Brevet FR2523274A1 — publié le 19830916

La présente invention se rapporte à un dispositif d'expansion comprenant un vase d'expansion divisé par une cloison flexible en deux chambres séparées dont une chambre est adaptée pour recevoir une quantité variable d'un fluide de travail et destinee à être relie à une installation de chauffage ou de refroidissement, et dont l'autre chambre est adap tée pour recevoir une quantité variable d'un fluide sous pression, sous l'effet duquel le fluide de travail contenu dans l'autre chambre est maintenu au moins approximativement à une valeur de pression de consigne predéterminée et, en outre, une partie comportant un compresseur qui contient une source de fluide sous pression, qui est reliée au vase d'expansion au moins par l'intermédiaire d'une conduite d'arrivée et de depart du fluide sous pression qui de bouche dans la chambre de fluide sous pression et relie cette chambre à la source de fluide sous pression. Dans les installations de chauffage et de refroidissement travaillant selon le principe du circuit fermé, il est habituel d'utiliser pour la compensation du volume de l'agent de chauffage ou de refroidissement des dispositifs d'expan sinon munis de vases de compensation du volume, dans lesquels l'agent de travail est sépare de l'agent sous pression par une cloison flexible. I1 est connu d'utiliser un vase divis en deux chambres par une membrane en caoutchouc dans une installation de chauffage utilisant l'eau comme agent de travail, l'une des chambres étant raccordée au circuit d'eau chaude tandis que l'autre chambre est reliée à une source d'air comprimé dont la pression d'alimentation est réglée par un dispositif de surveillance de la pression.Pour éviter que, en présence de variations rapides du volume de l'installation de chauffage, comme celles qui se produisent de façon prononcée lors de la mise en service ou de l'arrêt de l'installation, il ne se manifeste des situations de surpression ou dépression extrêmes dans le dispositif d'expansion et, en conséquence, également dans l'installation de chauffage, la source d'air comprimé, de préférence, un compresseur d'air doi avoir des dimensions suffisamment grandes pour assurer un fonctionnement correct. Ceci entrante des inconvénients, non seulement de prix de revient mais également de fonctionnement.Le besoin de pointe en air comprimé, qui est plusieurs fois supérieur à celui nécessaire pour couvrir la moyenne du temps normal exige un groupe compresseur relativement grand et lourd, avec des installations de raccordement calculées en conséquence, de sorte qu'il en résulte aussi bien des frais d'installations élevés que des frais d'exploitation et d'entretien élevés. Pour éviter des situations extrêmes de prix de revient, on doit donc accepter très fréquemment des compromis sur l'exploitation, par exemple une largeur de bande de fluctuations de pression relativement grande, qui peut se révéler très désavantageuse à divers points de vue dans des grandes installations. Le but de l'invention est de réaliser un dispositif d'expansion du type précité et muni d'un dispositif de compresseur qui, non seulement, soit beaucoup plus petit et plus léger, comparativement à l'état de la technique mais, également, soit capable de maîtriser de grandes variations de volume de l'agent de travail, produites en un temps court, dans les limites d'une largeur de bande de fluctuations de pression beaucoup plus étroite. Selon l'invention, ce problème est résolu par un dispositif caractérisé en ce que la source de fluide sous pression est réalisée sous la forme d'un ensemble de réservoir à pression et de compresseur comportant lui-meme un compresseur commandé par la pression du fluide régnant dans le réservoir à pression et maintenu à une pression d'alimentation pendant le fonctionnement par ce compresseur; et en ce qu'il est prévu un manostat de pression différentielle qui répond à la pression réelle régnant dans le vase d'expansion, qui est relié à la chambre de fluide sous pression par l'intermédiaire d'une conduite de mesure séparée et qui, lorsque la pression intérieure du vase d'expansion franchit une valeur inférieure de mesure de pression, actionne une vanne d'alimentation connectée en série avec la conduite d'arrivée et de départ de fluide sous pression, pour envoyer le fluide sous pression du réservoir a' pression dans la chambre à fluide sous pression et, lorsque la pression intérieure du vase d'expansion franchit en montant une valeur supérieure de mesure de pression, actionne