existe des dispositifs plus com pleines, mais leur coat étant très élevé, ils sont peu utilisés. Le dispositif de régulation de température avec sécurité de surchauffe incorporée suivant la présente invention permet d'éviter tous ces inconvénients. il offre le degré de sécurité des dispositifs les plus perfectionnés et néanmoins, sa simplicité, son encombrement et son coat sont comparables à ceur des dispositifs ordinaires à tige INVAR et disque bi-métallique. Il se compose de deux sous ensembles distincts - un sous ensemble mecanique comportant les organes de détection de température, d'étalonnage, de réglage et de déclenchement de la force agissant sur les oon taots (planche II 6). - un sous-ensemble électrique comportant, dans un boitier isolant servant d'enveloppe, les parties destinées au raccordement électrique, au passage du courant et à son interruption (planche III 6). Le sous-ensemble mécanique offre ltavantage de pouvoir être monté, contrôlé, étalonné de façon autonome, tant pour la fonction de régulation de température que pour celle de sécurité de surchauffe, et ce, sans que le préposé au montage ait à utiliser des appareils ou des instruments sous tension électrique. De même, un sous ensemble électrique peut être monté, réglé et con tr81é (pression de contact, isolation, etc...) de façon autonome, avant sa réunion au sous ensemble mécanique. Ceci permet une vue et un accès aisés de tous ses organes internes et externes. Cette autonomie donne au sous ensemble électrique un avantage industriel décisif Son rôle de simple interrupteur le rend universel et permet de l'utiliser tel brusquement cette position et exercer dans l'autre sens une force utilisée pour ouvrir les contacts 15 par l'intermédiaire du poussoir isolant 14. Ce déclenchement interrompant le passage du courant, le milieu régulé se refroidira, le tube 1 se contractera, poussant la tige 2 qui fait alors basculer le levier 5 dans le sens inverse de celui décrit plus haut. Â un moment donné, le point d'application de la lame cambrée 6 franchit, en sens inverse, le plan de cette dernière provoquant un mouvement inverse au précédent, ce qui rétablit le passage du courant par la réunion des contacts 15. Ce cycle de chauffage et de refroidissement se répète de façon automatique.La lame cambrée 6 n'exerce aucune action ni force sur les contacts 15, tant que ne survient pas le déclic du déclenchement, puisqu'elle s1 applique sur la vis d'attaque 13. De ce fait, la pression de contact est maximale de façon permanente, au lieu de décroître progressivement jusqu'à devenir nulle dans l'instant qui précéde la rupture, comme c'est le cas dans les dispositifs connus. Pour un autre réglage initial de la manette 12, le cavalier 7 occupera une autre position et le basculement de la lame 6 (donc l'actionnement des contacts 15) interviendra à un autre point du processus de dilatation du tube 1, donc à une autre température du milieu à réguler. Cette concordance entre la position de la manette 12 et la température à laquelle l'ouverture des contacts interrompt le chauffage, est matérialisée par une échelle graduée sur le oouvercle 16. Ce mode de fonctionnement fait apparaitre une caractéristique bien partioulière à la présente invention ce mouvement mécanique aboutissant à l'interruption du courant par l'ouverture des contacts est engendré par une décroissance de la force appliquée à l'équi- page mobile (pression de la tige 2 sur le levier 5, et réaction par pression du cavalier 7 sur la vis d'étalonnage 9). Cette conception empêche qu'un défaut quelconque dans la construction et l'assemblage du dispositif ne provoque une défaillance de la coupure à la température -choisie. Au contraire, les jeux éventuels ou la détérioration de la rigidité des assemblages fixes ou mobiles agissent toujours dans le sens d'une réduction des forces appliquées ce qui, dans le cas présent, entraine un déclenchement prématuré. Ainsi, les consèquences d'un défaut où d'une usure anormale ne peuvent pas être dangereuses puisque la dérive de l'étalonnage va vers des températures plus basses et non pas vers des températures plus élevées comme dans les dispositifs connus. De même, un relachement où une imperfection de la fixation du boitier 26 sur la plaque de base 4 ne change en aucun cas le point de coupure puisque le sous ensemble mécanique a un fonctionnement autonome.Un tel défaut de fixation ne pourrait qu'augmenter le débattement de la lame cambrée 6, augmentant la différentielle, le thermostat rétablira le courant a une température encore plus basse et la dérive de la température moyenne régulée sera également orientée à la baisse. La conformation de l'équipage mobile a été déterminée de telle façon que l'espace disponible