Brevet FR2739468A1 — publié le 19970404

La présente invention concerne le domaine des vannes thermostatiques, destinées à réguler la température via le débit de fluide qui les traverse. Les procédés de régulation associés sont en outre visés par l'invention. Plus précisément, la présente invention est relative aux vannes actionnées par un premier élément thermosensible, ou thermodilatable tel que de la cire dilatable. De façon classique, dans de telles vannes une capsule renfermant de la cire dilatable et en contact avec le fluide agit sur un clapet qui s'ouvre dès que la température de la capsule dépasse un seuil; le clapet reste fermé au-dessous de ce seuil. Une application particulièrement intéressante de ce type de vannes a trait aux circuits de refroidissement de moteurs thermiques. Dans ce cas, les thermostats sont placés sur les circuits de refroidissement des moteurs, à un endroit o ils peuvent court-circuiter le radiateur à froid afin d'éviter que le liquide de refroidissement ne traverse alors le radiateur. Ceci évite que le liquide soit refroidi en traversant le radiateur et contribue donc à accélérer le chauffage du moteur et de l'habitacle. Lorsque le moteur est chaud, le rôle de telles vannes est de maintenir la température du liquide dans un intervalle de régulation déterminé, par exemple entre 80 et 90 C. Ainsi il existe des vannes contenant des éléments thermosensibles ayant une première valeur de seuil correspondant à une faible ouverture de la vanne et un deuxième seuil de température, plus élevé pour la pleine ouverture. L'intervalle de régulation se situe entre ces deux valeurs. De nombreuses publications ont déjà été faites dans ce domaine, telles que par exemple les brevets US 4 875 437, US 4 828 167 ou les demandes de brevet EP 383 249, EP 653 554, FR 2 668 853. Ces documents décrivent des améliorations autour du concept de base énoncé ci-avant. La présente invention présente notamment une solution simple et originale au problème des oscillations de la température du liquide autour d'une valeur de régulation. En pratique, ces oscillations sont dues à une succession d'ouvertures et de fermetures de la vanne, induites par le délai de réponse non nul de l'élément thermosensible. Bien entendu ces diverses oscillations ne sont pas souhaitables car, dans le cas de la régulation de circuits de refroidissement de moteurs, elles perturbent la régulation 2 2739468 et soumettent les circuits à des contraintes de pression et de températures périodiques qui peuvent fatiguer les éléments du circuit. Des solutions à ce problème ont déjà été proposées, comme par exemple des thermostats à multi-seuils, ou à laminage mais ces solutions sont souvent plus compliquées, donc plus coûteuses. La présente invention permet notamment de remédier de façon simple et efficace au problème énoncé ci-avant. Ainsi la présente invention a pour objet un procédé de régulation de la température dans un circuit de fluide comprenant une vanne thermostatique. Selon l'invention, le procédé consiste à maintenir un débit de fuite à travers la vanne une fois que celle-ci a été ouverte une première fois afin d'éliminer les oscillations de la température dudit fluide autour d'une température de régulation. Plus précisément, on utilise deux éléments thermodilatables dont les seuils de dilatation de température sont différents, voire égaux. L'invention concerne en outre une vanne thermostatique destinée à réguler la température d'un fluide autour d'au moins une valeur et comprenant au moins un premier élément thermodilatable. Conformément à l'invention, la vanne comprend en outre des moyens destinés à maintenir un débit de fuite contrôlé dès que la vanne a été ouverte (une première fois). De façon particulière, les moyens assurant le débit de fuite comprennent un deuxième élément thermodilatable placé au contact du fluide lorsque la vanne a déjà été ouverte une première fois. Avantageusement, le premier et le deuxième élément thermodilatables sont constitués de cires dilatables ayant chacune un seuil de température de dilatation différent. Ainsi, le seuil de température de dilatation de la cire utilisée pour assurer le débit de fuite est inférieur ou égal au seuil de température de dilatation de la cire utilisée pour la première ouverture de la