Brevet FR2544399A1 — publié le 19841019

Moteur de commande thermique, en particulier pour soupapes. L'invention concerne un moteur de commande thermique, en particulier pour soupapes, comprenant deux éléments de -travail exerçant leur action en sens contraire sur un pont de manoeuvre, et en particulier des bottes à soufflet, comportant chacune une charge à pression de vapeur sensible à la température, et un dispositif d'équilibrage chauffant et/ou refroidissant pour exercer une influence thermique différente sur les deux charges. Dans un moteur de commande thermique connu (brevet U S No 2.989 281), on prévoit deux bottes à soufflet comportant une charge liquide-vapeur qui agissent en sens contraire sur un organe de réglage de soupape Les fonds des deux bottes à soufflet sont montés de façon fixe dans un logement avec interposition dlune pompe à chaleur thermo-électrique Le support est constitué en un matériau thermiquement isolant La pompe à chaleur thermoélectrique peut être alimentée au choix par l'intermédiaire d'un inverseur dans un sens ou dans l'autre au moyen d'un courant réglable Il en résulte qu'une botte à soufflet est respectivement refroidie alors que l'autre est chauffée. En raison des différences de température, on constate des pressions de vapeur différentes en réponse desquelles la soupape est soit fermée soit ouverte. Un tel moteur de commande a l'avantage de fonctionner largement indépendamment de la température de-l'environnement car l'influence de cette température de l'environnement se manifeste sur les deux boîtes à soufflet avec la même importance mais en sens contraire Mais la vitesse de travail est lente, même lorsque l'on va jusqu'à la limite supérieure des courants admissibles habituels pour de tels cas d'utilisation En outre, il faut une énergie électrique très importante pour maintenir les bottes à soufflet au niveau de température désiré. L'invention a pour but de proposer un moteur de commande du type décrit dans le préambule, qui soit réglable sensiblement plus rapidement, pour des conditions par ailleurs égales, et/ou qui puisse être entraîné au moyen d'une puissance nettement plus faible. Selon l'invention, ce but est atteint du fait que chaque élément de travail est relié à un conteneur au moyen d'un élément intermédiaire comprenant une canalisation, qui isole thermiquement et au moins partiellement l'élément de travail du conteneur, que le conteneur contient la substance de la charge qui détermine la pression, que la chambre du conteneur est petite par comparaison avec le volume le plus faible de l'élément de travail et que le dispositif d'équilibrage des températures est associé aux deux conteneurs. Grâce à cette construction, le dispositif d'équilibrage n'a besoin que de modifier la température du conteneur Du fait que le conteneur est petit par comparaison avec l'élément de travail et que des masses réduites en proportion doivent donc être chauffées ou refroidies, les modifications de température s'effectuent rapidement et/ou il suffit de puissances électriques très faibles pour réaliser le réglage ou pour maintenir une certaine position Comme le produit constituant la charge qui détermine la pression se trouve dans le conteneur, la pression est également déterminée dans l'élément de travail par l'équilibrage de température du conteneur Pour le reste, le fonctionnement du moteur de commande reste inchangé Comme il peut fonctionner avec les mêmes pressions que précédemment, les éléments de travail peuvent avoir les mêmes dimensions, etc. Quand il s'agit d'un moteur de commande à charges liquide-vapeur, on doit faire en sorte que la charge liquide respective soit plus réduite que la chambre du conteneur et que le dispositif d'équilibrage maintienne le conteneur à une température plus faible que celle des éléments de travail Ces deux conditions permettent d'être certain que le liquide total reste toujours dans le conteneur et que la pression de vapeur est de ce fait fonction de la température du conteneur. Bien que l'on obtienne déjà les résultats recherchés quand le conteneur n'est que moitié moins important que