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PERFECTIONNEMENTS A DES VANNES DE MELANGE CONTROLEES PAR UN
THERMOSTAT.
L'invention est relative à des vannes-de mélange contrôlées par un thermostat du genre dans lequel deux ou plusieurs fluides à différentes températures sont alimentés dans'une chambre de mélange dans laquelle s'ef- fectue le mélange des fluides, dans lesquelles la vanne est munie d'un élément répondant à une action thermique -apte à modifier sa forme en réponse à une variation de température du mélange et disposé de manière à manoeuvrer des moyens de vanne comprenant un élément de vanne mobile pour le contrôle des proportions relatives des fluides introduits de'manière que le mélange fluide résultant soit maintenu à une température déterminée donnée.
On a déjà proposé un certain nombre de vannes de mélange du genre ci-dessus dans lesquelles une extrémité de l'élément répondant à l'action thermique est raccordée à l'élément de vanne, et l'autre extrémité de l'élément répondant à l'action thermique est raccordée à un élément de réglage monté de façon mobile surle corps de la vanne et prévu dans le but de régler les proportions relatives des fluides à une température donnée.
Dans un dispositif de ce genre, le mouvement de réglage est transmis de l'élément de réglage par l'intermédiaire de l'élément répondant à l'action thermique à l'élément de vanne, de sorte que la possibilité se présente que l'élément répondant à l'action thermique, qui est nécessairement de construction relativement délicate, soit soumis à des efforts ou endommagés d'autre façon dans un dispositif de ce genre.
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En outre, il se produit par ce dispositif, à cause de la nature flexible de l'élément répqndant à l'action thermique et de la résistance de frottement offerte par l'élément de vanne, une perte de mouvement entre l'élément de réglage et l'élément de vanne qui exerce une action nuisible sur la précision de mise en position de l'élément de réglage.
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La présente invention a pour but de construire un dispositif per- fectionné dans lequel les inconvénients précédents de la construction connue désignée ci-dessus sont évités et dans lequel une variation de pression d'un ou de plusieurs des fluides introduits dans la vanne ne gêne pas directement en soi le fonctionnement effectif de l'élément répondant à l'action thermique et des moyens de vannes de manière que le mélange fluide soit toujours main- tenu à la température déterminée donnée.
Suivant la présente invention, on construit une vanne de mélange qui comprend un corps portant un certain nombre de lumières d'alimentation servant chacune à l'alimentation d'un des fluides à mélanger, une chambre de mélange dans laquelle s'effectue le mélange des fluides, une ouverture de décharge pour l'écoulement du mélange de la chambre de mélange, un élément répondant à une action thermique apte à modifier sa forme en réponse à une variation de température du mélange, et disposé de manière à permettre au mélange de s'écouler à son contact,
une extrémité de cet élément répondant à l'action thermique étant raccordée au corps et l'autre extrémité étant rac- cordée de la manière à actionner un élément de vanne monté dans l'enveloppe et portant un ou plusieurs passages aptes à contrôler l'alimentation d'un ou de plusieurs fluides à la chambre de mélange,
la disposition étant telle que l'élément de vanne soit déplacé à la suite d'une modification de forme de l'é- lément sensible à l'action thermique de manière à faire varier le débit du fluide contrôlé par ces passages et cet élément répondant à l'action thermi- que étant disposé par rapport au sens de déplacement de manoeuvre de l'élément de vanne de manière à assurer que la pression exercée par le fluide quand il traverse ces passages ne produise aucune poussée résultante notable agissant dans le sens du déplacement de manoeuvre de l'élément de vanne de manière à déplacer l'élément de vanne ou l'élément répondant à l'action thermique, et des moyens étant prévus pour le réglage de la manoeuvre de la vanne de maniè- re à faire varier les proportions relatives du mélange;
, ces moyens de réglage agissant directement entre le corps de la vanne et l'élément de vanne de ma- nière que le mouvement de réglage puisse être transmis directement à l'élé- ment de vanne sans passer par l'élément répondant à l'action thermique.
