Brevet FR2834543A3 — publié le 20030711

FR 2834543 A3 20030711 FR 0300189 A 20030109 MELANGEUR THERMOSTATIQUE La présent invention se réfère à un mélangeur thermostatique pour installations sanitaires et d'eau adaptées à desservir plusieurs utilisateurs, normalement employé pour mélanger un flux d'eau chaude provenant d'une centrale thermi- J que de production, comme par exemple un boiler ou une chau- dière, avec un flux d'eau froide provenant du réseau de distribution d'eau, afin de fournir de l'eau chaude mélangée à une unique installation pour être ensuite distribuée aux différents utilisateurs à travers un réseau de distribution prévu à cet effet. Le mélangeur thermostatique remplit le rôle de maintenir la température de l'eau à la sortie constante et stable à une valeur fixée, indépendamment tant du débit d'eau mélangée nécessaire aux différents utilisateurs, que des changements des valeurs des débits d'eau chaude et d'eau froide entrants, ainsi que des variations des valeurs respectives de température et pression. En général, un mélangeur thermostatique du genre cidessus comprend, comme décrit par exemple dans MI2001A001645 et dans EP 0 767 332, un corps creux ayant un axe longitudinal, un raccord d'entrée pour un flux d'eau froide et un raccord d'entrée pour un flux d'eau chaude qui s'ouvrent respectivement vers une première et une seconde chambre annulaire, formées entre le corps creux et une cage interne de distribution des flux ; cette cage interne présente pour chaque chambre annulaire plusieurs ouvertures radiales de passage des flux d'eau, vers une zone de mélange. Le mélangeur thermostatique comprend en outre un piston creux de réglage des flux d'eau, coulissant dans l'axe dans la cage de distribution, qui présente plusieurs trous axiaux de passage de l'eau froide vers la zone de mélange. Le piston creux est activement relié à un actionneur thermostatique, qui déplace le piston entre deux positions axiales de fermeture du flux d'eau froide, respectivement du flux d'eau chaude, en fonction de la température de l'eau mélangée qui envahit le bulbe thermosensible de l'actionneur ; l'actionneur thermostatique agit en opposition avec un ressort de contraste, qui exerce une poussée réglable en fonction de la température que l'on désire obtenir pour l'eau à la sortie du mélangeur. Les mélangeurs thermostatiques de type conventionnel décrits ci-dessus présentent néanmoins le problème qu'ils ne permettent pas un mélange optimal et le contrôle de la température de l'eau mélangée lorsque changent tant le débit, la température et la pression des flux d'eau entrants, que le débit d'eau mélangée demandée par les utilisateurs, parce que le bulbe thermosensible qui contrôle le mouvement du piston de réglage des flux d'eau est envahi par un flux d'eau par- tiellement mélangée, qui ne présente pas une température constante. Dans les tests et essais effectués par le demandeur luimême, on a constaté que ceci est dû au fait que les conditions de turbulence nécessaires ne se créent pas pour un mélange préalable optimal des flux d'eau entrants dans le mélangeur, dans la zone d'écoulement des trous axiaux du piston de passage de l'eau froide et des ouvertures radiales dans la cage d'entrée de l'eau chaude. Cela influence négativement la précision de réglage des flux, le bulbe thermosensible de commande du piston ne fonctionnant pas dans des conditions optimales de constance et uniformité de température de l'eau qui l'envahit, et par conséquent influence la constance de la température de l'eau alimentée aux différents utilisateurs. Le but du présent modèle d'appareil est de fournir un mélangeur thermostatique qui permette d'obtenir une majeure stabilité de la température de l'eau mélangée à la sortie lorsque le débit de l'eau mélangée qui est demandée par les utilisateurs ainsi que le débit, la température et la pression des flux d'eau entrants dans le mélangeur varient. Ce