Brevet FR2463297A1 — publié le 19810220

246329? L'invention concerne un appareil de servocommande thermodynamique comprenant une chambre étanche qui est exposée à des variations de température, contient un milieu s'évaporant sous l' effet de la chaleur et possède une paroi déplaçable par la varia- tion de volume de ce milieu, ainsi que des moyens pour transmettre le déplacement de la paroi mobile à un élément de commande. Des appareils de servocommande connus de ce type se caractérisent par une réaction très lente à des variations de tempé- rature. Cette lenteur ou inertie limite l'emploi de ces appareils connus pour commander des vannes réglables, en raison de la longueur des temps de réglage. Il est certes concevable de réduire l'inertie des appa- reils de servocommande connus en conjuguant des dispositifs de chauf- fage et de refroidissement réagissant très rapidement - et demandant donc plus d'énergie - à la chambre o le milieu change de volume par son passage de la phase liquide à la phase vapeur ou inversement. D'un autre coté, il est un fait connu que des appareils de servocommande du type indiqué au début permettent d'obtenir des courses de réglage particulièrement grandes, ce qui devient compré- hensible lorsqu'on sait que les rapports volumiques obtenus entre la phase liquide et la phase vapeur dans la chambre vont d'environ 1:20 à 1:40 suivant le milieu utilisé et suivant les pressions dans la chambre. L'invention vise donc à créer un appareil de servocom- mande du type indiqué au début mais dont le temps de réponse soit particulièrement court. Selon l'invention, un tel appareil est essentiellement caractérisé en ce que la chambre est un premier compartiment d'une botte partagée intérieurement en deux par la paroi mobile, dont le second compartiment, isolé thermiquement du premier, est également rempli par ledit milieu, le volume du premier compartiment quand le milieu est liquide correspondant seulement à une fraction du volume du second compartiment, et en ce qu'un dispositif de transmission hydraulique est prévu entre le second compartiment et l'élément de commande. 246329 7 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que de la figure unique du dessin annexé, qui est une coupe axiale schématique d'un appareil de servocommande selon l'invention. L'appareil de servocommande 10 représenté possède un corps 11, dans la partie supérieure duquel est disposée une botte cylindrique 14 composée de deux demi-bottes 12, 13. Dans la botte 14 est disposé coulissant un piston 15 en matériau mauvais conducteur ou isolant thermique, lequel est étanché par rapport à la paroi intérieure de la botte 14. par une garniture de piston annulaire 16. Le piston 15 partage par conséquent l'intérieur de la botte 14 en deux compartiments 17 et 18. Les deux compartiments sont remplis d'un milieu, de trichlorofluorométhane par exemple, qui est liquide à la température ambiante normale et passe progressivement et complètement à la phase vapeur quand la température monte. A la position représentée, le milieu est liquide, de sorte que le volume du compartiment 17 ne représente qu'une petite fraction du volume du compartiment 18. A la demi-botte supérieure 12 - recouvrant le compar- timent 17 et faite d'un matériau bon conducteur thermique - sont conjugués, d'une part, un enroulement électrique chauffant 19, d'autre part, un jeu de tôlesde refroidissement 20. Des fentes 21 dans le corps Il permettent la circulation de l'air ambiant sur les tôles de refroidissement 20. A la demi-botte inférieure 13, recouvrant le comparti- ment 18, est reliée une extrémité d'un tube de liaison 22 dont l'autre extrémité est fixée de façon étanche dans une cloison de séparation 23 montée fixe dans le corps de l'appareil. Au coté opposé au tube 22 de la cloison 23 est fixée une extrémité d'un soufflet 24, à l'autre extrémité duquel est fixée,par l'intermé- diaire d'un disque 26, l'extrémité supérieure d'un élément de com- mande 25. Ce dernier est réalisé sous forme d'un poussoir, il fait saillie à l'extérieur à travers une traversée 27 en forme de tubu- lure prévue au milieu du fond 28 fermant le corps Il en bas et il est sollicité par un ressort de rappel 29 qui a tendance à repousser 2 46329 7 l'élément de commande 25 dans le corps 1i et à comprimer ainsi le soufflet 24. Le soufflet 24 est également rempli dudit milieu et il communique par le tube de liaison 22 avec le compartiment 18. Si - comme c'est le cas ici - la face utile du piston 15 agissant sur le compartiment 18 a la même grandeur que la face utile du soufflet 24, le rapport de-transmission entre les mouvementsde relevage et d'abaissement du piston 15 et ceux de l'élément de com- mande 25 est de 1:1. Afin de maintenir dans ce cas le synchronisme entre le piston 15 et l'élément de commande 25 autant que possible sans hysté- resis, une tige-entretoise 30 est disposée entre l'extrémité mobile du soufflet 24 et le cOté du piston 15 dirigé vers le compartiment 18. La tige-entretoise 30 peut être en verre ou en acier inoxydable par exemple ou en un autre matériau ayant une conductivité thermique relativement faible et elle traverse le-tube de liaison 22 avec jeu. Lorsqu'une puissance de chauffage déterminée - repré- sentant le signal de commande - est appliquée à l'enroulement de chauffage 19, la température de la demi-botte 12 donc aussi dans le compartiment 17 monte jusqu'à ce que la chaleur dissipée par les tôles de refroidissement 20 corresponde a la puissance de chauffage appliquée. Cette élévation de la température provoque l'évaporation d'une partie du milieu dans le compartiment 17, de sorte que le pis- ton 15 est poussé vers le bas contre la force du ressort 29. L'éva- poration du fluide dans le compartiment 17 s'effectue très rapide- ment, grâce au faible volume de ce compartiment, et elle se poursuit jusqu'à ce qu'un équilibre soit établi avec l'élévation de la pres- sion - produite par l'abaissement du piston 15 - dans le comparti- ment 18. 