Brevet FR2608717A1 — publié le 19880624

La présente invention concerne le domaine des dispositifs thermodoseurs de fluides. La présente invention concerne plus précisément un dispositif thermodoseur de fluides du type connu en soi comprenant une vanne mélangeuse trois voies possédant une première entrée qui reçoit un fluide chaud, une seconde entrée qui reçoit un fluide froid, une sortie par laquelle s'écoule le fluide mélangé et des moyens obturateurs réglables commandés par des moyens de contrôle pour modifier le rapport des débits de fluides chaud et froid afin d'obtenir une température de cons il gne en sortie. On a déjà proposé de nombreux dispositifs thermodoseurs de ce type. Un exemple de ces dispositifs est décrit et représenté dans le document FR-A-2 463 343. Comme le montre ce document, les moyens de contrôle des dispositifs thermodoseurs du type précité, jusqu'ici proposés, comprennent pour l'essentiel un capteur de température placé en aval des moyens obturateurs pour mesurer la température du fluide mélangé1 en sortie. Ces dispositifs ont déjà rendu de grands services, ndanmoins, ils présentent différents inconvénients dans le cadre de certaines applications. En particulier, le capteur de température mesurant la température en sortie, la réponse du système est assez lente. Par ailleurs, il est difficile de mesurer avec précision la température moyenne du fluide mélangé, sauf d placer le capteur à une grande distance des moyens obturateurs. En effet, à proximité immédiate des moyens obturateurs on obtient le plus souvent un mélange très imparfait des fluides chaud et froid. La présente invention vient maintenant améliorer la situation en proposant un dispositif thermodoseur-de fluides du type indiqué précédemment, caractérisé par le fait qu'il comprend deux capteurs de température placés en amont des moyens obturateurs pour mesurer respectivement la température du fluide chaud et la température du fluide froid, des moyens capteurs auxiliaires adaptés pour mesurer respectivement le débit de fluide chaud et le débit de fluide froid en amont des moyens obturateurs, et par le fait que les moyens de contrôle sont sensibles aux signaux issus des capteurs pour commander les moyens obturateurs sur la base du bilan calorifique résultant de ces signaux, afin d'obtenir la température de consigne souhaitée en sortie. Selon un premier mode de réalisation conforme à la présente invention, les moyens capteurs auxiliaires sont formés de deux débitmatres placés en amont des moyens obturateurs. Selon un second mode de réalisation conforme à la présente invention, lesDDyens capteurs auxiliaires comprennent deux capteurs de pression principaux, placés en amont des moyens obturateurs, pour mesurer la pression respectivement au niveau de la première entrée et de la seconde entrée, et un capteur de pression secondaire placé en aval des moyens obturateurs pour mesurer la pression en sortie. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels - la figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif thermodoseur de fluides conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention, et - la figure 2 représente une vue schématique d'un dispositif thermodoseur de fluides conforme à un second mode de réalisation de la présente invention. On va dans un premier temps décrire le dispositif thermodoseur conforme au premier mode de réalisation ae la présente invention, illustré sur la figure 1. On aperçoit sur cette figure 1 le corps 10 d'une vanne mélangeuse trois voies. Cette vanne mélangeuse trois voies comprend une première entrée 12 et une seconde entrée 14 qui reçoivent respectivement un fluide chaud et un fluide froid. La vanne mélangeuse 10 comprend éaalement une sortie 16 par laquelle s'écoule le fluide mélangé. Comme illustré sur la figure 1 annexée, des conduits 62, 64, 66 peuvent être raccordés, par exemple par vissage sur les entrées et sortie 12, 14, 16 précitées de la vanne. Des joints toriques 63, 65, 67 assurent l'étanchéité entre ces conduits 62, 64, 66 et les entrées ou sortie 12, 14, 16 associées de la vanne. La vanne mélangeuse 10 comprend également des moyens obturateurs 30. Leur structure sera décrite plus en détail par la suite. De nombreuses dispositions de vanne mélangeuse trois voies 10 répondant à la définition qui précède ont déjà été proposées. Pour cette raison, on ne décrira pas dans le détail la structure de la vanne mélangeuse 10 illustrée sur la figure 1 