Brevet FR3069038A1 — publié le 20190118

Le secteur technique de la présente invention est celui des clapets de régulation de débit de fluide et notamment des clapets destinés à être insérés dans des caissons de Ventilation Mécanique Contrôlée (VMC). Les VMC sont installées dans des maisons d'habitation ou dans des bâtiments à utilisation professionnelle pour assurer un renouvellement permanent de l'air afin d'assurer le confort des occupants et éviter des risques de moisissures. Toutefois, il est parfois nécessaire de faire varier le débit de ventilation de la VMC dans un premier local lors d'une utilisation momentanée et maintenir un débit nominal dans d'autres locaux. Tel est le cas par exemple de la cuisine et des sanitaires. Pour les débits cuisine, en utilisant un ventilateur à deux vitesses, le piquage cuisine permet d'obtenir deux débits, à savoir un débit nominal et un débit de pointe. Alors que le débit nominal est utilisé pendant la plupart du temps, le débit de pointe est utilisé, par exemple, lors de la préparation des repas. Afin de maîtriser les deux débits de cuisine, il est courant d'utiliser un clapet modulateur inséré dans le piquage cuisine, car la seule variation de vitesse du ventilateur n'assure pas le résultat escompté. Les clapets modulateurs habituellement utilisés sont constitués d'une ou de plusieurs lames souples permettant un contrôle relatif du débit. En petite vitesse, la lame est dans une première position, à peine ou pas courbée, ce qui défini plus ou moins bien une première section de passage d'air. En grande vitesse, sous l'action de la dépression amplifiée du ventilateur, la lame se courbe et définit, de manière plus ou moins stable, une deuxième section de passage d'air plus grande que la première. Pour les débits sanitaires, afin d'avoir un débit constant quel que soit la vitesse du ventilateur, il est courant d'utiliser des régulateurs de débit. Les régulateurs de débit sont généralement constitués de plusieurs pièces dont au moins une lame souple. Chacune des pièces a sa propre durée de vie et sa propre probabilité de dysfonctionnement. 2 En petite vitesse, la dépression du ventilateur est faible et la ou les lames sont en position basse. En conséquence, la section de passage d'air est importante. En grande vitesse, la dépression du ventilateur est importante et la lame ou les 5 lames se soulèvent et obstruent une partie de la section de passage permettant ainsi, malgré une dépression plus importante, de conserver un débit relativement constant. De plus, les régulateurs des piquages sanitaires sont très défavorisant car ils doivent maintenir un débit constant 10 quelle que soit la vitesse du ventilateur. Ils font donc fortement varier leur section de passage d'air et donc leur perte de charge notamment en grande vitesse où ils doivent se refermer significativement pour favoriser la cuisine. Cependant, cette maîtrise des différents débits n'est 15 possible qu'avec des moteurs relativement puissants ce qui implique des consommations électriques importantes. De surcroit, des réglementations de plus en plus strictes comme la directive européenne éco-conception 1253/2014 ainsi que des textes réglementaires français imposent des exigences de 20 moyens et de performances. A cet effet, il va devenir obligatoire de concevoir des systèmes consommant peu d'énergie tout en assurant des débits minimaux des VMC auto réglables. Ainsi, la régulation d'un VMC est un moyen de réduire 25 efficacement sa consommation énergétique. Cette régulation est l'élément de répartition des flux d'air dans les différents piquages du caisson VMC et cette régulation permet également l'obtention des débits réglementaires dans chaque pièce et, ce, à chaque vitesse de fonctionnement du 30 ventilateur. En effet, la qualité de la régulation impacte les débits et donc les déperditions dues au renouvellement d'air. Les régulateurs sont également très consommateurs de pression statique de par les pertes de charges qu'ils génèrent. 35 Dans un caisson traditionnel, tous les piquages sont reliés un même volume d'aspiration faisant office de chambre de détente lui-même relié à l'ouïe d'aspiration du ventilateur. Cette conception simple est particulièrement 3 énergivore car elle crée des élargissements brusques générateurs de pertes de charges importantes à la base de chaque piquage du caisson et notamment sur le piquage cuisine qui véhicule le plus grand débit. 5 De plus, l'ouïe d'aspiration du ventilateur étant généralement de section plus faible que la chambre de détente, il se produit par la suite un phénomène de rétrécissement brusque également dommageable en termes de pertes de charges. 