Brevet FR2525327A1 — publié le 19831021

L'invention concerne un mécanisme a membrane commandé par différentielle de pression d'eau pour appareils du genre chauffe-eau ou chaudières à gaz et se rapporte plus pré ci sèment à un système d'ouverture et de fermeture brusque à fonctionnement hydraulique. On sait que lorsqu'on utilise un mecanisme eau a membrane différentielle pur commander l'ouverture du gaz au brûleur d'un chauffe-eau ou d'une chaudière à gaz du type instantane a partir d'un débit d'eau minimum circulant dans le corps de chauffe de l'appareil, on ne peut éviter que; pour des débits d'eau très voisins du débit seuil qui dé- termine le débit de la levee de la membrane; on obtient des débits de gaz trop faibles pour assurer l'interallumage entre les différentes branches du brûleur ou le maintien des flammes sur la totalité des branches du brûleur. Jusqu'a présent pour eviter ce risque d'avoir des débits d'eau de circulation trop voisins du débit seuil, on s'arrangeait pour placer ce débit seuil à une valeur suffisamment faible pour que dans les conditions pratiques d'utilisation des robinets de reglage des radiateurs, le débit d'eau dans le circuit chauffage reste toujours nettement superieur. Malheureusement dans le developpement croissant de l'utilisation des robinets thermostatiques sur chaque radiateur, le risque d'obtenir des débits de circulation d'eau de chauffage très faibles et voisins du débit seuil provoquant un debut de levée de la membrane devient nettement plus grand. Pour resoudre ce problème, on a proposé d'utiliser en liaison avec la levée progressive et continue de la membrane a partir du débit seuil, un clapet gaz special à ouverture en deux temps comportant un premier temps à ouverture et à fermeture brusque utilisant un disque cloquant bistable. Un tel clapet gaz apporte effectivement une solution au probleme mais il présente l'inconvénient de ne pas permettre un reglage du débit seuil d'ouverture du premier temps ni un réglage du débit de gaz correspondant au premier temps d'ouverture sans un demontage complet dudit clapet et un réglage sur un banc de contrôle spécial. On a également proposé des solutions qui prevoient l'emploi de dispositifs mecaniques ou magnétiques bistables ou monostables places dans la chambre d'eau en coopération avec la membrane différentielle. Ce dispositif engendre au début du mouvement de la levée de la membrane, une variation ou une inversion brusque d'une force qui se retranche de la force exercée par le ressort de rappel de la membrane. Il est localisé dans la partie inférieure du mécanisme -eau et permet d'utiliser, -sans y apporter aucune modification, toute la partie supérieure des mécanismes (au-dessus de la membrane) tels qu'ils sont réalisés de façon habituelle pour les chaudières ou les chauffe-eau. C'est un avantage important sur le plan econo- mique et pratique, qu'il s'agisse de la readaptation d'anciens appareils ou de la fabrication de nouveaux. Malheureusement tous ces dispositifs necessitent pour obtenir un fonctionnement correct que l'on respecte des tolérances très serrées sur la fabrication et le montage aussi bien de leurs differents éléments que de ceux qui composent le mécanisme eau et gaz avec lequel ils coopèrent très intimement. En particulier la position de repos de la membrane qui constitue le point bas de depart de l'ouverture du clapet gaz doit coïncider de manière très précise avec le debut de la phase de variation brusque de la force exercée par ces dispositifs sur la force antagoniste exercee par le ressort de rappel de la membrane différentielle. La presente invention apporte une solution nouvelle au problème en ne présentant aucun des inconvénients cites ci-avant. En effet, suivant la présente invention, l'ouverture ou la fermeture brusque du clapet d'arrive du gaz au brûleur lie au mouvement de la membrane est assurée de façon nouvelle par un processus hydraulique qui permet d'obtenir une variation brusque