Brevet FR2520470A1 — publié le 19830729

? Vanne thermo-électriaue à une ou plusieurs voies, notamment pour machines à laver et/ou machines frigorifiques Il est connu que dans les machines à laver l'eau qui est intro- duite dans le bac doit traverser une électro-vanne pilotée par un electro- aimant, lequel, lorsqu'il est excité, découvre un ou plusieurs orifices capillaires qui engendrent un jeu de pressions destinées à provoquer l'ouverture de la vanne Toutefois, ce type connu d'électro-vanne peut donner lieu à certains inconvénients, parmi lesquels: : occlusion des orifices capillaires, provoquée par des dépôts calcaires ou par d'autres corps étrangers; blocage du noyau mobile de la vanne en position de fermeture ou, ce qui est pire, en position d'ouverture coupure de l'enroulement de l'électro-aimant court-circuit entre les spires de l'enroulement avec surchauffe is de ce dernier et risque de fusion des parties en matière plastique coup de bélier en fermeture de la vanne, difficilement contrô- lable, avec risque de rupture de la tuyauterie d'alimentation difficulté d'alimenter le bac de la machine avec la quantité d'eau nécessaire en cas de chute de pression dans le réseau d'alimentation bruit excessif de l'électro-vanne, destiné à s'accentuer dans le temps; dimensions d'encombrement excessives, en particulier pour les groupes de vannes à sorties multiples risque d'inondation lorsque la vanne est bloquée en position d'ouverture. Il est également connu que dans les réfrigérateurs dotés d'une seule cellulede réfrigération, c'est-à-dire dans la majorité des cas, il n'est prévu qu'un seul groupe de réfrigération qui comprend essentiellement un compresseur, un radiateur extérieur, un condenseur à l'intérieur de la cellule et: une série de conduits tubulaires, filtres et thermostat de régulation. Les exigences actuelles obligent toutefois à ce que les réfrigéra- teurs disposent d'un compartiment à température modérée, c'est-à-dire légèrement supérieure à O O Celsius, pour la conservation des légumes, des vins et autre produits alimentaires Ces exigences ont posé aux constructeurs le problème de comment réaliser cette possibilité avec le minimum de prix de revient, c'est-à-dire sans ajouter un second groupe de réfrigération ou compresseur. Par conséquent, la tendance actuelle dans les réfrigérateurs ménagers à deux compartiments est celle qui consiste à exploiter partiellement le froid dans le compartiment qui en ressent le moins l'exigence, c'est-à-dire dans ce que l'on appelle couramment le "bac à légumes". Bien qu'elle soit assez largement acceptée, cette solution présente l'inconvénient de ne pas pouvoir être contrôlée thermiquement, à savoir que si la température peut d'un côté être très bien contrôlée dans le com- partiment froid ou dans le congélateur, il en va tout à fait autrement en ce qui concerne le bac à légumes. Comme on peut l'imaginer, la solution idéale serait celle de monter deux groupes de réfrigération séparés et indépendants, mais il va de soi qu'elle comporterait des prix de revient élevés. Une solution alternative fréquemment utilisée est celle qui consiste à monter une vanne qui intercepte le fluide/gaz en le convoyant vers un compartiment ou l'autre suivant les exigences. Ces vannes sont à actionnement électromagnétique et peuvent par corsé- quent être commandées par un thermostat commun Naturellement, le tout est relié à un seul et unique compresseur, éventuellement surdimensionné. Bien que l'électro-vanne se révèle plutôt coûteuse, cette solution permet permet des économies notables par rapport à l'emploi de deux compres- seurs et offre en même temps la possibilité de régler parfaitement la tem- pérature dans les deux compartiments. Le but principal de la présente invention est celui d'éliminer tous les inconvénients caractéristiques présentés par certaines électro-vannes connues. Una autre but de l'invention est celui de fournir une vanne capable d'assurer un fonctionnement fiable dans le temps, d'une structure très sim- ple, d'un prix de revient avantageux et apte à être utilisée sur des machi- nes à laver. Un autre but de l'invention est celui de réaliser une vanne à commande thermo-électrique capable d'intercepter des fluides à une pression très élevée, et par conséquent susceptible