Brevet FR2538045A1 — publié le 19840622

L'invention concerne un servomoteur électrothermique possédant une chambre de vaporisation pouvant être chauffée, à volume variable et remplie d'un liquide à vaporiser, qui est formée entre la face extrême d'un élément cylindrique formant enveloppe ou capsule et la face extrême d'un corps de refoulement cylin- drique disposé mobile dans cet élément et fait d'un matériau con- duisant moins bien la chaleur, le corps de refoulement étant relié mécaniquement en un point de jonction, A un soufflet qui délimite une chambre de travail, également remplie de liquide à vaporiser, et auquel est reliéeune tige de commande chargée par un ressort de rappel. Un tel servomoteur sert au réglage progressif d'un organe réglable, d'une soupape ou d'un volet d'admission d'air par exemple, en fonction du signal de réglage d'un régulateur à action progressive Le signal de réglage chauffe plus ou moins la chambre de vaporisation au moyen d'un élément de chauffage électrique, dans le but d'amener l'organe réglable- relié à la tige à une position qui correspond à la puissance de chauffage électrique appliquée Lorsque, au moment deune réduction de la puissance de chauffage électrique, du liquide froid reflue dans la chambre de vaporisation, ce reflux peut déclencher une brusque condensation du liquide évaporé, ce qui est favorisé par l'effet du ressort de rappel agissant sur la chambre de vaporisation. Or, le mouvement de rappel brusque qui peut en être la conséquence est indésirable parce qu'il compromet la régulation progressive. Pour éviter un tel phénomène, un servomoteur connu par la demande de brevet allemand DE-OS 30 28 532 comporte un corps de refoulement avec un segment de piston pour réaliser une sépara- tion étanche entre la chambre de vaporisation et les autres espaces remplis de liquide t vaporiser Bien que le corps de refoulement déplaçable en fonction de la vaporisation -empêche dans ce cas l'échange de liquide entre la chambre de vaporisation et les autres espaces, le segment de piston provoque une hystérésis ou augmente celle-ci par suite de son frottement sur la paroi du cylindre. 25380-45 On connait par ailleurs, par le brevet suisse 479 809, un servomoteur dont la chambre de vaporisation chauffée électri- quement communique par un tube de liaison ouvert avec la chambre de travail, présentant un soufflet Ce servomoteur connu comporte un deuxième élément de chauffage électrique par lequel la chambre de travail est chauffée en permanence à puissance constante La suppression brusque de la phase vapeur serait ainsi impossible. L'inconvénient d'un tel servomoteur réside d'une part dans le coût - de fabrication plus élevé et d'autre part dans la consommation supplémentaire permanente d'énergie électrique. L'invention vise à créer un servomoteur électrothermique, de construction simple, qui empêche non seulement la condensation brusque mais aussi l'hystérésis provoquée par frottement. Selon l'invention on obtient ce résultat avec un servo- moteur du type indiqué au début, qui est caractérisé en ce qu'une chambre intermédiaire radiale à effet capillaire est ménagée entre l'élément formant capsule et le corps de refoulement et relie la chambre de vaporisation à la chambre de travail, laquelle est formée entre le c 8 té extérieur du soufflet et un autre élément formant capsule se raccordant au premier élément. La prévision de la chambre intermédiaire radiale sup- prime pratiquement le frottement qui existe jusqu'à présent entre le corps de refoulement et la paroi interne de l'élément capsule. Le dimensionnement de la chambre intermédiaire comme une liaison capillaire empêche dans une forte mesure l'échange de chaleur indésirable entre la chambre de vaporisation et la chambre de travail Le raccordement de l'autre élément formant capsule qui enveloppe le soufflet au premier élément formant capsule permet une construction compacte du servomoteur avec un volume de liquide aussi petit que possible, donc avec peu d'inertie, du fait que la chambre de vaporisation aussi bien que la chambre de travail peuvent se raccorder directement à la chambre intermédiaire radiale La durée de service du soufflet est plus longue puisqu'il