Brevet FR2847339A1 — publié le 20040521

La présente invention concerne un système énergétiquement autonome de surveillance d'un débit de fluide notamment liquide dans une canalisation. Au sens de l'invention il faut entendre par sur5 veillance d'abord la détection de l'existence ou de l'absence d'un débit de fluide dans la canalisation, au moyen d'un capteur susceptible d'émettre en sortie un signal de détection, ensuite l'interprétation de ce signal au moyen d'une unité d'interprétation, généralement élec10 tronique comprenant un microprocesseur ou un microcontrôleur programmé, enfin l'action décidée par l'unité d'interprétation se présentant sous la forme d'un signal de commande d'un actionneur, que celui-ci soit un dispositif d'alarme, un émetteur, une électrovanne, un dispo15 sitif de comptage et d'enregistrement... ou une combinaison d'entre eux. Au sens de l'invention également, énergétiquement autonome signifie qu'au moins l'actionneur ne tire l'énergie nécessaire à son fonctionnement que de l'énergie cinétique du fluide circulant dans la canalisation surveillée. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Il existe de nombreux procédés et dispositifs pour surveiller un écoulement de fluide dans une con25 duite, que cette surveillance se traduise dans un comptage de consommation par exemple d'eau à usage domestique ou industriel, ou qu'elle se résume à la détection d'une fuite déclenchant une alarme ou une vanne de sectionnement ou d'isolement. On citera par exemple le document US 4 518.955 qui met en oeuvre un capteur électromagnétique à effet Hall du débit d'un fluide dans une canalisation dont le signal de sortie est exploité par un microcontrôleur pour, en fonction d'une programmation préétablie, commander ou non l'actionnement de vannes de sectionne35 ment ou l'actionnement d'une alarme. Aucune indication n'est donnée dans ce document quant à la provenance de l'énergie consommée par le dispositif. Dans le document FR 2 590 984, on décrit un détecteur d'anomalies dans l'écoulement d'un fluide qui, lorsque l'anomalie est un écoulement anormalement long du fluide, puise de l'énergie dans cet écoulement même, pour commander une vanne de sectionnement de la tuyauterie siège de cet écoulement. Ce dispositif fonctionne d'autant mieux que la perte de charge introduite dans la canalisation qui assure le fonctionnement du détecteuractionneur est importante. Ceci est très pénalisant notamment dans le cas d'une canalisation d'eau à usage domestique. Dans de nombreux autres documents tels que le do15 cument US 5 153 564 et le document US 5 008 650, les dispositifs décrits font appel à une énergie électrique extérieure. OBJET DE L'INVENTION La présente invention a pour objectif de suppri20 mer les contraintes imposées par la fourniture d'une énergie électrique extérieure: établissement d'une ligne électrique d'alimentation d'un actionneur ou mise en place de batteries avec obligation d'en vérifier régulièrement la charge et l'état de fonctionnement..., sans pour autant altérer la circulation du fluide. Ainsi, par l'invention on assure une fonction de surveillance entièrement autonome donc d'installation simplifiée en n'importe quel endroit de la conduite ou du réseau à surveiller. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION L'invention a pour premier objet un système de surveillance du débit d'un fluide dans une canalisation comprenant un capteur de débit de fluide dans la canalisation, émettant en sortie un signal fonction de la quan35 tité de fluide circulant dans la canalisation, une unité électronique d'exploitation des signaux du capteur de débit, un actionneur activé électriquement et une source d'énergie électrique dont la liaison à l'actionneur est commandée par l'unité électronique d'exploitation; la source d'énergie électrique est selon l'invention constituée par une génératrice de courant animée par le débit de fluide circulant dans la canalisation associée à au moins un accumulateur. Dans un mode préféré de réalisation, le système susdit est tel que le capteur, l'unité électronique, la génératrice, l'accumulateur et l'actionneur sont réunis en un appareil unique qui est traversé par un canal interne formant tronçon de la canalisation sous surveillance et comportant à cet effet des organes de rac15 cordement aux parties amont et aval de cette canalisation par rapport à ce tronçon. Cet appareil constitue une unité fonctionnelle qu'il est aisé d'insérer dans une canalisation à l'instar d'une électrovanne, cette unité étant parfaitement autonome et donc pouvant être installée loin de toute source d'énergie conventionnelle. Dans cette unité fonctionnelle autonome, le capteur de débit comporte une