Sous une forme plus particulière, l'invention consiste en une vanne de mélange montée de manière à pouvoir recevoir à la fois un mouvement de rotation et un mouvement axial, et un raccordement à pas de vis est prévu entre l'élément de vanne et le corps, apte à éviter que l'élément de vanne ne soit écarté de sa position de marche donnée sous l'action de la pression d'un fluide agissant sur les bords des passages de l'élément de vanne.
Un autre but de la présente invention consiste à apporter cer- tains perfectionnements au moyen desquels les dimensions de la vanne peuvent être réduites, et par conséquent le prix, sans nuire à l'efficacité de la van- ne.
Suivant une autre caractéristique de la présente invention, les passages dans l'élément de vanne cylindrique et l'élément de siège ont la for- me de lumières ou de séries de lumières allongées, et le grand axe d'une lu- mière allongée ou la ligne d'une rangée de lumières est inclinée par rapport à la direction axiale suivant laquelle l'élément de vanne se déplace, le sens de l'inclinaison étant le même pour tous les passages de manière que la com- posante rotationnelle du mouvement relatif entre l'élément de vanne et son siège soit appliquée au déplacement des lumières ou rangées de lumières de l'élément de vanne par rapport aux lumières correspondantes du siège dans un sens perpendiculaire aux grands axes des lumières ou des lignes de rangées de lumières.
L'invention est illustrée sur les dessins en annexe sur lesquels la Figure 1 est une coupe en élévation de profil d'une forme de vanne de mélange construite conformément à la présente invention;
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les Figures 2 et 3 sont des vues en coupe respectivement suivant les lignes 2-2 et 3-3 de la Figure 1; les Figures 4 et 5 sont des coupes à travers l'élément de vanne et son siège et représentent deux formes d'un genre perfectionné de vannes munies d'une disposition de passages qui aboutit à une vanne complète de dimensions plus petites sans perte d'efficacité.
En se référant aux dessins, la vanne de mélange représentée est destinée à l'emploi pour obtenir une alimentation d'eau chaude à partir d'une alimentation de vapeur et d'eau froide, et cette vanne comprend un corps 10 de forme sensiblement cylindrique muni à une extrémité d'un certain nombre de brides d'attaches 11 pour le fixer à un support approprié, le corps étant muni intérieurement en un endroit espacé de ces brides d'une paire de passages d'alimentation de fluides 12, 13 de forme annulaire espacés les uns des autres suivant l'axe du corps et séparés par une paroi relativement mince conductrice de la chaleur 14 faisant partie du corps.
Un de ces passages, par exemple le passage 12, est muni dans la paroi périphérique du corps d'une lumière d'alimentation 15 raccordée à une conduite d'alimentation'd'eau, l'autre passage, avantageusement le passage 13, étant muni de façon semblable d'une lumière d'alimentation 16 devant être raccordée à une conduite d'alimentation de vapeur appropriée.
La paroi conductrice de la chaleur sert à permetrre une certaine transmission initiale de chaleur de la vapeur à l'eau froide dans le but indiqué plus haut. Cette paroi peut avoir une forme ondulée ou à palettes de manière à augmenter sa conductibilité thermique dans ce but. La paroi sert également à provoquer le dépôt de matières solides quelconques provenant de l'eau chauffée avant qu'elle n'atteigne les passages et l'élément de vanne.
La paroi intérieure de chacun des passages annulaires 12, 13 est constituée par un élément de siège de vanne 17 analogue à un manchon, muni à des endroits correspondant à chacun des passages annulaires 12, 13 d'un certain nombre de lumières 18 disposées,suivant la circonférence (ou bien si on le désire d'une seule lumière continue de forme partiellement circulaire) qui servent à admettre les deux fluides, c'est-à-dire l'eau et la vapeur, dans un élément de vanne 19 de forme cylindrique creuse monté de façon à pouvoir tourner à l'intérieur de l'élément de siège 17 pour venir en contact avec lui en formant un joint étanche aux fluides, l'élément de vanne 19 étant également apte à se déplacer axialement sur une distance limitée par rapport à l'élément formant siège.