qui précède peut être obtenu avec un mélangeur thermostatique du type comprenant : un corps creux ayant un axe longitudinal, un raccord d'entrée pour un flux d'eau froide et un raccord d'entrée pour un flux d'eau chaude espacés dans la direction de l'axe longitudinal du corps du mélangeur, qui s'ouvrent respectivement vers une première et une seconde chambre annulaire formées entre le corps creux et la cage interne de distribution des flux, la dite cage ayant pour chaque chambre annulaire plusieurs ouvertures radiales de passage des flux d'eau, vers une zone de mélange ; un piston creux de réglage des flux d'eau, coulissant dans l'axe dans la dite cage, le dit piston creux présentant plusieurs trous axiaux de passage de l'eau froide vers la dite zone de mélange et étant activement joint, par l'intermédiaire d'un moyeu central, à un actionneur thermostatique placé de manière coaxiale par rapport au piston et sollicité de manière élastique contre un élément de rencontre dont la position peut être réglée dans l'axe, caractérisé par le fait que le dit piston creux présente une paroi de fond ayant plusieurs trous axiaux de passage de l'eau froide placés à proximité du moyeu central, qui s'ouvrent vers une chambre inférieure de mélange préalable de l'eau froide avec l'eau chaude ; et par le fait de comprendre des moyens pour dévier latéralement le flux d'eau froide vers le flux d'eau chaude entrant dans la dite chambre de mélange préalable, les dits moyens de déviation du flux d'eau froide étant placés sous la paroi du fond du piston creux à hauteur des trous axiaux de passage de l'eau. Ces caractéristiques et des caractéristiques supplémentaires selon le présent modèle d'appareil, ressortent mieux de la description qui suit se référant aux dessins joints, dans lesquels : - Fig. 1 représente une vue en section longitudinale du mélangeur thermostatique ; - Fig. 2 représente un agrandissement de détail du dessin 1 ; - Fig. 3 représente une vue en plan du piston creux de réglage des flux d'eau du mélangeur thermostatique. Les caractéristiques générales du présent modèle d'appareil sont illustrées ci-après à travers un exemple de réalisation. Un mélangeur thermostatique, selon le présent modèle d'appareil, comprend un corps creux 10 métallique ayant un axe longitudinal, un premier raccord 11 d'entrée pour un flux, dans ce cas d'eau froide, et un second raccord 12 d'entrée pour un flux, dans ce cas d'eau chaude, placés en positions espacées en direction de l'axe longitudinal du corps 10 du mélangeur. Le premier 11 et le second 12 raccord d'entrée des flux d'eau s'ouvrent respectivement vers une première 13 et une seconde 14 chambre annulaire, elles aussi espacées dans l'axe, aptes à permettre une distribution séparée des flux d'eau froide et chaude à l'intérieur du corps creux 10. En effet, ces chambres annulaires 13 et 14 sont formées entre le corps creux 10 et une cage interne de distribution 15 des flux, qui présente pour chaque chambre annulaire plusieurs ouvertures radiales 16 de passage des flux d'eau froide et plusieurs ouvertures radiales 17 de passage des flux d'eau chaude, espacées dans l'axe des précédentes, vers une zone de mélange dans la cage de distribution 15. La cage de distribution 15 présente, de préférence dans une position axiale intermédiaire entre les ouvertures radiales 16 et 17 de passage des flux, un élément de guidage 18 pour le coulissement axial d'un piston creux 19 de réglage des flux d'eau ; ce coulissement axial permet au piston creux 19 de prendre des positions comprises entre deux positions extrêmes de fermeture des flux d'eau : en particulier on ob- tient, en correspondance d'une première position de ferme- ture, par exemple avec le piston poussé contre un joint supérieur, le flux d'eau froide bloqué tandis que le flux d'eau chaude prend une valeur maximum. Au contraire, en correspondance d'une seconde position de fermeture, par exemple