est chargé maintenant extérieurement par la pression et non plus par l'intérieur De plus, dans une disposition o le soufflet est exposé extérieurement à la pression, la quantité de liquide à vaporiser peut être réduite davantage parce que l'élément formant capsule autour du soufflet peut être disposé à proximité immédiate des plis dirigés vers l'extérieur du soufflet La chambre intermé- diaire radiale formant capillaire apporte en outre l'avantage que le servomoteur travaille indépendamment de sa position ou de son orientation, du fait que le déplacement indésiré par gravité du liquide à vaporiser est rendu impossible. Le corps de refoulement peut être un corps creux De plus, le corps de refoulement et/ou au moins le premier élément formant capsule qui l'entoure peuvent être faits d'un métal de plus faible conductivité thermique, d'acier au nickel-chrome par exemple. On obtient ainsi un corps de refoulement solide demandant une faible quantité de matière, ce qui procure également une faible inertie thermique. Lorsque l'aire de section droite du corps de refoulement est égale à l'aire de section utile du soufflet, le déplacement axial du corps de refoulement entre la chambre de vaporisation et la chambre de travail ne s'accompagnera pas d'un refoulement de liquide à vaporiser à travers la chambre intermédiaire Ceci empêche avec certitude l'entrée de liquide dans la chambre de vaporisation lors du mouvement de rappel. Selon un mode de réalisation, la chambre de vaporisation est dimensionnée de manière que la quantité de liquide qu'elle contient soit juste suffisante pour produire la course totale de la tige lorsqu'elle est entièrement transformée en vapeur Ceci contribue à maintenir l'inertie thermique aussi faible que possible, du fait que la quantité de liquide à chauffer est ainsi maintenue minimale. La surface latérale du corps de refoulement peut être pourvue d'une couche antifriction et/ou de protubérances pour maintenir le frottement entre le corps de refoulement et -l'élément formant capsule aussi faible que possible, La chambre de vaporisation peut être chauffée par un élément chauffant électrique qui est disposé sur la surface latérale du premier élément formant capsule, dans la région voisine de la face extrême de cet élément Cet élément chauffant peut être dimensionné de manière qu'il entoure la chambre de vaporisation sur toute sa longueur à l'extension maximale de la tige et du corps de refoulement relié à elle La chambre intermédiaire peut être plus longue que la chambre de vaporisation à la grandeur maximale de cette dernière De cette manière' la chambre intermédiaire forme un circuit capillaire suffisamment long pour établir une sépara- tion thermique optimale entre la chambre de vaporisation et la c chambre de travail. Lorsque les faces extrêmes du corps de refoulement et du premier élément formant capsule sont bombées dans le même sens, on obtient une augmentation de la rigidité avec une quantité mini- male de matière et en même temps une chambre de vaporisation de volume minimal, ce qui augmente la vitesse de réponse du servo- moteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de la figure unique du dessin annexé, qui est une coupe axiale d'un servomoteur électrothermique selon l'invention. Le servomoteur représenté est logé dans un boitier 10 et comporte une tige de commande 14 qui traverse une bride de fixation 12 L'extrémité intérieure de la tige 14 est reliée à une plaque 16 La tige 14 est entourée d'un soufflet 18 situé entre la bride 12 et la plaque 16 Sur la tige 14 est enfilé en outre un ressort de rappel 20 s'appuyant d'un côté sur la plaque 16 et de l'autre sur la bride 12. Par son côté opposé au soufflet 18, la plaque 16 est solidarisée d'un corps -de refoulement cylindrique 22 qui est constitué dans cet exemple par un corps creux et dont la face extrême 24 éloignée de la plaque 16 est bombée vers l'extérieur Le corps de refoulement 22 est fait d'un matériau à faible conductivité thermique, d'acier au nickel-chrome par - exemple Le corps de refoulement 22 et le soufflet 18 sont montés dans une capsule dont un premier élément 26 entoure le corps 22 et dont un second élément 28 entoure le soufflet 18 