positive ou negative de la pression différentielle agissant sur la membrane sur une fraction précise et constante du début de sa course de levée et cela quelle que soit la position du point de départ ou de la position du point de repos de la membrane différentielle. Selon l'invention l'organe de mise en oeuvre dudit processus hydraulique est essentiellement constitué d'un clapet à friction monte sur une tige coulissante maintenue en butée contre la face inférieure de la membrane sous l'effet de la poussée d'un ressort réglable, ledit clapet pouvant obturer un orifice de communication de faible section entre la chambre inférieure du mecanisme et la chambre supérieure. D'autres caractéristiques particulières et avantages de l'invention apparaitront a la lecture de la description suivante en référence aux dessins annexes qui representent - figure 1 : une vue en coupe du mécanisme en position repos. - figure 2 : la meme vue en position ouverture. Le bottier du mécanisme eau représenté aux figures est constitué d'une coquille supérieure 1 et d'une coquille inférieure 2 entre lesquelles est tendue une membrane différentielle 3 délimitant deux chambres 4 et 5, membrane comportant sur sa face supérieure un disque de rigidité 6 La partie supérieure du bottier au-dessus de la membrane represente un mecanisme eau tout-à-fait classique dans lequel la membrane 3 réagit à la différentielle de pression créée par exemple par une pompe de circulation de l'eau, non représentée. A cet effet la chambre supérieure 4 est raccordee par un petit conduit de liaison 7 au col du venturi 13 prévu sur la tubulure 14 de circulation d'eau, et la chambre inferieure 5 est raccordée a la tubulure 14 en amont du venturi 13, grace à un autre conduit de liaison 8 comportant en outre un diaphragme fixe 30. On sait que cette membrane 3 agit par une tige 9 sur le clapet 10 d'admission du gaz aux bruleurs non représen- tés. Le clapet 10 est maintenu fermé contre son siège par le ressort 11 et obture le conduit d'arrivée de gaz 12. Le dispositif objet de l'invention est localisé dans la coquille inferieure du bottier. Il est essentiellement constitué d'un clapet à friction 15, enfermant un joint torique 16, monté sur une tige coulissante 17 dont la partie supérieure est en butee contre la face inférieure de la membrane par l'intermédiaire de la coquille 18. L'extrémité inférieure de la tige 17 est engagée dans une pièce d'appui 32, laquelle est elle-meme soumise à la poussée d'un ressort 19 en butée contre une embase 20 réglable par vissage à l'intérieur d'un bouchon obturateur 21.Celui-ci comporte en outre un rebord circulaire 22, formant appui pour le clapet 15 de même que butée pour la pièce d'appui 32. Ce bouchon obturateur 21 est engagé dans le puits 23 prévu sur la coquille inférieure 2, l'étanchéité étant assurée par le joint torique 24. Le bouchon 21 obture une petite chambre 25, prévue dans la coquille inférieure 2 du boîtier, et qui communique elle-même avec le chambre inferieure 5 sous la membrane par un orifice 26 de faible section. Dans un tampon 27 qui assure la séparation entre la chambre 5 et la petite chambre 25 et qui sert de guide à la tige 17 est prévu cet orifice 26. Ce tampon 27 joue le rôle de siège pour le clapet 15 qui en position haute ferme l'orifice de passage 26 entre les deux chambres. On notera que le mécanisme hydraulique ci-dessus décrit est entièrement prémonté, selon une forme préférentielle de réalisation de l'invention, dans le bouchon obturateur 21 fermé par le manchon de guidage 27. Des lumières 31 assurent la communication entre l'orifice 26 et la chambre 25. La petite chambre 25 communique aussi avec le conduit de liaison 7 par un conduit 28 muni d'une vis 29 de réglage de débit. Le dispositif fonctionne de la manière suivante On se place tout d'abord dans le cas de la figure 1, où le brûleur est arrêté et où il n'y a pas de circulation d'eau dans la tubulure 14. Le clapet 10 est fermé sur son siège, la