d'être employée d'une manière fiable sur des machines frigorifiques - Ces buts sont atteints par la vanne à commande thermo-électrique selon l'invention, notamment pour machines à laver et/ou réfrigérateurs, caractérisée par le fait qu'elle comprend un boîtier contenant un corps de vanne poussée en position de fermeture par la pression de moyens élastiques tarés et com- mandée en ouverture par la pression engendrée dans une chambre et transmise ensuite à la vanne par suite de l'augmentation de volume d'une masse de cire chauffée par une thermistance (CTP). Les caractéristiques de la vanne selon l'invention ressortiront plus clai- renient à la lecture de la description qui va suivre, donnée ici à titre d'exemple en regard des dessins annexés, sur lesquels: la figure i est une vue en coupe longitudinale d'une forme de réalisa- tion préférée de la vanne selon l'invention, en position ouverte et fermée; la figure 2, similaire à la figure précédente, montre une variante de certains éléments de la vanne la figure 3 est une vue partielle de la vanne suivant une autre va- riante les figures 4 et 5 sont des vues en coupe d'une autre variante structurelle de la vanne, concernant l'emplacement de la thermistance et du corps de la vanne; la figure 6 montre une variante concernant la disposition de la thermistance; les figures 7 et 8 sont d'autres vues schématiques d'autres varian- tes structurelles de la vanne selon l'invention. Conformément àâla figure 1, le plan passant par l'axe x-x de la vanne permet de distinguer, côté haut, la moitié de la vanne en position d'ouver- ture et, côté bas, l'autre motié de cette même vanne en position de fermeture. La structure de la vanne selon l'invention comprend un corps de-vanne 1 doté d'un raccord fileté 2 qui permet l'arrivée de l'eau dans le sens indi- 1 qué par les flèches -y- La référence 3 désigne le raccord pour la fixation de la vanne à la machine à laver, tandis que la référence 4 désigne un fil- tre pour l'eau en arrivée La référence 5 désigne d'autre part une soupape dotée d'un joint élastique 6 et dont la tige 5 a est montée coulissante dans le sens longitudinal à l'intérieur du siège id Un ressort 7 maintient la sou- pape en position de fermeture, comme représenté sur la partie inférieure de la figure 1 L'extrémité de la tige 5 a s'appuie contre un joint 8 monté coulissant, mais étanche, à l'intérieur du siège tubulaire ld qui conduit dans la chambre 9 délimitée par la calotte 10 La chambre 10 est remplie d'une cire approprié ou tout autre mélange de matériaux adéquats ayant un coeffi- cient caractéristique de dilatation correspondant à une valeur de température préfixée au niveau de laquelle cette masse subit une augmentation considérable de volume, de sorte que dans la chambre 9 il se produit une augmentation rapi- de et sensible de la pression laquelle, en agissant sur le joint 8, oblige celui-ci à prendre la position indiquée avec 8 a, en provoquant le coulissement de la tige 5 a dans le sens contraire à celui qui est indiqué par les flèches -y-, et par conséquent l'ouverture de la soupape 5 contre la réaction du ressort 7, comme montré sur la partie supérieure de la figure i. Dans la masse de cire contenue dans la chambre 9 sont noyées une ou plusieurs thermistances 11 reliées à des bornes électriques lia qui tra- versent de manière étanche la calotte 10, laquelle calotte est solidaire- ment assemblée au corps l de la vanne. Lesdites bornes lia sont reliées au circuit électrique d'alimentation de la machine à traversson dispositif de programmation. Le fonctionnement de la vanne est le suivant: lorsque les bornes lla sont alimentées en énergie électrique, la thermistance CTP (ou la plu- ralité de thermistances CTP) il se réchauffe immédiatement et se stabilise à sa température caractéristique. Etant donné que cette température est très supérieure à la température de fusion de la cire, cette dernière fond en très peu de temps en augmentant de volume, ce qui détermine une augmentation de la pression dans la chambre 9 qui provoque une poussée de la cire contre le joint 8, lequel à son tour pousse la tige 5 a jusqu'à vaincre la réaction du ressort 7 de manière à pro- voquer l'ouverture de la soupape 5; Lorsqu'en revanche le courant électrique ne parvient plus