vanne. D'autres caractéristiques, avantages et détails de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre illustratif et nullement limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels: - La figure 1 montre une courbe de température du liquide régulée en fonction du temps, selon l'art antérieur, - La figure 2 est un schéma simplifié d'un thermostat connu; 3 2739468 - La figure 3 est une courbe de température du liquide régulée en fonction du temps, obtenue selon l'invention; - La figure 4 est un schéma simplifié d'une vanne thermostatique selon l'invention, représentée à l'état fermé; et - La figure 5 est un schéma simplifié d'une vanne selon l'invention, à l'état ouvert. La figure 1 concerne donc le fonctionnement d'une vanne thermostatique connue, telle que représentée par exemple sur la figure 2. Plus précisément la courbe de la figure 1 a été obtenue en mesurant la température de l'eau d'un circuit de refroidissement d'un moteur thermique, en fonction du temps. Cette courbe montre une montée quasi-linéaire de la température, depuis la température ambiante (20 ) jusque vers 82 C qui est couramment la température de régulation. Cette montée en température est réalisée en environ 5 mn. Ensuite la température oscille entre 80 et 90 C, pendant tout le temps du fonctionnement du moteur. Ces oscillations ne sont bien évidemment pas souhaitables pour les raisons exposées plus haut. Une vanne thermostatique couramment utilisée pour obtenir la régulation évoquée ci-dessus est représentée schématiquement sur la figure 2. Les éléments essentiels d'une telle vanne sont un boiîtier 1, un clapet 2, un siège 5 pour le clapet 2, un élément thermodilatable 3 associé à un élément de rappel 4. L'élément thermodilatable 3 peut être, de façon connue, une capsule renfermant de la cire dilatable continuement sur un intervalle de température. L'élément 3 étant toujours en contact avec le liquide à réguler, la cire qu'il contient se dilate lorsque la température dudit liquide augmente, ce qui a pour effet d'exercer une poussée contre le ressort de rappel 4 et donc d'éloigner le clapet 2 de son siège 5. Ceci autorise donc le passage du liquide de refroidissement à travers la vanne. La cire commence à se dilater à partir d'une première température donnée et permet un premier allongement de l'élément 3 c'est-à-dire une ouverture de faible amplitude de la vanne, tandis que lorsque le liquide atteint une deuxième température (supérieure à la première) qui correspond donc au seuil de dilatation maximum de la cire, la vanne s'ouvre plus largement autorisant ainsi un plus grand débit. Comme on l'aura compris, le principe de fonctionnement de ce type de vanne repose sur une régulation du débit qui peut être nul, faible ou au contraire maximum. 4 2739468 Dans la réalité la régulation de température se fait de façon non satisfaisante, par une série d'ouvertures et de fermetures successives de la vanne, d'o les oscillations visibles sur la figure 1, avec les conséquences évoquées ciavant. Si de telles vannes sont utilisées pour d'autres applications, dans le domaine sanitaire par exemple, les oscillations ne sont pas davantage acceptables pour l'utilisateur qui souhaite obtenir une eau à température stable, et ce rapidement et de façon fiable et reproductible. La figure 3 montre une courbe obtenue selon la présente invention. Cette courbe est à comparer à celle de la figure 1, les conditions de fonctionnement étant les mêmes. On constate une quasi absence d'oscillations autour de la température de régulation qui ici se situe vers 83 C. Cette caractéristique a été obtenue en maintenant un débit de fuite à travers la vanne, une fois que celle-ci a été ouverte une première fois. Il est en effet important que la fuite n'intervienne pas avant la première ouverture de la vanne car cela serait préjudiciable à la montée en température du liquide, qui avant la première ouverture, doit être dévié et ne pas passer à travers la vanne. Comme il va être expliqué ci-après, deux éléments thermodilatables dont les seuils de dilatation sont différents, sont avantageusement utilisés dans la vanne selon l'invention. La figure 4 montre de façon schématique un mode de réalisation de l'invention. La vanne thermodilatable comprend essentiellement les mêmes éléments que celle