Brevet FR2967782A1 — publié le 20120525

La présente invention se rapporte à un dispositif de détermination d'un sens d'écoulement d'un fluide suivant un axe prédéterminé, à un ensemble de détermination d'une direction et d'un sens d'un écoulement d'un fluide suivant un plan d'écoulement prédéterminé comportant un tel dispositif, à un ensemble de détermination d'une direction et d'un sens d'un écoulement d'un fluide suivant un volume d'écoulement prédéterminé comportant un tel dispositif, ainsi qu'à un système de mesure d'un débit d'un écoulement d'un fluide suivant un axe prédéterminé à travers une ouverture comportant un tel dispositif. Les mesures d'un débit d'un écoulement d'un fluide, en l'occurrence l'air, suivant un axe prédéterminé à travers une ouverture sont classiquement obtenues par l'intermédiaire d'un anémomètre à fil chaud mesurant la vitesse d'écoulement du fluide à travers l'ouverture. Les mesures d'un tel débit sont notamment exploitées pour un bâtiment de type basse consommation afin de quantifier la ventilation naturelle d'une ouverture de fenêtre, et ce afin de déterminer par exemple le temps d'ouverture de la fenêtre la nuit permettant d'obtenir par inertie une température souhaitée dans le bâtiment en période estivale. Or, lorsque la vitesse de l'écoulement du fluide est faible, de l'ordre de quelques centimètres par seconde, et lorsque l'ouverture présente une surface importante, de l'ordre du mètre carré, le sens d'écoulement du fluide suivant l'axe prédéterminé n'est pas identique sur toute la surface de l'ouverture. Il en résulte que les mesures du débit sont extrêmement imprécises, ne tenant pas compte du sens d'écoulement du fluide. La présente invention vise à remédier à l'inconvénient précité et concerne un dispositif de détermination d'un sens d'écoulement d'un fluide suivant un axe prédéterminé, le dispositif comportant : - des moyens de transfert d'énergie thermique avec le fluide, - des moyens de mesure de température agencés pour mesurer la température du fluide de part et d'autre des moyens de transfert sensiblement suivant l'axe prédéterminé. Ainsi, un tel dispositif permet de déterminer le sens d'écoulement du fluide selon l'axe prédéterminé en comparant la température du fluide de part et d'autre des moyens de transfert. En effet, si les moyens de transfert apportent une quantité de chaleur au fluide, le sens d'écoulement du fluide sera orienté vers le côté des moyens de transfert où la température est la plus importante. De même, si les moyens de transfert retirent une quantité de 5 chaleur au fluide, le sens d'écoulement du fluide sera orienté vers le côté des moyens de transfert où la température est la plus faible. Dans un mode de réalisation, les moyens de transfert sont adaptés pour transférer une énergie thermique uniforme suivant l'axe prédéterminé. Ainsi, un tel dispositif permet de déterminer le sens d'écoulement 10 du fluide quelle que soit la direction de l'axe prédéterminé. Selon une forme d'exécution, les moyens de transfert comportent une source de rayonnement thermique isotrope, de préférence une sphère rayonnante. Dans un mode de réalisation, l'axe prédéterminé est sensiblement 15 horizontal, les moyens de transfert sont adaptés pour créer un flux de convection naturelle du fluide suivant un axe vertical, et les moyens de mesure de température sont agencés de part et d'autre du flux de convection naturelle. Ainsi, un tel dispositif permet de déterminer le sens d'écoulement du fluide selon l'axe prédéterminé sensiblement horizontal en comparant la 20 température du fluide de part et d'autre du flux de convection naturelle. En effet, si les moyens de transfert apportent une quantité de chaleur au fluide, le sens d'écoulement du fluide sera orienté vers le côté du flux où la température est la plus importante. De même, si les moyens de transfert retirent une quantité de 25 chaleur au fluide, le sens d'écoulement du fluide sera orienté vers le côté du flux de convection naturelle où la température est la plus faible. Par ailleurs, un tel dispositif permet de s'affranchir d'un transfert d'énergie thermique uniforme pour déterminer le sens d'écoulement du fluide. Selon une forme d'exécution, le fluide présente une température 30 maximale, les moyens de transfert comportent un élément de chauffage du fluide présentant une température de chauffage supérieure à ladite température maximale. Ainsi, un tel dispositif permet déterminer le sens d'écoulement du fluide selon l'axe prédéterminé par un apport de quantité de chaleur au fluide, y 35 compris lorsque l'écoulement du fluide est anisotherme. Selon une variante d'exécution, le fluide présente une température minimale, et en ce que