entre le cavalier 7 et la plaque de base 4 soit suffisant pour permettre le débattement du levier 5 entre les températures extrêmes quelque soit le point de réglage du thermostat. Si le dispositif est exposé à une température supérieure à la normale, le retrait de la tige 2 est total et l'équipage mobile, étant déchargé, ne peut pas se détériorer. Si, par contre, l'élément sensible est exposé à une température notablement plus basse que la normale, la tige 2 pénètre plus à l'intérieur du boitier, faisant basculeur le levier 5 jusqu'à ce qu'il entre en contact avec le cavalier 7. il pourrait se produire alors une déformation permanente du levier 5 de nature à faire varier le point de déclenchement. La vue en coupe de la planche V 6 montre qu'un tel pliage permanent ne peut survenir que dans le sens qui correspond à un déclenchement à une température plus basse que celle pour laquelle le thermostat a été réglé.On pourrait ainsi, en analysant la conforma cion et le fonctionnement de chaque organe, démontrer que le principe caracté- ristique de la présente invention, comme il est énoncé plus haut (interruption du courant provoquée par la décroissance des forces mécaniques en jeu) rend i- possible une dérive du point de réglage vers des températures croissantes. Le sous ensemble électrique représenté sur la planche III 6 illustre une autre caractéristique des dispositifs conformes à la présente invention. Le passage du courant à l'intérieur de l'appareil est assuré par deux lames élastiques 19 disposées parallèlement au fond du boitier et maintenues en place chacune par deux languettes pliées 20 dont une extrémité dépassant à l'extérieur du boîtier, sert au raccordement électrique de l'appareil. Les lames 19 portent, à une extrémité, les contacts 15 du thermostat, et à l'autre extrémité, des contacts 17 d'un dispositif de sécurité de surchauffe intégré. L'ouverture des contacts 17 se fait par la pression du palonnier 18 sur l'extrémité des lames 19. Cette pression du palonnier 18 survient lors d'un éventuel déclenchement de sécurité dû au ressort bi-stable 21 qui est fixée de façon rigide et permanente (par exemple par un rivet 22) à la plaque de base 4.Le ressort bistable 21 est un ressort plat dans lequel sont pratiqués deux trous oblongs, dans le sens de la longueur de la pièce, qui comporte de ce fait trois branches parallèles. Les deux branches extérieures sont raccourcies au moyen d'un pliage en forme de ligne brisée ou bien d'une ondulation d'effet équivalent. Ce raccour cissement des branches latérales est oompensé par la courbure que prend la lame centrale. Cette courbure se stabilise au point où elle compense exactement la force de traction exercée par le pliage raccourcissant les branches latérales. Ce ressort ainsi formé a naturellement une seconde position stable symétrique à celle décrite plus haut car, si l'on inverse le sens de courbure de la lame cen trajet il arrive un moment où la traction des branches latérales produit le s- me effet que précédemment. Dans les dispositifs conformes à la présente invention, cette propriété du ressort 21 est utilisée pour réaliser une fonction de sécurité de surchauffe qui, comme le thermostat décrit plus haut, ne peut en aucun cas se détériorer dans le sens d'une dérive vers des températures croissantes. Des explications données plus haut au sujet du fonctionnement du levier 5 actionné par la tige 2 de l'élément sensible, on peut noter qu'à chaque température définie de l'élu ment sensible correspond 'me position déterminée du levier 5. ceci est dA notamment au fait que le tube dilatable 1 d'une part et les ergots 8 qui supportent le levier 5 d'autre part sont des pièces solidarisées avec la plaque de base 4 de façon rigide et permanente.Cet état de chose est exploité pour faire intervenir la fonction "sécurité de surchauffe" à une température précise dont la fidélité dans la répétition est estre^ezent élévée. Les pièces étant assemblées selon les croquis des planches II 6 et IV 6, le ressort bi-stable 21 se trouve fixé par une de ses estremitEs à la plaque de base 4 tandis qu'un bossage 23 pratiqué dans cette dernière lui sert de second appui. Dans cette position, la fourbure concave du ressort 21 fait face à la plaque de base 4, et l'extreiité libre du ressort 21 est abaissée. Une vis de pré-réglage 24 solidaire du levier 5 fait face au milieu du ressort 21. Quand l'élément sensible est amené à la température pour laquelle la sécurité de surchauffe doit entrer en action, le levier 5 se trouve dans la position exactement déterminée par cette température, et la vis 24 exerce une pression à peu près au centre de la partie convexe du ressort 21. Par un réglage approprié, on fait en sorte que cette pression soit