avec le piston poussé contre un joint inférieur, on a le flux d'eau chaude qui est bloqué, tandis que le flux d'eau froide prend une valeur maximum. Le piston creux 19 présente une paroi périphérique 20 ayant une ou plusieurs garnitures étanches 21 interposées entre des surfaces opposées formées par la paroi périphérique 20 elle-même et par l'élément de guidage 18 de la cage de distribution 15, de manière à séparer le flux d'eau froide de celui d'eau chaude. Le piston creux 19 comprend en outre une paroi de fond 22 qui relie la paroi périphérique 20 à un moyeu central 23, qui a son tour permet le raccordement actif, par exemple par filetage, du piston creux 19 à un actionneur thermique 24 placé de manière coaxiale avec le piston 19 même, qui, une fois que la température que l'on veut obtenir pour le flux à la sortie du mélangeur est fixée, remplit le rôle de régler la position du piston 19 même pour maintenir la température de l'eau stable à la sortie sur la valeur fixée. Cet actionneur thermostatique 24 comprend un bulbe thermostatique 25, par exemple de type à cire ou avec un autre fluide expansible à la chaleur, placé dans une position inférieure et ayant un diamètre contenu pour favoriser le passage du flux d'eau, une partie intermédiaire 26 de diamètre supérieur placée de préférence à proximité de la paroi du fond 22 du piston 19 et une tige supérieure 27 pour le guidage d'une queue coulissante 28 contre un élément de rencontre dont la position peut être réglée dans l'axe. Le mouvement de la queue coulissante 28 est commandé, à travers une membrane interne de l'actionneur thermique, par les variations de volume de la cire se trouvant dans le bulbe thermosensible 25 : si le bulbe 25 est envahi par un flux d'eau chaude, on aura une expansion de la cire qui s'y trouve, faisant sortir la queue 28 en proportion de la température du flux d'eau et connue en soi. Vice-versa, si le bulbe 25 est envahi par un flux froid, on aura une contraction de la cire qui s'y trouve, faisant rentrer la queue 28 en proportion de la température du flux de l'eau même. La paroi du fond 22 du piston 19 présente plusieurs trous axiaux 30 de passage de l'eau froide placés à proximité du moyeu central 23 qui s'ouvrent vers une chambre de mélange préalable 31 de l'eau froide avec l'eau chaude sous la paroi du fond 22 même, cette chambre 31 faisant partie de la dite zone de mélange. Sous la paroi du fond 22 du piston creux 19, en correspondance des trous axiaux 30 de passage de l'eau froide sont prévus des moyens de déviation latérale du flux de l'eau froide vers le flux d'eau chaude entrant dans la chambre de mélange préalable 31. Ces moyens de déviation du flux d'eau froide sont constitués d'une surface inclinée, de préférence vers le bas, de manière à ce que le flux d'eau froide, sortant dans l'axe par les trous 30 du piston creux 19, soit dévié avec une compo- sante de vitesse radiale vers le flux d'eau chaude, qui entre dans la chambre de mélange préalable 31 de manière radiale. La déviation du flux d'eau froide vers le flux d'eau chaude créa un mouvement turbulent des flux d'eau dans la chambre de mélange préalable 31, permettant un mélange de l'eau froide avec l'eau chaude plus rapide et efficace. Les moyens de déviation du flux d'eau froide sont constitués de préférence, comme illustré dans les dessins 1 et 2, de la partie intermédiaire 26 de diamètre supérieur à l'actionneur thermostatique 24, qui présente une surface supérieure inclinée placée à auteur des trous axiaux 30 de passage de l'eau froide. Comme alternative, les moyens de déviation du flux d'eau froide peuvent être par exemple constitués d'un collet annulaire sous la paroi du fond 22 du piston creux 19, fixé par exemple au piston 19 même ou à l'actionneur thermostatique 24. Pour augmenter la turbulence du flux d'eau dans la chambre de mélange préalable 31, la paroi du fond 22 du piston creux 19 présente de préférence