Brevet FR2715208A1 — publié le 19950721

CLAPET RESSORT POUR FLUIDE I1 existe dans l'industrie des fluides, des applications et processus qui nécessitent des matériels appelés vannes thennostatiques de débit, amortisseurs de variation de pression, clapets anti retour, clapets de sécurité, calorstat, etc... La fonction d'un tel appareil se résume à la commande d'un élément de fermeture (rondelle, bille, pointeau) afin d'agir sur le débit de fluide qui le parcourt. Tous ces matériels ont un élément commun : I'élément de fermeture. n permet l'obturation du circuit de fluide, liquide ou gazeux. Ces éléments d'obturation sont, dans la majeure partie des cas, rappelés ou maintenus par un ressort. De multiples applications existent comme par exemple l'utilisation en soupape thermostatique (elle s'ouvre ou se ferme lorsque la température mesurée atteind la consigne) ou calorstat utilisé dans l'automobile, clapet anti retour, clapet de sécurité, etc... Dans la majorité de ces éléments fonctionnels, il existe au moins trois éléments : I'élément d'obturation, le ressort de rappel et le support de montage. D'autre part, tous ces éléments d'obturation sont centrés dans le conduit du fluide et obligent ainsi le fluide à passer autour de ces éléments, ce qui induit une section utile de passage très importante (diamètre du conduit de fluide important). L'ensemble monté présente un dispositif fonctionnel intégrable dans le circuit de cheminement du fluide. La présente invention consiste à lier la fonction d'obturation, la fonction de rappel et le support de montage, et ce par l'emploi d'un clapet ressort (1). n s'agit d'un clapet ressort (1) pour fluide liquide ou gazeux inséré dans une conduite (2) caractérisé en ce que la commande de l'écoulement est assuré par la variation de l'écartement des spires et que l'écoulement se fait entre les spires. Cette variation peut aller de l'absence de débit au débit nominal souhaité. Des exemples (non limitatifs) de géométrie peuvent être - Un clapet ressort (1) conique dont les spires se touchent au repos (fig. 1,6,9,17 et 21), - Un clapet ressort (1) conique dont les spires sont espacées au repos (fig.4), - Un clapet ressort (1) plat dont les spires au repos forment une rondelle plate (fig. 11,12), - Un clapet ressort (1) formé par l'enroulement conique d'une bande (fig. 19). Cette caractéristique (liaison de la fonction d'obturation, rappel, support) offre de multiples avantages: - Diminution du nombre de pièces, - Facilité de montage, - Coût de production faible, - Amélioration de l'hydrodynamisme, - Pas d'usinage des portées, - Positionnement et fixation autonome éventuellement, - Possibilité d'intégration à la conduite de fluide (par exemple durite). Tous ces clapets ressorts peuvent avoir une fonction de clapet anti retour. Les applications industrielles ne manquent pas, tout débit de fluide étant supposé pouvoir être régulé en propre. Les domaines possibles, non limitatifs, sont par exemple: - L'automobile, régulation du refroidissement des moteurs à combustion interne (calorstat), - Les chaudières (clapet de sécurité, clapet anti retour, maintien minima de température), - Le traitement des eaux (amortisseur anti bellier). Les clapets ressorts objets de l'invention sont de géométrie: - Conique pour les figures 1,2,3,5,9,10,15,17, 18,19,21 et 22 - Plane pour les figures 11,12 et 13, - A section constante pour les figures 6 et 7. Les géométrie figurées ne sont pas limitatives. Tous ces clapets ressorts (1) ont la même caractéristique principale : C'est la variation de l'écartement de ses spires qui permet la variation du débit de fluide qui le traverse, que ce débit soit croissant ou décroissant. La position des spires jointives agissent comme élément de fermeture (c'est un clapet). Les sections du fil ressort constituant ce clapet ressort (1) peuvent être rondes, rectangulaires ou de toutes autres formes, pour l'exemple, la figure 2 représente une section ronde, la figure 18 une section rectangulaire, la figure 19 une