Brevet FR2499715A1 — publié le 19820813

La présente invention concerne un appareil destiné à être installé sur des radiateurs alimentés par une chaudière com muneet fournir une mesure permettant de répartir entre les usagers les frais de chauffage au prorata de leur consommation individuelle rebelle. On sait que, dans la quasi-totalité des immeubles à chauffage central, l'installation ne permet pas la détermination des calories débitées chez chaque usager; la répartition des frais de chauffage est forfaitaire, source d'abus non identifiables, avec des conséquences coûteuses et inéquitables. L'appareil suivant l'invention est un dispositif autonome destiné à totaliser pendant une longue période l'intensité du flux thermique émis par un radiateur; à cet effet, il est fixé par un plombage sur ce radiateur et ses indications sont reievées périodiquement par un préposé. Ces indications sont fonction d'un seul paramètre, la tem pérature O de surface du radiateur et l'indication mesurable qu'il fournit est S étant la surface radiante connue du radiateur, % () une fonction conventionnelle, choisie de façon â représenter au mieux le débit thermique réel par unité de temps. Quant à K , c'est un facteur dont la connaissance importe peu pour la répartition des frais si, comme c'est le cas général, les radiateurs de l'immeuble sont tous du même type au nombre d'éléments près, avec une position identique de l'appareil sur tous. Pour ace) , on sait que l'expression (8 9-49^)3 est souvent admise, mais l'invention peut s'accomoder de toute autre formulation. I1 existe des appareils destinés à satisfaire aux conditions exposées ci-dessus, mais grâce à une électronique peu simple,alimentée par une pile intégrée dans le boitier. Basé sur un principe tout différent, l'appareil suivant l'invention apporte une solution très simple, ne néaessitant ni source d'énergie, ni électronique; il comporte essentiellement trois éléments a/, b/, c/ combinés a/ Un tube renfermant un corps chimique ayant une certaine tension de vapeur, et émettant ces vapeurs sous l'effet de la chaleur du radiateur. Ces vapeurs s'échappent à l'air libre par un canal ayant une particularité qui sera indiquée en b/. b/ Une tige mobile en translation, cette translation étant provoquée dans l'un ou l'autre sens par les variations de la température, une extrémité de cette tige pénétrant à une profondeur plus ou moins grandie dans une portion du canal d'éva- cuation des vapeurs, en sorte que ces vapeurs doivert s'écKap- per par un passage à faible section etre la tige et la paroi du canal; les déplacements de la tige -n fonction de la tespé- rature se font dans un sens tel que la longueur du passage resserré croit ave la tempémature. c/ Des moyens, bases sur la dilatation ..hetmi?ue, provoquant les déplacements de la tige en fonction de la temtérature du radiateur. Moyennant un choix convenable du traçé de la tige, ou du tracé du canal, ou les deux, et compte tenu de la courbe de tension de vapeur du corps chimique utilisé, on peut raire en sorte que, à chaque instant, le débit de vapeur varie en fonction de la température du radiateur suivant la loi ;(9) l'intégration de cette fonction dans le temps sera donc mesurée par le raccarcissement de la colonne du produit volatil. Dans un mode de réalisation préféré, ce produit volatIl est un solide sublimable, constitué par un empilement de petits éléments cylindriques ou pastilles superposés, tous de mêmes dimensIons, placés dans un tube de diamètre légèrement supérieur à celui des éléments. extrémité du tube communiquant avec le canal d'évacuation des vapeurs comporte une butée sur laquelle prend appui l1 élément sublimable terminal, toute la pile étant poussée en direction de la butée par un piston coulissant à l'autre extrémité du tate et actionné par un ressort; des moyens empêchent la pile d'éléments de se sublimer latéralement en sorte que seul l'élément terminal se consume par la tranche, en une position constante dans le temps; les déplacements du piston mesurent la quantité de matière consumée et sont lus sur une échelle graduée. Une solution, entre autres, pour constituer le passage resserré de longueur croissante avec la température, consiste à avoir une tige cylindrique coulissant sans jeu à frottement doux dans une portion cylindriqué du canal, l'étranglement étant constitué par une gorge évidée, soit dans l'alésage du canal, soit dans le flanc de la tige, sur une longueur