Brevet FR2550849A1 — publié le 19850222

L'invention concerne un dispositif bistable hydraulique a variation-brusque de perte de charge permettant d'obtenir un allumage ou une extinction brusque en tout ou peu sur un mécanisme de commande gaz a membrane differentielle. On sait que l'une des solutions, la plus ancienne et la plus simple, pour commander l'arrivée du gaz a un brûleur à partir de l'apparition d'un debit d'eau minimum traversant un appareil de production instantanée d'eau chaude par le gaz consiste utiliser un clapet gaz dont l'ouverture est provoquée par le déplacement d'une membrane sur les faces opposees de laquelle on applique une difference de pression produite par le passage de l'eau a travers un orifice calibre ou un organe déprimogène tel qu'un tube venturi. Bien entendu, dans cette solution, la loi qui régit la levée de la membrane donc la levée du clapet contre la force antagoniste d'un ressort de rappel, est une loi continue et il est evident qu'au voinisage du seuil de débit d'eau qui équilibre la force de rappel du ressort du clapet, une variation infiniment faible du débit d'eau peut entrainer une levée infiniment faible du clapet et, par voie de conséquence, un debit gaz egalement infiniment faible et en tout cas inférieur au debit minimum qui permet l'allumage du brûleur. Naturellement, la zone de variation de débit d'eau qui permet d'obtenir des debits de gaz inférieurs au seuil de possibilité d'allumage est suffisamment étroite pour que, dans la pratique, on n'en ait jusqu'a présent pas tenu compte dans les normes. Cependant, avec 1 'évolution de la technologie des appareils du type a production instantanee d'eau chaude, le développement des appareils a puissance variable proportionnelle au débit d'eau, et le developpement de la régulation du chauffage, pièce par pièce, a l'aide des robinets thermostatiques de radiateur, on augmente considerablement la possibilité de voir des appareils, tels que des chau dières murales instantanées a gaz, fonctionner dans cette zone de débit d'eau entourant le seuil d'ouverture des clapets gaz commandés par membrane différentielle avec un risque accru de faire débiter par le brûleur, pendant des laps de temps non negligeables, un débit de gaz a l'air libre c'est- -dire non allume. Aussi, dans certaines normes relatives aux chaudières a gaz du type instantane, on voit apparaître une clause qui oblige prévoir un dispositif qui assure l'ouverture et la fermeture brusque du gaz au brOleur respectivement au-dessus et au-dessous dtune valeur fixe correspondant au débit minimum assurant l'allumage complet du broyeur. Ce dispositif, désigné parfois par l'appellation "dispositif Flip-Flop", équivaut a réaliser une ouverture et une fermeture brusque du gaz lors du franchissement dans un sens croissant et décroissant du débit d'eau de deux valeurs prédéterminées de ce débit d'eau. L'obligation d'un tel dispositif apporte une complication évidente dans la conception et la structure du mécanisme de commande de gaz de l'appareil. Habituellement, dans les réalisations actuelles, ce dispositif dit Flip-Flop utilise une solution mécanique basée sur l'emploi de disque ou de lame ressort métallique cloquant, c'est-a-dire, pouvant, sous un certain effort de poussée passer brusquement d'une forme A une forme B, ce dispositif étant généralement inséré dans la channe cinématique qui commande l'ouverture du clapet gaz a partir de la levée de la membrane différentielle eau. De tels dispositifs doivent obligatoirement être intégrés dans la partie gaz du mécanisme de l'appareil ou dans la partie valve a eau de ce même mécanisme ; il faut dont reconcevoir totalement le mécanisme gaz traditionnel et simple qui était auparavant utilisé pour pouvoir lui incorporer ce dispositif d'où un coût d'investissement et un prix de revient plus élevé de ce nouveau mécanisme. En outre, ces dispositifs mecaniques obligent à des tarages et des réglages nombreux, délicats et pas tellement fiables. On a également conçu et réalisé des dispositifs Flip-Flop utilisant des solutions hydrauliques dans lesquelles on fait varier brusquement la différentielle de pression appliquée a la membrane eau lorsque l'on franchit, dans un sens et dans l'autre, les valeurs correspondant aux débits minimum d'ouverture et de fermeture du clapet de commande du gaz au brûleur. De tels dispositifs sont également assez délicats a régler et sont difficilement stables dans le temps car ils dépendent de la variation des efforts de frottement de la tige coulissante étanche qui assure la liaison mécanique entre la levée de la membrane et la levée du clapet. Ils sont également sensibles aux impuretés véhiculées par l'eau en raison des faibles sections de passage d'eau mises en jeu dans ces dispositifs. La présente