une surface supérieure et/ou inférieure plane. En particulier la surface supérieure plane permet de créer déjà dans la cavité du piston 19 un mouvement turbulent du flux d'eau froide qui est dévié partiellement en direction radiale par la paroi du fond 22 même, coulant ainsi de manière turbulente vers la chambre de mélange préalable 31 située dessous. La surface plane inférieure de la paroi du fond 22 du piston 19, ainsi que la position centrale des trous axiaux 30 de passage du flux d'eau froide, permet au flux d'eau chaude d'entrer dans la chambre de mélange préalable 31 avec de moindres pertes de charge et une vitesse supérieure, contribuant à un meilleur mélange des flux d'eau. Une ultérieure augmentation de la turbulence du flux d'eau froide est créée par la présence d'arrêtes vives le long des bords des trous 30 de passage de l'eau. En outre, des essais expérimentaux effectués par le demandeur ont permis d'obtenir un rapport idéal entre une première zone annulaire de passage du flux d'eau définie par la paroi périphérique 20 et par le moyeu central 23 du piston 19 et une seconde zone totale de passage du flux d'eau définie par les trous de passage 30 dans la paroi du fond 22 du piston 19, dont le rapport préférentiel doit être compris dans l'intervalle entre 2,5 et 3, de manière à obtenir les meilleures conditions de turbulence des flux d'eau. L'élément de rencontre dont on peut régler la position dans l'axe permet le réglage de la température de l'eau à la sortie du mélangeur en réglant la position de la queue mobile 28 de l'actionneur thermostatique 24 et par conséquent en déplaçant le piston creux 19 de réglage des flux d'eau dans une position active de base correspondante, par rapport à laquelle l'actionneur thermostatique 24 peut intervenir en déplaçant le piston 19 et régler ainsi les flux d'eau entrants pour maintenir la température fixée. Cet élément de rencontre dont la position peut être réglée dans l'axe comprend un chapeau 32 contre lequel pousse la queue 28 de l'actionneur thermostatique 24 ; le chapeau 32 est logé de manière coulissante et sollicité par un ressort d'extra course 33 à l'intérieur d'un poussoir 34 creux, se déplaçant dans l'axe. Le poussoir 34 comprend, de préférence à son sommet supérieur, une tige filetée 35 qui s'utilise par vissage avec une boite tournante 36 reliée, par un moyen mécanique 37, par exemple avec une surface type"mille-raies", et un éventuel réducteur de vitesse, à un moteur électrique de commande 38. Par conséquent, au moyen du moteur de commande 38, on peut régler la position axiale de l'élément de rencontre pour la queue mobile 28 de l'actionneur thermostatique 24. Comme alternative au moteur 38 il est possible de prévoir une manette de commande pour actionner manuellement le réglage de la position de l'élément de rencontre pour la tige mobile 28. Le poussoir 34 comprend de préférence des saillies latérales 39 qui servent de gorges de guidage longitudinales pratiquées dans un couvercle de fermeture 40 du corps creux 10 du mélangeur, de manière a empêcher la rotation du poussoir 34 et simultanément à en guider le mouvement axial. En outre une ou plusieurs garnitures 41 d'étanchéité sont de préférences placées entre les surfaces opposées du poussoir 34 et du couvercle de fermeture 40, de manière à éviter que le filetage de la queue 35 de l'organe de commande 34 ne s'oxyde en entrant en contact avec l'eau, garantissant ainsi un fonctionnement plus fiable du mélangeur. L'actionneur thermostatique 24, de préférence en face du bulbe thermosensible 25, est supporté, par exemple au moyen de rais, par un transporteur tubulaire 42 de mélange qui peut coulisser dans l'axe dans la cage de distribution 15 et est sujet à un ressort de contraste 43, qui agit en opposition à la poussée de l'actionneur thermostatique 24 du mélangeur et sollicite de manière élastique l'actionneur 24 même contre l'élément de rencontre réglable