les moyens de transfert comportent un élément de refroidissement du fluide présentant une température de refroidissement inférieure à ladite température minimale. Ainsi, un tel dispositif permet déterminer le sens d'écoulement du fluide selon l'axe prédéterminé en retirant une quantité de chaleur au fluide, y compris lorsque l'écoulement du fluide est anisotherme. Selon une réalisation particulière, les moyens de mesure de température comportent au moins deux capteurs de température disposés de part et d'autre des moyens de transfert sensiblement suivant l'axe prédéterminé, chaque capteur de température étant de préférence choisi dans le groupe comportant un thermocouple et une thermistance. La présente invention se rapporte également à un ensemble de détermination d'une direction et d'un sens d'un écoulement d'un fluide suivant un plan d'écoulement prédéterminé, remarquable en ce qu'il comporte : - un premier dispositif de détermination d'un sens d'écoulement du fluide suivant un premier axe prédéterminé conforme à l'invention, les moyens de transfert du premier dispositif étant adaptés pour transférer une énergie thermique uniforme suivant le premier axe prédéterminé, - un second dispositif de détermination d'un sens d'écoulement du fluide suivant un second axe prédéterminé conforme à l'invention, les moyens de transfert du second dispositif étant adaptés pour transférer une énergie thermique uniforme suivant le second axe prédéterminé, le second axe prédéterminé étant sensiblement perpendiculaire au premier axe prédéterminé, les premier et second axes prédéterminés définissant le plan d'écoulement prédéterminé, - des moyens de traitement configurés pour traiter les mesures de température des premier et second dispositifs de manière à déterminer la direction et le sens de l'écoulement du fluide suivant le plan d'écoulement prédéterminé. Ainsi, un tel ensemble permet de déterminer la direction et le sens de l'écoulement du fluide, formant un vecteur, suivant le plan d'écoulement prédéterminé par une détermination des composantes de ce vecteur suivant les premier et second axes prédéterminés. La présente invention se rapporte également à un ensemble de détermination d'une direction et d'un sens d'un écoulement d'un fluide suivant un plan d'écoulement prédéterminé, remarquable en ce qu'il comporte : - un dispositif de détermination d'un sens d'écoulement du fluide suivant un premier axe prédéterminé conforme à l'invention, les moyens de transfert étant adaptés pour transférer une énergie thermique uniforme suivant le premier axe prédéterminé, - des moyens de mesure de température supplémentaires agencés pour mesurer la température du fluide de part et d'autre des moyens de transfert sensiblement suivant un second axe prédéterminé, le second axe prédéterminé étant sensiblement perpendiculaire au premier axe prédéterminé, les premier et second axes prédéterminés définissant le plan d'écoulement prédéterminé, - des moyens de traitement configurés pour traiter les mesures de température du dispositif et des moyens de mesure de température supplémentaires de manière à déterminer la direction et le sens de l'écoulement du fluide suivant le plan d'écoulement prédéterminé. Ainsi, un tel ensemble permet de déterminer la direction et le sens de l'écoulement du fluide, formant un vecteur, suivant le plan d'écoulement prédéterminé par une détermination des composantes de ce vecteur suivant les premier et second axes prédéterminés. La présente invention se rapporte également à un ensemble de détermination d'une direction et d'un sens d'un écoulement d'un fluide suivant un volume d'écoulement prédéterminé, remarquable en ce qu'il comporte : - un premier dispositif de détermination d'un sens d'écoulement du fluide suivant un premier axe prédéterminé conforme à l'invention, les moyens de transfert du premier dispositif étant adaptés pour transférer une énergie thermique uniforme suivant le premier axe prédéterminé, - un deuxième dispositif de détermination d'un sens d'écoulement du fluide suivant un deuxième axe prédéterminé conforme à l'invention, les moyens de transfert du deuxième dispositif étant adaptés pour transférer une énergie thermique uniforme suivant le deuxième axe prédéterminé, le deuxième axe prédéterminé étant sensiblement perpendiculaire au premier axe prédéterminé, - un troisième dispositif de détermination d'un sens d'écoulement du fluide suivant un troisième axe prédéterminé conforme à l'invention, les moyens de transfert du troisième dispositif étant adaptés pour transférer une énergie thermique uniforme suivant le troisième axe prédéterminé, le troisième axe prédéterminé étant sensiblement perpendiculaire aux premier et deuxième