suffisante pour permettre le passage des vapeurs dans toute la plage de positions que peut occuper la tige à l'intérieur de la gamme des températures de fonctionnement du radiateur. Cette gorge peut être tracée suivant une génératrice; elle peut aussi être hélicoSdale ce qui, augmentant sa longueur permet d'accroitre sa section. Un mode de réalisation est décrit ci-après à titre d'exemple non limitatif, et les valeurs numériques qui y figurent sont également non limitatives; il est illustré par la Planche unique sur laquelle Fig.1 représente l'appareil en coupe longitudinale selon son plan de symétrie, Fig.2 est une vue perspective de la pièce 49 (manchon) Fig.3 est un traçé schématique montrant comment varie le long du canal de sortie la section de passage S offerte à la diffusion des vapeurs depuis leur émission jusqu'à leur évacuation dans l'atmosphère. La matière sublimable est constituée par des comprimés i de naphtalène de 3 mm de diamètre, tous identiques; ils sont empilés dans un tube de verre 1 avec un très faible jeu latéral, poussés vers le haut par un piston 4 sous l'action d'un ressort 2 dont l'extrémité inférieure prend appui sur un bouchon amovible 42. Sur la paroi extérieure du tube de verre est collé un ruban 43 ( représenté, pour plus de clarté avant collage ) gradué avec la même équidistance que la pile de comprimés de naphtalène. Sur la Fig. 1, le piston 4 est représenté dans la position qu'il occupe lorsque le plein de comprimés vient d'être refait. Pour cette opération, le préposé aux relevés a préalablement noté la graduation N devant laquelle se trouvait le sommet du piston 4, indiquant le nombre de comprimés consommés depuis le relevé précédent; puis, enlevant le bouchon 42, il retire le ressort et le piston 4; il réintroduit alors, grâce à un chargeur portant la même graduation que le tube, un nombre de comprimés qui ramène le piston au zéro de la graduation. A sa partie supérieure, le tube 1 est obturé par un chapeau 2 en matière plastique moulée portant une pointe qui sert de butée au comprimé supérieur qui se sublime par la tranche; ce chapeau comporte un conduit 10 par où s'évacuent les vapeurs de naphtalène et qui se prolonge par une cheminée tubulaire verticale dans laquelle est fixée une pièce métallique 50, aux cotes précises, obtenue par moulage sous presgout représentée en perspective Fig. 2 . C'est un manchon de -12 mm de hauteur dont la paroi est fendue sur toute sa hauteur d'une fente hélicoidale dont la largeur va croissant d'une extrémité à l'autre.A l'extrémité supérieure, la plus étroite, la section de la fente est de l'ordre de grandeur de 2,5 mm2 ce qui, convz tenu des tolérances réalisables par ce mode de fabrication, permet d'utiliser un manchon brut de moulage sous pression avec une précision au moins égale à 2/100 sur la section de passage des vapeurs. Parallèlement au tube 1 et coaxial au manchon 50 est disposé un tube métallique 15 à paroi mince, étiré à froid, obturé en bas par une calotte hémisphérique 16 percée d'un petit orifice 53 que lton peut boucher par une cheville conique emmanchée à force. Une tige 18 (tige thermométrique) en acier inoxydable de 2 mm de diamètre, étirée à froid avec une précision de 1/100, coulisse suivant l'axe du tube 15; à son extrémité inférieure elle est guidée par un piston ajouré 23 à sa sortie du tube, elle traverse un joint d'étanchéité à lèves 23, d'un modèle courant en technique d'équipements hydrauliques, qui prend appui sur une rondelle et est maintenu en place par un chapeau 17 en plastique moulé; la partie supérieure de ce chapeau a la forme d'une cuvette évasée 56 dont le rôle sera expliqué plus loin. A l'intérieur du tube 15 est logé un ressort 55 comprime entre le piston-guide 23 et la rondelle métallique qui sert d'appui au joint d'étanchéité 19 Dans le déroulement de la gammede fabrication, après avoir assemblé le sous-ensemble constitué par la tige thermométrique 1 8 et le tube 15 , on place le tout verticalement en position inversée, la tige en extension, et on-injecte par le trou Z une dose de 910 mm3 d'une huile méthylsiloxane ayantun coefficient de dilatation égal à 1,05/1000, puis on enfonce la tige jusqu a ce que le liquide affleure à l'orifice 53 que l'on obture alors avec la cheville : ainsi, les déplacements verticaux de la tige seront exactement de 0,30 mm / OC ; le ressort 55 intervient pour contraindre la tige à replonger dans le liquide, sans cavitation, quand la