aux bornes lla, la thermistance il et la cire se refroidis- sent, cette dernière diminue de volume et la réaction du ressort 7 ramène par conséquent la soupape 5 avec son joint élastique 6 lentement en position- de butée contre le siège la, en obstruant le passage du fluide Dans la variante représentée sur la figure 2, la chambre 9 contenant la cire est constituée par un boîtier métallique 12 monté dans une cavité du corps 1 en matière plastique qui est ensuite déformé à chaud et rabattu comme indiqué en 17 La thermistance 11 et les bornes électriques lia sont quant à elles protégées par une mince couche de résine isolante 13 Les bor- nes lla traversent d'autre part un joint 18 électriquement isolant et s'é- tendent jusqu'au-delà du boîtier 12 La tige 5 a de la soupape s'appuie contre le joint élastique 14 et comporte une gorge périmétrale destinée à accueillir un joint élastique annulaire 15 dans le but d'assurer une parfaite étanchéité à l'eau ou autre fluide, en évitant que celui-ci puisse se mélanger, ne serait-ce qu'en petite quantités, avec la cire contenue dans chambre 9. La figure 3 illustre une autre variante suivant laquelle la ou les thermistances 11 sont situées à l'extérieur de la chambre 9 constituée par un bottier 12 a La référence 19 désigne une cage de protection pour la ou les thermistances, dont la jupe est percée de manière à améliorer l'aéra- tion et la dispersion thermique des thermistances lorsque l'alimentation électrique de ces dernières vient à cesser. Les figures 4 et 5 illustrent une variante de la vanne selon l'inven- tion, réalisée pour être plus particulièrement employée sur des machines frigorifiques. La vanne de la figure 4 comprend un corps métallique 1 sur l'extrémité le de laquelle est montée une tête chauffante 22 qui est mantenue en place par un écrou qui vient se visser sur la tige filetée 23 Sur la figure 4, la tête chauffante 22 est représentée en coupe transversale et comporte à son intérieur une ou plusieurs thermistances CTP 11 de puissance appro- priée, alimentées électriquement à travers les bornes lla et disposées en contact avec un logement 27 réalisé dans un matériau électriquement isolant et résistant à la chaleur, ce même logement étant en contact direct avec le prolongement creux le rempli de cire 9. La chambre qui contient la cire 9 présente une seule ouverture contrô- lée par un joint 8 monté coulissant mais à étanchéité à l'intérieur du lo- gement 5 a de la soupape 5 qui, dans la position représentée, ferme la lu- mière de passage la entre le raccord 4 d'entrée du fluide et le raccord 3 de sortie Entre l'extrémité de la tige 5 a qui est insérée dans la soupape 5 et le logement qui reçoit de manière coulissante cette même extrémité il est prévu un espace 25 Par ailleurs, le ressôrt 7 tend à maintenir la soupape 5 en position de fermeture contre son logement la. L'alimentation en courant électrique des bornes lla provoque le ré- chauffement de la ou des thermistances CPT Il et de ce fait la fusion de la cire 9 laquelle, en augmentant de volume, vient exercer une forte pres- sion sur le joint 8, lequel pousse à son tour la tige 5 a qui, après avoir récupéré l'espace 25, provoque le déplacement axial de la soupape 5 et de ce fait l'ouverture de la lumière la La vanne étant ainsi ouverte, le fluide passera du raccord d'entrée 4 au raccord de sortie ou de remplissage 3 tant que la soupape 5 ne reviendra pas fermer la lumière de passage la. Ceci se produit dès que vient à cesser l'alimentation en courant électrique des bornes lia, ce qui entralne le refroidissement de la cire 9 laquelle, en se retractant, permet au ressort 7 de ramener la soupape 5 dans la posi- tion représentée sur la figure. Dans la variante représentée sur la figure 5, la vanne, tout en ayant le même fonctionnement, comprend un corps 1 doté d'un raccord d'entrée 4 et de deux raccords de sortie 3,3 b ou bien, inversement, deux raccords d'entrée et autant de sortie, ou même un seul. Dans cette variante, l'espace existant entre l'extrémité de la tige 5 a et le logement ménagé dans la soupape 5 contient un ressort 24 ayant une flèche nettement supérieure à celle du ressort 7 Cet agencement permet d'éliminer les coups de bélier lors du fonctionnement de la vanne et permet d'absorber la poussée