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PROCEDE DE REGULATION THERHIQUE, DISPOSITIFS EN PERMETTANT LA MISE EN OEUVRE
ET LEURS APPLICATIONS.
Dans les dispositifs destinés à la régulation du chauffage ou de la réfrigération, la mise en marche est très lente en raison de l'inertie de masse propre à Isolément engendrant ou absorbant 1? énergie thermique et de l'inertie de transmission de la chaleur ou du froid vers les milieux ambiants.
Il s'ensuit une perte de rendement lors de chaque arrêt du dispositif. Ce fait est particulièrement sensible dans la régulation thermostatique habituelle des armoires frigorifiques à absorption. Quand la température est descendue à une certaine valeur, le thermostat coupe; mais, par inertie, le réfrigérant continue à circuler et à s'évaporer pendant un certain temps et la température descend encore légèrement pendant ce temps.
Puis, elle remonte jusqu'au moment où le thermostat enclenche à nouveau; mais la résistance et son enveloppe qui se sont complètement refroidies ne reprennent que progressivement leur tempé- ratuve normale de -travail., de telle sorte que la température continue à re- monte!!: en raison de l'inertie ainsi présentée. Enfin le réfrigérant reprend à son tour sa circulation normale, d'où une nouvelle descente de température, d'abord rapide, puis lente, jusqu'au moment où le cycle recommence.
Une fraction de plus de 40 % du temps d'un cycle opératoire peut être nécessaire pour reprendre les conditions normales de fonctionnement, d'où le rendement énergétique relativement mauvais d'une régulation thermostatique ordinaire.
En vue d'accroïtre le rendement de la régulation thermique pour appareils de chauffage ou de réfrigération, la présente invention a pour objet un procédé de régu- lation thermique suivant lequel on rend successivement discontinue Inaction de l'organe chargé de la régulation thermique, les discontinuités étant déterminées de telle sorte que 1-'organe engendrant ou absorbant de l'énergie thermi- que reste continuellement en fonctionnement en raison de son inertie propre.
Suivant un mode avantageux d'application, les discontinuités d'action de l'organe chargé de la régulation thermique sont périodiques, leur période étant relativement courte par rapport à la période propre du dispositif de chauffage ou de réfrigération.
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On sait en effet que l'on peut régler l'énergie envoyée dans un système quelconque en l'alimentant non pas avec une puissance variable, comme on le fait d'ordinaire, mais avec une puissance constante pendant des temps variables en effectuant des coupures régulières. Ce procédé est intéressant pour les dispositifs de chauffage ou de réfrigération, car, en choisissant convenablement la période globale d'alimentation discontinue par rapport à celle du dispositif chauffant ou réfrigérant, on peut arriver à un rendement thermique excellent du fait qu'on utilise les effets d'inertie de ce disposi- tif chauffant ou réfrigérant au lieu de les gaspiller.
Par ailleurs, dans la mesure où la charge du dispositif chauffant ou réfrigérant reste invariable, à chaque réglage de l'alimentation discontinue périodique correspond un réglage de la température limite atteinte, ce qui permet dans une certaine mesure d'éviter un contrôle thermostatique.
Toutefois, il est bien évident que la température ainsi obtenue est flottante et suit obligatoirement les variations de charge du dispositif de chauffage ou de réfrigération. Si par ailleurs il se produit une variation brutale de cette charge (ouverture d'une porte, introduction d'une masse impor- tante à une température différente, etc... ), la température limite correspondant au réglage ne sera atteinte qu'asymptotiquement, donc beaucoup plus lentement qu'elle ne pourrait l'être avec un réglage thermostatique.
Pour remédier à ce dernier défaut, suivant un mode avantageux d'ap- plication du procédé de régulation thermique ci-dessus on règle thermostatiquement le dispositif chargé de la régulation thermique jusqu'à la température de réglage, température autour de laquelle on alimente ce dispositif d'une manière discontinue périodique de faible amplitude et de période relativement courte .par rapport à la période propre du dispositif de chauffage ou de réfrigération. Ce procédé a pour résultat de superposer le réglage thermostatique et le réglage discontinu périodique en associant leurs avantages respectifs, ce qui permet d'obtenir une régulation de température excellente jointe à un excellent rendement thermique.