température baisse. L'extrémité supérieure de la tige 18 est entourée d'une gaine souple 47 dont le diamètre extérieur s'adapte dans jeu à frottement doux dans l'alésage du manchon 50; elle se termine par un renflement élastique 48. La cheminée dans laquelle est fixé le manchon 50 se prolonge par un conduit tubulaire 45 de 14 mm de long, de diamètre sensiblement supérieur au renflement 48,et se termine par une portion rétrécie 46 de même diamètre que ce renflement. Cette portion terminale débouche dans la cuvette 56 qui constitue déflecteur, évitant que la sortie des vapeurs soit exposée au courant ascendant de convection thermique, lequel pourrait y produire une zône de turbulences qui, même faibles, modifieraient le débit de vapeurs en créant à l'intérieur du canal une convection alternée perturbatrice. Le réglage est effectué de manière que, pour la température maximale conventionnelle à laquelle peut être soumis l'appareil (800C par exemple ) l'extrémité de la gaine 47 soit exactement à hauteur du sommet du manchon 50. Pour cette position, le traçé représentant les variations de la section de passage s offerte aux molécules tout le long de leur parcours de sortie jusqu'à l'air libre est schématisé Fig. 3: la partie (ab) correspond au conduit 10 , la partie (bc) à l'étranglement héli cotidal constitué par la fente du manchon 50, de section réduite mais croissante, la partie (cd) au conduit de sortie 45 46. Pour une température inférieure, 600C par exemple, la tige thermométrique 18 est à peu près par rapport au manchon dans la position représentée sur la Fig 1 et la longueur de l'étraa- glement est raccourcie, comme figuré en tirets sur la Fig.3 Si la température s'abaisse en dessous de 400C, la tige 18 et sa gaine sortent du manchon; en dessous de 350C environ, le bourrelet 48 vient obturer le rétrécissement terminal 46 et les vapeurs de naphtalène cessent de s'échapper à l'extérieur, ce qui est nécessaire puisque ces conditions de température vont de pair avec un arrêt du chauffage. Compte tenu de ce que doit être le réglage correct, précisé plus haut, si la température du local ou s'opère le réglage initial - ou un contrôle du réglage après-vente - est g , la tête de la gaine 47 doit se trouver à la cote négative de 0,3 (80 - 91 ) mm par rapport au haut du manchon; l'opérateur est muni d'une jauge réglable graduée en températures matérialisant cette cote; d'autre part, les tubes 1 et 16 sont assemblés par le moyen de deux colliers de serrage 52 et QE pouvant coulisser l'un par rapport à l'autre; la régleur, après avoir retire le bouchon 44, introduit sa Jauge et agl sur le coulissement pour amener cette jauge en butée, puis bloque alors le tout par serrage de la vis 54. Les radiateurs sur lesquels eut se monter l'appareil étant de mode les variés, son Installation diffère de l'un à l'autre en sorte que la température #.de l'appareil n'est pas exaxtement celle e du radiateur, suivant une loi de corres- pondance 0. = &alpha;#+ss(1&alpha;), &alpha; étant un peu inférieur à l'unité, avec une valeur propre à chaque mode le de radiateur. 1 est as d'éliminer cette eause d'erreur en donnant N &alpha; , de construc- tion, la valeur convenable : la dose de fluide dilatable que nous avons indiquée plus haut correspond à oc = 1 . Il suffit de la diviser par L et d'apposer sur le tube 15 un marquage distinctif. En outre, la jauge de réglage dois recevoir une autre graduation pour tenir compte de On peut concevoir de multiples variantes de ce mode de réalisation : par exemple, le manchon rapporté 50, tout en conservant son âme cylindrique peut avoir extérieurement la forme d'un tronc de cone, l'épaisseur dfficrois3ant du bas vers le haut, ce qui permet de donner à la fente une largeur variant dans de moindres limites et, en outre, favorise le démoulage. Une autre variante avantageuse consista à garnir la coupelle 56 avec un faisceau irrégulier de fils d'acier hérissés, constituant une sorte de couronne d'épines, restant très permeuble à la circulation gazeuse: précaution contre la fraude qui consisterait à boucher la sortie des vapeurs pour en arrêter le débit. Enfin, divers procédés peuvent être retenus pour faire en sorte que la tranche supérieure de la pastille du haut soit seule à se sublimer; l'un d'eux consiste à coller, sur la tranche terminale du tube 1 une petite rondelle découpée dans une feuille mince de caoutchouc, percée en son centre d'un trou de 2,6 mm de diamètre