30. Lors de son abaissement, le piston 15 refoule du fluide hors du compartiment 18, à travers le tube de liaison 22 et le long de la tige 30, jusque dans le soufflet 24, lequel s'allonge en conséquence et transmet son mouvement, comme déjà indiqué, contre la force du ressort 29 à l'élément de commande 25, pouvant lui-même être couple à un organe commandé non représenté, une vanne de réglage par exemple. Si la puissance de chauffage appliquée change, la tem- pérature dans le compartiment 17 change en conséquence, ce qui pro- duit, soit davantage de vapeur, soit la condensation d'une partie de la vapeur, jusqu'à ce que l'équilibre pression/température soit rétabli. Il est à noter qu'il est avantageux que le volume du compartiment 17 - à l'état non chauffé - soit choisi juste assez grand pour que la quantité de fluide qu'il contient suffise à pro- duire la course désirée en cas d'évaporation complète. Cette course peut au besoin être limitée par des butées sur l'élément de com- mande 25 et/ou sur le piston 15. L'espace entre la demi-botte inférieure 13 et la cloison 23 peut être rempli d'un matériau de calorifugeage 31 afin que les parties exposées aux variations de température de l'appareil de servocommande soient aussi bien que possible isolées thermiquement des autres parties de l'appareil. L'appareil de servocommande travaille avec particuliè- rement peu d'inertie lorsque la plage dans laquelle varient les températures du compartiment 17 est nettement supérieure à la tempé- rature ambiante normale. Lorsque cela est le cas, le refroidissement dans le compartiment 17 à la suite d'une diminution de la puissance de chauffage est en effet beaucoup plus rapide. La plage de tempé- rature normale dans le compartiment 17 peut aller, par exemple, de à environ 1800C. Pour maintenir de telles températures dans le compartiment 17, il suffit d'une puissance de chauffage relative- ment faible, grâce au petit volume de ce compartiment. L'appareil de servocommande représenté peut être monté en n'importe quelle position. Il va de soi que le piston 15 pourrait également être remplacé par un diaphragme ou un soufflet. 246329? R E Y E N D I C A T I 0 N S 1 - Appareil de servocommande comprenant une chambre dtanche qui est exposée à des variations de température, contient un milieu s'évaporant sous l'effet de la chaleur et possède une paroi déplaçable par la variation de volume de ce milieu, ainsi que des moyens pour transmettre le déplacement de la paroi mobile à un éldment de commande, caractérisé en ce que la chambre est un premier compartiment (17) d'une botte partagée intérieurement en deux par la paroi mobile (15), dont le second compartiment (18), isolé thermiquement du premier, est également rempli par ledit milieu, le volume du premier compartiment (17) quand le milieu est liquide correspondant seulement à une fraction du volume du second compartiment (18), et en ce qu'un dispositif de transmission hydrau- lique (22, 24) est prévu entre le second compartiment (18) et l'élé- ment de commande (25). 2 - Appareil de servocommande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la botte (14) est cylindrique et est partagée en lesdits compartiments (17, 18) par un piston (15) déplaçable, un premier soufflet ou un diaphragme, le second compartiment (18) com- muniquant par une conduite de liaison (22) avec un second soufflet (24), également rempli par ledit milieu, qui est appuyé d'un côté de façon fixe et dont l'autre côté est couplé à l'élément de com' mande(25, lequel est sollicité par un ressort de rappel (29). 3 - Appareil de servocommande selon la revendication 2, caractérisé en ce que la botte (14), la conduite de liaison (22) et le second soufflet (24) sont coaxiaux. 4 - Appareil de servocommande selon la revendication 2, caractérisé en ce que la face utile, agissant sur le second compar- timent (18), du piston (15), du premier soufflet ou du diaphragme possède la même grandeur que la face utile du second soufflet (24). - Appareil de servocommande selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une tige-entretoise (30) qui est appuyée par une extrémité sur le piston (15), le premier soufflet ou le diaphragme et par l'autre extrémité sur ledit autre côté du second soufflet (24) et qui traverse avec jeu la conduite de liaison (22). 6 - Appareil de servocommande selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le piston (15), le premier soufflet ou le diaphragme est en matériau mauvais conducteur thermique. 7 - Appareil de servocommande selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la conduite de liaison (22) et la tige- entretoise (30) sont en un matériau mauvais conducteur thermique. 8 - Appareil de servocommande selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la paroi du premier compartiment (17) opposée au piston (15), au premier soufflet ou au diaphragme coopère avec un dispositif de chauffage, avec un enrou- lement électrique chauffant (19) par exemple, et avec un dispositif de refroidissement (20). -