Brevet FR2754282A1 — publié le 19980410

DISPOSITIF DE MANOEUVRE FONCTIONNANT GRACE A LA VARIATION DE VOLUME D'UN LIQUIDE LORS DE SON CHANGEMENT D'ÉTAT La présente invention a pour objet un dispositif de manoeuvre fonctionnant grâce à la variation de volume d'un liquide lors de son changement d'état. I1 peut être utilisé pour actionner un grand nombre de mécanismes mais est surtout destiné à protéger des canalisations d'eau contre le gel, et en particulier des réseaux de distribution ou de chauffage central. I1 existe à ce jour un grand nombre de dispositifs agissant sur un système de purge ou une vanne pour éviter les risques d'éclatement d'une canalisation d'eau provoqué par le gel. Ces appareils peuvent être rangés en deux grandes catégories a) Appareils sensibles à la température ambiante et agissant indirectement sur un ou plusieurs robinets, vannes ou clapets pour fermer ou vidanger une canalisation. b) Appareils sensibles à la température ou à la pression du fluide circulant dans la conduite à protéger et comportant des organes immergés dans ce fluide. Dans la première catégorie, on peut mentionner par exemple le brevet NO FR 2 460 452 (BONNET) ayant pour objet un détecteur de gel pour la protection de capteurs d'énergie solaire. Ce dispositif permet de vidanger automatiquement l'eau contenue dans un tel capteur, quand la température extérieure s'abaisse en franchissant le point de congélation de l'eau. I1 comprend une surface en métal destinée à assurer et à augmenter l'échange de chaleur entre l'atmosphère et l'eau contenue dans un petit récipient déformable. Le gel de l'eau de ce récipient est à l'origine d'un signal électrique qui à l'aide d'une télécommande met sous tension des électrovannes assurant en position de travail la vidange du capteur d'énergie dont l'eau qu'il contient n'a pas eu le temps de geler. Le dégel provoque le remplissage d'eau du capteur d'énergie solaire. Ce type de dispositif nécessite, pour actionner les organes de vidange, une source d'énergie dont la défaillance peut rendre le système inopérant. Dans la deuxième catégorie, on peut citer le brevet NO FR 2 619 886 (AMOURIC) qui décrit un robinet de protection d'une installation de distribution d'eau contre les dégâts du gel. Ce robinet est associé à un clapet anti-retour disposé en amont de son organe de fermeture, à un organe d'arrêt disposé en aval de celui-ci, ainsi qu'à un détecteur de pression, disposé dans un logement débouchant dans le passage contrôlé par l'organe de fermeture du robinet, et auquel sont asservis les moyens de commande de cet organe de fermeture Le brevet NO FR 2 632 704 (DEBEAUX) concerne un appareil thermostatique à incorporer dans une canalisation, destiné à éviter la détérioration de ladite canalisation sous l'effet du gel. Cet appareil est caractérisé en ce que le clapet de la purge de vidange est actionné par un piston se déplaçant dans un cylindre disposé transversalement dans le flux de la canalisation, en contact direct avec le fluide, et rempli d'un corps dont la variation allotropique due au changement de la température du liquide dans la canalisation est suffisante pour assurer la fermeture de la purge de vidange dès que la température du liquide est légèrement supérieure au point de congélation du liquide. Ces appareils sont généralement complexes, en particulier lorsque leur fonctionnement est commandé par la pression du liquide, ce qui nécessite un clapet antiretour et un organe d'arrêt aval. Ils comportent dans la plupart des cas des systèmes d'étalonnage qui peuvent se dérégler. En outre, le fait d'être sensible à la pression ou à la température régnant dans le liquide à surveiller présente un risque d'action trop tardive, et la présence de mécanismes à l'intérieur de la conduite occasionne des pertes de charges. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Elle permet, en effet, de réaliser des systèmes destinés en particulier à la protection contre le gel, ne nécessitant aucune source d'énergie, absolument indéréglables, ne comportant pas d'organes à l'intérieur de la conduite à protéger et aptes à agir à temps pour éviter tout risque de gel du liquide circulant dans les canalisations protégées. Le dispositif objet de l'invention est constitué de deux enceintes fermées séparées par une membrane contenant, la première, de l'eau comportant éventuellement des additifs destinés à ajuster le point de congélation, et la seconde, un liquide non gélif, cette seconde enceinte communiquant avec un cylindre de section sensiblement plus faible dans lequel se déplace un piston solidaire d'une tige de manoeuvre et maintenu en position de repos par un ressort de rappel, l'enveloppe de la première enceinte étant en contact avec l'air ambiant et pourvue d'ailettes améliorant les échanges thermiques. Sur les dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs de formes de réalisation de l'objet de l'invention: la figure 1 représente le dispositif vu latéralement de l'extérieur, la figure 2 est une coupe axiale suivant les flèches A-A de la figure 1, la figure 3 montre, à une échelle réduite, le montage du dispositif sur une canalisation d'eau, de manière à assurer sa purge en cas de risque de gel et la figure 4 montre dans les mêmes conditions l'utilisation du dispositif pour actionner un contact électrique. Le dispositif, figures 1 à 4, est constitué d'une cavité fermée divisée en deux enceintes étanches par une membrane 3 déformable, une enceinte d'expansion 1 remplie d'eau ou d'un liquide pouvant changer d'état en fonction de la température, et une enceinte intermédiaire 2 remplie d'un liquide non gélif, cette dernière communiquant avec un cylindre 4 dans lequel se meut un