l'élément de travail, on préfère un conteneur sensiblement plus réduit, dont les dimensions sont par exemple inférieures à 10 % de celles d'un élément de travail, car les effets recherchés selon l'invention apparaissent nettement, Dans la pratique, ce sont des conteneurs dont la chambre est inférieure à 0,5 cm 3 et de préférence seulement de 0,2 cm 3 environ qui se sont révélés particulièrement avantageux Avec de petits conteneurs de ce type, le moteur de commande réagit de façon exceptionnellement rapide quand la puissance est appliquée au dispositif d'équilibrage de la température. La puissance nécessaire est extrêmement réduite Elle est située entre 0,25 et 0,5 W. Avantageusement, les conteneurs sont exposés à l'air de- l'environnement Quand le dispositif d'équilibrage des températures est coupé, la température du conteneur devient rapidement égale à la température de l'environnement. Sur le plan constructif, il est avantageux que les conteneurs soient disposés sur le c 8 té extérieur d'un boltier entourant les éléments de travail Ainsi, on peut monter avec sécurité de petits conteneurs. Avantageusement, le dispositif d'équilibrage des températures comprend deux corps électriques chauffants qui sont respectivement associés à un conteneur et qui peuvent être commandés séparément Quand on excite l'un ou l'autre des corps chauffants, on obtient un réglage dans un sens ou dans l'autre. Un dispositif d'équilibrage des températures peut être constitué également par une pompe à chaleur thermo-électrique, telle qu'un élément Peltier, dont le sens de l'action peut être inversé, et qui peut refroidir un conteneur et chauffer l'autre conteneur De très petits éléments Peltier suffisent dans ce cas, avec une puissance réduite en proportion. Selon une forme de réalisation préférée comprenant des charges liquidevapeur, les deux éléments de travail peuvent être chauffés électriquement Ceci permet de maintenir facilement la température du conteneur en dépit d'un apport de chaleur de valeur réduite, ce qui fait que la condensation s'effectue respectivement dans le conteneur. La puissance électrique nécessaire pour ce chauffage peut être très faible quand les deux éléments de travail sont entourés par une isolation thermique. Il suffit également d'associer aux deux éléments de travail un chauffage électrique commun Car il n'est plus nécessaire dans ce cas que les deux éléments de travail soient à des températures différentes et ils peuvent désormais avoir la même température. Selon une forme de réalisation préférée, on fait en sorte que les boites à soufflet comprennent respectivement une capsule externe et un soufflet disposé sur celle-ci, les deux capsules étant réunies en un composant unique dans lequel les fonds des capsules sont tournés l'un vers l'autre Cette forme de construction est possible car les capsules doivent avoir la même température La paire de boites à soufflet peut être fabriquée à l'avance sous forme d'un composant unique et monté dans le moteur de commande Selon une forme de réalisation très simple, l'élément intermédiaire est un tube capillaire Ceci assure une grande liberté pour disposer le conteneur par rapport à l'élément de travail associé. Selon une autre forme de réalisation avantageuse, l'élément intermédiaire est constitué par un bloc muni d'un alésage, constitué en un matériau à forte résistance thermique et qui supporte le conteneur. Comme l'élément de travail et le conteneur constituent un ensemble, on peut les monter facilement. L'invention sera maintenant expliquée plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation préféré et en référence au dessin ci-annexé dans lequel: la Figure 1 est une coupe longitudinale d'un moteur de commande selon l'invention, la Figure 2 est une coupe longitudinale selon une autre forme de réalisation, la Figure 3 est une représentation schématique d'une troisième forme de réalisation, et la Figure 4 est une représentation schématique d'un élément de travail relié rigidement au conteneur. Le moteur de commande de la Figure 1 comprend un socle 1 qui - d'une manière comparable à un thermostat