Brevet FR2655440A1 — publié le 19910607

La présente invention a trait à un dispositif de moteur de régulation thermique et à son procédé de fonctionnement, permettant de régler d'une f aron permanente la température dans une enceinte pouvant contenir soit des liquides, soit des solides, cette enceinte étant du type isotherme La source d'énergie thermique est, dans ce cadre, indépen- dante de la présente invention. Pour de nombreux transports on utilise des engins frigori- fiques nécessitant soit une énergie embarquée du type accumulateurs électriques, soit des engins présentant un groupe électrogène puissant La régulation thermique dans ce type d'engin est assurée par un thermostat dont le signal de la sonde commande une vanne électromagnétique qui assure la fermeture du circuit frigorifique ou chauf- fant de l'engin. Dans d'autres systèmes, le signal de la sonde commande la mise en marche d'un moteur qui ouvre ou ferme des volets mobiles, bloquant aussi la circulation de gaz ou de liqui- de de refroidissement Ces systèmes, par exemple dans le cas de conteneurs frigorifiques employés dans le tran sport l aérien, sont munis de piles électriques Etant donné que ces piles travaillent danse'un milieu agressif et humide, les contacts sont souvent défectueux. On sait qu'il est réalisé des systèmes frigorifiques qui ne nécessitent aucune énergie pendant leur utilisation, tel que celui décrit dans le brevet FR 80/18797, ainsi que des systèmes à adsorption d'ammoniac sur du chlorure de calcium ou eau/chlorure de lithium, ainsi que des systèmes contenant, par exemple, de la glace hydrique, de la glace carbonique, de l'azote liquide ou des plaques eutectiques, et o la régulation de la température de l'enceinte frigo- rifique se fait par ouverture ou fermeture du volet séparant l'enceinte o se trouve le produit à conserver de l'enceinte o se trouve le produit fournissant l'énergie thermique. Cependant, l'utilisation de produits chimiques tels que ceux cités plus haut présente l'inconvénient majeur qu'ils sont corrosifs et abîment les différents systèmes et, de ce fait, leur mécanisme. La présente invention a pour objet de pallier à ces incon- vénients en créant un nouveau dispositif de moteur de ré- gulation thermique fonctionnant sans énergie Seule la ré- gulation exige une énergie, mais elle n'est pas l'objet de l'invention. Le dispositif de moteur de régulation thermique selon l'invention est caractérisé en ce qu'il est constitué d'un boîtier muni d'un premier système opercules-membrane, associé à une vanne, elle-même constituée d'un second système opercules-membrane disposée à l'intérieur d'au moins deux conduites dans lesquelles circule le fluide 3 - 1 frigorigène, les deux systèmes opercules-membrane étant reliés entre eux par une même tige solidaire d'un système de commande faisant saillie hors du bottier. De façon préférentielle, et pour assurer une prise de tem- pérature de l'enceinte, le dispositif de moteur de régula- tion thermique est constitué d'un bulbe disposé à l'inté- rieur de l'enceinte, relevant la température intérieure de l'enceinte de façon à agir sur le dispositif moteur. Selon un autre mode particulier de réalisation de l'inven- tion, le boîtier est constitué de deux chambres, à savoir une chambre principale dans laquelle est disposée une chambre secondaire, ladite chambre secondaire étant cons- tituée par le volume qui est délimité par deux opercules et par une membrane, ladite membrane étant une paroi sou- ple, et ladite chambre secondaire contient un gaz de sorte que, d'un côté de cette paroi, c'est-à-dire dans la chambre secondaire, on maintient la pression atmosphérique et, de l'autre côté, c'est-à-dire dans la chambre princi- pale, on maintient une pression de gaz qui, à la tempéra- ture de fonctionnement, a une pression totale de vapeur égale à la pression atmosphérique. Préférentiellement, la pression du gaz, ayant une pression totale de vapeur égale à la pression atmosphérique, est déterminée par la température du point le plus froid de l'enceinte, cette température étant relevée par le bulbe. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, la vanne est constituée de deux opercules et d'une membra- ne souple. Selon un autre mode particulier de réalisation de l'inven- 4 - 1 tion, la tige est fixée de façon étanche d'une part sur l'opercule du boîtier et, *'autre part, sur l'opercule de la vanne. Selon un autre mode particulier de réalisation de l'inven- tion, deux des opercules des deux systèmes opercules-mem- brane sont fixés au boîtier de façon étanche. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, un ressort est disposé autour de la partie supérieure de la tige, de façon à faire face aux variations d'altitude et à une petite variation du point de consigne. Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, un excentrique solidaire du boîtier est fixé au sommet de la tige, ledit excentrique n'assurant, par une demi-rotation, que la position fermée de la vanne. De façon préférentielle, le gaz contenu à l'intérieur de la chambre principale du boîtier assure l'ouverture ou la fermeture de la vanne suivant la température de l'enceinte et, par conséquent, suivant sa pression par rapport à la pression atmosphérique de la chambre secondaire. Suivant la température à maintenir dans l'enceinte, le gaz utilisé est: pour une température de pour une température de pour une température de pour une température de pour une température de pour une température de pour une température de 250 C, 240 C, Q O çc + 120 C, + 160 C, + 783 C + 1000 c, du fréon 12, du chlorure de méthyle, du butane pur, du chlorure d'éthyle, du bromure d'éthylène, de l'alcool éthylique, de l'eau, 1 chacun de ces produits, utilisé en tant que gaz, étant sous forme vapeur. De façon facultative, un appareil de mesure avec enregis- trement mécanique ou électrique mesure en permanence la pression dans l'enceinte à régler, la pression de gaz servant alors de mesure de la température de l'enceinte. La présente invention concerne aussi le procédé de fonc- tionnement du dispositif de moteur de régulation thermi- que. Le procédé de fonctionnement du dispositif de moteur de régulation décrit ci-dessus, comportant un bottier, constitué d'un système operculesmembrane, associé à une vanne, elle-même constituée d'un système opercules-membra- ne, est caractérisé en ce que la vanne ouvre ou ferme le passage de fluide frigorigène suivant la température de l'enceinte. Si la température est supérieure à 00 C, la vanne ouvre le passage de circulation du fluide frigorigène qui circule. A l'inverse, si la température est inférieure à 00 C, la vanne ferme le passage de circulation du fluide frigorigè- ne qui ne circule plus. La présente invention est décrite ci-après de façon plus détaillée, en s'appuyant sur la figure jointe en annexe. La figure unique représente le dispositif de moteur de ré- gulation thermique d'une enceinte frigorifique. Selon la figure, le dispositif de moteur de régulation thermique 1 règle la température d'une enceinte frigorifi- que Ce dispositif est constitué d'un bottier 2 muni d'un 6 - 1 système opercules-membrane, d'une vanne 3, elle aussi constituée d'un système opercules-membrane, et d'un bulbe 4. Les deux systèmes opercules-membrane sont reliés l'un à l'autre par une même tige 5 d'un système de commande 6 faisant saillie hors du boîtier 2 La tige 5 correspond à l'arbre de transmission permettant le mouvement linéaire du moteur. Le bulbe 4 est disposé dans l'enceinte frigorifique dans laquelle il relève la température Il est relié au dispo- sitif moteur. Le boîtier 2 est constitué d'une chambre principale 7 et d'une chambre secondaire 8 La chambre secondaire 8 est formée de deux opercules 9 et 10 et d'une membrane 11 ou paroi souple Elle contient un gaz qui se trouve à la pression atmosphérique A l'inverse, la chambre principale 7 contient un gaz tel que, par exemple, du butane Un des objets de l'invention est de maintenir d'un c 8 té, c'est-à- dire dans la chambre secondaire 8, la pression atmosphéri- que, et de l'autre côté, c'est-à-dire dans la chambre principale 7, une pression de gaz ayant, à la température de fonctionnement de l'enceinte frigorifique, laquelle température doit être réglée, une pression totale de vapeur égale à la pression atmosphérique. La vanne 3 est formée de deux opercules 12 et 13 et d'une membrane 14, ou paroi souple. La tige 5 présente au niveau de sa partie supérieure un ressort 15 permettant de faire face aux variations d'al- titude et