membrue 3 est en position basse ainsi que la tige 17 qui comprime le ressort 19. Le clapet a friction 15 est alors en appui contre le rebord 22 et se trouve donc écarté de l'orifice 26. La communication entre la chambre 5 et la petite chambre 25 est ouverte, et puisque cette dernière communique par le conduit 28 au conduit de liaison 7 entre la chambre supérieure 4 et le venturi 13, il y a equilibre des pressions entre les deux chambres 4 et 5 de part et d'autre de la membrane. Lorsqu'on ouvre progressivement un robinet de puisage d'eau chaude, un débit d'eau dans le sens de la flèche, traverse la tubulure 14 et ce débit fait apparaître une différence de pression positive entre la tubulure 8 prise en amont du venturi 13 et la tubulure 7 prise au col du meme venturi. Cette difference de pression va provoquer une circulation d'eau à travers la tubulure 8. l'orifice calibré 30, l'orifice 26 et le canal 28. Tant que le clapet à friction 15 est en position basse au repos sur la piece 22 il en resultera une chute de pression à travers l'orifice calibré 30 ce qui veut dire que la différentielle de pression entre les chambres 4 et 5 sera plus petite que la différence des pressions entre 8 et 7. Malgré cela, lorsqu'on augmentera progressivement le débit d'eau dans la tubulure 14, il arrivera un moment où la différentielle de pression entre 4 et 5 sera suffisante pour commencer à soulever la membrane 3 contre la force du ressort 11 mais aussitôt que la membrane 3 commencera à se lever, la tige de liaison 17 qui suit le mouvement de la membrane sous l'effet de son ressort de rappel 19 va immédiatement entrainer la levée du clapet à friction 15 qui après une course de quelques dixièmes de millimètres va obturer l'orifice 26, comme le montre la figure 2.A ce moment le débit d'eau à travers les passages 8, 30, 26, 28 est interrompu ; la chute de pression à travers l'orifice calibré 30 devient nulle et la différentielle de pression entre les chambres 5 et 4 augmente brusquement pour devenir égale à la difference de pression produite entre 8 et 7 par le passage de l'eau à travers le venturi 13 de telle sorte que sans augmentation de ce débit d'eau la membrane continue toute seule sa levée jusqu'à ce qu'un nouvel équilibre s'établisse entre la force exercée par la différentielle de pression d'eau et la résultante antagoniste des forces exercées par les ressorts de rappel 19 et 11. Lors du processus inverse, à partir de la position de la figure 2, c'est-à-dire lors de la diminution du débit d'eau dans la tubulure 14, l'atténuation de la différentielle des pressions entre les deux chambres amorce le mouvement de descente de la membrane 3 et de la tige 17, ce qui se traduit par le décollement du clapet à friction 15 de son siège et l'ouverture de l'orifice 26. De ce fait, il va en résulter une chute de pression à travers l'orifice calibré 30 ce qui veut dire que la différentielle des pressions entre les chambres 5 et 4 sera plus élevee que la différence des pressions entre 8 et 7 et cela se traduira par la descente rapide de la membrane 3 en position basse et par la fermeture franche du clapet 10 sous l'effet du ressort 11. On se retrouve là dans le cas de figure 1. Cette disposition permet ainsi de faire coïncider de façon précise l'ouverture ou la fermeture brusque du clapet d'admission gaz 10 avec le début de la phase de variation brusque de la force exercée par la pression sur la membrane par rapport à la force antagoniste du ressort de rappel. Cette précision et cette constance sont rendues possible gracie à la conception du clapet à friction 15, dont le débattement entre son siège 27 et le rebord circulaire 22 est faible puisque ledit clapet à friction entrainé par la tige 17 grace au joint torique 16, mais pouvant coulisser sur elle, occupera toujours une position de franche obtu ration ou de franche ouverture de l'orifice 26, quelle que soit la position du point de départ ou du point de repos de la membrane 3. De ce