Brevet FR2867545A1 — publié le 20050916

La présente invention concerne une vanne thermostatique, en particulier pour équipements sanitaires, en considérant dans ce cadre notamment les appareils équipant couramment les cuisines et autres salles d'eau. Une vanne thermostatique comporte, de manière classique, au moins un boîtier dans lequel sont ménagés respectivement au moins un orifice d'admission d'eau chaude, un orifice d'admission d'eau froide et un orifice de sortie; une tige de réglage assemblée avec le boîtier par des filetages coopérants; et un thermocouple auquel est associé un piston qui est monté coulissant dans un alésage du boîtier en recouvrement au moins partiel d'au moins l'un des orifices d'admission d'eau, eau froide ou eau chaude. De tels dispositifs thermostatiques servent à réguler une température présélectionnée par l'utilisateur pour l'eau sous forme de mélange obtenue à la sortie d'eau, en modifiant les débits respectifs à l'admission d'eau froide et à l'admission d'eau chaude. La température peut ainsi être maintenue à une valeur constante, par exemple pour alimenter une pomme de douche. A cet effet, un piston est agencé de façon mobile à l'intérieur d'un boîtier. Ses déplacements sont commandés par un thermocouple. Le piston se déplace dans le boîtier entre les orifices d'admission d'eau froide et d'admission d'eau chaude, en obstruant ceux- ci alternativement en totalité ou en partie. Le thermocouple se compose essentiellement d'un élément dilatable, notamment une chambre de dilatation, et d'un tige piston de thermocouple entraînée en translation par la dilatation. Une tige de réglage fait coulisser axialement le thermocouple et le piston dans le boîtier en fonction de la température souhaitée. La tige de thermocouple prend appui sur la tige de réglage. Lors d'une dilatation du contenu du thermocouple, elle se déplace par rapport à la chambre de dilatation, de telle sorte que le piston de régulation d'admission d'eau, qui est solidaire de la chambre de dilatation, se déplace en recouvrant de façon croissante l'admission d'eau chaude. Lors d'un refroidissement, en revanche, aucune force de 2867545 2 rappel n'est exercée sur le thermocouple, de sorte qu'il faut un ressort de compression additionnel, qui prend appui sur le fond du boîtier et qui pousse le thermocouple ainsi que sa tige de piston sur la tige de réglage. Ce ressort de compression, qui agit en ressort de rappel, exerce une force parallèle à l'axe longitudinal de l'alésage du boîtier sur la tige de réglage qui s'y trouvée logée, habituellement dans un logement récepteur à filetage fin. Les filets sont donc sollicités axialement, ce qui engendre des forces de friction considérables dans les filets, forces qui ne peuvent être surmontées qu'en exerçant un couple d'une ampleur correspondante sur la tige de réglage. C'est donc un but dé la présente invention que d'améliorer une vanne thermostatique du type mentionné ci-dessus d'une manière telle que les forces de friction s'exerçant sur le filetage de la tige de réglage soient réduites. Selon une première variante de mise en oeuvre de l'invention, s'agissant d'une vanne dans lequelle le thermocouple est en appui sur la tige de réglage, on atteint ce but par le fait que le thermocouple est lié directement ou indirectement à la tige de réglage par un ressort de traction. Cette connexion peut être directe, ou indirecte par l'intermédiaire d'éléments additionnels. Selon l'invention, toute l'unité constituée de la tige de réglage et du thermocouple prend donc appui sur elle-même. Le filetage n'est donc pas sollicité par des forces axiales et il peut être facilement manceuv -é par des moteurs électriques à faible consommation de courant, qui peuvent même être alimentés par batterie. II est donc possible de prévoir des dispositifs électroniques de présélection pour la manoeuvre de la tige de réglage. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux parce que le système mécanique est en principe inchangé par rapport aux dispositifs de régulation thermostatiques connus par l'état de la technique, et parce que la constante élastique du ressort de traction est sélectionnée pour correspondre à la constante élastique du ressort de compression utilisé dans l'état de la 2867545 3 technique, qui prend appui sur le fond du boîtier. Le système de régulation mécanique de l'état de la technique qui en soi a fait ses preuves, peut donc être adopté. Le thermocouple peut avantageusement prendre appui sur 5 la tige de réglage par l'intermédiaire d'un ressort de protection en cas d'excès de course. Suivant une caractéristique secondaire de l'invention, le thermocouple peut consister en