turbine qui peut constituer également un organe d'entraînement de la génératrice. Cependant, de manière avantageuse, le capteur de débit et la génératrice comprennent chacun une turbine logée dans le flux de fluide véhiculé par la canalisation, le capteur de débit comprenant en outre un interrupteur à lame souple actionné par un aimant solidaire de la turbine de manière à délivrer un signal de sortie sous forme d'impulsions dont le nombre est fonction de l'amplitude de rotation de la turbine. On peut envisager différents modes de réalisation de la génératrice. Dans l'un d'eux l'accouplement entre la turbine et la génératrice est réalisé par une trans35 mission surmultipliée à engrenages dont une roue dentée est accouplée magnétiquement sans contact à la turbine au travers d'une paroi du canal interne de l'appareil. Dans une autre réalisation, la turbine est équipée de masses polaires formées par des aimants permanents qui tournent devant des bobinages fixes situés à l'extérieur d'une paroi du canal, le courant induit dans ces bobinages étant traité pour être accumulé de manière convenable. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ciaprès de quelques exemples de sa réalisation. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe illustrant le système de surveillance selon l'invention, - la figure 2 est une vue schématique d'un appareil formant une réalisation structurelle du système de la figure 1, - la figure 3 est une vue de détail d'une disposition de la figure 2 au niveau de la génératrice, - la figure 4 est une variante de réalisation de la génératrice mise en oeuvre dans l'appareil de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION A la figure 1 on a représenté une conduite 1 de fluide, par exemple une conduite d'alimentation en eau d'une installation domestique. La circulation d'eau dans cette conduite 1 entraîne en rotation une turbine 2 qui est accouplée par une transmission 3 à une génératrice 4 de courant électrique dont la sortie 4a est reliée à un accumulateur 5. Cette turbine 2 est associée à un détecteur de sa rotation 6 pour former ensemble un capteur du débit cir35 culant dans la conduite 1. Le signal de sortie de ce dé- tecteur 6 est envoyé à l'entrée d'un circuit électronique d'exploitation 7 comportant notamment un microcontrôleur programmé, lequel, en fonction du programme qu'il contient, délivre ou non un signal de sortie 8 en direction d'un interrupteur 9 d'alimentation d'un actionneur 10a, b, 10c. L'interrupteur 9, commandé par le signal de sortie 8 du circuit d'interprétation 7, est disposé sur la ligne de puissance 11 d'alimentation des actionneurs a, 10b, 10c provenant de la source d'énergie que cons10 titue l'accumulateur 5. Le système de l'invention peut ne comporter qu'un seul actionneur ou une combinaison de chacun d'entre eux. L'actionneur 10a est formé par un actionneur électromagnétique de la commande d'une vanne de sectionnement 12 de la conduite 1. L'actionneur 10b se veut symboliser une alarme sonore. L'actionneur 10c représente schématiquement un émetteur radio soit d'un signal d'alerte, soit d'un signal représentatif par exemple d'une consommation d'eau détectée par le détecteur 6 associé à la turbine 2 et enregistrée dans l'unité électronique 7. On notera que l'unité électronique 7 possède une alimentation 13 qui est ici dérivée de la ligne d'alimentation 11 issue de l'accumulateur 5. Ce n'est pas sortir du cadre de l'invention que de prévoir pour l'unité électronique 7 une batterie longue durée formant une source d'énergie auxiliaire pour par exemple maintenir ses circuits à l'état de veille. A la figure 2, on a schématiquement représenté les composants du système de la figure 1 réunis dans une unité fonctionnelle. Cette unité fonctionnelle comporte un corps sensiblement parallélépipédique 20, creusé d'un canal interne 21 qui forme un tronçon de canalisation. Ce canal interne 21 possède à l'une de ses extrémités des moyens 22 de son raccordement à une canalisation non re35 présentée. A son autre extrémité, ce canal 21 est équipé d'une vanne 12, portant des moyens de connexion 23 à la canalisation à surveiller et possédant un boisseau sphérique 24. Le canal 21 vient en intersection avec des cavités 25, 26 dans lesquelles sont montées à rotation des turbines 27 et 28, ces cavités étant fermées hermétiquement par des couvercles 29, 30. La turbine 27 est accouplée à une roue dentée 31, laquelle coopère avec la roue dentée 32 d'entrée d'une génératrice 33. La turbine 28 coopère avec un détecteur 34 qui émet en sortie des im10 pulsions proportionnelles au nombre de tours de la turbine 28. Par exemple la turbine 28 peut porter un aimant permanent qui, lorsqu'il passe