une soupape de charge intercalée dans une branche de conduite disposée dans la conduite d'arrivée et de départ.du fluide sous pression en aval de la vanne d'alimentation, pour vidanger du fluide sous pression de la chambre de manière que, en cas de chute de la pression dans le vase d'expansion, la quantité de fluide sous pression nécessaire pour maintenir la pression de consigne pénètre dans la chambre à fluide sous pression par l'ouverture de la vanne d'alimentation, et de manière que, en présence d'un accroissement de la pression dans le vase d'expansion, une quantité de fluide sous pression permettant l'é- quilibrage de la pression s'écoule de la chambre à fluide sous pression à travers la soupape de décharge. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, dans le cas d'un dispositif équipé d'un appareil destiné à mesurer le poids du remplissage de fluide de travail contenu dans le vase d'expansion. Le dispositif d'expansion est caractérisé en ce que le vase d'expansion est monté sur un châssis de bascule reposant en trois points et en ce que-l'un de ces trois points d'appui est muni d'une capsule de mesure du poids ou de la pression la partie compresseur est incorporée dans un bâti qui porte le vase d'expansion et sur lequel le châssis de bascule est appuyé en deux points d'articulation et sur lequel est montée la capsule de mesure du poids ou de la pression, a' laquelle se trouve le troisième point d'appui ; le conduit de mesure pouvant renfermer un étranglement d'écoulement qui amortit les coups de bélier. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparartront au cours de la description qui va suivre. Le dessin annexé montre de façon schématique les éléments essentiels pour le lonctionnement d'un dispositif ('exsan ion suivant 1 ' invelltion. Le dispositif d'expansion représenté au dessin sous la orne d'un ensemble compact et décrit dans la suite dans son utilisation avec une installation de chauffage, comprend, dans une partie supérieure A, un vase d'expans.onl de type classique, muni d'une membrane flexible 2 qui divise l'intérieur du vase 1 en deux chambres séparées la et lb.La position de la nembra- ne 2 dans la moitié du vase située à gauche de l'axe dessiné en traits interrompus est celle qui se présente lorsque le fluide de travail, ou l'eau de chauffage dans le cas d'application cité (chambre la) est évacué dans une large mesure tandis que la membrane est représentée à droite de l'axe dans le cas d'un vase d'expansion 1 pratiquement entièrement rempli de fluide de travail. En conséquence, le volume de la chambre lb qui contient de l'air comprimé comme fluide sous pression, à la gauche de l'axe, est relativement grand tandis qu'il est petit à trois te de cet axe.Le raccordement entre ie fluide de travail et le vase d'expansion i est représenté en 14, et celui prévu pour l'arrivée et le départ de l'air comprimé ou du fluide sous pression est indiqué en 13. La partie inférieure, désignée par la référence B, du dispositif d'expansion représenté contient, à l'intérieur d'un bâti B1' les éléments d'une source de fluide sous pression ou d'un ensemble de compresseur, qui comprend un réservoir d'air comprimé 3, un compresseur 7 monté sur le réservoir d'air comprimé 3 et qui est mis en marche et à l'arrêt par l'intermédiaire d'un manostat 6 qui surveille la pression régnant dans le réservoir 3 et assure qu'il règne toujours une pression d'accumulation minimale dans le réservoir d'air comprimé et, en outre, un manostat 55 de pression différentielle commandé par l'air comprimé contenu dans le vase d'expansion 1 et servant à actionner une électro-vanne 8 d'alimentation ou d'entrée et une électro-vanne de sortie 9. L'électro-vanne 8 relie le réservoir d'air comprimé 3, par l'intermédiaire d'un conduit 12 d'arrivée et de départ d'air comprimé et des tubulures de raccordement d'air comprimé 13 montées sur le vase d'expansion 1, à la chambre à air lb de ce vase tandis que ltélectro-vanne de sortie 9 est disposée dans une branche 12' en aval et de la vanne 8, sur le conduit d'arrivée et de départ d'air comprimé 12. Le coté de sortie de la vanne 9 est ouvert sur l'atmosphère, dans laquelle l'air de retour est rejeté. Sur deux colonnes B;, du bâti 3i sont disposés en appui respectivement deux supports Ell , d'un chassies de bascule trapézolual W monté sur trois points. Le troisième point d'appui est désigné par Blot', et sollicite le capteur de pression d'une capsule de mesure 4, par exemple hydraulique, qui est montée sur le bati B1. Le chassies