annexée. On va néanmoins rappeler dans les grandes lignes la structure de celle-ci. L'entrée 12 communique avec une chambre 22. L'entrée 14 communique avec une chambre 24. Les chambres 22 et 24 sont séparées par un voile médian 26. Les chambres 22 et 24 sont d'une façon générale cylindriques de révolution autour d'un axe 31 qui s'étend perpendiculairement au voile 26 et qui est coaxial à la sortie 16. Les chambres 22 et 24, sur leur surface 23, 25 dirigée vers le voile 26 et perpendiculaire à l'axe 31, définissent des sièges qui coopèrent avec l'obturateur 30. Celui-ci, pour l'essentiel, comprend un manchon cylindrique centré sur l'axe 31. Ce manchon coulisse dans un alésage 27 ménagé dans le voile 26. Le voile 26 possède dans son épaisseur une rainure annulaire qui loge un joint torique 28. Le joint torique 28 assure l'étanchéité entre le voile 26 et l'obturateur 30. L'obturateur 30 est déplacé par des moyens d'entraînement 40. Là encore, de nombreuses dispositions de moyens d'entraînement 40 susceptibles de déplacer l'obturateur 30 ont déjà été proposés. Pour cette raison, on ne décrira pas le détail les moyens d'entrainement 40 illustrés sur la figure 1. Néanmoins, pour l'essentiel ces moyens d'entraf- nement 40 comprennent un moteur 41, un réducteur à engrenage 42, une tige filetée 45 et une tige de commande 46. Le réducteur d engrenage 42 comprend deux pignons associés 43, 44. Le moteur, par exemple un moteur à courant continu, entraîne le pignon 43. La tige filetée 45 est solidaire du second pignon 44. Elle est immDbilisée à translation par rapport au corps 10 de vanne nais bien sûr libre de rotation pour suivre les mouvements du second pignon 44. La partie filetée de la tige 45 vient en prise avec un alésage taraudé ménagé dans la tige de commande 46. Cette dernière est immobilisée à rotation mais guidée à translation parallèlement à l'axe 31 par des coussinets 47. Par ailleurs, la tige de commande 46 est fixée, par exemple par vissage, au manchon obturateur 30. Plus précisément, la tige de commande 31 est fixée sur un moyeu ajouré 36 ou des rayons solidaires de la chambre interne du manchon obturateur 30. Les moyens d'entraînement 40 qui viennent d'être décrits sont partés par un chapeau 50. Celui-ci est vissé sur le corps de la vanne 10. Un joint torique 52 assure l'étanchéité entre le chapeau 50 et le corps de vanne 10. Un joint torique 54 assure l'étanchéité entre le corps de vanne 10 et la tige de commande 46. La sortie 16 débouche dans la chambre 22 qui communique avec l'entrée 12. Ainsi, lorsque le manchon obturateur 30 est en position médiane, c'est-à-dire écarté de chacun des deux sièges 23, 25, le fluide chaud qui pénètre par l'entrée 12 s'écoule entre le siège 23 et la surface extrême annulaire 34 du manchon obturateur 30. De même le fluide froid qui pénètre dans la vanne mélangeuse 10 par l'entrée 14 s'écoule entre le siège 25 et la surface annulaire extrême 32 au manchon obturateur 30. De là, le fluide froid s'écoule au milieu du manchon obturateur 30 et parvient à la sortie 16. Par contre, lorsque les moyens d'entraînement 40 déplacent le manchon obturateur 30 dans l'une de ses positions extrêmes, l'une des surfaces annulaires d'extrémité 32, 34 vient reposer contre l'un des sièges associés 23 ou 25. Lorsque la surface annulaire 32 du manchon obturateur 30 repose contre le siège 25 le fluide froid provenant de l'entrée 14 ne peut pénétrer à l'intérieur du manchon obturateur 30 et ne peut donc s'écouler vers la sortie 16. De façon similaire lorsque la surface annulaire 34 vient reposer contre le siège 23 le fluide chaud provenant de l'entrée 12 ne peut s'écouler vers la sortie 16. Par ailleurs, le dispositif thermodoseur conforme à la présente invention, selon le premier mode de réalisation illustré sur la figure 1, comprend deux capteurs de température 70, 72 et deux capteurs de débit 74, 76. Les capteurs de température 70, 72 sont placés respectivement sur les entrées 12 et 14 pour mesurer la température du fluide chaud et la température du fluide froid. Les capteurs de débit 74, 76 sont placés également respectivement sur les entrées 12 et 14 pour mesurer le débit du fluide chaud et le débit du fluide froid. L'ho;nme de l'art reconnaîtra sur la figure 7 le dessin de débit-mètres électromagnétiques. La structure de ces débit-mètres, connue en soi ne sera pas décrite par la suite. Il peut s'agir par exemple de débit-mètres électromagnétiques vendus par la Société KROHNE