Brevet FR2713361A1 — publié le 19950609

REGULATEUR THERMOSTATIQUE DE DEBIT EN MATERIAU A MEMOIRE DE FORME Il existe dans l'industrie des applications et processus qui nécessitent des matériels que l'on appelle des vannes thermostatiques de débit. La fonction d'un tel appareil se résume à la commande d'un élément de fermeture en fonction d'une température donnée, afin d'agir sur un débit de fluide. Une sonde de température est généralement installée sur le parcours du fluide à contrôler (qui peut être autre que celui qui passe dans la vanne thermostatique). De multiples applications existent comme par exemple l'utilisation en soupape de sécurité (elle s'ouvre ou se ferme lorsque la température mesurée atteint la consigne). La commande elle même peut être mécanique (capillaire) ou électronique. Ces appareils intègrent une variation possible de la consigne, qu'elle soit pour l'ouverture ou la fermeture de la vanne. Une vanne thermostatique modifie le débit de fluide qui la traverse afin que la température mesurée par le bulbe thermostatique ou la sonde électronique corresponde au point de consigne réglé sur la vanne. Lorsque ces ensembles (corps de vanne, élément thermostatique et élément de réglage) sont montés et le bulbe installé au point où la température doit être régulée, on obtient le fonctionnement suivant: - Une pression se forme dans le bulbe, elle varie en fonction de la température, - Cette pression est transmise à la vanne (par l'intermédiaire du tube capillaire ou mécaniquement). Elle permet la fermeture ou l'ouverture de la vanne, - Avec la poignée de réglage (facultative) et le ressort, on règle la force opposée à celle que la pression de la sonde applique, - Lorsqu'il y a équilibre entre ces deux forces, la vanne reste en position, - Si la température du bulbe (ou de réglage) est modifiée. le point d'équilibre est déplacé et la vanne se déplace jusqu'à rétablissement de l'équilibre ou jusqu'à ouverture ou fermeture complète de la vanne, - Le débit varie proportionnellement aux variations de température du bulbe. Ce principe de fonctionnement est valable pour tous les types de vannes thermostatiques. Cependant, ce type de vanne thermostatique n'accepte qu'une variation proportionnelle à la température (pas de possibilités d'ouverture ou de fermeture lorsque la température contrôlée évolue dans un même sens). La présente invention consiste à remplacer la fonction du bulbe ou de la sonde (c'est à dire induire une force en fonction d'une température) par un matériau à mémoire de forme. La caractéristique de cette matière est de prendre une (ou des) forme(s) déterminée(s) correspondante(s) à une (ou des) température(s) pré définie(s). Exemple : Une barre est plane à 40 0C et forme un angle prédéterminé à 50 0C. Cette barre a donc gardée la "mémoire" de la forme que l'on lui avait définie à 50 0C. Ces propriétés offrent de multiples possibilités et applications que n'offre pas la vanne: - Les formes peuvent être quelconques selon les températures (dans l'exemple ci-dessus, la barre peut redevenir plane à 70 0C si on la pré programmée), - Les formes obtenues peuvent être non proportionnelles aux températures, - L'on peut pré définir les formes selon la demande du client pour une (ou des) application(s) particulière(s), - Facilité de fabrication et encombrement réduit, - Multiplicité des formes de bases (diaphragme, rondelle, barre, ressort, etc.), - Pose facile, - Coût de fabrication faible, possibilité d'application d'une protection anti corrosion, - Ce régulateur peut s'ouvrir et se fermer alternativement dans une même évolution de la température (cas impossible pour une vanne thermostatique traditionnelle). Cependant, I'invention du présent brevet s'applique uniquement sur le débit du fluide qui traverse le régulateur (auto régulation). - La matière à mémoire de forme doit être en contact avec le fluide à contrôler, - La variation de la température du fluide agit sur cette matière qui se déforme, - La déformation provoque sur le fluide, de manière directe ou indirecte une perte de charge ayant pour effet la variation de débit du fluide à contrôler. - I1 n'y a pas de réglage de température d'ouverture ou de fermeture, chaque régulateur étant étalonné initialement pour la gamme de température choisie du fluide qui le traverse. Des exemples (non limitatifs) de géométrie peuvent être: - Un ressort (1) dont les longueurs ont été prédéterminées à différentes températures agit sur un pointeau (4) selon la température du fluide dans lequel il est baigné (figures 1 et 2 ), - Un ressort (1) conique (figures 3 et 4), - Une barre (1) prend un angle à une température donnée, son action sur le clapet (4) obturateur permet la variation de débit du fluide (figures 5, 6 et 7), - Un diaphragme (1) s'ouvre et se ferme selon la température du fluide (figure 8). Les applications industrielles ne manquent pas, tous débit de fluide étant supposé pouvoir être régulé en propre. Les domaines possibles, non limitatifs, sont par exemple - La climatisation (limitation d'un débit d'air selon sa température), - Le chauffage (soupape de sécurité, régulateur thermostatique de débit, maintien d'une température minimale du fluide), - Le sanitaire (robinet mélangeur), - Les moteurs à explosion (débit d'air et essence au carburateur, calorstat), - Brûleur fioul et gaz (variation du débit dc carburant et comburant), Tous ces régulateurs peuvent avoir une fonction de clapet anti retour. Le dispositif selon l'invention est un régulateur thermostatique de débit de fluide gazeux ou liquide comportant un élément (1) à mémoire de forme agissant par une action mécanique sur l'écoulement du fluide à contrôler, ce régulateur étant inséré dans la conduite (3) du fluide considéré, et ce selon des modes particuliers de réalisation: L'élément (1) à mémoire de forme présente des formes qui sont définies en fonction de températures pré déterminées, Le régulateur thermostatique de débit comporte un élément (1) à mémoire de forme qui peut être un ressort conique, la (ou les) longueur(s) et le(s) diamètre(s) sont définis pour une (ou des) température(s) pré déterminée(s), Le régulateur thermostatique de débit comporte un élément (1) à mémoire de forme qui peut être un ressort agissant sur le pointeau (4), la (ou les) longueur(s) sont définie(s) pour une (ou des) température(s) pré déterminée(s), Le régulateur thermostatique de débit comporte un élément (1) à mémoire de forme qui peut être de forme rectiligne, se déformant pour former un (ou des) angle(s) pour une (ou des) température(s) pré déterminée(s), Le régulateur thermostatique de débit comporte un élément (1) à mémoire de forme qui peut être un diaphragme dont les différentes branches (8) se déforment sous l'effet de la température du fluide, ensemble ou individuellement pour une (ou des) température(s) pré déterminée(s). Le régulateur thermostatique de débit comporte un élément (1) à mémoire de forme qui peut être l'élément de fermeture. Le régulateur thermostatique de débit comporte un élément (1) à mémoire de forme qui peut être recouvert d'une couche protectrice contre la corrosion. Le régulateur thermostatique de débit est un régulateur qui peut être utilisé en clapet anti retour. Description du fonctionnement de régulateurs selon différentes géométries non limitatives: Les figures 1 et 2 montrent un pointeau (4) soutenu par un ressort (1) en alliage à mémoire de forme. Ce ressort (1) est solidaire de la rondelle (2) grâce au support (5). Lorsque le fluide atteint la température critique, le ressort (1) prend la forme qu'on lui a donné initialement (figure 2). En se rétractant (sous l'effet de la variation de la température) le ressort (1) entraîne le pointeau (4) qui dégage un passage dans la rondelle (2). Si la température diminue, le ressort reprend sa forme initiale (figure 1). L'ensemble est inséré dans la conduite (3) du fluide à contrôler. Les figures 3 et 4 montrent un ressort (1) de forme conique en alliage à mémoire de forme. Ce ressort (1) en position définie par la figure 3 ne laisse passer qu'un débit minime, voir nul si la réalisation du ressort (1) le permet. Ce ressort (1) est inséré dans la conduite (3) du fluide à contrôler. Dès que la température atteint le seuil critique, le ressort passe dans la position de la figure 4 selon une progression pré programmée. Sa détente laisse un libre passage entre ses spires, le débit de fluide augmentant progressivement. Cette géométrie offre l'avantage, lorsque l'écoulement se fait de la pointe vers la base du cône, de serrer les spires les une contre les autres et par là même de renforcer l'étanchéité lorsque la