au droit du détecteur 34, produit sur un interrupteur à lame souple que comporte ce détecteur 34, la fermeture d'un circuit électrique, donc engendre une impulsion dans ce circuit, lequel est relié à une unité électronique d'exploitation. Cette unité électronique d'exploitation se présente ici sous la forme d'une carte électronique 35 supportée par le corps 20. Deux condensateurs en série 36 et 37 sont électriquement reliés à la génératrice 33 pour former l'accumulateur 5 d'énergie précédemment décrit. Dans une variante non représentée, le détecteur 34 peut être disposé au droit de la paroi 29 pour détecter la rotation de la turbine 27. L'appareil ne compren25 drait alors qu'une seule turbine. Le fonctionnement de celle-ci pour une mesure de débit est influencé par la valeur du courant de charge de la génératrice, ce qui peut introduire un aléa à maîtriser électroniquement dans le comptage. Le boisseau sphérique 24 de la vanne 12 est attelé à un levier de manoeuvre 38 terminé par une poignée 39. Le levier 38 peut tourner autour de l'axe 40 entre une position d'ouverture telle que celle représentée à la figure 2, dans laquelle la poignée 39 s'étend le long du support 20 et une position de fermeture obturant la cana- lisation dans laquelle la poignée 39 est située sensiblement à l'aplomb vertical de l'axe 40. Un ressort 41 tend à ramener le levier 38 dans la position d'obturation de la canalisation. La poignée est représentée à la figure 2 rabattue sur le corps 20 et maintenue à l'encontre de l'effet du ressort 41 dans cette position par un verrou 42 qui peut être escamoté grâce à un actionneur électromagnétique 43 dont l'alimentation est reliée à l'accumulateur 37 au moyen d'un interrupteur commandé par le circuit électronique 35. On prendra l'exemple de l'utilisation de l'appareil selon l'invention en liaison avec une installation de distribution d'eau domestique. L'appareil insé15 ré sur la conduite générale d'alimentation de l'installation est normalement dans son état représenté à la figure 2, c'est-à-dire que la vanne à boisseau sphérique est ouverte. Une consommation normale de l'eau entraîne un flux dans le canal 21, ce débit ayant pour ef20 fet d'entraîner la turbine 27 et donc de produire grâce à la génératrice 33 une énergie électrique traitée par des moyens appropriés et stockée dans l'accumulateur formé par les deux capacités 36 et 37. Cette circulation engendre également la rotation de la turbine 28 et donc l'émission d'impulsions reconnue par le circuit électronique 35 et notamment par son microcontrôleur programmé comme étant le signe d'une consommation normale d'eau. On pourra par exemple avoir programmé dans le microcontrôleur du circuit électronique 35 le fait qu'une consomma30 tion normale d'eau est caractérisée par un temps de soutirage continu n'excédant pas quelques minutes ou quelques dizaines de minutes. Ainsi, si on détecte un temps de soutirage supérieur à ce seuil, il est probable que celui-ci soit significatif d'un fonctionnement anormal de l'installation et exige une intervention telle que la coupure de la canalisation. Dans ces conditions, le circuit électronique 35 commande l'alimentation de l'actionneur électromagnétique 43 qui escamote le verrou 42 permettant ainsi au levier 38 d'être rappelé par le ressort 41 dans la position de fermeture de la canalisation par le boisseau sphérique 24. Le réarmement du dispositif demande une intervention manuelle. Dans le même temps, le circuit électronique 35 peut être programmé pour comptabiliser les impulsions émises par le détecteur 34 afin de constituer un compteur de la consommation d'eau. Par un dispositif d'entrée/sortie tel qu'un émetteur-récepteur associé au circuit électronique 35 mais non représenté aux figures, il et possible de procéder à du télécomptage, c'est-à15 dire à une transmission radio des données contenues dans une mémoire soit électronique soit mécanique à l'instar des roues d'un compteur, et significative de la consommation d'eau en réponse à une interrogation par voie hertzienne. L'émetteur- récepteur sera relié également aux ac20 cumulateurs d'énergie électrique 36, 37 rechargés par la génératrice 33. On peut également mettre en oeuvre un émetteur-récepteur de signaux infrarouges. A la figure 3, on a représenté par une vue de détail et schématiquement, un mode de réalisation possible de la turbine 27 et de son accouplement avec la roue dentée 31. Cette turbine 27 est montée dans la cavité 25 à rotation sur une pointe 27a, cette cavité 25 étant fermée hermétiquement par un couvercle 29 qui possède également en son centre un pivot 44 de centrage de la turbine 27. La pointe inférieure 45 du pivot 44 repose une bille 46 de dureté