suffisante pour provoquer l'in- version de courbure du ressort 21 qui se stabilise brusquement dans la position symétrique à la précédente. La face concave devient convexe et s'appuie sur la surface de la plaque de base 4. L'extrémité libre du ressort 21 se trouve écartée de la plaque 4, et ce relèvement est mis à profit pour actionner le palonnier 18 et ouvrir les contacts 17. Quand l'élément sensible se refroidit, l'extrémité du levier 5 et la vis 24 qui en est solidaire se relèvent en s'écu tant du ressort 21. Celui-ci étant dans une position stable, les contacts 17 qu'il commande reatent ouverts en permanence. Un déclenchement d! à la sur chauffe étant l'indice d'une anomalie qui ne doit pas passer inaperçue, une in tervention manuelle est nécessaire pour réenclencher les contacts 17. Ceci est possible grâce à l'orifice de réarmement 25 par lequel on peut exercer une pres- sion sur le palonnier 18. Si la température élevée ayant provoqué le déclenchement de la sécurité s'est maintenue à son niveau anormal, la vis 24 reste dans la position représentée sur la planche V 6, et le réenclenchement est impossible.En effet la pression de la vis 24 empêchera le ressort 21 de se maintenir dans la position antérieure représentée sur la planche II 6. Cette façon de réaliser l'interdiction de remise en service pendant toute la durée de l'état thermique anormalement élevé est caractéristique des dispositifs conformes à la présente invention. Comme ce dispositif de sécurité est commandé par le même organe que le thermostat (levier 5), il présente le meme avantage que ce dernier à savoir l'impossibilité de dériver vers des températures croissantes. Une caractéristique intéressante du sous-ensemble électrique est l'élimination de façon absolue du risque de collage des contacts. En effet au moins un des contacts 17 de la sécurité de surchauffe est solidaire de la meme lame 19 que le contact 15 du thermostat, chaque enclenchement et déclenchement de ce dernier , provoque une courbure et un redressement de la dite lame 19; ce phénomène engendre un léger glissement des contacts entre eux, ce qui em- puche ceux-ci de se coller et garantit que quelque soit le délai d'intervention de la sécurité de surchauffe, on ne risque pas de défaillance à l'ouverture. Le dispositif objet de l'invention, peut être utilisé dans tous les cas où l'on rencontre des appareils chauffant de l'eau sous pression. ENWavICAfIORS 1 - Dispositif de régulation de température avec sécurité de surchauffe incorporée caractérisé par le fait qutil est composé distinctement d'un sous ensemble mécanique et dlun sous ensemble électrique, destiné plus particulièrement aux installations de chauffage des liquides sous pression. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'interruption du courant dans le sous ensemble électrique résulte de la décroissance des forces qui s'appliquent à l'équipage mobile du sous ensemble mécanique, qu'il s'agisse indifféremment de la fonction de régulation ou de la fonction de sécurité. 3 - Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par une conformation des assemblages telle1 que tout défaut ou toute usure imaginablet ne peuvent faire dériver le point de coupure du courant, que vers des températures décroissantes. 4 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par une interaction des pièces de l'équipage mobile du sous ensemble mécanique, lui interdisant toute influence sur la pression des contacts électriques, tant que ne survient pas le déclic de rupture. 5 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par l'inoorporation d'un ressort bi-stable 21, accumulateur d'énergie, libérant brusquement, sous l'effet d'une faible force de déclenchement, une grande force de sens op posé, utilisée pour interrompre le courant en cas de surchauffe. 6 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par une oonformation de l'équipage mobile telle, que l'organe de réglage à disposition de l'usager, agit sur une pièce totalement indépendante de celle manoeuvrée par l'élément sensible, qui détecte la température du milieu régulé. 7 - Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé par une conformation de l'équipage mobile telle, que la pièce manoeuvrée par l'élément sen sible, ne peut subir l'influence d'aucun autre organe et être utilisée pour produire la faible force de déclenchement de la sécurité de surchauffe. 8 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu' au moins un des contacts 17 de la sécurité est solidaire de la te laie 19 que les contacts 15 du thermostat, ce qui constitue une construction éliminant le risque de défaut d'ouverture par collage, car chaque cycle du thermostat induit un mouvement de glissement dd à la cambrure de la lame.