montrée sur la figure 2 à savoir un boîtier 1, un clapet 2 et un siège 5 pour le clapet, un premier élément thermodilatable 3 associé à un ressort de rappel 4. En outre la vanne selon la figure 4 comprend un deuxième élément thermodilatable 6, placé côté aval de la vanne c'està-dire qui n'est pas en contact avec le fluide quand la vanne est fermée, comme montré sur la figure 4. Bien entendu le boiîtier 1 est ici un peu plus haut que dans une vanne classique, à cause de la présence du deuxième élément thermodilatable 6 placé préférentiellement dans le prolongement de l'élément 3. La figure 5 montre la vanne de la figure 4 avec un débit de fuite (flèches A) qui est obtenu grâce au deuxième élément thermodilatable 6 placé côté aval de la vanne, dans le prolongement du premier élément thermodilatable 3, afin de pouvoir combiner sa propre poussée avec la poussée du premier élément thermodilatable 3. Ainsi lorsque la température du liquide dans lequel baigne en permanence le premier élément thermodilatable 3 atteint un certain seuil, celui- ci (3) se dilate ce qui 2739468 permet une première ouverture de la vanne. Le deuxième élément thermodilatable 6 est alors à son tour baigné par le liquide. Son seuil de température étant plus faible voire égal à celui du premier élément thermodilatable, le deuxième élément thermodilatable 6 se dilate de sorte que le clapet 3 ne peut plus venir en contact avec son siège 5. Ceci crée donc un débit de fuite en maintenant une levée résiduelle en cas de nouvelle ouverture de la vanne. Le débit de fuite doit être suffisant pour conserver le deuxième élément thermodilatable 6 en extension, d'o le seuil de température de dilatation inférieur (voire égale) à celui du premier élément thermodilatable 3. A titre indicatif, le seuil de température de dilatation du deuxième élément thermodilatable peut être de l'ordre de 50 à 60 C, tandis que celui du premier élément thermodilatable peut se situer entre 80 et 90 C. Dans le cas d'une application à un circuit de refroidissement d'un moteur, une fois le moteur arrêté, avec la baisse générale de la température, la vanne revient automatiquement dans son état d'origine, c'est-à-dire fermé comme représenté sur la figure 4. A chaque démarrage du moteur, la vanne selon l'invention est fermée et elle s'ouvre une première fois lorsque le liquide de refroidissement atteint une certain température. Bien entendu, d'autres moyens permettant de réaliser le débit de fuite selon l'invention peuvent être imaginées par lHomme de Métier sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1) Procédé de régulation de la température d'un circuit de fluide comprenant une vanne thermostatique, caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir un débit de fuite à travers la vanne une fois que celle-ci a été ouverte une première fois afin d'éliminer les oscillations de la température dudit fluide autour d'une température de régulation. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise deux éléments thermodilatables dont les seuils de dilatation de température sont différents ou égaux. 3) Vanne thermostatique destinée à réguler la température d'un fluide autour d'au moins une valeur et comprenant au moins un premier élément thermodilatable, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens destinés à maintenir un débit de fuite contrôlé dès que la vanne a été ouverte (une première fois). 4) Vanne selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens assurant le débit de fuite comprennent un deuxième élément thermodilatable placé au contact du fluide lorsque la vanne a déjà été ouverte une première fois. ) Vanne selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que le premier et le deuxième élément thermodilatables sont constitués de cires dilatables ayant chacune au moins un seuil de température de dilatation différent. 6) Vanne selon la revendication 5, caractérisée en ce que le seuil de température de dilatation de la cire utilisée pour assurer le débit de fuite est inférieur ou égal au seuil de température de dilatation de la cire utilisée pour la première ouverture de la vanne. 7) Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 ou du dispositif selon l'une des revendications 3 à 6 à un circuit de refroidissement à liquide de moteurs thermiques.