au moins une chambre de dilatation de thermocouple et une tige de piston de thermocouple. La chambre de dilatation du thermocouple peut dans ce cas être lié directement ou indirectement au piston. Selon un deuxième aspect, l'invention atteint son but par le fait que l'alésage de boîtier reçoit à coulissement une douille coulissante liée à la tige de réglage, dans laquelle le piston est agencé et qui comporte un orifice d'admission d'eau chaude et un orifice d'admission d'eau froide dans la zone de déplacement du piston, et que le thermocouple est en appui sur au moins un palier fixe sur le boîtier. Dans ce cas, le thermocouple peut être guidé entre deux paliers fixes sur le boîtier au moyen d'un ou plusieurs ressorts de compression. Mais, ici aussi, comme dans le cas du premier aspect, les forces exercées sur le thermocouple ne s'exercent pas sur le filet de la tige de réglage. Le thermocouple peut ici aussi consister en au moins une 25 chambre de dilatation de thermocouple et une tige de piston de thermocouple. On peut prévoir que la tige de piston du thermocouple soit liée au palier fixe, et que la chambre de dilatation du thermocouple soit lié au piston et soit poussé contre le palier fixe au moyen d'un ressort de compression en appui sur le boîtier. Le thermocouple peut être en appui sur le boîtier au moyen d'un ressort de protection en cas d'excès de course. 2867545 4 Les buts, particularités et avantages de la présente invention ainsi que d'autres ressortiront davantage de la description qui suit de l'invention en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente un premier mode de réalisation d'une vanne thermostatique suivant l'invention en position de fonctionnement - la figure 2 représente également le premier mode de réalisation, mais dans une position de blocage en cas de panne 10 d'eau froide; - la figure 3 représente un deuxième mode de réalisation d'une vanne thermostatique suivant la présente invention. La figure 1 représente un premier mode de réalisation du dispositif de régulation thermostatique 100 conforme à l'invention. 15 On y voit essentiellement: - un boîtier de vanne thermostatique 10, - un thermocouple 22, auquel est associé un piston 20 monté coulissant dans un alésage du boîtier 10, - une tige de réglage 27 pour la présélection de la température 20 souhaitée, ou température de consigne, qui est assemblée par liaison filetée avec le boîtier. Dans le boîtier sont ménagés, en plus d'un orifice de sortie 1 1, un orifice d'admission 14 pour l'eau chaude et un orifice d'admission 15 pour l'eau froide. Par rapport au piston 20 se disposant entre eux, ces deux orifices sont espacés axialement l'un de l'autre d'une manière telle que soit le piston 20 recouvre totalement l'un des orifices d'admission 14, 15, bloquant ainsi l'admission d'eau par cet orifice, soit il recouvre en partie chacun des deux orifices d'admission 14, 15, en réglant ainsi le flux volumique d'eau froide et d'eau chaude par modification de la section transversale des orifices d'admission 14 et 15, de sorte que l'eau produite par le mélange des deux flux à l'orifice de sortie 11 soit à la température souhaitée. 2867545 5 Le thermocouple 22 est lié de façon rigide au piston 20. Il en est solidaire par sa chambre de dilatation de thermocouple 22.1, tandis que sa tige piston de thermocouple 22.2 est mobile en coulissement longitudinal par rapport à cette unité formée par l'ensemble de la chambre de dilatation et du piston de vanne 20. L'agencement ici décrit est choisi de préférence pour des raisons d'encombrement. Mais on peut aussi prévoir un agencement inverse, suivant lequel le piston mobile est lié rigidement à la tige de thermocouple tandis que la chambre de dilatation de thermocouple prend appui sur la tige de réglage. La,course du piston 20 dans le boîtier 10 peut être limitée par au moins une butée fixe 12. L'étanchéité du boîtier 10 par rapport à l'extérieur est assurée par un joint étanche 23 qui entoure la tige de réglage 27. Par une rotation de la tige de réglage 27, l'utilisateur positionne l'ensemble du thermocouple 22 dans une position initiale axiale déterminée, par rapport au boîtier 10, qui correspond à une température de consigne souhaitée pour l'eau produite, par exemple par sélection d'une valeur correspondante sur une échelle de températures représentée sur la tige de réglage ou sur un bouton qui en est solidaire. Dans cette position initiale, les orifices d'admission 14, 15 d'eau chaude et d'eau froide sont partiellement recouverts par le piston 20. L'eau chaude et l'eau froide peuvent entrer dans le boîtier 10, où elles se mélangent et d'où leurs flux réunis sortent en mélange par l'orifice de sortie 11. Si ensuite la pression ou la température à l'orifice d'admission 15 d'eau froide est modifiée, il en résulte une dilatation dans la chambre de dilatation 22.1 du thermocouple, de sorte que sa tige piston 22.2 coulisse en s'en éloignant hors du thermocouple 22. Puisque la tige 22.2 est en appui sur la tige de réglage 27, la chambre de dilatation 22.1 du thermocouple ainsi que le piston 20 qui en est solidaire se déplacent en recouvrant de plus en plus l'orifice d'admission 14 d'eau chaude, de sorte que la température à l'orifice de sortie 11 diminue. 