peut être monté sur un boîtier de soupape Pour ce faire, on pousse des jambes élastiques 2 au-delà d'un bourrelet du boitier de la soupape et on le maintient au moyen d'une bande de serrage disposée dans une gorge périphérique 3. Deux éléments de travail 4 et 5 comprennent chacun une capsule externe 6 ou 7, dont les fonds 8 et 9 sont reliés rigidement l'un à l'autre par soudage par points Sur la périphérie et entre les deux fonds est disposé un enroulement chauffant commun 10 La chambre interne Il de l'élément de travail 4 est limitée par la capsule 6, un flasque annulaire 12 et un soufflet élastique 13 à plaque frontale 14. Cette dernière exerce son action par l'intermédiaire d'un poussoir 15 en un matériau thermiquement isolant sur une plaque de réglage 16 La partie enfoncée centrale 17 de cette plaque de réglage permet de loger une tige actionnant l'élément de fermeture de la soupape à l'encontre de la force d'un ressort de rappel La chambre intérieure 18 de l'élément de travail 5 est limitée par la capsule 7, un flasque annulaire 19 et un soufflet élastique 20 à plaque frontale 21 Cette dernière exerce son action par l'intermédiaire d'un poussoir 22 en un matériau thermiquement isolant et un pont de manoeuvre 23 sur la plaque de réglage 16 En outre, le poussoir 22 est chargé par un ressort à valeur de consigne 24 qui s'appuie sur une plaque 25 qui peut être déplacée axialement à l'aide d'une vis 26 Une isolation thermique 27 entoure les deux éléments de travail 4 et 5. Un couvercle 28 est relié sur le côté frontal par l'intermédiaire de saillies 29 aux deux éléments de travail 4 et 5 ainsi qu'à l'isolation thermique 27 pour constituer un ensemble qui est maintenu contre des saillies 30 du socle 1 Un élément de recouvrement 31 qui est relié par une liaison d'arrêt 32 au socle 1 maintient l'ensemble en place au moyen d'une bride interne 33 Ainsi, la vis 26 que l'on peut régler en passant par une ouverture centrale 34 est également maintenue axialement. Dans le couvercle 28 sont prévus deux conteneurs 35 et 36 contenant respectivement des quantités de liquide 37 ou 38 de la charge liquide- vapeur de l'élément de travail 4 ou 5 Les charges des deux éléments de travail sont égales Le conteneur 35 est relié au moyen d'un élément intermédiaire 39 constitué sous forme d'un tube capillaire à la chambre intérieure 11 de l'élément de travail 4, le conteneur 36 au moyen d'un élément intermédiaire constitué sous forme d'un tube capillaire 40 avec la chambre intérieure 18 de l'élément de travail 5. Au conteneur 35 est associée une résistance électrique chauffante 41 et au conteneur 36 est associée une résistance électrique chauffante 42. Quand dans une situation de fonctionnement les deux éléments de travail 4 et 5 ont la même température et fonctionnent de ce fait avec la même pression de vapeur, on obtient un équilibrage des pressions dans lequel la plaque de réglage 7, et de ce fait également l'élément de fermeture de la soupape de manoeuvre, occupent un position neutre. Celle-ci est uniquement déterminée par l'équilibrage des forces dépendant des positions, le soufflet élastique 13 et fe ressort de soupape exerçant leur action dans un sens et le soufflet élastique 20 et le ressort à valeur de consigne 24 exerçant leur action dans le sens contraire. Quand une différence de température est obtenue par un chauffage différent des conteneurs 35 et 36, par exemple du fait que la résistance chauffante 41 chauffe plus fortement le conteneur 35 que la résistance chauffante 42 chauffe le conteneur 36, il en résulte une différence de pression dans les deux éléments de travail 4 et 5, et de ce fait, une différence des forces sensibles à la température En conséquence, il y a modification des forces sensibles à la position; la broche se déplace de l'élément de travail le plus chaud vers celui qui est le plus froid. La vitesse de mouvement la plus importante est atteinte quand l'un des éléments de travail est chauffé alors que l'autre est refroidi par l'air ambiant La position de la soupape et sa vitesse de déplacement peuvent donc être commandés symétriquement dans les