supplémentaire exercée sur la tige 26, même lorsque la vanne est fermée Toujours selon la variante de la figure 5, on voit que dans la position représentée la soupape 5 ferme la lumière de passage lc et laisse ouverte la lumière lf, et que par contre, lorsque les bornes Il sont alimentées électriquement et que la tige 5 pousse axialement la soupape dans le sens de la flèche -z-, la lumière lf se ferme en même temps que la lumière lc s'ouvre, de sorte que le raccord 4 est mis alternativement en communication soit avec le raccord 3 soit avec le raccord 3 b, ou bien si- multanément avec les deux si la température de la cire 9 est maintenue à une valeur suffisamment basse pour n'engendrer sur la tige 5 a qu'une pous- sée relativement modérée de manière à ne pas comprimer totalement le res- sort 7. Dans la phase de désexcitation de la ou des thermistances CTP 1 i, c'est tout d'abord le ressort 24 et successivement le ressort 7 qui réa- gissent de manière à provoquer le déplacement axial de la soupape 5 jusqu'à fermer la lumière Ic. Le jeu axial 25 entre l'extrémité de la tige 5 a et le logement de la soupape 5 a été prévu pour compenser la dérive thermique, à savoir que si la vanne est utilisée dans un milieu relativement chaud la cire 9 augmente de volume et exerce une certaine poussée sur la tige 5 a, qui cependant ne peut provoquer l'ouverture de la soupape tant que l'extrémité de la tige n'a pas récupéré le jeu disponible dans son logement ménagé sur la soupape. Naturellement, le ressort 24 pourra tout aussi bien être prévu (comme sur la figure 5) ou être absent (comme sur la figure 4) et, dans le premier cas, sa fièche pourra être soit inférieure soit supérieure à celle du res- sort 7, suivant les effets que l'on désire obtenir lors du fonctionnement de la vanne. Par ailleurs, le ressort 7 (figures 4 et 5),destiné à provoquer la fermeture de la soupape lorsque la poussée sur la tige 5 a vient à cesser, pourra avoir n'importe quelle autre forme et structure par rapport à celles qui sont représentées et pourra également être monté d'une manière diffé- rente lors de sa mise en oeuvre. Dans la variante représentée sur la figure 6, la thermistance CTP 11 est disposé à l'extérieur du boîtier 30 contenant la cire 9 ou autre matériau dilatable à la chaleur Les variations thermiques engendrées par -la thermistance 11 sont transmises à la masse 9 à travers les parois de la chambre 30 qui, comme illustré dans le détail désigné avec A, peut avantageusement être dotée d'une vis de pression 31, en réglant la posi- tion de laquelle il est possible de modifier le volume intérieur du boî- tier qui renferme la masse sensible à la chaleur 9 La partie lh du corps 1, réalisée dans un matériau électriquement isolant, est traversée par les bornes électriques lla de la thermistance CTP 11 et comporte de préférence un logement taraudé pour une vis de compensation 28 qui agit sur un ressort à rondelle 29 monté en contact avec la thermistance 11 dans le but d'assurer un contact parfait de celui-ci avec la jupe métallique du boîtier 30 La référence 34 désigne un diaphragme rigide traversé par un piston 35 lequel, contre la réaction du ressort 37 et sous la poussée de la masse 9, exerce, à travers la membrane élastique 38, une pression sur le second diaphragme élastique 32 qui intercepte ainsi la lumière de passage 4 h du raccord 4. Dans la variante illustrée sur la figure 7, les caractéristiques qui vien- nent d'être décrites restent inchangées sauf en ce qui concerne la thermis- tance (CTP) 11, laquelle est réalisée en forme de calotte de manière à épouser la surface extérieure du boîtier 30 qui renferme la masse 9. Dans la variante illustrée sur la figure 8, la thermistance (CTP) 11 est façonnée en forme de cuvette La vis 28 et le ressort à rondelle agis- sent avantageusement sur le boîtier 30 au lieu que sur la thermistance, de manière à pouvoir compenser les déplacements axiaux susceptibles d'être en- gendrés par les variations thermiques entre la membrane élastique 36 et le diaphragme rigide 39 Le piston 35 qui traverse le second diaphragme rigide 34 commande, contre la réaction du ressort 37, une soupape qui pour- ra avoir n'importe quelle forme. - Dans la variante illustrée par la figure 9, la thermistance (CTP) Il est