axes prédéterminés, les premier, deuxième et troisième axes prédéterminés définissant le volume d'écoulement prédéterminé, - des moyens de traitement configurés pour traiter les mesures de température des premier, deuxième et troisième dispositifs de manière à déterminer la direction et le sens de l'écoulement du fluide suivant le volume d'écoulement prédéterminé. Ainsi, un tel ensemble permet de déterminer la direction et le sens de l'écoulement du fluide, formant un vecteur, suivant le volume d'écoulement prédéterminé par une détermination des composantes de ce vecteur suivant les premier, deuxième et troisième axes prédéterminés. La présente invention se rapporte également à ensemble de détermination d'une direction et d'un sens d'un écoulement d'un fluide suivant un volume d'écoulement prédéterminé, remarquable en ce qu'il comporte : - un dispositif de détermination d'un sens d'écoulement du fluide suivant un premier axe prédéterminé conforme à l'invention, les moyens de transfert étant adaptés pour transférer une énergie thermique uniforme suivant le premier axe prédéterminé, - des premiers moyens de mesure de température supplémentaires agencés pour mesurer la température du fluide de part et d'autre des moyens de transfert sensiblement suivant un deuxième axe prédéterminé, le deuxième axe prédéterminé étant sensiblement perpendiculaire au premier axe prédéterminé, - des seconds moyens de mesure de température supplémentaires agencés pour mesurer la température du fluide de part et d'autre des moyens de transfert sensiblement suivant un troisième axe prédéterminé, le troisième axe prédéterminé étant sensiblement perpendiculaire aux premier et deuxième axes prédéterminés, les premier, deuxième et troisième axes prédéterminés définissant le volume d'écoulement prédéterminé, - des moyens de traitement configurés pour traiter les mesures de température du dispositif et des premier et second moyens de mesure de température supplémentaires de manière à déterminer la direction et le sens de l'écoulement du fluide suivant le volume d'écoulement prédéterminé. Ainsi, un tel ensemble permet de déterminer la direction et le sens de l'écoulement du fluide, formant un vecteur, suivant le volume d'écoulement prédéterminé par une détermination des composantes de ce vecteur suivant les premier, deuxième et troisième axes prédéterminés. La présente invention se rapporte enfin à un système de mesure d'un débit d'un écoulement d'un fluide suivant un axe prédéterminé à travers une ouverture, remarquable en ce qu'il comporte : - des moyens de mesure de la vitesse d'écoulement du fluide à travers l'ouverture, - un dispositif de détermination d'un sens d'écoulement du fluide suivant l'axe prédéterminé conforme à l'invention, - des moyens de traitement des mesures de la vitesse d'écoulement du fluide, les moyens de traitement étant agencés pour coopérer avec le dispositif de manière à traiter les mesures de la vitesse d'écoulement du fluide selon les mesures de température du fluide de part et d'autre des moyens de transfert. Ainsi, un tel système de mesure permet de mesurer précisément le débit de l'écoulement du fluide à travers l'ouverture en tenant compte du sens de l'écoulement du fluide sur toute la surface de l'ouverture. Selon une forme d'exécution, les moyens de mesure de la vitesse d'écoulement comportent un anémomètre de préférence du type à fil chaud. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre de deux modes de réalisation d'un dispositif de détermination d'un sens d'écoulement d'un fluide suivant un axe prédéterminé selon l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique du principe de fonctionnement d'un dispositif selon un premier mode de réalisation, - la f i g u re 2 est une vue schématique du principe de fonctionnement d'un dispositif selon un deuxième mode de réalisation. Pour les différents modes de réalisation, les mêmes références seront utilisées pour des éléments identiques ou assurant la même fonction, par souci de simplification de la description. Le dispositif illustré à la figure 1 comporte des moyens de transfert 35 d'énergie thermique agencés pour transférer une énergie thermique Q à un fluide s'écoulant suivant un axe X prédéterminé sensiblement horizontal. Le fluide peut par exemple être de l'air. Les moyens de transfert sont adaptés pour créer un flux de convection naturelle F du fluide suivant un axe vertical Y. Ce flux de convection naturelle F est créé par la poussée d'Archimède, le fluide étant soumis à un champ de gravité g. A cet égard, les moyens de transfert comportent un élément de chauffage 3 du fluide pouvant être par exemple une résistance électrique chauffante. L'élément de chauffage 