10 En petite vitesse, les régulateurs à volets mobiles des piquages sanitaires augmentent leur section de passage afin d'atteindre leur débit réglementaire et la cuisine est « bridée » par son régulateur à volet mobile afin de ne pas dépasser son débit nominal maximum. 15 En grande vitesse, les régulateurs à volets mobiles des piquages sanitaires diminuent leur section de passage afin d'éviter les dépassements de débit et la cuisine « lutte » contre son régulateur à volet mobile pour faire passer son débit maximum. Le ventilateur doit donc produire une très 20 forte dépression pour vaincre les pertes de charges créées par l'action de l'ensemble des régulateurs et par le volume de détente. La consommation électrique induite est donc très importante. Ainsi, le brevet FR-2685455 décrit un piquage cuisine 25 dont la tubulure comprend un volet pivotant équipée d'un contrepoids de façon à contrôler le débit en fonction de la vitesse du ventilateur. L'augmentation de la vitesse du ventilateur crée une dépression qui ouvre le volet pivotant de manière linéaire et sans effet de seuil. Avec ce système, 30 les sanitaires conservent la nécessité d'avoir des régulateurs mobiles, tout comme la cuisine lorsque le ventilateur est en petite vitesse. Le gain énergétique en termes de pertes de charges d'un tel système est relativement faible voire nul. Ce système ne permet pas de plus 35 l'obtention d'un niveau de performance énergétique conforme aux réglementations. Enfin, la fabrication et l'installation d'un tel système est complexe. Le brevet FR-2888304 décrit un piquage cuisine équipé 4 d'un volet rigide pivotant par l'intermédiaire d'un actionneur du type moteur ou vérin et dont le système de commande est lié au ventilateur. Ainsi, les sections de passage du volet dans les différentes positions permettent 5 l'obtention des débits désirés. Les piquages sanitaires sont décrits comme étant potentiellement soumis à une dépression constante et peuvent donc avoir une régulation limitée à des diaphragmes. Cependant, ce système ne permet pas l'obtention du niveau de performance énergétique conforme aux 10 réglementations. De plus, la réalisation via un système électrique motorisé et piloté ne permet pas l'obtention d'un prix de revient satisfaisant. De surcroit, les dispositifs comprenant ces clapets manquent de fiabilité sur le long terme du fait de 15 l'encrassement des clapets. Le but de la présente invention est donc de proposer un clapet de régulation d'un débit d'air de conception simple, durable et peu onéreux et permettant aux VMC l'intégrant d'être conformes aux réglementations. 20 L'invention a donc pour objet un clapet de régulation d'un débit de fluide destiné à être inséré dans un conduit et apte à adopter une position fermée lors d'un débit nominal dudit fluide et à s'effacer partiellement ou totalement lorsque le débit de fluide dépasse une valeur seuil 25 prédéterminée, caractérisé en ce qu'il est constitué par une plaque disposée transversalement dans le conduit et comprenant une zone de flexibilité permettant son effacement partiel ou total à partir de ladite valeur seuil. Avantageusement, le clapet comprend une face concave en 30 regard de l'arrivée du fluide dans le conduit et une face convexe en regard de la sortie du fluide dudit conduit. Selon un mode de réalisation de l'invention, le clapet est fixé dans le conduit à l'aide d'un support. Avantageusement encore, le support présente une forme 35 courbe selon un rayon de courbure compris entre 30 mm et 70 mm et préférentiellement 50 mm. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la zone de flexibilité est située à une distance de la base 5 inférieure au tiers de sa génératrice, la surface restante de la plaque étant non déformable. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, la plaque est composée par une matière plastique. 5 Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, le fluide est représenté par de l'air. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, le conduit est représenté par un piquage d'un caisson de ventilation mécanique contrôlée. 10 Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, le conduit est représenté par une tubulure prolongeant un piquage d'un caisson de ventilation mécanique contrôlée et dont l'extrémité libre est disposée à distance de l'ouïe d'aspiration d'un ventilateur. 