de maintenir l'état physique de la paroi souple 11 qui subit régulièrement des différentiels de pression entre la chambre principale 7 et la chambre secondaire 8. Un excentrique 16 est fixé, au sommet de la tige 5; il peut assurer un blocage de la vanne 3 en position fermée uniquement (en traits interrompus sur le dessin). La vanne 3 est disposée à l'interconnexion de deux conduites 17 et 18, la conduite 17 étant dirigée vers l'eau et la conduite 18 vers la zéolithe, lesdites condui- tes 17, 18 assurant le passage du fluide frigorigène. La conduite 17 présente un palier 19 sur lequel vient buter l'opercule 13 de la vanne 3 en fonctionnement. La tige 5 est fixée de façon étanche sur l'opercule 10 et sur l'opercule 13 Les deux autres opercules 9 et 12 sont fixés de façon étanche sur le bottier 2. Après avoir décrit ci-dessus le dispositif, on peut expli- quer maintenant son procédé de fonctionnement. L'intérêt principal de l'invention est de maintenir un équilibre entre la pression atmosphérique de la chambre secondaire 8 et la pression totale de vapeur d'un gaz con- tenu dans la chambre principale 7, égale à la pression at- mosphérique, de façon à maintenir en permanence la tempé- rature prédéterminée de l'enceinte frigorifique La pres- sion totale de vapeur du gaz contenu dans la chambre principale 7 est déterminée par la température relevée par le bulbe 4 qui est disposé dans l'enceinte frigorifique. Pour faciliter la compréhension du fonctionnement du pro- cédé de l'invention, un exemple de réalisation est décrit -8- l ci-après. Dans l'exemple on utilise le moteur comme vanne de régula- tion à grande ouverture de passage dans le cas d'une uti- lisation sur un ensemble zéolithe-eau, ensemble décrit dans le brevet FR 80/18797 La température de référence dans l'enceinte qu'on souhaite réguler est d'environ 00 C. La figure unique représente une vanne permettant le trans- fert de 200 à 300 g d'eau à une pression comprise entre 4 et 8 millibars, ce qui représente des volumes gazeux de l'ordre de 50 m 3/heure. L'intérieur de la chambre secondaire 8 est mis à la pres- sion atmosphérique par l'intermédiaire de l'orifice 20. Le diamètre de l'opercule 10 est de l'ordre de 80 mm, celui de l'opercule 13 de 20 mm, lorsque du butane est disposé dans la chambre principale 7 Lorsque le bulbe 4 affiche une température de + 40 C la pression du butane dans la chambre principale 7 est de l'ordre de 1,25 bar A l'inverse, la pression dans la chambre secondaire 8, laquelle chambre est à la pression atmosphérique, est donc de 1 bar Une force de l'ordre de 10 newtons entraîne donc l'ouverture de la vanne 3. La vanne 3 est alors ouverte et le fluide frigorigène peut circuler L'enceinte commence à se refroidir. Lorsque l'écart est de 1 çC, la force est de l'ordre de 2,5 newtons. A l'équilibre, c'est-à-dire lorsque le bulbe affiche 00 C, l'effet de ressort de la membrane 14 ferme la vanne 3 car la pression de la chambre principale 7 est égale à celle 9 - l de la chambre secondaire 8 Le ressort 15 assure la ferme- ture de la vanne. Ainsi, la réfrigération de l'enceinte frigorifique ne fonctionne plus. Si la température affichée par le bulbe 4 dépasse de nou- veau 00 C, la vanne 3 s'ouvre, et ainsi de suite. La vanne 3 ne peut être bloquée qu'en position fermée par une demi rotation de l'excentrique 16. Ce système de régulation thermique est surtout utilisé pour le transport de produits frais dont on souhaite con- server la fraîcheur pendant la période de transport ( 12 à 24 heures) Il peut aussi être utilisé pour le maintien d'une température de réfrigération dans des entrepôts fri- gorifiques de stockage. Il existe d'autres applications dans le génie chimique, et plus particulièrement en pétrochimie et dans l'industrie chimique, pour commander et régler les soupapes de sécuri- té disposées au niveau des colonnes de distillation par exemple. - 1 R e v e N d i c a t i o N s 1 Dispositif de moteur de régulation thermique d'une enceinte, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un bottier ( 2) muni d'un premier système opercules- membrane associé à une vanne ( 3) elle-même constituée d'un second système opercules-membrane, disposée à l'intérieur d'au moins deux conduites ( 17, 18) dans lesquelles circule le fluide fri- gorigène, les deux systèmes opercules-membrane étant reliés entre eux par une tige ( 5) solidaire d'un système de commande faisant saillie hors du bottier ( 2). 