2867545 6 En cas de panne totale de l'admission d'eau froide, en revanche, l'écoulement d'eau chaude seule le long de la chambre de dilatation provoque une dilatation brutale de celle-ci, de sorte qu'elle se déplace, ainsi que le piston 20, suffisamment pour que l'orifice d'admission 14 d'eau chaude soit totalement recouvert, ce qui arrête l'admission d'eau chaude. Cette position est représentée à la figure 2. Ce fonctionnement évite le risque de brûlures en cas de panne de l'admission d'eau froide. Selon l'invention, l'unité 22 de thermocouple avec sa chambre de dilatation 22.1, le cas échéant avec aussi le piston 20, sont accouplés par un ressort de traction 25 à la tige de réglage 27. Le ressort de traction précontraint 25 tire la -chambre de dilatation 22.1 du thermocouple ainsi que le piston 20 contre la tige de réglage 27. Une collerette 28 peut être prévue sur la tige de réglage 27 pour servir de butée pour le ressort de traction. Le ressort de traction 24 est précontraint lors d'une élévation de la température et d'une dilatation correspondante dans la chambre de dilatation 22.1 du thermocouple, qui amène la tige 22 de thermocouple à coulisser vers l'extérieur, de sorte que l'unité constituée par la chambre de dilatation 22.1 et le piston 20 est de nouveau tirée vers la tige de réglage 27 lors d'un processus de refroidissement ultérieur. Il est également possible de prévoir entre la tige 22.2 de thermocouple et la tige de réglage 27 un ressort 24 de protection en cas d'excès de course. Ce ressort, à constante élastique très élevée, sert en particulier à empêcher une destruction du thermocouple 22 lorsque celui- ci est bloqué entre la butée fixe 12 et la tige de réglage et qu'il se dilate simultanément par échauffement. Dans ce cas, la variation de longueur du thermocouple 22 peut être compensée par un écrasement du ressort de protection en cas d'excès de course 24. La figure 3 représente un deuxième mode de réalisation d'une vanne thermostatique 200 suivant l'invention. Dans ce cas, le thermocouple 222 ainsi qu'un piston 220 sont logés axialement entre 2867545 7 un ressort de compression 225 et un ressort 224 de protection en cas d'excès de course. Le ressort de protection en cas d'excès de course 224 prend appui sur le boîtier 230. Dans l'exemple de réalisation représenté, la liaison au boîtier 230 est réalisée au moyen d'une cheville 229 intervenant comme portée ou butée fixe. Une douille coulissante 210 est interposée radialement entre le piston 220 et l'enveloppe du boîtier 230. La douille coulissante comporte un orifice 214 d'admission d'eau chaude et un orifice 215 d'admission d'eau froide. L'un au moins de ces orifices peut être recouvert en totalité ou en partie par le piston 220. Face aux orifices 214, 215 d'admission d'eau chaude et d'admission d'eau froide de la douille coulissante sont ménagés les orifices 234, 232 d'admission d'eau chaude et d'eau froide du boîtier 230. Les orifices du boîtier sont plus grands que les orifices correspondants de la douille, afin que la section transversale des orifices 214 et 215 de la douile soit toujours complètement libre en regard des orifices 232, 234 du boîtier, quelque soit la position de la douille coulissante 210. La douille coulissante 210 peut être liée de façon rigide à la tige de réglage 227. Comme le déplacement ultérieur de cette dernière fait tourner la douille coulissante 210, des zones d'entrée incurvées qui conduisent vers les orifices 214, 215 d'eau chaude et d'eau froide sont avantageusement prévues sur le boîtier 230 et/ou sur la douille coulissante 210. La douille coulissante 210 peut aussi être guidée dans le boîtier 230 de manière à ne pas pouvoir y tourner. Elle peut lui être liée au moyen d'éléments en engagement mutuel positif qui permettent une rotation relative entre la douille coulissante 210 et la tige de réglage 227. A l'intérieur de la zone comprise entre les orifices 214, 215 d'admission d'eau chaude et d'eau froide, la chambre de dilatation 222.1 du thermocouple ainsi que le piston 220 peuvent se déplacer ensemble longitudinalement en coulissant