environ, constituant donc un serrage etanche autour de la pastille supérieure, empêchant l'évasion de la vapeur saturante contenue dans le tube 1. REVENDICATIONS 1 / Appareil prévu pour être fixé à un radiateur de chauffage central, destiné à indiquer la quantité de chaleur émise par ce radiateur pendant une certaine période, caractérisé par la combivaison de trois éléments conjoints: le premier élément étant un tube étanche à une extrémité et contenant une substance volatile dont les vapeurs s'échappent par l'autre extrémité du tube dans un canal de profil approprié débouchant à l'air libre, le second élément étant une tige mobile en translation pénétrant plus ou moins profondément dans une portion du canal susdit dont elle réduit la section de passage sur une longueur qui varie avec la position de la tige,le troisième élément étant un dispositif imprimant à ladite tige sa translation en fonction de la température, translation qui s'opère dans un sens tel que la longueur à section réduite croisse avec la température, l'indication fournie par l'appareil ainsi constitué étant représentée par le raccourcissement de la colonne de substance volatile dans le tube au cours de la période séparant deux relevés, ce raccourcissement étant lu sur une graduation, l'ensemble étant complété par des moyens de liaison permettant de rendre le premier et le troisième élément solidaires l'un de l'autre en position relative convenable. 2 / Appareil selon la revendication n01 caractérisé en ce que, d'une part, la substance volatile est un solide sublimable utilisé sous forme de pastilles ou petits cylindres empilés dans le tube, cet empilement étant poussé en direction de l'ox- trémité du tube par laquelle s'échappent les vapeurs au moyen d'un piston actionné par un ressort, l'autre extrémité de la pile étant arrêtée par une butée agissant sur la pastille terminale, d'autre part des moyens empêchant l'émission de vapeurs sauf par la tranche de la pastille terminale, l'appareil étant complété par une graduation qui mesure les déplacements du piston-poussoir. 3 / Appareil selon une des revendications 1,2, dans lequel le tube est en matière transparente et porte la graduation qui mesure le déplacement du piston. 4 / Appareil selon une des revendications 1,2 ou 3 dans lequel la FanA ei la tige sont cylindriques avec le même diamètre en sorte que leurs surfaces soient en contact étroit à frottement doux, le passage à section réduit-e et de longueur variable avec la température étant constitué par une dans l'une ou l'autre des deux surfaces en contact. 5 / Appareil selon la revendication 4 caractérisé en ce que la gorge suit une ligne oblique par rapport a552 génératrices des surfaces cylindriques en contact. 6 / Appareil selon l'une des revendications 4 ou 5 caract- risé en ce que la gorge est constiuée par une fente s'retendant d'une extrémité à l'autre d'un manchon fabriqué séparément et destiné à être fixé à demeure dans le cana. 7 / Appareil selon une des revendications 1,2,3,4,5 ou 5 dans lequel, d'une part la tige mobile comporte en un certain point un renflement et, d'autre part, la partie terminale du conduit d'évacuation des vapeurs a un diamètre rétréci par rapport à la partie qui la précède, ce diamètre étant égal à celui du ren- salement de la tige, leurs positions étant telles que, si la tige se rétracte sous 11 effet d'une baisse de température en deçà d'une certaine valeur, le renflement vienne obstruer l'évacuation des vapeurs. 8 / Appareil selon une des revendications 1,2,3,4,5,6 ou 7 dans lequel les déplacements de la tige sont obtenus en immer- geant une de ses extrémités dans un récipient clos, sa translation se faisant au travers d'un joint d'étanchéité, ce récipient étant rempli d'un liquide dont la dilatation thermique provoque le déplacement de la tige, l'ensemble étant complété par un ressort provoquant le raccourcissement de la partie émergente de la tige quand la température baisse. 9 / Appareil selon une des revendications 1,2,3,4,5,6,7 ou 8 comportant un écran-ou déflecteur mettant l'orifice de sortie des vapeurs à l'abri des ascendances thérmiques provoques par la chaleur du radiateur. 10 / Appareil selon l'une des revendications 1,2,3,4,5,6,7,8 ou 9 caractérisé en ce que l'orifice de sortie des vapeurs à l'air libre est protégé par un ensemble d'éléments filiformes rigides et hérissés, restant très perméable à l'air, faisant obstacle à ce que cet orifice puisse être obstrué.