bande plate enroulée sur elle même de façon conique. Description générale du fonctionnement de l'invention: La figure 1 représente un clapet ressort (1) en position de repos, c'est à dire spires jointives en l'absence de débit de fluide. Lorsque la pression est supérieure à la base du cône (1) par rapport à la pointe extrême, les spires du clapet ressort (1) s'écartent et libèrent un espace pour laisser passer le fluide. Le fluide s'écoule donc de la base du clapet ressort (1) vers la pointe (fig.2) ou l'extrémité (fig.7) équipée d'une éventuelle plaque (3). Dans le cas contraire, c'est à dire lorsque la pression est supérieure en aval (pointe du cone) par rapport à l'amont (base du clapet ressort), les spires se serrent (ou se chevauchent) les unes contre les autres contribuant ainsi à l'étanchéité. A la base du clapet ressort (1), c'est la force de maintien exercée par les spires de plus grand diamètre sur les parois du conduit (2) qui fait office d'étanchéité. Rien n'empêche d'ailleurs -- de placer la base du clapet ressort (1) contre un épaulement ou dans un logement afin d'augmenter l'étanchéité. Des encoches ou dégagement (4) sur la base du clapet ressort (1) permettent, grâce à une pince, de desserrer l'étreinte exercée par les spires sur la paroi intérieure du conduit (2) et ainsi de pouvoir dégager le clapet ressort (1). Un joint (10) est intercalable entre les spires et la paroi du conduit intérieur (fig. 15 et 16) ou l'élément (6) thermosensible (fig. 21 et 22) ou alors c'est le "fil" ressort lui même qui est enrobé d'une couche (11) protectrice molle (fig.20), enrobage (11) qui se déforme pour parfaire l'étanchéité. Le type de fonctionnement précédemment décrit est valable pour tous les types de clapets ressorts (1) à spires jointives au repos de la présente invention. Une autre caractéristique de l'invention est d'être un "amortisseur" de fluctuation de débit. Dans ce cas, le clapet ressort (1) est spires écartées au repos (fig.4). Si le débit augmente plus qu'il n'est souhaité, la perte de charge créée par le clapet ressort (1) fait augmenter la différence de pression entre amont et aval, ce qui tend justement à fermer (fig. 5) le clapet ressort (1). Le débit de fluide baisse donc jusqu'à arrêt si la pression en amont est trop forte. Dès que la pression diminue, le ressort se détend et laisse de nouveau le fluide passer. Une plaque (3) est applicable afin de permettre une plus grande sensibilité à la variation de pression (fig.4 et 5), comme élément de fermeture d'extrémité (fig.6 et 7) ou comme élément de fermeture de conduite (vanne 3 voies). Pour tous ces clapets ressorts (1), le contact à la fermeture peut être oblique (c'est le cas des clapets ressorts à fil de section ronde), plat (fig. 17 et 18), la section du fil est rectangulaire et les spires sont jointives par un des cotés ou de chevauchement (fig.l9), c'est un ruban enroulé coniquement sur lui même. Le contact peut être important (fig.20) si le fil est enrobé d'un joint (11) déformable. Ces clapets ressorts (1) peuvent être tenus dans le conduit (2) par un filetage (8), (fig. 13), par un collier (9) de serrage (fig. 12) si le conduit (2) est souple, par le clapet ressort (1) lui même (fig. 1), des encoches (4) permettent, grâce à une pince de desserrer l'étreinte exercée par le ressort sur le conduit (2) ou par une partie (5) du support qui appuie et coince le clapet ressort (1) dans le conduit (2). L'ensemble est inséré dans la conduite (2) du fluide à contrôler. Tous ces clapets ressorts (1) peuvent être équipés d'un élément thermosensible. Pour l'exemple, les figures 9,10,17,21 et 22 reprennent la figuration d'une capsule de cire (6) avec son piston (7). C'est l'application (de la capsule de cire) utilisée actuellement comme, par exemple, le "calorstat" d'automobile. Cet élément peut être aussi un bilame ou tout autre dispositif thermodéformable. Pour pouvoir positionner cet élément thermosensible, un support (5) est prévu (fig.9, 10). Il peut être solidaire du clapet