3 apporte une quantité de chaleur au fluide (Q>0) de sorte que flux de convection naturelle F est un flux ascendant. A cet effet, l'élément de chauffage 3 présente une température de chauffage supérieure à la température maximale du fluide. Le dispositif illustré à la figure 1 comporte en outre des moyens de mesure de température agencés pour mesurer la température du fluide de part et d'autre du flux de convection naturelle F, sensiblement suivant l'axe X. Les moyens de mesure de température comportent au moins deux capteurs de température 1, 2 disposés de part et d'autre du flux de convection naturelle F, sensiblement suivant l'axe X. Le capteur de température 2 est disposé relativement au capteur de température 1 suivant les X croissants. Selon une forme d'exécution, chaque capteur de température 1, 2 est un thermocouple branché en différentiel. Selon une variante d'exécution, chaque capteur de température 1, 2 est une thermistance. Selon une autre forme d'exécution non représentée, les moyens de mesure de température comportent quatre thermistances disposées deux à deux de part et d'autre du flux de convection naturelle F, les quatre thermistances étant branchées en pont de Wheatstone. Lorsque la température mesurée par le capteur de température 2 est supérieure à la température mesurée par le capteur de température 1, alors le sens d'écoulement du fluide suivant l'axe X est orienté dans le sens des X croissants (comme illustré à la figure 1). De la même manière, lorsque la température mesurée par le capteur de température 2 est inférieure à la température mesurée par le capteur de température 1, alors le sens d'écoulement du fluide suivant l'axe X est orienté dans le sens des X décroissants. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 2, le dispositif diffère du dispositif illustré à la figure 1 en ce que les moyens de transfert comportent un élément de refroidissement 4 du fluide pouvant être par exemple un module Peltier. L'élément de refroidissement 4 retire une quantité de chaleur au fluide (Q REVENDICATIONS1. Dispositif de détermination d'un sens d'écoulement d'un fluide 5 suivant un axe (X) prédéterminé, le dispositif comportant : - des moyens de transfert d'énergie thermique avec le fluide, - des moyens de mesure de température agencés pour mesurer la température du fluide de part et d'autre des moyens de transfert sensiblement suivant l'axe (X) prédéterminé. 10 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de transfert sont adaptés pour transférer une énergie thermique uniforme suivant l'axe (X) prédéterminé. 15 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe (X) prédéterminé est sensiblement horizontal, en ce que les moyens de transfert sont adaptés pour créer un flux de convection naturelle (F) du fluide suivant un axe vertical (Y), et en ce que les moyens de mesure de température sont agencés de part et d'autre du flux de convection naturelle (F). 20 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fluide présente une température maximale, et en ce que les moyens de transfert comportent un élément de chauffage (3) du fluide présentant une température de chauffage supérieure à ladite température maximale. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fluide présente une température minimale, et en ce que les moyens de transfert comportent un élément de refroidissement (4) du fluide présentant une température de refroidissement inférieure à ladite température minimale. 30 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de mesure de température comportent au moins deux capteurs de température (1, 2) disposés de part et d'autre des moyens de transfert sensiblement suivant l'axe (X) prédéterminé, chaque capteur de 35 température (1, 2) étant de préférence choisi dans le groupe comportant un thermocouple et une thermistance. 25 7. Ensemble de détermination d'une direction et d'un sens d'un écoulement d'un fluide suivant un plan d'écoulement prédéterminé, caractérisé en ce qu'il comporte : - un premier dispositif de détermination d'un sens d'écoulement du 5 fluide suivant un premier axe prédéterminé selon la revendication 2 ou l'une des revendications 4 à 6 en combinaison avec la revendication 2, - un second dispositif de détermination d'un sens d'écoulement du fluide suivant un second axe prédéterminé selon la revendication 2 ou l'une des revendications 4 à 6 en combinaison avec la revendication 2, le second 10 axe prédéterminé étant sensiblement perpendiculaire au premier axe prédéterminé, les premier et second axes prédéterminés définissant le plan d'écoulement prédéterminé, - des moyens de traitement configurés pour traiter les mesures de température des premier et second dispositifs de manière à déterminer la 15 direction et le sens de l'écoulement du fluide suivant le plan d'écoulement prédéterminé. 