de bascule trapézoïdal W est réalisé de façon à constituer un support pour le vase d'expansion 1 et la capsule de mesure 4 douze une indication, localement ou à distance de l'état instantané de remplissage du vase d'expansion (quantité d'eau contenue dans ce vase). L'indication du niveau ou de la quantité d'eau peut être appliquée à un dispositif avertisseur.Pour que l'opération de pesée effectuée sur le vase d'expansion 1 puisse etre effectuée correctement, le raccordement de conduites d'eau est réalisé en 14 par l'intermédiaire d'une liaison par tuyau flexible (non représentée). Il va de soi que le vase d'expansion 1 ne doit pas nécessairement être disposé sur un bâti B1 de forme appropriée pour recevoir la partie B comportant le compresseur. Au contraire, le montage du vase d'expansion peut également entre réalisé indépendamment de la partie B. De même, le dispositif de pesée servant à indiquer le niveau de remplissage du vase d'expansion 1 et qui comprend les points de portée B1,', le châssis de bascule W et l'appareil à capsule de mesure B1"', 4 peut être réalisé, par exemple, par montage direct sur une plaque de base. Le manostat 5 de pression différentielle est relié à la tubulure de raccordement d'air comprimé 13 du vase à'expan- sion 1 par l'intermédiaire d'un conduit 11 de mesure de la pression, qui comporte un étranglement d'air 10 servant éviter ou à atténuer les coups de bélier dans le conduit de mesure 11. Le manostat 5 de pression différentielle travaille entre des points de commande inférieur et supérieur,correspon dant à des valeurs de mesure de la pression, qui peuvent être réglés sur des points spécifiques à l'installation.Lorsqu'on dépasse la valeur inférieure de la mesure de pression dans le sens descendant, par suite de l'écoulement de l'eau de la chambre la, l'électro-vanne 8 d'alimentation ou d'entrée commute alors de sorte que de l'air comprimé pénètre par l'intermédiaire de la conduite 12 dans la chambre lb du vase d'expansion 1, et qu'il se produit une élévation de pression dans les chambres la et lb. L'air comprimé est introduit dans la chambre lb jus qu'à ce que la pression de service désirée soit à nouveau appliquée au manostat 5 de pression différentielle. Ceci assure que la pression de consigne est à nouveau rétablie dans l'installation de chauffage. Dans le cas inverse, c'est-a-dire si le manostat 5 mesure une pression qui excède la valeur de mesure de pression supérieure, ltélectro-vanne 9 de décharge s'ouvre de sorte que de l'air s'écoule dans l'atmosphère par l'intermédiaire de la conduite 12 et de la vanne 9 et qu'il en résulte une chute de la pression dans les chambres la et lb. L'air est évacué de la chambre lb jusqu'a' ce qu'on ait à nouveau atteint la pression de service désirée sur le manostat 5 de pression différentielle. Deux points ressortent de ce qui précède 1) Le fluide sous pression qui est nécessaire dans le vase d'expansion en cas de chute de la pression de l'eau de chauffage ou du fluide de travail est fourni par une source de fluide sous pression statique dont le contenu est aussitôt disponible en cas de besoin, indépendamment de la puissance du oompresseur et qui est à nouveau complété par les chutes de la pression de l'accumulateur. Etant donné que ce complément ne doit pas nécessairement s'effectuer par coups, il suffit d'un compresseur 7 possédant une puissance relativement faible. L'équilibrage de pression, qui se produit relativement rapidement, permet d'éliminer dans une large mesure l'apparition d'une formation de bulles qui generaient la circulation dans l'installation de chauffage. 2) La compensation de pression peut s'effectuer par petits paliers, sans mise en mouvement de grandes masses et avec une consommation d'énergie correspondante. Etant donné que, en principe, il faut un actionnement sélectif des électro-vannes 8 et 9 pour envoyer la quantité de fluide sous pression nécessaire à la chambre lb ou la prélever de cette chambre, les différences de valeur de pression de commutation peuvent être choisies très petites et leur nombre peut être choisi d'autant plus grand de façon correspondante. L'ecpérience montre que l'on peut compenser des différences de pression de l'ordre de grandeur de 4,9 kPa. Les dispositifs d'expansion du type décrit sont de préférence utilisés dans de grandes installations de chauffage ou de refroidissement. Dans le cas d'un agrandissement éventuel d'une telle installation de chauffage ou de refroidissement, il suffit en général d'augmenter le nombre des vases