Cet élément de vanne 19 est muni de deux séries de passages 20 et 21 formant respectivement des passages d'eau et de vapeur et espacés l'un de l'autre suivant l'axe de l'élément de vanne d'une distance supérieure à l'espace axial entre les deux séries de lumières 18 du siège de la vanne et ces passages 20 et 21 servent à l'admission de fluide par les lumières correspondantes 18 à l'intérieur de l'élément de vanne, et cet intérieur sert de chambre de mélange représentée en 22 dans laquelle les deux fluides, c'est- à-dire la vapeur et l'eau, se mélangent l'un à l'autre. On remarquera que l'espace axial entre les passages de l'élément de vanne pourrait être inférieur à l'espace axial entre les passages du siège (comme c'est le cas sur les Figures 4 et 5 décrites dans la suite).
Dans chaque cas, la différence d'espacement peut être approximativement égale à la largeur d'un passage.
La longueur axi ale de chaque série de passages 20 est de préférence un peu plus grande que la longueur axiale de la lumière correspondante qu'ils contrôlent et dans le cas où une lumière unique 18 est prévue pour chacun des passages annulaires 12, 13, un passage unique correspondant peut être prévu dans l'élément de vanne, mais dans le dispositif préféré représenté, les quatre lumières 18 espacées sur la circonférence sont munies pour chaque passage annulaire d'un nombre correspondant de lumières 20 et 21, par exemple espacées de façon semblable, comme on le montre sur la Figure 2.
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La chambre de mélange 22 formée par l'intérieur creux de l'élé- ment de vanne, communique avec une chambre 23 recevant un élément répondant à une action thermique et cette chambre fait corps avec l'extrémité du corps voisine de la bride de fixation 11, et l'extrémité de cette chambre opposée à l'élément de vanne 19 est ouverte et communique avec l'intérieur d'un élé- ment de décharge du mélange 24 monté sur l'extrémité voisine du corps 10 de manière à former avec lui un contact étanche aux liquides, et l'élément est muni d'un côté d'un orifice de décharge de l'eau dirigé radialement 25 à tra- vers lequel s'écoule l'eau chaude formée par le mélange de vapeur et d'eau froide.
L'élément de décharge est monté avantageusement de façon régla- ble sur le corps en munissant l'élément d'un certain nombre d'oeillets périphé- riques espacés 26 aptes à être fixés à la bride d'attache 11 en différentes positions angulaires en munissant la bride 11 d'un grand nombre de trous 27 disposés suivant la circonférence pour recevoir des vis de fixation 28 comme on le montre sur la Figure 3, de manière que l'élément de décharge puisse oc- cuper différentes positions angulaires par rapport au corps 10 suivant la direction dans laquelle on désire écouler le fluide mélangé quand l'appareil est mis en marche pour la première fois.
L'élément de décharge 24 est muni au centre d'une pièce de sup- port tubulaire 29 qui s'étend suivant l'axe à l'intérieur de la chambre du thermostat, et cette pièce tubulaire a une extrémité intérieure de section rétrécie et de forme extérieure sensiblement carrée comme on l'indique en 30 sur la Figure 3, sur laquelle est monté de manière à ne pas pouvoir tourner, un manchon 31 muni sur sa périphérie d'une fente 32 dans laquelle est ancrée l'extrémité intérieure d'une longueur de ruban de bimétal enroulé en spirale, qui forme l'élément 33 répondant à l'action thermique. L'extrémité exté- rieure de ce ruban est ancrée dans un oeillet 34 formant corps avec l'extré- mité voisine de l'élément de vanne 19.