15 Avantageusement encore, la distance entre l'extrémité libre de la tubulure et l'ouïe d'aspiration est comprise entre 5 mm et 15 mm. L'invention concerne également un système de régulation d'un caisson de ventilation mécanique contrôlée comprenant 20 une chambre de détente dans laquelle débouchent au moins un piquage et une ouverture en regard de l'ouïe d'aspiration d'un ventilateur, caractérisé en ce qu'il comporte un clapet de régulation. Un avantage de la présente invention réside dans le fait 25 qu'elle permet d'être conforme aux réglementations régissant les débits des VMC. Un autre avantage de la présente invention réside dans le fait qu'elle est de conception simple et fiable. Un autre avantage encore de la présente invention réside 30 dans le fait qu'elle est de conception peu onéreuse. Un autre avantage encore de la présente invention réside dans le fait qu'elle présente une insensibilité à l'encrassement. Un autre avantage encore de la présente invention réside 35 dans la régulation optimale des débits et des écoulements de fluides. Un autre avantage encore de la présente invention réside dans la diminution des pertes de charges. 6 Un autre avantage encore de la présente invention réside dans l'effet de seuil et de la création de plages de fonctionnement non linéaires sur un même piquage. D'autres caractéristiques, avantages et détails de 5 l'invention seront mieux compris à la lecture du complément de description qui va suivre de modes de réalisation donnés à titre d'exemple en relation avec des dessins sur lesquels : - la figure la est une vue de face du clapet selon l'invention en position fermée, 10 - la figure lb est une vue de face du clapet selon l'invention en position ouverte, - la figure 2a est une vue de profil du clapet selon l'invention en position fermée, - la figure 2b est une vue de profil du clapet selon 15 l'invention en position ouverte, - la figure 3a est une vue de dessus du clapet selon l'invention en position fermée, - la figure 3b est une vue de dessus du clapet selon l'invention en position ouverte, 20 - la figure 4 est une vue en coupe d'un caisson de VMC dans lequel un clapet selon un mode de réalisation de l'invention est intégré, et - la figure 5 est une vue en coupe d'un caisson de VMC dans lequel un clapet selon autre un mode de réalisation de 25 l'invention est intégré. La figure la représente un clapet 1 selon un mode de réalisation de l'invention. Ce clapet 1 est intégré dans un conduit 2 ou 12 par l'intermédiaire d'un support 3. Le clapet 1 est composé d'une plaque disposée transversalement dans le 30 conduit 2 ou 12 et fixée à sa base au support 3. Ainsi, le clapet 1 délimite une section de passage fixe d'un fluide dans le conduit 2 ou 12. Le clapet est en position fermée lorsque le fluide traversant le conduit 2 ou 12 présente un débit nominal. 35 Sur la figure la, on a représenté le clapet 1 présentant une zone de flexibilité. Les caractéristiques de cette zone de flexibilité 4 sont fonction de la conception particulière du clapet 1 selon l'invention et du débit de fluide 7 traversant le conduit 2 ou 12 intégrant le clapet 1. En effet, le clapet 1 présente une face concave en regard de l'arrivée du fluide dans le conduit 2 ou 12 et une face convexe en regard de la sortie du fluide du conduit 2 ou 12. 5 La courbure du clapet 1 peut être la résultante même de sa conception mais peut également être fonction de la courbure du support 3 sur lequel est fixé le clapet 1. En effet, selon un mode de réalisation de l'invention, le support présente une forme courbe selon un rayon de courbure compris entre 30 10 mm et 70 mm, et préférentiellement 50 mm. Cette conception particulière du clapet 1 permet de définir une zone de flexibilité où le clapet 1 se plie sous l'action du débit de fluide traversant le conduit 2 ou 12. La flexibilité du clapet 1 est également fonction du matériau 15 utilisé pour sa conception et de l'épaisseur du clapet 1. Le clapet 1 peut en effet être constitué par une matière plastique mais aussi par toute autre matière présentant un degré de flexibilité compatible. Ainsi, la figure 2b est une vue de face du clapet 1 selon 20 l'invention en position ouverte. Sous l'action du débit de fluide traversant le conduit 2 ou 12 et lorsque ledit débit dépasse une valeur seuil prédéterminée supérieure au débit nominal, le clapet se plie en se rabattant. Le clapet 1 en position ouverte défini ainsi une section 25 de passage du fluide dans le conduit 2 ou 12 supérieure à la section de passage du fluide lorsque le clapet 1 est en position fermée. Cette conception particulière du clapet 1 selon l'invention permet de définir des seuils de débit de fluide pour lequel le clapet 1 s'efface partiellement ou 30 totalement. Cela permet de définir des sections de passages fixes du fluide en fonction de son débit. Les figures 2a et 2b représentent respectivement le clapet 1 en position ouverte et fermée selon une vue de profil. 35 La figure 2a permet de distinguer la courbure du clapet 1 selon l'invention. Ainsi, selon la direction A du fluide, le clapet 1 présente une face concave en regard de l'arrivée du fluide et une face convexe en regard de la sortie du fluide. 