fait le système est assuré de fonctionner et ne nécessite pas de réglage minutieux, puisque le réglage du seuil d'ouverture ou de fermeture brusque est facilité par la vis de réglage 29 très accessible. En outre, gracie à un dimensionnement approprié de l'orifice calibré 30 et de la force du ressort 19 comparé à la force de rappel du ressort principal 11, on pourra s'arranger pour que le nouvel état d'équilibre des forces exercées sur la membrane 3 s'obtienne lorsque la pièce d'appui 32 du ressort 19 arrive en butée sur le rebord 22, ce qui veut dire que la variation brusque de la différentielle de pression entre 5 et 4 créée par l'apparition ou la dis parition brusque du débit d'eau à travers l'orifice calibré 30 sera ajustée de manière à entrainer une variation brusque de poussée égale ou légèrement supérieure à la force d'appui du ressort 19. L'invention ne se limite pas l'exemple de réalisation représenté mais en englobe au contraire toutes les variantes constructives. Revendications 1. Mécanisme à membrane permettant l'ouverture d'un clapet d'admission de gaz à un appareil du genre chauffe-eau ou chaudière à gaz, commandé par une différence de pression d'eau entre une tubulure de prise de pression disposée en amont d'un venturi localisé sur un conduit de puisage et une tubulure prise au col du même venturi , caractérisé par le fait que l'ouverture ou la fermeture brusque du clapet d'admission gaz (10) à partir d'une phase d'amorça ge du mouvement de la membrane (3) dans le sens de cette ouverture ou de cette fermeture, est assurée par un dispositif hydraulique qui provoque une varia tion brusque positive ou negative de la pression agis sant sur ladite membrane, à partir d'un seuil prédé terminé de débit d'eau dans l'appareil. 2. Mécanisme selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le dispositif hydraulique modifie la différentielle des pressions entre la chambre (4) supérieure à la membrane (3) et la chambre (5) infé rieure à la membrane par rapport à la différence des pressions entre la tubulure (8 )en amont du venturi (13) et la tubulure(7)prise au col du meme venturi en agis sant dans le sens d'une ouverture ou d'une fermeture d'un conduit de liaison (26, 25, 28) entre ces chambres. 3. Mécanisme selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que l'organe de mise en oeuvre du dispositif hydraulique est constitué d'un clapet à friction (15), monté sur une tige coulissante (17) en butée contre la face inférieure de la membrane (3), qui peut obturer un orifice (26) faisant communiquer la chambre (5) inférieure à Ta membrane à la petite chambre (25) dans laquelle débouche le conduit de liaison (28) avec la chambre (4) superieure à la membrane. 4. Mécanisme selon la revendication 3, caractérisé par la fait que l'orifice (26) est formé dans un tampon (27) qui sépare la chambre (5) de la petite chambre (25) et qui sert de guide à la tige (17). 5. Mécanisme selon la revendication 3 caractérisé par le fait que l'extrémité inférieure de la tige (17) est sou mise par l'inbermédiaire d'une pièce d'appui (32) à la poussée d'un ressort (19) en butée contre une embase (20) réglable par vissage à l'intérieur d'un bouchon obturateur (21). 6. Mécanisme selon les revendications 3 et 5 caractérisé par le fait que le bouchon obturateur (21) comporte un rebord circulaire (22) formant appui pour le clapet à friction (15) et butée pour la pièce d'appui (32). 7. Mécanisme selon les revendications i et 5 caractérisé par le fait que le bouchon obturateur (21) renfermant le dispositif hydraulique est engagé dans un puits (23) prévu sur la coquille inférieure (2) du boîtier à membrane. 8. Mécanisme selon la revendication 7 caractérisé par le fait que'le bouchon obturateur (21) est muni de lumiè res (31) assurant la communication entre l'orifice (26) et la chambre (25). 9. Mécanisme selon la revendication 3 caractérisé par le fait que le conduit de liaison (28) est muni d'une vis de réglage de débit (29).