d'expansion 1 tandis que, en raison de la modicité du besoin en énergie, la partie compresseur suffit en général pour plusieurs vases d'expansion de la grandeur initiale. Le réservoir de fluide sous pression ou d'air comprimé peut facilement être muni de moyens non représentésen détail, pour la déshydratation de l'air et pour l'évacuation de l'eau de condensation en 15. Etant donné que, par ailleurs, lors de l'introduction de l'air comprimé dans la chambre lb, il se produit une diminution de pression, on obtient une nouvelle réduction de l'humidité relative de l'air de sorte que, en pratique, il ne se produit pas de phénomène de corrosion sur les parties du vase d'expansion qui sont alimentées en air comprime. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Dispositif d'expansion comprenant un vase d'expansion (1) divisé par une cloison flexible (2) en deux chambres séparées (la, lb) dont une chambre (la) est adaptée pour recevoir une quantité variable d'un fluide de travail et destinée a' être reliée à une installation (14) de chauffage ou de refroidissement, et dont l'autre chambre (lob) est adaptée pour recevoir une quantité variable d'un fluide sous pression, sous l'effet duquel le fluide de travail contenu dans l'autre chambre (la) est maintenu au moins approximativement à une valeur de pression de consigne prédéterminée et, en outre, une partie (3) comportant un compresseur qui contient une source de fluide sous pression (3, 7), qui est reliée au vase d'expansion (1) au moins par l'intermédiaire d'une conduite (12) d'arrivée et de départ du fluide sous pression qui débouche dans la chambre (lob) de fluide sous pression et relie cette chambre à la sour ce de fluide sous pression (@, @), caractérisé en ce que la source de fluide s@@@ pression est réalisée sous la forne d'un ensemble de réservoir à pression et de compresseur (3, 7) comportant lui-:nè"me un compresseur (7) commandé par la pression du fluide régnant dans le réservoir à pression (3) et maintenu à une pression d'alimentation pendant le fonctionnement par ce compresseur ; et en ce qu'il est prévu un manostat de pression différentielle (5) qui répond à la pression réelle régnant dans le vase d'expansion (1), qui est relié à la chambre de fluide sous pression (lb) par l'intermédiaire d'une conduite de mesure séparée (11) et qui, lorsque la pression intérieure du vase d'expansion (1) franchit une valeur inférieure de mesure de pression, actionne une vanne d'alimentation (8) connec tée en série avec la conduite d'arrivée et de départ (12) de fluide sous pression, pour envoyer le fluide sous pression du réservoir à pression (3) dans la chambre à fluide sous pression (lb) et, lorsque la pression intérieure du vase dtexpan- sion (1) franchit en montant une valeur supérieure de mesure de pression, actionne une soupape de décharge (9) intercalée dans une branche de conduite (12') disposée dans la conduite d'arrivée et de départ du fluide sous pression en aval de la vanne d'alimentation (8), pour vidanger du fluide sous pression de la chambre (lb), de maniere que, en cas de chute de la pression dans le vase d'expansion (1), la quantité de fluide sous pression nécessaire pour maintenir la pression de consigne pénètre dans la chambre à fluide sous pression (lb) par l'ouverture de la vanne d'alimentation (8), et de manière que, en présence d'un accroissement de la pression dans le vase d'expansion (1), une quantité de fluide sous pression permettant l'équilibrage de la pression s'écoule de la chambre à fluide sous pression (lb) à travers la soupape de décharge (9). 2 - Dispositif d'expansion selon la revendication 2, équipé d'un appareil permettant de mesurer le poids du remplissage de fluide de travail contenu dans le vase d'expansion (1), caractérisé en ce que le vase d'expansion (1) repose sur un chdssis de bascule (W) en appui sur trois points et en ce que l'un (B1"9 desdits trois points d'appui est muni d'une capsule (4) de mesure du poids ou de la pression. 3 - Dispositif d'expansion selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie compresseur (B) est incorporée dans un bâti (B1) qui porte le vase d'expansion (1) et sur lequel le châssis de bascule (W) repose sur deux points d'articulation et sur lequel est montée la capsule (4) de mesure du poids ou de la pression, sur laquelle se trouve le troisième point d'appui (B1,"). 4 - Dispositif d'expansion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit de mesure comporte un limiteur d'écoulement (10) pour amortir les coups de béliers.