sous les références DEF 200 ou F 200. Les débit-mètres 74 et 76 pourront prendre d'autres formes. Il pourra par exemple s'agir de débitmètres mécaniques, débit-mètres aux ultrasons ou toutes autres variantes appropriées. Les signaux générés par les capteurs de température 70, 72 et les capteurs de débit 74, 76 sont appliqués à des moyens de contrôle 80. Ces derniers comprennent un dispositif 82 permettant le réglage d'un point de consigne. Selon l'invention pour obtenir une température de consicr.e en sortie les moyens de contrôle 80 commandent le moteur 41 pour déplacer le manchon obturateur 30 de telle sorte que le débit de fluide chaud et le débit de fluide froid respectent la loi de proportionnalité : (1) Qc = K.Qf dans la laquelle - Qc représente le débit de fluide chaud, - Qf représente le débit de fluide froid, et (2 > K Tm - Tf Tc - Tm - Tm représente la température de consigne recherchée en sortie, - Tc représente la température du fluide chaud, en entrée, et Tf représente la température du fluide froid en entrée. Ces équations sont établies sur la base du bilan calorifique résultant des signaux issus des capteurs. En effet, pendant l'unité de temps on peut écrire (4) Qc.Tc + Qf.Tf = (Qc + Qf)Tm soit (5) Qc = Tm - Tf = Qf - Tc - Tm La relation (5) ci-dessus permet d'aboutir à la relation (1) précitée définissant la loi de proportionalité entre le débit du fluide chaud et le débit du fluide froid. La température Tm de consigne est imposée par l'opérateur par actionnement de l'organe 82. La température Tc du fluide chaud et la température Tf du fluide froid sont déterminées par les capteurs de mesure 70, 72. Dans ces conditions, le facteur K utilisé pour la régulation est parfaitement déterminé. On va maintenant décrire le second mode de réalisation conforme à la présente invention illustré sur la figure 2. Les éléments de ce second mode de réalisation, qui sont identiques au premier mode de réalisation illustré sur la figure 1 et précédemment dscrits porteront des références identiques. Pour l'essentiel, on reconnaît sur la figure 2 le corps 10 d'une vanne mélangeuse trois voies, un obturateur 30 associé à des moyens d'entrainement 40, des capteurs de tewsérature 70,72 associés aux entrées 12 et 14 et des moyens de contrôle 80. Cependant, selon le second mode de réalisation, il n'est par prévu de capteurs de débit 74, 76. Ces derniers sont remplacés par des capteurs de pression. Plus précisément, selon le second mode de réalisation illustré sur la figure 2, il est prévu deux capteurs de pression principaux 90, 92 placés en amont de l'obturateur 30 pour mesurer la pression respectivement au niveau de la première entrée 12 et de la seconde entrée 14. Il est de plus prévu un capteur de pression secondaire 94 placé en aval de l'obturateur 30 pour mesurer la pression en sortie. Là encore, les signaux issus des capteurs 70, 72, 90, 92 et 94 sont appliqués aux moyens de contrôle 80. Pour obtenir une température de consigne en sortie, ces moyens de contrôle 80 commandent le moteur 41 afin de dés la cer l'obturateur 30 de telle sorte que les pressions mesurées par les capteurs de pression 90, 92 et 94 respectent ia loi de proportionnal.ité (3) Pc - Pm = K2 K2(Pf - Pm) dans laquelle - Pc représente la pression du fluide chaud, sur l'entrée 12, détectée par le premier capteur de pression 90, - Pf représente la pression du fluide froid sur l'entrée 14, détectée par le second capteur de pression 92, - Pm représente la pression sur la sortie 16, détectée par le capteur de pression 94, et (2) K = Tm - Tf Tc - Tm - Tm représente la température de consigne recherchée en sortie déterminée par l'organe 82, - Tc représente la température du fluide chaud, sur l'entrée 12, mesurée par le capteur 70, et - Tf représente la température du fluide froid, sur l'entrée 14, mesurée par le capteur 72. Le débit de fluide chaud est proportionnel à la racine carrée de la différence entre la pression d'entrée et la pression de sortie soit dans laquelle C1 représente un facteur de proportionnalité. De même, le débit du fluide froid est déterminé par la relation dans laquelle C2 représente également un facteur de proportionnalité. Les géométries des deux sièges 23, 25 et des deux surfaces d'extrémité 32, 34 du manchon obturateur 30 étant respectivement identiques, les coefficients C1 et C2 ont le même comportement. De là, le bilan calorifique s'écrit on obtient alors La relation (9) ci-dessus permet d'aboutir à la