8. Ensemble de détermination d'une direction et d'un sens d'un écoulement d'un fluide suivant un plan d'écoulement prédéterminé, caractérisé 20 en ce qu'il comporte : - un dispositif de détermination d'un sens d'écoulement du fluide suivant un premier axe prédéterminé selon la revendication 2 ou l'une des revendications 4 à 6 en combinaison avec la revendication 2, - des moyens de mesure de température supplémentaires agencés 25 pour mesurer la température du fluide de part et d'autre des moyens de transfert sensiblement suivant un second axe prédéterminé, le second axe prédéterminé étant sensiblement perpendiculaire au premier axe prédéterminé, les premier et second axes prédéterminés définissant le plan d'écoulement prédéterminé, 30 - des moyens de traitement configurés pour traiter les mesures de température du dispositif et des moyens de mesure de température supplémentaires de manière à déterminer la direction et le sens de l'écoulement du fluide suivant le plan d'écoulement prédéterminé. 9. Ensemble de détermination d'une direction et d'un sens d'un écoulement d'un fluide suivant un volume d'écoulement prédéterminé, caractérisé en ce qu'il comporte : - un premier dispositif de détermination d'un sens d'écoulement du 5 fluide suivant un premier axe prédéterminé selon la revendication 2 ou l'une des revendications 4 à 6 en combinaison avec la revendication 2, - un deuxième dispositif de détermination d'un sens d'écoulement du fluide suivant un deuxième axe prédéterminé selon la revendication 2 ou l'une des revendications 4 à 6 en combinaison avec la revendication 2, le 10 deuxième axe prédéterminé étant sensiblement perpendiculaire au premier axe prédéterminé, - un troisième dispositif de détermination d'un sens d'écoulement du fluide suivant un troisième axe prédéterminé selon la revendication 2 ou l'une des revendications 4 à 6 en combinaison avec la revendication 2, le 15 troisième axe prédéterminé étant sensiblement perpendiculaire aux premier et deuxième axes prédéterminés, les premier, deuxième et troisième axes prédéterminés définissant le volume d'écoulement prédéterminé, - des moyens de traitement configurés pour traiter les mesures de température des premier, deuxième et troisième dispositifs de manière à 20 déterminer la direction et le sens de l'écoulement du fluide suivant le volume d'écoulement prédéterminé. 10. Ensemble de détermination d'une direction et d'un sens d'un écoulement d'un fluide suivant un volume d'écoulement prédéterminé, 25 caractérisé en ce qu'il comporte : - un dispositif de détermination d'un sens d'écoulement du fluide suivant un premier axe prédéterminé selon la revendication 2 ou l'une des revendications 4 à 6 en combinaison avec la revendication 2, - des premiers moyens de mesure de température supplémentaires 30 agencés pour mesurer la température du fluide de part et d'autre des moyens de transfert sensiblement suivant un deuxième axe prédéterminé, le deuxième axe prédéterminé étant sensiblement perpendiculaire au premier axe prédéterminé, - des seconds moyens de mesure de température supplémentaires 35 agencés pour mesurer la température du fluide de part et d'autre des moyens de transfert sensiblement suivant un troisième axe prédéterminé, le troisièmeaxe prédéterminé étant sensiblement perpendiculaire aux premier et deuxième axes prédéterminés, les premier, deuxième et troisième axes prédéterminés définissant le volume d'écoulement prédéterminé, - des moyens de traitement configurés pour traiter les mesures de température du dispositif et des premier et second moyens de mesure de température supplémentaires de manière à déterminer la direction et le sens de l'écoulement du fluide suivant le volume d'écoulement prédéterminé. 11. Système de mesure d'un débit d'un écoulement d'un fluide 10 suivant un axe (X) prédéterminé à travers une ouverture, caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens de mesure de la vitesse d'écoulement du fluide à travers l'ouverture, - un dispositif de détermination d'un sens d'écoulement du fluide 15 suivant l'axe prédéterminé selon l'une des revendications 1 à 6, - des moyens de traitement des mesures de la vitesse d'écoulement du fluide, les moyens de traitement étant agencés pour coopérer avec le dispositif de manière à traiter les mesures de la vitesse d'écoulement du fluide selon les mesures de température du fluide de part et d'autre des 20 moyens de transfert. 12. Système de mesure selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la vitesse d'écoulement comportent un anémomètre de préférence du type à fil chaud. 25