noyée dans la masse 9 contenue dans l'étui à calotte 30, comme décrit pour la figure l Les variations thermo-volumétriques de la masse 9 sont trans- mises à la membrane élastique 36 et ensuite à la seconde membrane élastique ondulée 32 qui agit sur le piston 35 La vanne pourra être du type à deux ou à trois voies désignées avec 3, 4, et 4 c. Dans la variante représentée sur la figure 10, le piston 35 est absent, de sorte que la seconde membrane élastique est conformée de manière à contrô- ler directement la lumière de passage 4 h du raccord 4, comme décrit pour la variante de la figure 6. Dans les variantes structurelles de la vanne selon l'invention, illus- trées par les figures de 6 à 10, on a, comme on peut le voir sur ces mêmes figures, séparé hermétiquement le boîtier 30 contenant la masse sensible à la chaleur 9 du corps de la vanne Cette structure permet d'éviter que des /En effet, infiltrations, même minimes, puissent atteindre la masse 9 si le fluide con- trôlé est un gas chaud et corrosif, tel que par exemple le gaz bien connu sous le nom de "FREON 12 ", utilisé couramment dans les circuits de refrigé- ration fermés, toute infiltration de ce même gaz dans la chambre contenant la masse thermo-sensible 9 et éventuellement la thermistance 11, aurait pour effet d'endommager ces mêmes organes et de mettre la vanne pratiquement hors service. A la lumière de la description qui précède, les avantages obtenus à travers l'emploi de la vanne selon l'invention sont évidents Tout en main- tenant le principe d'avoir comme organes de commande une thermistance coopé- rant avec une masse sensible-à la chaleur cire ou autre matériau approprie, additionnée ou non de poudres métalliques ou oxydes ayant une conductibilité thermique élevée la vanne selon l'invention pourra, quelle que soit sa forme et sa structure, être réalisée à commande directe (figures de l à 5) ou bien à commande indirecte avec une chambre étanche contenant la masse sensible à la chaleur (figures de 6 à 10), ainsi qu'avec une thermistance extérieure (figures de 4 à 8) ou bien avec une thermistance intérieure (figures 9,10) convenablement disposée'et façonnée. La vanne selon l'invention permet d'atteindre les buts principaux suivants: sécurité de fonctionnement pendant un temps très long; économies sensibles sur les prix de revient par rapport aux élec- tro-vannes actuelles associées à des relais et/ou à d'autres appareils de coût élevé; emploi avantageux principalement sur des machines à laver et sur des machines frigorifiques; vaste champ d'application partout o il est nécessaire de contrôler des fluides sous pression. il - R E V E N D I C A T O N S 1 Vanne thermo-électrique, notamment pour machines à laver et/ou pour machines frigorifiques, comprenant un corps creux dans lequel une soupape en position de fermeture ou d'ouverture contrôle une, lumière de passage pour l'eau ou pour tout autre liquide et coopère avec un organe élastique, caract&* risée par le fait que l'organe mobile de la vanne est commandé en fermeture ou en ouverture de la lumière sous contrôle par la pression engendrée dans une chambre fermée contenant un volume donné de cire ou autre matériau appro- prié dilatable à la chaleur ainsi qu'une ou plusieurs thermistances (CTP) reliées électriquement à un dispositif de programmation ou de temporisation de la machine; lorsqu'elles sont alimentées en courant électrique lesdites thermistances élevant la température de la masse de cire laquelle, en fon- dant, augmente de volume en engendrant une pression élevée dans cette méme chambre, laquelle pression exerce, à travers des joints et/ou des membranes élastiques d'étanchéité, une poussée qui est transmise à l'organe obtura- teur de la vanne qui est ainsi déplacé vers une position d'ouverture ou de fermeture, en la maintenant contre l'action de moyens élastiques tant que la ou les thermistances sont alimentées en courant électrique. 2 Vanne à commande thermo-électrique selon la revendication 1, carac- térisée par le fait qu'elle comprend, à l'intérieur d'un corps creux, une soupape dotée d'une tige cylindrique montée coulissante longitudinalement dans un logement correspondant dans lequel est également monté au moins un joint d'étanchéité (fig 1) et communiquant avec une chambre étanche remplie d'une matière dilatable sous l'effet de la chaleur engendrée par une ou plu- sieurs thermistances noyées dans cette même matière (cire) et traversée par des bornes électriques qui s'étendent jusqu'à l'extérieur de cette même chambre. 