en position dans l'axe. En effet, le ressort d'extra course 33 qui agit sur le chapeau 32 du poussoir 34 a une rigidité supérieure à celle du ressort de contraste 43 de la poussée de l'actionneur thermostatique 24, par conséquent, quand le poussoir 34 est réglé pour la température désirée pour le flux d'eau à la sortie, le chapeau 32 impose ce réglage à l'actionneur thermostatique 24, en déformant le ressort de contraste 43. Par conséquent, le chapeau 32 constitue une référence pour la position opérationnelle de base du piston 19 correspondant à une température fixée du flux d'eau à la sortie. Le transporteur tubulaire 42 présente, dans ce cas au dessus, une chambre interne 44, ouverte vers la chambre de mélange préalable 31, dans laquelle se complète le mélange des flux d'eau chaude et froide, et un passage se trouvant en dessous, de préférence dans l'axe, 45 pour amener le flux d'eau mélangée vers un raccord de sortie 46. Et donc, le flux d'eau qui est efficacement mélangé, d'abord dans la chambre de mélange préalable 31, puis dans la chambre de mélange 44 du transporteur 42, présente des caractéristiques d'uniformité de température telles que, envahissant le bulbe thermosensible 25 à hauteur du transporteur 42, il permet au bulbe 25 même un fonctionnement optimal pour garantir la stabilité de la température de l'eau à la sortie du mélangeur. Le ressort d'extra course 33 garantit l'intégrité de l'actionneur thermostatique 24 dans le cas où, l'eau qui entre étant très chaude, le piston 19 va contre le joint inférieur pour en fermer l'entrée et l'actionneur 24 continue à s'allonger. Sans l'affaissement du ressort d'extra course 33, on aurait une sollicitation excessive de l'actionneur ther- mostatique 24, qui pourrait éventuellement être endommagé. Le piston creux 19 peut présenter des éléments de ren- fort, par exemple des rais, pour obtenir un raccordement plus rigide entre la paroi périphérique 20 et le moyeu central 23. Ce qui a été dit et montré au sujet des dessins joints a été exposé à simple titre d'exemple et pour illustrer les caractéristiques générales du modèle d'appareil, ainsi que d'une forme de réalisation préférentielle ; par conséquent d'autres modifications et variantes de ce mélangeur thermostatique sont possibles, sans pour autant s'éloigner de ce qui est revendiqué. RIVENDICATIONS 1. Mélangeur thermostatique du type comprenant : - un corps creux (10) ayant un axe longitudinal, un raccord d'entrée (11) pour un flux d'eau froide et un raccord d'entrée (12) pour un flux d'eau chaude distancés dans la direction de l'axe longitudinal du corps (10) du mélangeur, qui s'ouvrent respectivement vers une première (13) et une seconde (14) chambre annulaire formées entre le corps creux (10) et une cage interne (15) de distribution des flux, la dite cage (15) ayant pour chaque chambre annulaire (13,14) plusieurs ouvertures radiales (16,17) de passage de flux d'eau, vers une zone de mélange ; - un piston creux (19) de réglage des flux d'eau, cou- lissant dans l'axe de la dite cage (15), le dit piston creux 1 (19) présentant plusieurs trous axiaux (30) de passage de l'eau froide vers la dite zone de mélange, et étant relié opérationnellement, par un moyeu central (23), à un actionneur thermostatique (24) placé de manière coaxiale avec le piston (19) et sollicité de manière élastique contre un élément de rencontre réglable en position dans l'axe, caractérisé par le fait que le dit piston creux (19) présente une paroi de fond (22) ayant plusieurs trous axiaux (30) de passage de l'eau froide placés à proximité du moyeu central (23), qui s'ouvrent vers une chambre située en dessous (31) de mélange préalable de l'eau froide avec l'eau chaude ; et du fait de comprendre des moyens pour dévier latéralement le flux d'eau froide vers le flux d'eau chaude entrant dans la dite chambre de mélange préalable (31), les dits moyens de déviation du flux d'eau froide étant placés sous la paroi du fond (22) du piston creux (19) en correspondance des trous axiaux (30) de passage de l'eau. 2. Mélangeur thermostatique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la dite paroi du fond (22) du piston creux (19) présenta une surface supérieure et/ou inférieure plane. 