température critique n'est pas atteinte. Rien n'interdit malgré tout de le positionner à l'envers. Ce ressort (1) peut d'ailleurs être enrobé d'une couche protectrice anti corrosion. La figure 7 représente un clapet en position fermé, la figure 6 une position d'ouverture. Ce clapet est composé d'une rondelle (2) supportant la barre (1) en alliage à mémoire de forme grâce au rivet (6). Cette même barre (1) tient le clapet (4) par un rivet (7). Un éventuel décochement permet un léger débit de fuite. Cet ensemble monté est inséré dans la conduite (3) du fluide à contrôler. Tant que la température du fluide n'a pas atteint le point critique pré défini, la barre (1) reste dans la position de la figure 7. Lorsque la température atteint le point critique, la barre (1) prend la forme pré désirée (entre autre, un angle) telle que le montre la figure 6, qui entraîne le clapet (4) et permet ainsi la variation du débit de fluide dans le conduit (3). La figure 8 représente un diaphragme (1) en alliage à mémoire de forme. L'écartement des branches (8) est fonction de la température. Lorsque la température atteint le seuil critique, le diaphragme (1) passe d'une forme plane à une forme tronconique (figure 8) pré définie pour la température choisie. Les branches (8) qui s'ouvrent et s'écartent permettent le passage du fluide à contrôler. Par ailleurs, les branches (8) peuvent toutes se déformer en même temps, ou alors chacune d'elle à une température propre, cette sélectivité permet un dosage plus fin de la variation de débit. Ce diaphragme (1) présente l'avantage de ne contenir aucun montage. Aucun de ces dispositifs ne comportent de réglages, tous ces régulateurs ayant été étalonnés lors de leurs fabrications (si l'on veut changer de gamme de variation de température, il faut donc changer de régulateur). Ils ne contrôlent que le fluide dans lequel ils sont baignés. Dans tous ces systèmes, la variation de débit est induite par les différentes températures du fluide, les éléments à mémoire de formes ayant été fabriqués et conditionnés pour des évolutions précises de leurs géométries (mouvement brusque ou progressif, alternance des positions et formes). REVENDICATIONS 1 - Régulateur thermostatique de débit de fluide gazeux ou liquide caractérisé en ce qu'il comporte un élément (1) à mémoire de forme agissant par une action mécanique sur l'écoulement du fluide à contrôler, ce régulateur étant inséré dans la conduite (3) du fluide considéré, 2 - Elément (1) à mémoire de forme selon la revendication nO 1 et caractérisé en ce que chacune de ses formes sont définies en fonction de températures pré déterminées, 3 - Régulateur thermostatique de débit selon les revendications 1 et 2 et caractérisé en ce que l'élément (1) à mémoire de forme peut être un ressort conique, la (ou les) longueur(s) et le(s) diamètre(s) étant définis pour une (ou des) température(s) pré déterminée(s), 4 - Régulateur thermostatique de débit selon les revendications 1 et 2 et caractérisé en ce que l'élément (1) à mémoire de forme peut être un ressort agissant sur le pointeau (4), la (ou les) longueur(s) étant définie(s) pour une (ou des) température(s) pré déterminée(s), 5 - Régulateur thermostatique de débit selon les revendications 1 et 2 et caractérisé en ce que l'élément (1) à mémoire de forme peut être de forme rectiligne, se déformant pour former un (ou des) angle(s) pour une (ou des) température(s) pré déterminée(s), 6 - Régulateur thermostatique de débit selon les revendications 1 et 2 et caractérisé en ce que l'élément (1) à mémoire de forme peut être un diaphragme dont les différentes branches (8) se déforment sous l'effet de la température du fluide, ensemble ou individuellement pour une (ou des) température(s) pré déterminée(s). 7 - Régulateur thermostatique de débit selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé en ce que ce que l'élément (1) à mémoire de forme peut être l'élément de fermeture. 8 - Régulateur thermostatique de débit selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé en ce que ce que l'élément (1) à mémoire de forme peut être recouvert d'une couche protectrice contre la corrosion. 9 - Régulateur thermostatique de débit selon rune quelconque des revendications précédentes et caractérisé en ce que ce régulateur peut être utilisé en clapet anti retour.