piston 5 prolongé par une tige 6 et appliqué contre le liquide non gélif par un ressort de rappel 7. L'ensemble est contenu dans une enveloppe constituée d'un corps 8 contenant le cylindre 4 et l'enceinte intermédiaire 2, et d'un capot 9 contenant l'enceinte d'expansion 1. Le capot est fixé sur le corps par des vis 10 assurant le serrage, entre les deux constituants de l'enveloppe, de la partie périphérique de la membrane 3, qui joue ainsi le rôle de joint d'étanchéité entre les deux enceintes 1, 2. Lorsque la température extérieure s'abaisse et atteint le point de solidification de l'eau contenue dans l'enceinte d'expansion 1, cette eau gèle en augmentant de volume, ce qui a pour effet de déformer la membrane 3 en direction de l'enceinte intermédiaire 2. Le liquide contenu dans celle-ci est donc soumis à une pression qu'il transmet au piston 5 en provoquant un mouvement de ce dernier et par conséquent de la tige 6 qui lui est solidaire. Dès que la température extérieure remonte audessus du point de congélation de l'eau contenue dans l'enceinte d'expansion 1, cette dernière fond et reprend son volume initial, permettant au ressort de rappel 7 de ramener le piston 5 et la tige 6 à leur position de repos. Le capot 9 est réalisé dans un matériau bon conducteur de la chaleur et pourvu d'ailettes 11 de manière à provoquer le plus rapidement possible le gel de l'eau contenue dans l'enceinte d'expansion, afin d'anticiper les effets d'un abaissement de température sur les organes à protéger. Pour les mêmes raisons, cette enceinte a une surface importante et une faible épaisseur. La section du cylindre 4 est nettement plus petite que celle de l'enceinte intermédiaire 2, de façon à ce que le liquide qui s'y trouve amplifie la déformation de la membrane 3 pour obtenir un déplacement suffisant du piston 5 et de la tige 6. Selon les applications envisagées, la sensibilité, le temps de réaction et la température de fonctionnement du dispositif peuvent être modifiés en jouant sur la forme et les dimensions des différents organes, la nature et les épaisseurs des matériaux constitutifs, ou encore sur la nature du fluide contenu dans la chambre d'expansion 1 (eau avec ou sans additifs). La tige 6 peut agir aussi bien sur un robinet, que sur le clapet 12, éventuellement intégré au corps 8, d'un circuit de purge 13 d'une canalisation 14 d'eau (figure 3), sur un interrupteur électrique 15 (figure 4) ou un cristal de quartz (effet piezzoélectrique), ou encore sur un mécanisme tel qu'un bras de levier. Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet de l'invention un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas été, à ce jour, obtenus par des dispositifs similaires. REVENDICATIONS 10. Dispositif de manoeuvre fonctionnant grâce à la variation de volume d'un liquide lors de son changement d'état, destiné en premier lieu à protéger des canalisations d'eau contre le gel, en particulier des réseaux de distribution ou de chauffage central, mais pouvant être utilisé pour actionner un grand nombre de mécanismes de toutes natures, caractérisé par la combinaison de deux enceintes étanches séparées par une membrane (3) déformable, une enceinte d'expansion (1) contenant un liquide pouvant changer d'état en fonction de la température, et une enceinte intermédiaire (2) contenant un liquide non gélif et communiquant avec un cylindre (4) dans lequel se déplace un piston (5) solidaire d'une tige (6) de manoeuvre et maintenu en position de repos par un ressort de rappel (7), l'enveloppe de l'enceinte d'expansion (1) étant en contact avec l'air ambiant. 20. Dispositif selon la revendication 1, se caractérisant par le fait qu'il est agencé de manière à ce que lorsque le liquide contenu dans l'enceinte d'expansion (1) se solidifie sous l'effet d'un abaissement de la température ambiante, il entraîne une déformation de la membrane (3) ayant pour effet une augmentation de la pression du liquide non gélif contenu dans l'enceinte intermédiaire (2) provoquant un déplacement du piston (5) et de la tige (6), le ressort de rappel (7) étant déterminé pour ramener ledit piston et ladite tige à leur position de repos dès que le contenu de l'enceinte d'expansion fond. 30. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que la section du cylindre (4) est sensiblement plus petite que celle de l'enceinte intermédiaire (2), de telle façon que le liquide qui s'y trouve amplifie la déformation de la membrane (3) pour obtenir un déplacement suffisant du piston (5) et de la tige (6). 40. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que l'enceinte d'expansion (1) a une surface importante et une faible épaisseur, et que son enveloppe est réalisé dans un matériau bon conducteur de la chaleur et pourvue d'ailettes 11 de manière à améliorer les échanges thermiques avec l'air ambiant. 50. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait qu'il est contenu dans une enveloppe formée, d'une part, d'un corps (8) dans laquelle est aménagé le cylindre (4) ainsi que l'enceinte intermédiaire (2) et, d'autre part d'un capot (9) contenant l'enceinte d'expansion (1), ledit capot et ledit corps étant assemblés de façon à serrer entre eux la partie périphérique de la membrane (3), afin qu'elle le rôle de joint d'étanchéité entre les deux enceintes (1, 2). 60. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que l'enceinte d'expansion (1) contient de l'eau comportant éventuellement des additifs destinés à ajuster le point de congélation. 70. Dispositif selon la revendication 6, se caractérisant par le fait qu'un clapet (12) de circuit de purge (13) d'une canalisation (14) d'eau est intégré au corps (9) et actionné directement par la tige (6).