Les spires voisines du ruban enrou- lé sont espacées les unes des autres à une distance suffisante pour permettre le mouvement relatif libre des spires voisines, ainsi que-pour permettre au fluide mélangé de s'écouler à travers l'élément répondant à l'action thermi- que entre desspires voisines de l'enroulement. L'élément 33 répondant à l'ac- tion thermique est muni d'un nombre suffisant de spires d'enroulement pour être sûr que l'extrémité extérieure de l'enroulement puisse se déplacer axia- lement par rapport à son extrémité intérieure lorsque l'élément de vanne se déplace axialement,sans crainte de produire de déformation notable de l'élé- ment répondant à l'action thermique.
La disposition est telle que le mélange fluide qui traverse la chambre de l'élément répondant à l'action thermique 23 s'écoule sensiblement entre la totalité des spires formant l'élément répondant à l'action thermique et cet élément se trouve sur la trajectoire directe du courant de liquide en- tre la chambre de mélange et l'élément de décharge, de manière qu'en cas de modification de température se produisant à l'intérieur de la chambre de mé- lange, cette modification de température soit transmise presqu'instantanément sensiblement à la longueur totale du ruban de bi-métal enroulé, qui répond immédiatement de façon correspondante à cette modification de température.
Les passages de l'élément de vanne sont radiaux par rapport à l'axe lôngitudinal du corps de vanne cylindrique, tandis que la direction d'écoulement du mélange fluide entre des spires voisines du ruban de bimétal est parallèle à cet axe, et il est ainsi peu probable que des fluides indivi- duels non-mélangés s'écoulent directement de l'un quelconque des passages de l'élément de vanne vers des parties quelconques de l'élément répondant à 1' action thermique de manière à soumettre celui-ci à une variation locale de température, et la possibilité d'un tel phénomène est encore réduite davan- tage du fait que les deux séries de passages de l'élément de vanne sont espa- cés axialement à une distance notable de l'extrémité voisine du ruban de bi- métal enroulé.
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Un élément de réglage 25 ayant la forme d'un axe 35 est monté de manière à pouvoir tourner dans une pièce de support tubulaire, et une ex- trémité de cet axe dépasse l'élément de décharge 24 et porte une manette de manoeuvre 36, et l'autre extrémité de l'axe est disposée le long de l'axe lon- gitudinal du corps cylindrique et est munie à son extrémité d'un pas de vis à plusieurs entrées 37 ayant de préférence une forme carrée ou de culée dont l'angle de pas est de l'ordre de 20 à 25 , et cette extrémité se visse dans une pièce d'écrou 38 fixée à l'intérieur de l'extrémité de l'élément de van- ne 19 opposée à l'élément 33 répondant à l'action thermique.
On empêche par frottement la rotation de l'axe de réglage 35 au moyen d'un ressort 39 agissant entre un écrou 40 placé à l'intérieur de l'é- lément de décharge 24 et une rondelle de frottement 41, dont l'autre extré- mité vient en contact d'un épaulement 42 disposé à l'extérieur de l'axe, tandis que l'axe est muni en outre d'une aiguille 43 apte à coopérer avec des marques appropriées disposées à l'extérieur de l'élément de décharge 24 et qui ne sont pas représentées sur le dessin.
A l'aide d'une vanne de mélange construite comme on la décrit plus haut, dans laquelle les deux fluides s'écoulent à travers l'élément de vanne et la chambre de mélange vers l'élément répondant à l'action thermique, en cas d'une élévation de pression de la vapeur au delà de sa valeur normale, le débit du courant de vapeur vers la chambre de mélange va augmenter et pro- duire en conséquence une augmentation de la température du mélange, en provo- quant ainsi une modification de forme du ruban de bi-inétal et le déplacement de l'extrémité extérieure de.l'enroulement par rapport à son extrémité inté- rieure, et le mouvement de rotation de l'élément de vanne 19 autour de l'axe fixe 35,
de manière à déplacer l'élément de vanne suivant son axe à cause de son engagement fileté sur l'axe et à fermer partiellement les lumières d'ali- mentation de vapeur et à réduire le débit de vapeur dans la chambre de mélan- ge et en même temps à augmenter le débit de l'eau froide, en maintenant ain- si le mélange d'eau chaude à la même température déterminée malgré l'augmen- tation de la pression de la vapeur.
