Brevet FR2930827A1 — publié le 20091106

-1- L'invention concerne un équilibreur de pressions asymétrique des circuits d'eau sanitaire chaude et froide ayant des variations aléatoires de ses pressions d'entrée, qui égalise les pressions de sortie et qui permet la fermeture et l'ouverture simultanée des circuits eau chaude et eau froide alimentant des mitigeurs en conservant les réglages des températures et débits desdits mitigeurs. Les circuits d'eau sanitaire chaude et froide pour l'habitat et les collectivités ne sont pas toujours à la même pression lorsqu'ils arrivent au point d'utilisation dit point de puisage. Cette différence de pression rend difficile le fonctionnement des appareils qui mélangent l'eau chaude et l'eau froide pour abaisser en toute sécurité la température de l'eau chaude à une température choisie par l'utilisateur. Il est intéressant que l'utilisateur puisse retrouver instantanément les réglages de la température et du débit choisis lorsqu'il a besoin d'arrêter momentanément l'écoulement à travers le mitigeur. L'invention est destinée à améliorer la sécurité, les conditions de réglage et l'utilisation du mélange eau chaude et eau froide. 11 existe plusieurs descriptions d'équilibreurs de pressions, en particulier ceux du type symétrique tel que celui décrit dans le brevet US 5,975,107. Ces équilibreurs dits symétriques ne permettent pas de déterminer une pression de sortie qui ne sera jamais supérieure à l'autre ce qui a pour conséquence d'avoir toujours un point de fonctionnement avec un écoulement d'eau chaude sans écoulement d'eau froide ce qui peut présenter un risque important d'accident grave pour l'usager, un de ces points critiques étant généralement dû à un grand rapport de la pression d'entrée eau froide sur la pression d'entrée eau chaude qui maintient le circuit eau froide fermé tout en laissant le circuit eau chaude ouvert. Par exemple ce point critique est souvent rencontré dans les installations munies de chauffe-eau instantanés lorsque la demande du soutirage eau chaude est supérieure à la capacité énergétique du chauffe-eau, la pression de l'eau chaude est alors réduite pour diminuer le débit eau chaude et conserver la température de chauffe. D'autres exemples peuvent être solutionnées par l'invention, notamment dans le cas de réseaux eau chaude et eau froide alimentés par des sur-presseurs ou compresseurs fonctionnant de manière indépendante et générant des écarts importants des pressions d'alimentation, notamment en cas de puisage excessif générant une baisse de la pression du circuit soumis au puisage excessif, etc ... La présente invention concerne un appareil équilibreur de pression asymétrique de sécurité qui permet - d'avoir une pression de sortie eau chaude qui ne sera jamais supérieure à la pression de sortie eau froide et donc de ne pas rencontrer les risques d'accident décrits ci-dessus - d'éviter un retour de l'eau chaude vers l'eau froide en cas de mauvaise étanchéité des appareils en aval ce qui peut provoquer un risque de développement des bactéries de type légionnelles ou pseudomonas dans le circuit eau froide - de couper le circuit eau chaude en cas de coupure accidentelle ou volontaire du circuit eau froide - de fermer ou d'ouvrir les débits à travers un mitigeur tout en conservant les réglages de températures et débits dudit mitigeur. Cette dernière fonction étant destinée à faciliter une utilisation des mitigeurs nécessitant des arrêts momentanés. -2- Cet appareil est réalisé sur le principe de fonctionnement décrit dans le brevet français FR 0011154. Il est précisé que dans le descriptif ci-après la notion de limiteur de pression piloté par une pression est un asservissement du type système automatique ayant une pression d'entrée et une pression de sortie qui tend en permanence à réduire l'écart entre une grandeur commandée qui est la pression de sortie et une grandeur de commande qui est la pression pilote, la grandeur de commande étant indépendante du fonctionnement dudit système automatique et la pression de sortie n'étant jamais supérieure à la pression de commande. Il est également précisé que dans le descriptif ci-après le sigle EC est l'abréviation de eau chaude et le sigle EF est l'abréviation de eau froide. La figure 1 représente le schéma de fonctionnement d'un tel appareil. La figure 2 représente l'ensemble poussoir à tiroirs (12) en position de fermeture des circuits eau chaude et eau froide. La figure 3 représente l'ensemble poussoir à tiroirs (12) en position d'ouverture des circuits eau chaude et eau froide. La figure 4 représente