dans la douille coulissante. Lors de variations des admissions d'eau, les sections transversales des orifices 214, 215 sont modifiées de façon 2867545 8 correspondante afin d'atteindre à la sortie 211 la température de consigne souhaitée pour l'eau produite résultant du mélange. Mais la présélection de la température souhaitée ne résulte plus d'un coulissement de toute l'unité constituée du thermocouple et du piston, mais d'un coulissement axial des orifices 214, 215 d'eau chaude et d'eau froide du côté admission. Une élévation de la température ou de la pression à l'admission d'eau chaude provoque une dilatation du thermocouple 222. Comme par sa tige piston celui-ci prend appui, par l'intermédiaire du ressort 224 de protection en cas d'excès de course, sur la cheville 229, et donc sur le boîtier 230, il s'ensuit que sa chambre de dilatation 222.1 se déplace ainsi que le piston 220, en s'éloignant et coulissant par dessus l'orifice 214 d'admission d'eau chaude, donc en réduisant sa section transversale et par là le flux volumique. L'orifice 215 d'admission d'eau froide est simultanément plus largement ouvert. Lors du refroidissement qui s'ensuit et dans le cas d'une panne d'eau froide, le thermocouple 222 se rétracte et revient, sous l'assistance du ressort de compression 225, en direction de la butée fixe 229. Il est commun aux deux modes de réalisation mettant en oeuvre l'invention qui viennent d'être décrits qu'ils permettent d'assurer un déplacement relatif entre le piston et les orifices d'admission d'eau chaude et d'eau froide sans que les efforts en résultant s'exercent sur le filetage de la tige de réglage de la température de consigne. Dans les deux cas, la tige de réglage détermine une position initiale de deux éléments de la vanne qui sont mobiles l'un par rapport à l'autre pour ouvrir ou fermer plus ou moins les orifices d'admission d'eau chaude et d'eau froide relativement l'un à l'autre, soit que ce réglage agisse en déplacement par rapport au piston 20 d'une portée mobile (collerette 28) servant d'appui au thermocouple, soit qu'il agisse indirectement par déplacement d'une douille intermédiaire mobile par rapport au piston 20 alors que la portée d'appui du thermocouple est fixe. Dans les deux cas également, si l'on considère que le thermocouple est formé de deux organes 2867545 9 mobiles l'un par rapport à l'autre, à savoir la chambre de dilatation et la tige de thermocouple, on observe que l'un de ces organes est solidaire du piston qui ouvre et ferme plus ou moins les orifices d'admission d'eau tandis que l'autre est en appui sur la portée prévue à cet effet sur l'élément coopérant de l'ensemble de réglage de la température de consigne, sous l'action de rappel élastique d'un ressort. Ce dernier est un ressort de traction vers la portée de la tige de réglage dans le cas de la figure 1, un ressort de poussée à l'encontre du fond du boîtier dans le cas de la figure 3. Enfin, on a avantageusement prévu dans les deux cas, de compléter la vanne par un resssort de sécurité en cas d'excès de course qui est interposé entre l'organe mobile du thermocouple, donc notamment le bout de la tige du thermocouple, et la portée sur laquelle il prend appui, qu'il s'agisse de la tige de réglage de la température de consigne ou d'une butée fixe du boîtier. 2867545 10 REVENDICATIONS 1. Vanne thermostatique (100), en particulier pour équipements sanitaires, comportant au moins: un boîtier (10) dans lequel sont ménagés respectivement au moins un orifice d'admission (14) d'eau chaude, un orifice d'admission (15) d'eau froide et un orifice de sortie (Il) ; une tige de réglage (27) assemblée avec le boîtier par liaison filetée (16, 26) ; un thermocouple (22) qui est en appui sur la tige de réglage (27) et auquel est associé un piston (20) monté coulissant dans un alésage du boîtier (10) en recouvrement au moins partiel d'au moins l'un des orifices d'admission (14, 15) ; caractérisée en ce que le thermocouple (22) est lié directement ou indirectement à la tige de réglage (27) par un ressort de traction (25). 2. Vanne thermostatique (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le thermocouple (22) est en appui sur la tige de réglage (27) par l'intermédiaire d'un ressort (24) de protection en cas d'excès de course. 3. Vanne thermostatique (100) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le thermocouple (22) consiste au moins en une chambre de dilatation (22.1) de thermocouple et une tige piston (22.2) de thermocouple. 4. Vanne thermostatique (100) selon la revendication 3, caractérisée en ce que la chambre de dilatation (22.1) du thermocouple est liée directement ou indirectement au piston (20).