ressort (1) à la fabrication d'origine (fig.9,10), ou rapporté (fig. 12,13,14,17). Cette partie support (5) possède un logement pour soutenir l'extrémité (6) de l'élément thermosensible. L'autre extrémité (7) appui contre la partie ressort (1). Une autre possibilité est le maintien (fig.21,22) par le support (5) du piston (7), la base (6) étant soutenue par des spires du ressort (1) lui même. Dès qu'une variation de température du fluide apparaît, I'élément (6) provoque le déplacement du piston (7) qui déplace à son tour les spires du clapet ressort (1). Le fluide peut donc passer entre les spires si le déplacement est suffisant. Nous obtenons ainsi le fonctionnement d'une vanne ou clapet thermostatique (calorstat par exemple). Une autre variante est l'utilisation pour le clapet ressort (1) d'une matière thermodéformable. Ce sont les spires elles même qui se déforment et permettent le passage du fluide. Cette matière peut être faite d'un bilame ou d'un alliage à mémoire de forme par exemple (voir demande de brevet nO 93 14 830 du même auteur). Ce clapet ressort (1) peut être un fil d'acier et/ou de caoutchouc enroulé coniquement sur lui-même ou composé à partir d'une pièce moulée (plastique, métal) dont les spires ont été obtenues par usinage. Aucun de ces dispositifs ne comporte de réglage, tous ces clapets et régulateurs ayant été étalonnés lors de leur fabrication (si l'on veut changer de gamme, il faut donc changer de clapet ressort et d'élément thermosensible). lls n'agissent que sur le fluide dans lequel ils sont baignés. REVENDICATIONS 1 - Clapet ressort pour fluide liquide ou gazeux inséré dans une conduite caractérisé en ce que l'écoulement se fait entre les spires et que la commande de l'écoulement est assuré par la variation de l'écartement des spires, 2 - Clapet ressort selon la revendication 1 caractérisé en ce que le ressort (1) est spiralé conique à fil de section ronde ou rectangulaire ou formé d'un ruban enroulé coniquement sur lui même, 3 - Clapet ressort selon les revendications 1 caractérisé en ce que le ressort (1) est plat dont les spires au repos forment une rondelle plate, 4 - Clapet ressort selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il peut être employé comme amortisseur de débit, la variation de débit provoquant la variation de section disponible de passage du fluide en exerçant une force sur les spires elles-mêmes et sur l'éventuelle plaque (3), soudée ou collée, plaque (3) qui permet l'ajustement de la sensibilité d'évolution du débit de fluide ou l'obturation d'un conduit, 5 - Clapet ressort selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il peut être employé comme clapet anti retour si sa position est d'être spires jointives au repos, 6 - Clapet ressort selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il peut être fixé de manière autonome dans la conduite (2) de fluide, ceci à l'aide d'un filetage (8), sur son pourtour, ou grâce à la force exercée perpendiculairement à l'axe par le ressort (1) lui même, des encoches (4) permettent de libérer le clapet ressort (1), 7 - Clapet ressort selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il peut être maintenu grâce à un collier de serrage (9) extérieur à la conduite (2) si celle ci est souple, 8 - Clapet ressort selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il peut être en acier, matière plastique, matériau thermodéformable ou toutes autres matières, et garnissable d'une couche (11) de protection et / ou de joint d'étanchéité, 9 - Clapet ressort selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il peut être équipé d'un élément thermosensible (6), cet élément (6) permet, grâce aux variations de température du fluide, d'exercer une force sur les spires du ressort (1) et d'agir ainsi comme vanne thermostatique, 10 - Clapet ressort selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il peut être équipé d'origine ou rapporté d'une partie support (5) qui permet le maintien de tout ou partie de cet élément (6) thermosensible.