Au cas où la pression de vapeur tombe en dessous de la normale de manière à réduire le débit de vapeur et abaisser la température du mélange, l'élément de vanne est déplacé de façon semblable en sens inverse pour dimi- nuer le débit d'eau froide et maintenir encore le mélange d'eau chaude à la température désirée.
De même, en cas de variation de la pression de l'eau influengant le débit de l'eau et produisant une variation de la température du mélange, l'enroulement de bi-métal fonctionne de manière à déplacer la vanne pour maintenir le mélange à la température déterminée nécessaire.
La fermeture ou fermeture partielle réelle des lumières d'alimen- tation de fluide, s'effectue par le mouvement axial de l'élément de vanne, de manière que les bords de manoeuvre ou de contrôle 44 des passages de l'é- lément de vanne ne soient pas soumis à une pression résultante quelconque ap- préciable du fluide offrant une résistance à cette fermeture ou fermeture par- tielle, pendant qu'une tendance quelconque de l'élément de vanne à se dépla-' cer en direction axiale à la suite de l'action de la pression du fluide sur ces bords de contrôle 44 des passages, est évitée du fait que l'élément de vanne s'engage par un filet de vis sur l'arbre de réglage, le pas du filet de vis étant suffisamment petit pour être sûr que l'élément de vanne ne puisse tourner sous l'action d'une pression purement axiale.
On obtient ainsi un contrôle effectif de la température du mélan- ge résultant, indépendemment des variations de la pression d'alimentation d' un ou de plusieurs des fluides introduits.
Si on désire régler à la main la température du mélange d'eau chaude indépendemment de la température et/ou de la pression de la vapeur et de l'eau froide, on peut y arriver aisément en faisant tourner la manette 36 placée sur l'axe de réglage, pour le faire tourner et déplacer l'élément
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de vanne.
Si on le désire, la position del'aiguille 43 par rapport à l'a- xe 35 peut être rendue réglable dans des buts de calibrage en munissant l'ex- trémité intérieure de la tubulure de la manette 36 d'une série de rainures 45 disposées radialement qui viennent au contact d'une tubulure 46 munie de rainures correspondantes et portant l'aiguille,la tubulure 46 elle-même étant apte à tourner librement autour de l'axe, et dansun dispositif de ce genre, la manette est fixée en position sur l'axe par un écrou amovible 47 de maniè- re qu'en desserrant l'écrou, les rainures de la manette puissent se dégager des rainures de l'aiguille, et que l'aiguille soit réglée comme on le veut par rapport à l'axe.
Un calibrage de ce genre est du reste nécessaire à la sui- te d'un réglage angulaire quelconque de l'élément de décharge par rapport au corps de la vanne pouvant avoir lieu comme on le décrit plus haut, quand l'ap- pareil est mis en marche pour la première fois.
Il rentre dans le domaine de l'invention que l'alimentation d'un fluide seulement soit réglée par un élément de vanne ne portant qu'un passage unique, uniquement de manière à faire varier les porportions relatives des deux fluides à mélanger et faire varier la température du mélange résultant, mais on préfère les dispositifs déjà décrits.
Si on le désire,deux ou plusieurs enroulements de bi-métal peu- vent être prévus, soit en série ou en parallèle l'un avec l'autre. Dans la disposition en série,l'extrémité extérieure d'un enroulement peut être rac- cordée à l'élément de vanne 19 et son extrémité intérieure à l'extrémité exté- rieure du second enroulementl'extrémité intérieure de ce second enroulement étant raccordée au corps de vanne 10. Dans la disposition en parallèle, deux enroulements peuvent être disposés côte à côte, les bouts extérieurs des deux enroulements étant raccordés à l'élément de vanne et leurs extrémités intérieu- res .étant toutes deux raccordées au corps de la vanne.