8 On remarque sur la figure 2b que le clapet 1 est en position ouverte, la partie supérieure du clapet 1 est en position horizontale par rapport au conduit 2 ou 12. Les figures 3a et 3b représentent respectivement le 5 clapet 1 en position ouverte et fermée selon une vue de dessus. Sur la figure 3a, on distingue parfaitement les faces concave et convexe du clapet 1. La face concave se situe en regard de l'arrivée du fluide et la face convexe se situe en 10 regard de la sortie du fluide. La figure 4 est une vue en coupe d'un caisson 5 de VMC dans lequel un clapet 1 selon un mode de réalisation de l'invention est intégré. Le clapet 1 est ici inséré dans un conduit représenté par un piquage 2 d'un caisson 5 de VMC, 15 typiquement un piquage cuisine. On distingue sur la figure 4 une chambre de détente 6 dans laquelle débouchent le piquage 2, une ouverture 13 ainsi que d'autres piquages 7 et 8 correspondant par exemple à des piquages sanitaires. 20 Dans le cadre de la présente invention, on entend par piquage un conduit permettant de relier un conduit d'un caisson VMC à un autre conduit débouchant dans une pièce à ventiler. Ainsi, un piquage cuisine permet d'assurer la ventilation de la cuisine. 25 Sur la figure 4, on distingue également un ventilateur 9 ainsi que l'ouïe d'aspiration 10 du ventilateur 9 située en regard d'une ouverture 13 débouchant dans la chambre de détente 6. On remarque également que les piquages 7 et 8 ne sont pas munis de régulateur de débit mais de diaphragmes 11. 30 La figure 5 est une vue en coupe d'un caisson 5 de VMC dans lequel un clapet 1 est intégré selon un autre mode de réalisation de l'invention. Le clapet 1 est ici inséré dans un conduit représenté par une tubulure 12 délimitant un piquage d'un caisson 5 de VMC. 35 On distingue sur la figure 5 une chambre de détente 6 traversé par la tubulure 12 dont l'extrémité libre 14 arrive à proximité d'une ouverture 13 de la chambre de détente 6, ladite ouverture 13 se trouvant en regard de l'ouïe 9 d'aspiration 10 du ventilateur 9. Sur cette figure, la tubulure 12 comprenant le clapet 1 délimite un piquage du caisson 5 de VMC. On distingue également sur la figure 5 les piquages 7 et 5 8 munis d'un diaphragme 11 et débouchant dans la chambre de détente. Dans une variante de réalisation du clapet 1 selon l'invention, la tubulure 12 est emmanchée à force dans le piquage 2 visible sur la figure 4. Le clapet 1 étant alors 10 inséré dans la tubulure sans modification de sa structure. Selon cette variante de réalisation, la tubulure 12 présente un diamètre externe égal au diamètre interne du piquage 2. Suivant encore une variante de réalisation du clapet selon l'invention, la tubulure 12 prolonge le piquage 2 15 visible sur la figure 4. Le clapet étant alors inséré dans la tubulure sans modification de sa structure. Selon ce mode de réalisation, la tubulure 12 présente un diamètre interne égal au diamètre interne du piquage 2. La jonction entre la tubulure 12 et le piquage 2 est réalisée selon des techniques 20 bien connues de l'Homme du métier. Il est important de noter ici que dans un caisson VMC, l'aspect régulation et donc la répartition des flux d'air dans les différents piquages est très important. Cela permet l'obtention des débits réglementaires dans chaque pièce et, 25 ce, à chaque vitesse de fonctionnement du ventilateur. C'est également un moyen de réduire efficacement la consommation énergétique d'un caisson VMC car la qualité de la régulation impacte les débits et donc les déperditions dues au renouvellement d'air. Et cela sans avoir recours à des 30 moteurs « basse consommation » qui sont très onéreux. Ainsi, dans le mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 5, cette régulation est optimale et permet d'être conforme aux réglementations sur les débits d'air des VMC. 35 Les diaphragmes 7 et 8 offrent une section de passage fixe et permettent d'éviter la variation de section des régulateurs habituels qui s'avère consommatrice d'énergie. La présence d'un tel élément offre comme autre avantage 10 incontestable une diminution de la sensibilité à l'encrassement et donc une augmentation de la fiabilité du dispositif dans son ensemble, ainsi qu'un gain économique certain comparé à des régulateurs à volets mobiles composés 5 de plusieurs pièces assemblées. Cependant, pour que ces piquages sanitaires 7 et 8 équipés de diaphragme fassent passer un débit constant, il faut les soumettre à une pression quasi constante. La tubulure intérieure 12, raccordée sur le piquage cuisine et 10 débouchant à proximité de l'ouïe d'aspiration 10 du ventilateur 9 permet de favoriser naturellement le piquage cuisine et de s'affranchir de l'élargissement et du rétrécissement brusque particulièrement pénalisant sur ce piquage en grande vitesse. 