deux sens autour de la position neutre en commandant le courant passant dans les résistances chauffantes et, de ce fait, la température régnant dans les conteneurs 35 et 36. La chambre intérieure des conteneurs 35 et 36 n'a un volume que de 0,2 cm 3 La quantité de liquide est encore plus faible De ce fait, la pression de vapeur peut être modifiée et maintenue au moyen d'une puissance de chauffage réduite Le moteur de commande réagit avec une rapidité correspondante Le volume le plus faible des éléments de travail 4 et 5 est par contre de 5 cms Il en résulte qu'il suffit d'une puissance de chauffage de 0,25 à 0,5 W pour les deux corps chauffants 41 et 42 Du fait de l'isolation 27, il suffit pour l'enroulement chauffant 10 d'une puissance de chauffage d'environ 1 W. Dans l'ensemble, la sollicitation thermique est faible On peut donc utiliser pour le moteur de commande des matériaux thermoplastiques habituels et peu coûteux Les conduites électriques peuvent également être de faible section du fait que le courant est réduit. A la Figure 2, on a utilisé les mêmes références augmentées de 100 pour désigner les mêmes parties qu'à la Figure 1 On voit d'abord la façon selon laquelle les jambes élastiques 102 du socle 101 'sont serrées par la bande de serrage 50 sur un bottier de soupape 51 et la façon dont une tige de manoeuvre de soupape 52 fait saillie hors d'une botte à étoupes 53. Dans ce cas, chaque élément de travail 104 et 105 est muni d'un enroulement chauffant 110, llûa qui reste branché de façon permanente. La capsule 106 de l'élément de travail 104 s'appuie contre le couvercle 108, la capsule 107 de l'élément de travail 105 contre le socle 101 De ce fait, les deux poussoirs 115 et 122 sont tournés l'un vers l'autre. Ils exercent leur action sur le pont 123 qui est en liaison avec la plaque de réglage 116 Sur le coté externe du capuchon 131 est prévue une douille 54 comprenant plusieurs tiges enfichables 55 et 56 On peut y enficher une douille 57 comprenant un raccord de câble 58 Grâce à cet agencement, le courant peut être envoyé aux éléments chauffants individuels. Le mode de fonctionnement de cette forme de réalisation correspond à celui de la Figure 1. Dans la forme de réalisation de la Figure 3, les références sont augmentées de 200 par rapport à celles de la Figure 1 La différence- essentielle consiste dans le fait que les deux conteneurs 235 et 236 sont soumis à l'influence d'une pompe à chaleur thermoélectrique, à savoir un élément Peltier 241, qui lorsqu'il est branché prélève de la chaleur d'un conteneur et envoie de la chaleur à l'autre conteneur En inversant le sens du courant, on peut également inverser le flux de chaleur En outre, un enroulement chauffant continu 210 est disposé autour de la périphérie des deux éléments de travail 204 et 205. A la Figure 4, on a utilisé les mêmes références augmentées de 300 pour désigner les mêmes parties que celles montrées à la Figure 1 Le conteneur 335 est relié rigidement à la capsule externe 336 de l'élément de travail 304 avec-interposition d'un élément intermédiaire 339 constitué sous forme d'un bloc isolant et comprenant un alésage 343 en tant que canalisation Le conteneur contient une charge d'hydrure métallique 337, qui est séparée de la canalisation 343 par une membrane 344 Cette membrane ne peut être traversée que par l'hydrogène mais pas par l'hydrure métallique 337 La membrane est supportée par un bouchon 345 qui possède une capacité de passage limitée du fait de sa porosité. Le dispositif de chauffage 341 est indiqué sous forme d'un anneau. En dehors de la charge liquide-vapeur ou la charge d'hydrure métallique qui est représentée, on peut prévoir dans le conteneur une substance différente déterminant la pression en fonction de la température, par exemple une charge d'adsorption. On peut également munir les deux éléments de travail d'éléments à soufflet de dimensions différentes et de disposer les tubes correspondants qu'ils forment centralement l'un dans l'autre Dans ce cas, il faut prévoir deux charges différentes. REVENDICATIONS 1 Moteur de commande thermique, en particulier pour