3 Vanne selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les thermistances sont montées à l'extérieur de la chambre contenant la cire (fig de 3 à 8). 4 Vanne selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les moyens élastiques qui coopèrent avec la soupape sont constitués par un res- sort à lamelle ou hélicoïdal. Vanne selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la chambre contenant la cire est constituée par un boîtier métallique apte à dissiper rapidement la chaleur engendrée par la ou les thermistances. 6 Vanne selon l'une quelconque des revendications précédentetes, ca- ractérisée par le fait que son ouverture est commandée par des moyens indé- pendants de la pression de l'eau ou du fluide en arrivée, de manière à permettre l'entrée du liquide dans la machine même avec une faible pres- sion dans le réseau d'alimentation. 7 Vanne selon la revendication 1, suivant une variante caractérisée par le fait que la tige qui commande le mouvement axial de la soupape est insérée par une de ses extrémités dans cette dernière avec un jeu lon- gitudinal d'une longueur préfixée, dans le but de compenser d'éventuelles pressions provenant de la chambre contenant la cire et dues à une dilatation de cette dernière provoquée par la température ambiante de fonctionnement de la vanne (fig 4). 8 Vanne selon les revendications 1 et 7, caractérisée par le fait que dans l'espace longitudinal prévu entre l'extrémité de la tige et le loge- ment d'introduction de celle-ci dans la soupape est contenu un ressort réa- gissant par compression (fig 5), apte à éviter les coups de bélier. 9 Vanne à commande thermo-électrique selon la revendication 1, carac- térisée par le fait que la partie creuse du corps de la vanne à travers le- quel passe le fluide sous contrôle est hermétiquement séparée de la chambre contenant la masse dilatable à la chaleur, et porte associée la thermistance, à l'extérieur ou à l'intérieur de ladite chambre. Vanne selonles revendications de 1 à 9, caractérisée par le fait que la séparation des différentes chambres dans le corps de la vanne est obtenue au moyen de membranes élastiquement déformables. 11 Perfectionnement aux vannes thermo-électriques selon les revendica- tions 1 et 10, caractérisé par le fait que le diaphragme qui sépare la cham- bre contenant la masse dilatable à la chaleur et éventuellement la thermistance (CTP) du reste de la vanne est constituée par une lamelle élastiquement défor- mable qui coopère avec une membrane élastomère thermo-résistante et électri- quement isolante. 12 Perfectionnement selon les revendication 1 et 12, caractérisé par le fait que la lamelle élastiquement déformable qui constitue le diaphragme de séparation desdites chambres est façonnée de manière à pouvoir intercepter l'orifice du raccord de sortie du fluide et fait office d'obturateur de la vanne. 13 Vanne thermo-électrique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le diaphragme élastiquement déformable coopère avec une soupape à tige qui contrôle une ou plusieurs lumières de sortie contre la réaction de moyens élastiques tarés. 14 Vanne thermo-électrique selon l'une quelconque des des revendica- tions de 1 à 13, caractérisée par le fait que la chambre qui contient la masse dilatable à la chaleur est dotée de moyens permettant de modifier son volume intérieur dans le but de modifier les caractéristiques d'intervention de la vanne. Perfectionnement selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les moyens permettant de modifier les caractéristiques d'intervention de la vanne sont constitués par une ou plusieurs vis de pression pouvant être manoeuvrées de l'extérieur et dépassant vers l'intérieur du boîtier étanche contenant la masse dilatable à la chaleur et éventuellement la ther- mistance. 16 Vanne thermo-électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la masse dilatable à la chaleur est constituée par un élément à base de cire mélangée avec des poudres métal- liques et/ou avec des oxydes à haute conductibilité thermique.