relation (3) précitée. Le dispositif thermodoseur conforme à la présente invention a en particulier pour avantage de présenter une réponse très rapide. Le résultat de la régulation ne dépend que de la précision des capteurs et des moyens de contrôle 80. Le dispositif thermodoseur conforme à la présente invention n'est pas tributaire de la qualité du mélange obtenu en aval immédiat de l'obturateur 30. Il présente de plus une stabilité bien supérieure à celle des dispositifs classiques. Bien entendu le dispositif thermodoseur conforme à la présente invention n'est pas limité aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. En particulier, on notera que les capteurs, qu'il s'agisse de capteurs de température, de pression, ou de débit, peuvent être installés soit sur le corps 10 de la vanne mélangeuse lui-même, soit sur les conduits 62? 64, 66 raccordés à la vanne. -REVENDICATIONS 1. Dispositif thermodoseur de fluides du type comprenant une vanne mélangeuse trois voies (10) possédant une première entrée (12) qui reçoit un fluide chaud, une seconde entrée (14) qui reçoit un fluide froid, une sortie (16) par laquelle s'écoule le fluide mélangé, et des moyens obturateurs (30) réglables commandés par des moyens de contrôle (80) pour modifier le rapport des débits de fluides chaud et froid afin d'obtenir une température de consigne en sortie, caractérisé par le fait qu'il comprend deux capteurs de températures (70, 72) placés en amont des moyens obturateurs (30) pour mesurer respectivement la température du fluide chaud et la température du fluide froid, des moyens capteurs axî- liaires (74, 76 ; 90, 92, 94) adaptés pour mesurer respectivement le débit de fluide chaud et le débit de fluide froid en amont des moyens obturateurs (30) , et par le fait que les moyens de contrôle (80) sont sensibles aux signaux issus des capteurs, pour commandeur les moyens obturateurs (30) sur la base du bilan calorifique résultant de ces signaux afin d'obtenir la température de consigne en sortie. 2. Dispositif thermodoseur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens capteurs auxiliaires sont formés de deux débitmètres (74, 76) placés en amont des moyens obturateurs (30). 3. Dispositif thermodoseur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens capteurs auxiliaires comprennent deux capteurs de pression principaux (90, 92) placés en amont des moyens obturateurs (30) pour mesurer la pression respectivement au niveau de la première entrée (12) et de la seconde entrée (14), et un capteur de pression secondaire (94) placé en aval des moyens obturateurs pour mesurer la pression en sortie. 4. Dispositif thermodoseur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les moyens de contrôle (80) commandent les moyens obturateurs (30) de telle sorte que le débit de fluide chaud et le débit de fluide froid respectent la loi de proportionnalité (1) Qc = K.Qf dans laquelle - Qc représente le débit de fluide chaud, - Qf représente le débit de fluide froid1 et (2) K = Tm-Tf où Tc - Tm - Tm représente la température de consigne recherchée en sortie, - Tc représente la température du fluide chaud, en entrée, et - Tf représente la température du fluide froid en entrée. 5. Dispositif thermodoseur selon lune des revendications 1 ou 3, caractérisé par le fait que pour obtenir une température de consigne en sortie les moyens de contrôle (80) commandent les moyens obturateurs de telle sorte que les pressions mesurées par les moyens capteurs auxiliaires (90, 92, 94) respectent la loi de proportionnalité (3) Pc - Pm = Ka(Pf - Pm) dans laquelle - Pc représente la pression du fluide chaud en entrée, détectée par un premier capteur de pression principal, - Pf représente la pression du fluide froid en entrée, détectée par un second capteur de pression principal, - Pm représente la pression en sortie, détectée par le capteur de pression secondaire, et (2) K = Tm - Tf où Tc - Tm - Tm représente la température de consigne recherchée en sortie, - Tc représente la température du fluide chaud, en entrée, et - Tf représente la température du fluide froid en entrée. 6. Dispositif thermodoseur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que tous les capteurs (70, 72 ; 74, 76 ; 90, 92, 94) sont placés sur le corps (10) de la vanne mélangeuse. 7. Dispositif thermodoseur selon l'une des vendicaitons 1 à 6, caractérisé par le fait que les moyens de contrôle (80) agissent sur un moteur (41) qui déplace les moyens obturateurs.