2 Dispositif de moteur de régulation thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un bulbe ( 4) disposé à l'intérieur de l'enceinte et relevant la température intérieure de l'enceinte de façon à agir sur le dispositif moteur ( 1). 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier ( 2) est constitué de deux chambres: une chambre principale ( 7) dans laquelle est disposée une chambre secondaire ( 8), ladite chambre secondaire ( 8) étant constituée par le vo- 11 - L lume délimité par deux opercules ( 9, 10) et une membrane ( 11), ladite membrane étant une paroi souple, et contenant un gaz de telle sorte que, de part et d'autre de cette paroi, on maintient d'un côté, dans la chambre secondaire ( 8), la pression atmosphérique et, de l'autre côté, dans la chambre principale ( 7), une pression de gaz ayant, à la température de fonctionnement, une pression totale de va- peur égale à la pression atmosphérique. 4 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pression du gaz ayant une pression totale de vapeur égale à la pression atmosphérique est déterminée par la température du point le plus froid de l'enceinte, tempéra- ture relevée par le bulbe ( 4). Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, carac- térisé en ce que la vanne ( 3) est constituée de deux oper- cules ( 12, 13) et d'une membrane souple ( 14). 6 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, carac- térisé en ce que la tige ( 5) est fixée de façon étanche, d'une part, sur l'opercule ( 10) du boîtier ( 2) et, d'autre part, sur l'opercule ( 13) de la vanne ( 3). 7 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, carac- térisé en ce que les opercules ( 9, 12) sont fixés de façon étanche sur le bottier ( 2). 8 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, carac- 12 - l térisé en ce qu'un ressort ( 15) est disposé autour de la partie supérieure de la tige ( 5). 9 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, carac- térisé en ce qu'un excentrique ( 16) solidaire du bottier ( 2) est fixé au sommet de la tige (:5). Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'excentrique ( 16) n'assure que la position fermée de la vanne ( 3). 11 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, ca- ractérisé en ce que le gaz contenu à l'intérieur de la chambre principale ( 7) du bottier ( 2) assure l'ouverture ou la fermeture de la vanne ( 3) suivant la température de l'enceinte et, par conséquent, suivant sa pression par rapport à la pression atmosphérique de la chambre secon- daire ( 8). 12 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le gaz utilisé est pour une température de 250 C, du fréon 12, pour une température de 240 C, du chlorure de méthyle, pour une température de O çC, du butane pur, pour une température de + 120 C, du chlorure d'éthyle, pour une température de + 160 C, du bromure d'éthylène, pour une température de + 780 C O de l'alcool éthylique, pour une température de + 1000 C, de l'eau, chacun de ces produits, utilisé en tant que gaz, étant sous forme vapeur. 13 - l 13 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, ca- ractérisé en ce qu'un appareil de mesure avec enregistre- ment mécanique ou électrique mesure en permanence la pression dans l'enceinte à: réguler, la pression de gaz servant alors de mesure de la température de l'enceinte. 14 Procédé de fonctionnement du dispositif moteur de régulation selon l'une quelconque des revendications pré- l O cdentes, comportant un boîtier muni d'un premier système operculesvanne, associé à une vanne elle-même constituée d'un système operculesvanne, caractérisé en ce que la vanne ( 3) ouvre ou ferme le passage de fluide frigorigène suivant la température de l'enceinte. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que la vanne ( 3) ouvre le passage de circulation de fluide frigorigène lorsque la température de l'enceinte est supé- rieure à OçC. 16 Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que la vanne ( 3) ferme le passage de circulation de fluide frigorigène lorsque la température de l'enceinte est infé- rieure à 00 C.