Entre le premier élément cylindrique 26 de la capsule et le corps de refoulement 22 est formée une chambre intermédiaire radiale 30 formant capillaire Le second élément cylindrique 28 de la capsule possède un plus grand diamètre que le premier élément 26 car le soufflet 18 est dimensionné de manière que sa face utile corresponde à celle du corps de refoulement 22. Entre la face extrême bombée 24 du corps 22 et la face extrême 32 également bombée du premier élément de capsule 26 est formée une chambre de vaporisation 34 Le volume de cette chambre est variable parce que le corps 22 et avec lui le disque 16 et le soufflet 18 peuvent être déplacés, contre l'action du ressort de rappel 20, jusqu'à une position o la face extrême bombée 24 occupe la position désignée par 24 o Quand elle possède sa grandeur maximale, la chambre de vaporisation 34 occupe donc la zone désignée par 34 ' La chambre de vaporisation est entourée sur toute la longueur de cette grandeur maximale 34 ' par un élément chauffant électrique 36 qui est disposé sur la surface latérale du premier élément de capsule 26. La chambre de vaporisation 34, la chambre intermé- diaire 30 et une chambre de travail 38, formée entre la surface latérale extérieure du soufflet 18 et le second élément de capsule 28, sont remplis d'un liquide -à vaporiser 40 La capsule constituée des éléments 26 et 28 est soudée étanche à la bride de fixation 12 au point 42 A ce même point, le soufflet 18 est soudé étanche à la bride 12 respectivement au second élément de capsule 28 Le corps de refoulement 22 et le soufflet 18 sont en outre soudés étanches à la plaque 16, aux points 44. Les différents joints indiqués assurent que la chambre de vapori- sation 34, la chambre de travail 38 et la chambre intermé- diaire capillaire 30 qui les relie sont fermes tout autour vis-Aàvis de l'extérieur. La référence 46 désigne une zone d'isolation qui isole la chambre de vaporisation 34 ou 34 ' thermiquement de la chambre de travail 38 Le corps de refoulement creux 22 et au moins le premier élément de capsule 26 possèdent une très faible épaisseur de paroi, de sorte qu'ils permettent seulement un très faible flux-de chaleur h travers la zone d'isolation 46. La chambre de vaporisation 34 est dimensionnée de manière que la quantité de liquide qu'elle contient soit juste suffisante pour, quand elle est transformée en vapeur, produire le déplacement maximal de la tige 14, jusqu'à sa position désignée par 14 ' La surface latérale du corps 22 est pourvue d'une couche antifriction afin de maintenir aussi faible que possible un frottement possible entre ce corps et le premier élément de capsule 26 Il est possible aussi de disposer de petites protu- bérances non représentées sur la surface latérale du corps de refoulement 12 pour limiter le frottement h ces protubérances. Fonctionnement L'élément chauffant électrique 36 est alimenté en énergie électrique de façon progressivement et continûment variable par un régulateur à action progressive Le chauffage ainsi produit provoque l'évaporation du liquide dans la chambre 34, ce qui produit sur le corps 22 et le soufflet 18 une pression de vapeur qui les déplace, conjointement avec la tige 14 qui y est fixée, contre l'action du ressort de rappel 20, en direction des positions en pointillé 14 ' respectivement 24 ', jusqu'à ce qu'un équilibre soit atteint entre la pression établie dans la chambre de vaporisation 34 et la force du ressort de rappel 20. La course de la tige 14 dépend par conséquent de la puissance électrique appliquée à l'élément 36. Comme la section utile du soufflet 18 correspond à celle du corps 22, il ne se produit pas de déplacement de liquide entre la chambre de vaporisation 34 et la chambre de travail 38, à travers l'espace capillaire de forme annulaire 30, lorsque le corps 22 est refoulé par la pression de vapeur dans la chambre 34 De ce fait, lorsqu'il se produit ensuite un mouvement de rappel par suite de la diminution de la puissance de chauffage électrique, du liquide à vaporiser froid ne peut pas pénétrer 253 E 045 dans la chambre de vaporisation 34 La zone d'isolation 46 assure en outre que la perte de chaleur de la chambre de vapori- sation 34 ou 34 ' en