suffisante pour supporter sans usure les efforts rencontrés dans ce montage. La turbine 27 possède des aimants 47 en partie supérieure faisant face au couvercle 29 tandis que la roue 31 possède en regard des ai35 mants 48 de pôle opposé, pour être magnétiquement calée en rotation par rapport à la turbine 27. De même que précédemment, la roue 31 repose sur le couvercle 44 par une pointe 31a et reste centrée autour d'un pivot 49 appartenant à un support 50 maintenu sur le corps 20. A la figure 4 la variante de réalisation représentée intègre en une seule pièce la turbine et la partie tournante de la génératrice. C'est ainsi que la turbine 27 possède une extension axiale 27b qui la surmonte et qui porte des aimants latéraux 51. Cette turbine est comme dans le cas précédent maintenue en place grâce à sa pointe 27a et au pivot 44 d'un couvercle 29a qui ici coiffe l'extension 27b de la turbine 27. Autour de ce couvercle 29a, on a disposé des enroulements 52 autour de pièces polaires 53 de sorte que les variations de champ magnétique dans les pièces polaires au passage des aimants 51 engendrent un courant induit dans les enroulements 52 qui est traité et conduit dans les accumulateurs 36 et 37 susdits. Ce type de génératrice multipolaire est avantageux car elle peut produire suffisamment de courant même à une vitesse relativement faible de rotation de la turbine 27. REVEND I CAT IONS 1. Système de surveillance du débit d'un fluide dans une canalisation (1, 21) comprenant un capteur (2, 6, 28, 34) du débit de fluide dans la canalisation, émettant en sortie un signal fonction de la quantité de fluide circulant dans cette canalisation, une unité électronique (7, 35) d'exploitation des signaux du capteur de débit, un actionneur (lOa, lOb, lOc, 43), activé électri10 quement et une source d'énergie électrique dont la liaison à l'actionneur est commandée par l'unité électronique d'exploitation, caractérisé en ce que la source d'énergie électrique est constituée par une génératrice de courant (4, 33, 53) animée par le débit de fluide circulant dans la canalisation et associée à au moins un accumulateur (5, 36, 37). 2. Système de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur, l'unité électronique, la génératrice, l'accumulateur et l'actionneur sont réunis en un appareil unique qui est traversé par un canal interne (21) formant tronçon de la canalisation sous surveillance et comportant à cet effet des organes de raccordement (22, 23) aux parties amont et aval de cette canalisation par rapport à ce tronçon (21). 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le capteur de débit comporte une turbine (2) qui constitue également un organe d'entraînement de la génératrice (4). 4. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le capteur de débit et la génératrice comprennent chacun une turbine (27, 28) logée dans le flux de fluide véhiculé par la canalisation (21). 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le signal de sortie du capteur (34) est sous forme d'impulsions dont le nombre est fonction de l'amplitude de rotation de la turbine (28). 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'accouplement entre la turbine (27) et la génératrice (33) est réalisé par une transmission surmultipliée à engrenages dont une roue dentée (31) est accouplée magnétiquement sans contact à la turbine (27) au travers d'une paroi (29) du canal. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendica10 tions 2 à 6, caractérisé en ce que le canal interne (21) comporte un organe (24) de son obturation, attelé à une poignée de manoeuvre manuelle (38, 39) accessible depuis l'extérieur de l'appareil, mobile entre une première position d'ouverture du canal (21) et une seconde position d'obturation de ce dernier, et en ce qu'il comporte un verrou (42) de la poignée (38, 39) dans sa première position à l'encontre de l'effet d'un organe de rappel (41) de cette dernière en direction de sa deuxième position, et un actionneur électromagnétique (43) de ce verrou pour libérer la poignée. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un corps (20) creusé du canal interne (21), équipé de moyens de raccordement (22, 23) de ce dernier à la canalisation et formant le support unique des turbines (27, 28) de la génératrice (33) de l'accumulateur (36, 37) de l'unité électronique (35) de la poignée (38, 39) du verrou (42) et de l'actionneur (43). 9. Appareil selon l'une quelconque des revendica30 tions 2 à 6, caractérisé en ce que l'actionneur est un dispositif d'alarme (lob) visuel ou acoustique. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'actionneur est un émetteur-récepteur (lOc) d'ondes hertziennes ou de si35 gnaux infrarouges.