une perspective isométrique d'un tel appareil. L'appareil est constitué par 3 ensembles, chaque ensemble est délimité sur le schéma de la figure 1 par un trait mixte discontinu : - un ensemble limiteur de pression EC (7) contenu dans un corps EC (8) qui est équipé d'une canalisation (1) d'alimentation EC, d'une canalisation (25) de départ EC, d'une canalisation (26) communiquant avec l'ensemble poussoir à tiroirs (12), et d'une canalisation (11) communiquant avec l'ensemble poussoir à tiroirs (12). Le corps (8) est composé par deux volumes, le volume (2) d'entrée de l'EC à la pression P1 et à la température T1 d'entrée de l'EC et le volume (4) de sortie de l'EC à la pression P4 et la température Ti de sortie de l'EC. - un ensemble limiteur de pression EF(14) contenu dans un corps EF (18) qui est équipé d'une canalisation (22) d'alimentation EF, d'une canalisation (24) de départ EF, d'une canalisation (15) communiquant avec l'ensemble poussoir à tiroirs (12), et d'une canalisation (13) communiquant avec l'ensemble poussoir à tiroirs (12). Le corps (18) est composé par deux volumes, le volume (21) d'entrée de l'EF à la pression P2 et à la température T2 d'entrée de l'EF et le volume (19) de sortie de l'EF à la pression P3 et la température T2 de sortie de l'IEF.. - un ensemble poussoir à tiroirs (12) comprenant un corps (33) dans lequel se trouvent un tiroir EC (32) et un tiroir EF (29) dont chaque extrémité est encastrée rigidement dans un poussoir d'ouverture (30) et un poussoir de fermeture (27) de manière à obtenir un mouvement et une position identiques de chaque tiroir EC (32) et EF (29) par rapport aux extrémités des canalisations (11) et (13) d'une part et (26) et (15) d'autre part lorsque le poussoir d'ouverture (30) est enfoncé en butée ou lorsque le poussoir de fermeture (27) est enfoncé en butée. - un clapet (5), une coupelle rigide (6) et une membrane EC (9) et EF (17) équipent chacun des corps EC (8) et EF (18), un ressort (23) exerce un effort très faible mais suffisant pour maintenir le contact entre chaque clapet (5) et l'ensemble formé par sa coupelle rigide (6) et la membrane EC (9) d'une part et la membrane EF (17) d'autre part, chaque clapet (5) est également encastré dans chaque membrane EC (9) et EF (17). Les membranes EC (9) et EF (17) ont une très faible raideur et sont -3- généralement en élastomère, elles sont parfaitement étanches et encastrées étanches respectivement dans chacun des corps EC (8) et EF (18). Le volume (2) et le volume (4) communiquent par la section de passage EC (3) qui dépend de la position du clapet (5) du corps EC (8). Le volume (21) et le volume (19) communiquent par la section de passage EF (20) qui dépend de la position du clapet (5) du corps EF (18). Lorsque l'ensemble poussoir à tiroirs (12) est en position d'ouverture des circuits eau chaude et eau froide représenté figure (3) et qu'il y a un débit EC dans la canalisation (25) vers un mitigeur et qu'il y a un débit EF dans la canalisation (22) vers ledit mitigeur : - les canalisations (11) et (13) sont en communication directe à travers le tiroir EC (32), le tiroir EC (32) ayant également pour fonction d'assurer une étanchéité parfaite entre le volume des canalisations (11) et (13) et l'air ambiant extérieur, cette fonction d'étanchéité est assurée généralement par joints toriques en élastomère. - les canalisations (15) et (26) sont en communication directe à travers le tiroir EF (29), le tiroir EF (29) ayant également pour fonction d'assurer une étanchéité parfaite entre le volume des canalisations (15) et (26) et l'air ambiant extérieur, cette fonction d'étanchéité est assurée généralement par joints toriques en élastomère. - la pression P3 de sortie de l'EF règne dans le volume (10) situé entre la membrane EC (9) et le corps EC (8) par une communication directe avec la canalisation (24) de sortie EF via la canalisation (15), le tiroir EC(32) et la canalisation (11). De même la pression P1 d'entrée EC règne dans le volume (16) situé entre la membrane EF (17) et le corps EF (18) par une communication directe avec le volume (2) d'entrée EC via la canalisation (26), le tiroir EF (29) et la canalisation (15). - la pression P1 est supérieure à la pression P2, la section de passage EF (20) est en position plein ouvert et la pression P3 est sensiblement égale à la pression P2 diminuée de la faible chute de pression résultant de l'écoulement à travers le passage EF (20), la pression régnant dans le volume (10) est égale à P3, la section de passage EC (3) atteint une position d'équilibre telle que la pression