invention, applicable plus particulièrement aux chaudières de chauffage central domestique a gaz dérives de la technologie des appareils du type chauffe-eau instantanes a gaz, a pour objet de proposer un dispositif qui permet de réaliser la fonction "Flip-Flop" impose par les normes de maniere simple, fiable et sans qu'il soit nécessaire de modifier le mecanisme de commande de gaz déjà existant sur un appareil traditionnel. De plus, ce nouveau dispositif ne nécessite aucun réglage pour sa mise en oeuvre. Le nouveau dispositif selon l'invention repose sur l'idée de supprimer les efforts des variations lentes de débit d'eau de part et d'autre des valeurs préétablies de débit minimum nécessaire a l'allumage complet ou à l'extinction totale du brûleur grace au raccordement en série sur le cir d'eau de chauffage d'un dispositif qui accentue ces effets par l'introduction dans ledit circuit d'une perte de charge additionnelle a chaque fois que l'on franchit, -dans un sens ou dans l'autre- ces valeurs préétablies. Suivant une caractéristique principale de l'invention, ce dispositif, qui permet de réaliser une brusque variation de perte de charge dans le circuit de circulation de l'eau de chauffage, est constitué essentiellement par un corps de révolution, traverse de bas en haut par l'eau de chauffage, dans lequel on dispose coaxialement a son axe de révolution d'une part, deux disques diaphragme ou deux sections retrécies de profil approprié, séparés verticalement par une distance également appropriée, et d'autre part un flotteur d'un poids détermine présentant au moins un disque ou renflement circulaire et une section de plus faible diametre, séparés entre eux par une distance verticale au moins légerement inférieure a celle qui sépare les deux diaphragmes ou sections rétrécies du corps et pouvant, sous l'effet de la pesanteur, passer au travers des deux disques ou des deux sections rétrécies du corps du dispositif. Selon une caractéristiques particuliere de l'invention, la section du disque ou renflement supérieur du flotteur qui coopère avec la section du diaphragme ou de la section ré trécie supérieure du corps de révolution, est nettement plus grande que la section du disque ou renflement inférieur du flotteur qui coopere avec le diaphragme ou la section rétrécie inférieure du corps de révolution du dispositif, le rapport des valeurs de ces sections pouvant etre de l'ordre de 3 à 10. Selon une autre caractéristique de l'invention, pour un poids donné du flotteur, la section du disque ou du renflement supérieur dudit flotteur déterminera la valeur de la perte de charge du dispositif en position perte de charge minimum par la formule appropriez a p mini = , P étant le poids du flotteur, S étant la section supérieure, et la section du disque ou du renflement inférieur dudit flotteur déterminera la perte de charge du dispositif en position perte de charge maxi par la meme formule simple approchée : A p max = P, s etant la sec s tion inférieure. Selon également une autre caractéristique de la présente invention, les sections rétrécies supérieure et inférieure du corps de révolution s'étendent sur une certaine longueur dans le sens axial et présentent l'une ou l'autre, ou les deux, un profil légèrement conique, convergent dans le sens de l'écoulement pour faciliter le passage brusque de la position haute, correspondant a la perte de charge mini, a la position basse correspondant a la perte de charge maxi. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront maintenant de la description qui va suivre d'une forme de réalisation en référence aux dessins annexes qui représentent - figure 1 : une vue en coupe du dispositif a flotteur en position repos. - figure 2 : la même vue montrant le flotteur en position haute. Un corps creux de révolution 1 est incorporé dans un conduit 7 vertical dans lequel circule l'veau de chauffage. I1 peut être muni a cet effet de filetages 11 pour le vissage d'ecrous de raccordement non représentés. Coaxialement à l'axe de révolution de ce corps creux, et sensiblement en son milieu est prévue une section rétrécie 2 pre- sentant un profil approprié qui peut être également réalisée par la mise en place a l'intérieur du corps d'un disque ou anneau formant diaphragme. Une seconde section retrécie 3 est prévue egalement a la base du corps creux au niveau de l'embouchure du conduit 7. Selon l'axe de révolution du corps, une tige de guidage fixe 4 est maintenue par un croisillon de centrage 5 localisé au sommet du corps au niveau de l'embouchure de la partie haute du conduit 7. Un flotteur 8 d'un poids déterminé coulisse sur la tige 4 jusqu'à un anneau fendu d'arret 6 solidaire de la tige. Ce flotteur présente a la partie supérieure un renflement circulaire 9 dont le diametre est légèrement