3. Mélangeur thermostatique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la paroi du fond (22) du piston (19) présente des arrêtes vives le long des bords des trous de passage (30) du flux d'eau froide. 4. Mélangeur thermostatique selon la revendication 1, dans le quel le dit piston creux (19) de réglage des flux d'eau présente une paroi périphérique (20) et un moyeu central (23) définissant une première zone annulaire de passage du flux d'eau, et dans lequel les dits trous (30) dans la paroi du fond (22) définissent une seconde zone totale de passage du flux d'eau, caractérisé par le fait que le rapport entre la dite première et la dite seconde zone de passage du flux d'eau froide est comprise dans l'intervalle entre 2,5 et 3. 5. Mélangeur thermostatique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les dits moyens pour dévier le flux d'eau froide vers le flux d'eau chaude dans la dite chambre de mélange préalable (31) sont constitués d'une sur- face inclinée, se trouvant sous la paroi du fond (22) du pis- ton (19). 6. Mélangeur thermostatique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les dits moyens de déviation du flux d'eau froide sont constitués d'une partie intermédiaire (26) de diamètre supérieur à l'actionneur thermostatique (24) même. 7. Mélangeur thermostatique selon la revendication 1, caractérisé parle fait que les dits moyens pour dévier le flux d'eau froide vers le flux d'eau chaude dans la dite chambre de mélange préalable (31) sont constitués d'un collet annulaire se trouvant sous la paroi du fond (22) du piston (19). 8. Mélangeur thermostatique selon la revendication 1, dans la quelle le dit actionneur thermostatique (24) comprend un bulbe thermosensible (25) inférieur ayant un premier diamètre, une partie intermédiaire (26) de diamètre supérieur et une queue tubulaire (27) supérieure pour le guidage d'une queue coulissante (28) contre l'élément de réponse réglable en position dans le sens de l'axe, caractérisé par le fait que le dit élément de réponse comprend un chapeau (32) contre lequel insiste la queue mobile (28) de l'actionneur thermostatique (24), le dit chapeau (32) étant logé de manière coulissante et sollicité par un ressort d'extra course (33) à l'intérieur d'un poussoir (34) creux, mobile dans le sens de l'axe ; le dit poussoir (34) comprenant : - une queue filetée (35) qui s'engage par vissage avec une boite tournante (36) reliée mécaniquement à un moteur électrique de commande (38). 9. Mélangeur thermostatique selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le dit poussoir (34) comprend des saillies latérales (39) qui s'engagent dans des gorges de guidage longitudinales pratiquées dans un couvercle de ferme- ture (40) du corps creux (10) du mélangeur. 10. Mélangeur thermostatique selon les revendications 8 et 9, caractérisé par le fait qu'une ou plusieurs garnitures étanches (41) sont placées entre des surfaces opposées dans le poussoir (34) et du couvercle de fermeture (40). 11. Mélangeur thermostatique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'actionneur thermostatique (24) est supporté par un transporteur tubulaire (42) de mélange, le dit transporteur (42) étant coulissant dans le sens de l'axe dans la cage de distribution (15) et soumis à un ressort de contraste (43) agissant en opposition à la poussée de l'actionneur thermostatique (24), le dit transporteur de mélange (42) ayant une chambre interne (44) de mélange des flux d'eau chaude et froide ouverte vers la chambre de mélange préalable (31) et un passage situé dessous (45) pour le flux de l'eau mélangée vers un raccord de sortie (46).