direction de la chambre de travail 38 est très faible. Comme liquide à vaporiser, il est préférable d'utiliser, soit de l'eau, soit du trichlorfluorméthane. La construction décrite possède globalement un très faible volume de liquide à vaporiser, ce qui réduit l'inertie thermique du servomoteur à un minimum La vitesse de réponse du servomoteur décrit peut ainsi être rendue maximale. La particularité de cette construction est qu'il n'est pas nécessaire de prévoir un joint entre la chambre de vaporisation et la chambre de travail 38 et que, malgré cette absence de joint, il n'y a pratiquement pas de déplacement de liquide entre ces deux chambres lorsque le corps de refoulement 22 et le soufflet 18 sont déplacés. Bien que la face extrême 24 du corps 22 soit bombée vers l'extérieur dans l'exemple de réalisation représenté, il est également possible de la bomber vers l'intérieur Il importe cependant de bomber la face extrême 24 du corps 22 et la face extrême 32 de l'élément de capsule 26 dans le même sens afin d'obtenir une chambre de vaporisation 341 de dimension axiale relativement petite. REVENDICATIONS 1 Servomoteur électrothermique possédant une chambre de vaporisation ( 34) pouvant être chauffée, à volume variable et remplie de liquide à vaporiser, qui est formée entre la face extrême ( 32) d'un élément cylindrique ( 26) formant enveloppe ou capsule et la face extreme ( 24) d'un corps de refoulement cylin- drique ( 22) disposé mobile dans cet élément et fait d'un matériau conduisant moins bien la chaleur, le corps de refoulement ( 22) étant relié mécaniquement, en un point de jonction ( 44), à un soufflet ( 18) qui délimite une chambre de travail ( 38), également remplie de liquide à vaporiser ( 40), et auquel est reliée une tige de commande ( 14) chargée par un ressort de rappel ( 20), caractérisé en ce qu'une dhambre intermédiaire radiale ( 30) a effet capillaire est ménagée entre l'élément formant capsule ( 26) et le corps de refoulement ( 22) et relie la chambre de vaporisation ( 34) à la chambre de travail ( 38), laquelle est formée entre le côté extérieur du soufflet ( 18) et un autre élément ( 28 > formant capsule se raccordant au premier élément ( 26). 2 Servomoteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de refoulement ( 22) est un corps creux. 3 Servomoteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps de refoulement ( 22) et/ou au moins l'élément formant-capsule ( 26) mentionné en premier et entourant ce corps sont en un métal de plus faible conductivité thermique, par exemple en acier au nickel-chrome. 4 Servomoteur selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'aire de section droite du corps de refou- lement ( 22) est égale à l'aire de section utile du soufflet ( 18). Servomoteur selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre de vaporisation ( 34) est dimen- sionnée de manière que la quantité de liquide qu'elle contient soit juste suffisante pour assurer, lorsqu'elle est transformée en vapeur, le déplacement maximal ( 14 ') de la tige ( 14). 6 Servomoteur selon une des revendications précédentes, 2538 D 45 caractérisé en ce que la surface latérale du corps de refoulement ( 22) est pourvue d'une couche antifriction. 7 Servomoteur selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des protubérances sont disposées sur la surface latérale du corps de refoulement ( 22). 8 Servomoteur selon une des revendications précédentes,. caractérisé en ce qu'un élément chauffant électrique ( 36) est disposé sur la surface latérale de l'élément formant capsule ( 26) mentionné en premier, dans la zone voisine de la face extrême ( 32) de cet élément. 9 Servomoteur selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide à vaporiser ( 40) est de l'eau ou du trichlorfluorméthane. Servomoteur selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre intermédiaire radiale ( 30) à effet capillaire est plus longue que la chambre de vaporisation ( 34) à sa grandeur maximale ( 34 '). 11 Servomoteur selon une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que le corps de refoulement ( 22) et l'élément formant capsule ( 26) mentionné en premier sont bombés dans le même sens par leurs faces extrêmes.