inferieur au diametre interieur de la section rétrécie 2. La partie inferieure 10 du flotteur a une forme cyjindrique d'un diamètre légèrement inferieur au diametre intérieur de la seconde section rétrécie 3. La distance verticale separant le renflement 9 de la base cylindrique 10 du flotteur 8 est au moins légèrement inférieure a la distance qui sépare les deux sections rétrécies 2 et 3 prévues sur le corps de révolution 1. La section du renflement 9 du flotteur 8 est nettement plus grande que la section cylindrique inferieure 10, dans un rapport pouvant être de l'ordre de 10 a 3. Le renflement présente aussi un profil légèrement convergent dans le sens de l'écoulement matérialisé par la fleche. En outre pour un poids donné du flotteur, la section du renflement 9 déterminera la valeur de la perte de charge du dispositif en position perte de charge minimum. Cette valeur est donnée par la formule simple appropriée P A p (mini) = , P étant le poids du flotteur et S la section supérieure. De la même façon la section cylindrique inferieure 10 déterminera la valeur de la perte de charge du dispositif en position perte de charge maximum. Cette valeur est donnée par la formule simple approchée a p (maxi) = P, s etant la section cylindrique inferieure. Enfin, on notera que l'on peut donner aux sections rétrécies supérieures et inférieures du corps de révolution, un profil légèrement conique, convergent dans le sens de l'écoulement. Le dispositif fonctionne de la façon suivante Quand il n'y a pas de débit d'eau dans le circuit 7, le flotteur 8 repose par son propre poids en partie basse sur l'anneau fendu d'arret 6. (cas de la figure 1). Quand il y a apparition d'un faible débit d'eau dans le conduit 7, inférieur au débit seuil pour lequel il y aurait ouverture du clapet gaz, une perte de charge s'établit au niveau de la section rétrécie 3 et la poussée qui en resulte sur le flotteur fait monter ce dernier jusqu'a ce que le renflement 9 affleure le niveau de la section rétrécie 2. Une nouvelle perte de charge additionnelle s'établit a ce niveau qui a pour effet de faire franchir brutalement le flotteur 8 au-dessus du renflement 9 comme on le voit a la figure 2. Cette variation brusque de perte de charge fait franchir nettement au débit d'eau la valeur seuil minimum pour laquelle il y a allumage complet du brûleur. Inversement dès que le debit d'eau pour lequel le brûleur est allumé se rapproche du débit seuil d'extinction, le flotteur franchit brutalement de haut en bas le renflement 9 et revient a la partie inférieure du corps 1. La nette diminution de débit qui en résulte entraine l'extinction franche du brûleur. La forme des profils du flotteur et des sections retrécies facilite le passage brusque du flotteur d'une position à l'autre de part et d'autre de la section rétrécie 2. Revendications. 1. Dispositif hydraulique a variation brusque de perte de charge pour appareils à gaz utilisant un mécanisme de com mande gaz à membrane differentielle caractérisé par le fait qu'il consiste en un moyen propre a transformer une varia tion lente de débit d'eau de part et d'autre de valeurs pré etablies en une variation brusque de ce même debit grace a l'introduction dans le circuit de circulation de l'eau de chauffage d'une variation brusque de perte de charge a chaque franchissement dans un sens ou dans l'autre de ces valeurs. 2. Dispositif hydraulique selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le moyen permettant de réaliser une brusque variation de perte de charge dans le circuit d'eau de chauf fage est constitué d'un corps creux (1) sensiblement cylin drique incorpore dans ledit circuit, muni d'une première section rétrécie (2) de profil approprie sensiblement au milieu dudit corps creux et d'une seconde section rétrécie (3) a sa base au niveau de ltembouchure du conduit (7), et par le fait qu'a l'intérieur dudit corps creux se trouve un flotteur (8) de poids détermine présentant a sa partie supérieure au moins un renflement circulaire (9) de diametre légèrement plus faible que le diamètre intérieur de la pre mi ère section rétrécie (2) , la hauteur du flotteur etant sensiblement égale ou légèrement inferieure a la distance séparant les deux sections retrécies. 3. Dispositif hydraulique selon la revendication 2 carac térisé par le fait que la section du renflement supérieur (9) qui coopère avec la section rétrécie superieure (2) du corps creux (1) est nettement plus grande que celle de la partie inférieure (10) du flotteur qui coopere avec la section rétrécie inférieure (3). 4. Dispositif hydraulique selon la revendication 2 caracté risé par le fait que le profil de la section rétrécie (2) et/ou celui du renflement superieur(9)du flotteur (8), est légèrement convergent dans le sens de l'écoulement.