15 Ainsi, la chambre de détente 6 est mis en dépression quasi constante et ce quel que soit la vitesse du ventilateur. De plus, le débouché de la tubulure 12 étant très proche de l'ouïe d'aspiration 10 (5 mm à 15 mm), il se produit en 20 grande vitesse un phénomène de succion dû à la vitesse du flux d'air qui profite aux piquages sanitaires et amplifie encore l'optimisation de l'ensemble à ce point de fonctionnement. Enfin, les sections de passage du clapet 1 en position 25 fermée et ouverte sont calibrées de manière à respecter les débits réglementaires en cuisine. L'aspect « seuil » est très important car il permet de s'affranchir du mouvement permanent des clapets habituels dans les réalisations connues, ces clapets étant absents dans l'invention. Le 30 clapet 1 selon l'invention est en matière souple et est fixé sur un support 3 courbé selon un axe perpendiculaire à la tubulure 12 et passant par le centre du support de manière à créer une résistance supplémentaire définissant ainsi un seuil de vitesse d'air qui le fera basculer en se courbant. 35 En petite vitesse et avant le franchissement du seuil, le clapet 1 reste en position fixe fermée permettant ainsi de limiter le débit cuisine et de générer la dépression supplémentaire nécessaire aux diaphragmes 7 et 8 pour 11 l'obtention des débits sanitaires. Le passage en grande vitesse fait franchir le seuil au clapet 1 qui s'ouvre totalement présentant ainsi des pertes de charge quasi nulles. Le piquage cuisine se trouve alors 5 doublement favorisé par la tubulure 12 qui le relie « directement » à l'ouïe d'aspiration 10 du ventilateur 9 et par l'ouverture du clapet 1 qui ne présente quasiment plus de pertes de charges. Les diaphragmes 7 et 8 des piquages sanitaires sont ainsi 10 soumis à une dépression quasi constante et relativement faible en petite comme en grande vitesse, juste suffisante pour garantir l'obtention et la stabilité de leur débit. En grande vitesse, les pertes de charges globales vues par le ventilateur 9 sont donc ainsi très significativement 15 réduites et permettent ainsi l'obtention des débits réglementaires avec une consommation électrique réduite. Le clapet 1 et la tubulure 12 garantissent dans tous les cas la régulation optimale de la cuisine et de l'ensemble sans recours à un actionneur et/ou REVENDICATIONS1. Clapet (1) de régulation d'un débit de fluide destiné à être inséré dans un conduit (2, 12) et apte à adopter une position fermée lors d'un débit nominal dudit fluide et à s'effacer partiellement ou totalement lorsque le débit de fluide dépasse une valeur seuil prédéterminée, caractérisé en ce qu'il est constitué par une plaque disposée transversalement dans le conduit (2, 12) et comprenant une zone de flexibilité (4) permettant son effacement partiel ou total à partir de ladite valeur seuil. 2. Clapet (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une face concave en regard de l'arrivée du fluide dans le conduit (2, 12) et une face convexe en regard de la sortie du fluide dudit conduit (2, 12). 3. Clapet (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est fixé dans le conduit (2, 12) à l'aide d'un support (3). 4. Clapet (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le support (3) présente une forme courbe selon un rayon 20 de courbure compris entre 30 mm et 70 mm et préférentiellement 50 mm. 5. Clapet (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone de flexibilité (4) est située à une distance de la base inférieure au tiers de 25 la génératrice de ladite plaque, la surface restante de la plaque étant non déformable. 6. Clapet (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque est composée par une matière plastique. 30 7. Clapet (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide est représenté par de l'air. 8. Clapet (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit (2, 12) est 35 représenté par un piquage (2) d'un caisson (5) de ventilation mécanique contrôlée. 9. Clapet (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le conduit (2, 12) est représenté 13 par une tubulure (12) prolongeant ou délimitant un piquage d'un caisson de ventilation mécanique contrôlée (5) et dont l'extrémité libre (14) est disposée à distance de l'ouïe d'aspiration (10) d'un ventilateur (9). 5 10. Clapet (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce que la distance entre l'extrémité libre (14) de la tubulure (12) et l'ouïe d'aspiration (10) est comprise entre 5 mm et 15mm. 11. Système de régulation d'un caisson de ventilation 10 mécanique contrôlée (5) comprenant une chambre de détente (6) dans laquelle débouchent au moins un piquage et une ouverture (13) en regard de l'ouïe d'aspiration (10) d'un ventilateur (9), caractérisé en ce qu'il comporte un clapet de régulation selon l'une quelconque des revendications précédentes.