P4 est égale à la pression P3 diminuée d'un faible écart de pression résultant de l'écoulement à travers le section de passage (3) et du différentiel de pressions exercé sur la section efficace du clapet (5). A contrario si la pression P1 est inférieure à la pression P2 la pression régnant dans le volume (16) est égale à pi, la section de passage EF (20) atteint une position d'équilibre telle que la pression P3 est égale à la pression P1 diminuée d'un faible écart de pression résultant de l'écoulement à travers le section de passage (20) et du différentiel de pressions exercé sur la section efficace du clapet (5) de l'ensemble limiteur de pression EF (14), la pression régnant dans le volume (10) est égale à la pression P3, la section de passage EC (3) atteint une position d'équilibre telle que la pression P4 est égale à la pression P3 diminuée d'un faible écart de pression résultant de l'écoulement à travers le section de passage (3) et du différentiel de pressions exercé sur la section efficace du clapet (5). - lorsque l'ensemble poussoir à tiroirs (12) est en position d'ouverture des circuits eau chaude et eau froide représenté figure (3) et qu'il y a un débit EC dans la canalisation (25) vers un mitigeur et qu'il y -4- a un débit EF dans la canalisation (22) vers ledit mitigeur l'appareil fonctionne comme un asservissement composé de deux réducteurs de pression pilotés en pression, un réducteur de pression du circuit EC piloté par la pression de sortie de l'eau froide et un réducteur de pression de l'eau froide piloté par le pression d'entrée de l'eau chaude. La combinaison de ces deux asservissements permet de générer une pression de sortie de l'EC et de l'EF à une valeur proche de la plus petite des pressions d'entrée de l'EC et de l'EF avec une pression de sortie de l'EC qui ne sera jamais supérieure à la sortie de l'EF, c'est un équilibreur de pressions asymétrique. Lorsque l'ensemble poussoir à tiroirs (12) se met en position de fermeture des circuits eau chaude et eau froide telle que représentée figure (2) pendant une phase où il y a un débit EC dans la canalisation (25) vers un mitigeur et qu'il y a un débit EF dans la canalisation (22) vers ledit mitigeur : - l'étanchéité entre la canalisation (11), la canalisation (15) et l'air ambiant extérieur n'est plus assurée, le tiroir EC (32) et le tiroir EF (29) ont chacun un orifice de fuite (28) qui communique avec l'extérieur et qui permet de faire chuter leur pression interne à la pression relative nulle. - l'étanchéité entre la canalisation (13) et l'air ambiant extérieur n'est plus assurée, le tiroir EF (29) possède un orifice de fuite (31) qui communique avec l'extérieur et qui permet de faire chuter sa pression interne à la pression relative nulle lorsque seul subsiste un débit d'EC. - l'étanchéité avec l'air ambiant extérieur de l'extrémité de la canalisation (26) est conservée. - les pressions pilotes des volumes (10) et (16) diminuent jusqu'à une pression relative nulle et la section de passage EC (3) ainsi que la section de passage EF (20) se ferment, le circuit d'alimentation dudit mitigeur en EC et en EF se referme. Lorsque l'ensemble poussoir à tiroirs (12) est en position d'ouverture des circuits eau chaude et eau froide représenté figure (3) et qu'il y a un débit E.0 dans la canalisation (25) vers un mitigeur et qu'il y a un débit EF dans la canalisation (22) vers ledit mitigeur et lorsque la pression P2 d'alimentation de l'EF régnant dans la canalisation (22) s'annule de façon accidentelle ou volontaire, la section de passage EF (20) se met en position plein ouvert, la pression régnant dans le volume (10) s'annule ce qui a pour effet de refermer la section de passage EC (3) et donc d'avoir une coupure de l'EC en cas de coupure accidentelle ou volontaire de l'eau froide. Une réalisation industrielle possible de cet appareil est représentée figure 4 et comprend : - un limiteur de pression EC (7) équipé de son raccord tournant femelle d'alimentation EC (34) et son raccord mâle (39) au mitigeur - un limiteur de pression EF (14) équipé de son raccord tournant femelle d'alimentation EF (36) et de son raccord mâle (37) au mitigeur - un ensemble poussoir à tiroirs (12) et ses raccords d'interface (35) et (38) avec les limiteurs de pression EC (7) et EF (14). -5- L'utilisation d'un mitigeur raccordé à ladite réalisation industrielle possible permet d'interrompre et de reprendre l'utilisation de ce mitigeur en conservant tous ses réglages de débit et température.5 Revendications1 û Appareil équilibreur de pressions eau chaude et eau froide comprenant - une canalisation (1) d'alimentation en eau chaude à une température Ti et à une pression P1 - une canalisation (25) de sortie eau chaude à une température Ti et à une pression P4 - une canalisation (22) d'alimentation en eau froide à une température T2 et à une pression P2 - une canalisation (24) de sortie eau froide à une température T2 et à une pression P3 - un limiteur de pression eau chaude (7) piloté par une pression régnant dans une canalisation (11) égale à une pression de sortie de l'eau froide P3 régnant dans la canalisation (24) et - un limiteur de pression eau froide (14) piloté par une pression régnant dans une canalisation (15) égale à une pression d'alimentation eau chaude P1 régnant dans un volume (2) en communication directe avec la canalisation (1) caractérisé par un dispositif comprenant un ensemble poussoir à tiroirs (12) à deux positions stables en ouverture et fermeture qui fait communiquer en position ouverture ou qui isole en position fermeture - d'une part la canalisation (11) dans laquelle règne Ira pression P3 de sortie de l'eau froide de la canalisation (24) de sortie de l'eau froide par l'intermédiaire d'une canalisation (13) - d'autre part la canalisation (15) dans laquelle règne la pression P1 d'entrée de l'eau chaude du volume (2) d'entrée de l'eau chaude par l'intermédiaire d'une canalisation (26) 2 ù Appareil équilibreur de pressions eau chaude et eau froide suivant revendication 1 équipé d'un ensemble poussoir à tiroir (12) en position ouverture caractérisé par - une communication directe entre la canalisation (13) et la canalisation (11) dans laquelle règne la pression P3 de sortie de l'eau froide qui pilote le limiteur de pression eau chaude (7), cette communication étant parfaitement étanche avec l'air ambiant extérieur - une communication directe entre la canalisation (26) et la canalisation (15) dans laquelle règne la pression P1 d'alimentation en eau chaude qui pilote le limiteur de pression eau froide (14), cette communication étant parfaitement étanche avec l'air ambiant extérieur 3 ù Appareil équilibreur de pressions eau chaude et eau froide suivant revendication 1 et 2 équipé d'un ensemble poussoir à tiroir (12) en position fermeture caractérisé par - une mise en communication avec l'air ambiant extérieur des canalisations (11) et (13), la canalisation (11) communiquant directement avec le volume (10) dans lequel règne la pression qui pilote le limiteur de pressions eau chaude (7)- une mise en communication avec l'air ambiant extérieur de la canalisation (15) communiquant directement avec le volume (16) dans lequel règne la pression qui pilote le limiteur de pression eau froide (14) - une fermeture parfaitement étanche de la canalisation (26) à son extrémité communiquant avec l'ensemble poussoir à tiroir (12) 4 û Appareil équilibreur de pressions eau chaude et eau froide suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 équipé d'un ensemble poussoir à tiroir (12) caractérisé par - une position ouverture qui est actionnée lorsque le poussoir ouverture (30) est enfoncé en butée - une position fermeture qui est actionnée lorsque le poussoir fermeture (27) est enfoncé en butée 5 û Appareil équilibreur de pressions eau chaude et eau froide suivant revendications 1 à 4 équipé d'un ensemble poussoir à tiroir (12) - sur lequel est fixé un mitigeur eau chaude et eau froide équipé d'un réglage de température de sortie et d'un réglage de débit d'eau chaude, d'eau froide ou d'eau mitigée - ledit mitigeur étant raccordé à l'appareil équilibreur de pressions par les raccords (39) et (37) caractérisé par - une fermeture totale du débit du mitigeur en conservant ses positions de réglage de température et débit lorsque le poussoir fermeture (27) est enfoncé en butée - une ouverture totale du débit du mitigeur en conservant ses positions de réglage de température et débit lorsque le poussoir ouverture (30) est enfoncé en butée 6 û Appareil équilibreur de pressions eau chaude et eau froide suivant revendications 1 à 4 équipé d'un ensemble poussoir à tiroir (12) caractérisé en ce que la pression de sortie eau chaude P4 et la pression de sortie eau froide P3 sont sensiblement égales à la plus petite des pressions entrée eau chaude P1 et entrée eau froide P2 quelque soit la grandeur de l'écart entre les pressions P1 et P2 7 ù Appareil équilibreur de pressions eau chaude et eau froide suivant revendications 1 à 4 équipé d'un ensemble poussoir à tiroir (12) caractérisé en ce que la pression sortie eau chaude P4 ne sera jamais supérieure à la pression de sortie eau froide P3