Le premier dispositif fournit un déplacement plus grand de la vanne, et le dernier dispositif fournit un effort de déplacement plus inten- se pour manoeuvrer la vanne
En se référant à présent aux Figures 4 et 5 des dessins, on y représente une forme modifiée d'élément de vanne et de siège qui est avanta- geuse du fait qu"on peut réaliser une réduction de dimension de l'élément de bi-métal et qu'on peut réduire le mouvement relatif nécessaire sans nuire de façon notable à la surface des passages dans la position entièrement ouverte de chaque passage.
La construction représentée sur la Figure 4 porte un corps de vanne 59 muni d'une paire de passages d'alimentation de fluide 51 et 52 sépa- rés par la paroi 53. L'élément de siège 54 analogue à un manchon est muni de deux fentes hélicoïdales 55 et 56 et l'élément de vanne 57 porte des fen- tes disposées en hélice 58 et 59 qui coopèrent avec les fentes 55 et 56 de l'élément de siège 54.
Sur la Figure 5, des fentes 60 et 61 sont prévues dans l'élé- ment de siège 54 comme sur la Figure 4, seulement au lieu de fentes dans l'élément de vanne 59, on prévoit des rangées de trous 62 et 63.
Dans les deux cas, les fentes ou rangées de trous sont disposées enhélice, comme on le représente dans la position de la vanne pour laquelle l'entrée du passage 51 est entièrement ouverte et l'entrée du passage 52 est entièrement fermée.
Quand la vanne se déplace vers la droite comme on le représente sur les Figu- res 4 et 5, l'entrée 51 se ferme et l'entrée 52 s'ouvre et, par suite de la disposition hélicoïdale des lumières, un certain mouvement relatif axial s'ef- fectue entre les lumières de l'élément de vanne et celles de l'élément de siè- ge à la suite du mouvement tournant communiqué par l'élément de bimétal. On
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peut ainsi réaliser au moyen de cette modification le même degré d'ouverture et de fermeture de lumières que ce qui est représenté par la Figure 1 en ré- duisant le mouvement relatif nécessaire et réduisant en conséquence les dimen- sions de l'élément de bimétal et de la vanne elle-même.
REVENDICATIONS.
1. Vanne de mélange comprenant un corps qui renferme un certain nombre de lumières d'alimentation servant'chacune à alimenter un des fluides à mélanger, une chambre de mélange dans laquelle s'effectue le mélange des fluides, un élément de décharge comportant une ouverture pour l'écoulement du mélange de cette chambre, un élément répondant à l'action de la chaleur apte à modifier sa forme en réponse à une variation de température du mélange et disposé de manière à permettre au mélange de s'écouler en son contact, une-extrémité de cet élément répondant à l'action de la chaleur étant raccor- dée au corps et l'autre extrémité étant raccordée de manière à le manoeuvrer à un élément de vanne cylindrique monté à l'intérieur du corps,
cet élément de vanne étant monté de manière à pouvoir tourner et se déplacer axialement à l'intérieur d'un élément de siège fixé dans le corps, ces éléments de siè- ge et de vanne étant munis chacun de passages aptes à coopérer les uns avec les autres pour le contrôle de l'alimentation de fluides à la chambre de mé- lange, la disposition étant telle que, quand l'élément de vanne se déplace axialement dans l'un ou l'autre sens, l'alimentation d'un fluide à la chambre de mélange est augmentée ou diminuée par rapport à celle de l'autre fluide, ces passages étant tous disposés avec leur grand axe incliné, dans le même sens,par rapport au sens du mouvant tournant relatif entre l'élément de van- ne et son siège,
de manière que la composante rotationnelle du mouvement re- latif entre l'élément de vanne et l'élément de siège soit utilisée au dépla- cement des passages de l'élément de vanné par rapport aux passages correspon- dants dans le siège, dans un sens perpendiculaire aux grands axes des passages.