soupapes, comprenant deux éléments de travail exerçant leur action en sens contraire sur un pont de manoeuvre, en particulier des boîtes à soufflet, comprenant chacune une charge à pression de vapeur sensible à la température, et un dispositif d'équilibrage chauffant et/ou refroidissant pour exercer une influence thermique différente sur les deux charges, caractérisé en ce que chaque élément de travail ( 4, 5; 104, 105; 204, 205; 304) est relié à un conteneur ( 35, 36; 135, 136; 235, 236; 335) au m o y e N d'un élément intermédiaire ( 39, 40; 139, ; 239, 240; 339) comprenant une canalisation, isolant thermiquement au moins partiellement l'élément de travail et le conteneur l'un de l'autre, en ce que le conteneur contient la substance ( 37, 38; 337) de la charge déterminant la pression, en ce que la chambre des conteneurs est faible par comparaison avec le volume le plus faible de l'élément de travail et en ce que le dispositif d'équilibrage des températures ( 41, 42; 141, 142; 241; 341) est associé aux deux conteneurs. 2 Moteur de commande selon la revendication 1, comprenant des charges liquide-vapeur, caractérisé en ce que la charge liquide respective ( 37, 38) est plus réduite que la chambre du conteneur et en ce que le dispositif d'équilibrage des températures ( 41, 42; 141, 142; 241) maintient les conteneurs ( 35, 36; 135, 136; 235, 236) à une température plus faible que celle des éléments de travail ( 4, 5; 104, ; 204, 205). 3 Moteur de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la chambre des conteneurs est inférieure à 0,5 cm 3 s, et est de préférence d'environ 0,2 cm 3. 4 Moteur de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les conteneurs ( 35, 36; 135, 136; 235, 236; 335) sont exposés à l'air ambiant. Moteur de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que les conteneurs ( 35, 36; 135, 136) sont disposés sur les côtés externes d'un bottier entourant les éléments de travail ( 4, 5; 104, ). 6 Moteur de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif d'équilibrage des températures ( 41, 42; 141, 142) comprend deux corps électriques chauffants, qui sont associés respectivement à un conteneur ( 35, 36; 135, 136) et peuvent être commandés de façon différente. 7 Moteur de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif d'équilibrage des températures ( 241) est constitué par une pompe à chaleur thermo-électique, par un exemple un élément Peltier, dont le sens de l'action qu'il exerce est inversable, qui peut refroidir un conteneur (par exemple 235) et chauffer l'autre conteneur (par exemple 236). 8 Moteur de commande selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les deux éléments de travail ( 4, 5; 104, ; 204, 205) peuvent être chauffés électriquement. 9 Moteur de commande selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux éléments de travail ( 4, 5; 204, 205) sont entourés par une isolation thermique ( 27; 227). Moteur de commande selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les deux éléments de travail ( 4, 5; 204, 205) sont associés à un chauffage électrique commun ( 10, 210). 11 Moteur de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les boites à soufflet comprennent respectivement une capsule externe ( 6, 7) et un soufflet ( 13, 20) disposé dans cette dernière, et en ce que les deux capsules sont réunies en un composant dans lequel les fonds ( 8, 9) des capsules sont tournés l'un vers l'autre. 12 Moteur de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'élément intermédiaire ( 39, 40; 139, 140; 239, 240) est un tube capillaire. 13 Moteur de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'élément intermédiaire ( 339) est un bloc muni d'une canalisation ( 343) constitué en un matériau à forte résistance thermique, fixé à l'élément de travail ( 304) et supportant le conteneur ( 335). 14 Moteur de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le conteneur ( 335) comprend une membrane ( 344) ne pouvant être traversée que par l'hydrogène, qui sépare la canalisation ( 343) d'une chambre de conteneur contenant un hydrure métallique ( 337) en tant que charge.