En effet, en examinant par exemple le cas de la réfrigération, le réglage thermostatique pilote le dispositif de régulation jusqu'à la température de réglage à partir de laquelle l'alimentation est coupée et la température s'arréte de descendre, mais si la période de l'alimen- tation discontinue est telle que cette alimentation soit rétablie en un point de la courbe de température, pour lequel sous l'effet de l'inertie la ciroulation du liquide réfrigérant n'est pas encore interrompue, donc juste avant que la température ne remonte, cette circulation va s'entretenir en consommant le minimum d'énergie nécessaire et tant que la charge du système ne variera pas, on oscillera autour du point de déclenchement du réglage thermostatique avec une amplitude faible donnée par la période de l'alimentation discontinue,
au lieu d'osciller entre des limites situées au-dessus du point d'enclenchement et en dessous du point de déclenchement du thermostat, limites déjà espacées de 1 à 2 degrés dans les meilleures conditions. Ce procédé de réglage donne donc une précision très élevée du fait que pratiquement on travaille pour un réglage convenable de l'alimentation discontinue périodique autour du point de déclenchement du thermostat et non plus en deçà et au delà de ses points de déclenchement etd'enclenchement.
L'invention a en outre pour objet les dispositifs permettant la mise en oeuvre du procédé de régulation thermique spécifié ci-dessus, ce dispositif comprenant un clignoteur qui alimente le dispositif actif de régulation, clignote= dont on peut faire varier, de façon d'ailleurs absolument continue, le rapport temps de fermeture à temps d'ouverture. A chaque réglage de ce rapport correspond un réglage de la température limite atteinte.
De préférence le dispositif de régulation thermique comprend un détecteur commandant par un courant électrique faible un relais clignotant de faihle période devant la période propre du dispositif de chauffage ou de réfrigération que l'on désire contrôler, ce relais clignoteur alimentant une résistance fixe ou un organe moteur, ventilateur par exemple.
Suivant un mode avantageux de réalisation, le détecteur est constitué par un dispositif de mesure fournissant un courant permanent, tel que
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le centrant d'un pont de mesure cu d'un couple thermo-électrique, ce courant alimentant un organe auxiliaire commandant l'organe de clignotement concurem- ment avec un organe principal de commande de clignotement:, en vue d'obtenir une régulation proportionnellel'organe auxiliaire de commande de clignote- ment ayant pour rôle de 'régler le rapport des temps d'enclenchement et de dé- clenchement du clignotour, donc de régler progressivement le régulateur de dé- bit ainsi constitué au fur et à mesure que l'on se rapproche de la température de réglage.
On peut même obtenir un véritable asservissement en envoyant dans l'organe auxiliaire de commande de clignotement non plus un courant de mesure mais un courant d'erreur tel qu'un courant résultant de la comparaison, dans un pont par exemple, de la température lue avec étalon.
Suivant un autre mode avantageux de réalisation, le dispositif de régulation thermique comprend un bilame en hélice ou en spirale dont une ex- trémité fixe est réglable angulairemetn tandis que l'autre extrémité porte un rupteur à mercure dont le débattement angulaire est délimité par deux butées, une résistance rayonnant sur tout ou partie du bilame et reliée en parallèle sur les contacts du rupteur à mercure:, contacts reliés au dispositif de chauf- fage ou de réfrigération, ce bilame remplissant à la fois le rôle de détecteur et d'organe de commande du clignotement.
Dans le cas où l'organe de régulation thermique est utilisé pour le réglage d'un dispositif de réfrigération, cet organe peut en même temps permettre d'assurer le dégivrage de l'évaporateur du réfrigérateuren envoyant dans l'organe principal de commande de clignotement ou dans l'organe au±liai- re de commande de clignotement un courant auxiliaire traversant soit un contact manuel prévu à cet effets cas de dégivrage semi-automatique, soit un contact détectant la présence de givre sur l'évaporateur, cas d'un dégivrage entièrement automatique,en vue d'allonge:;
- suffisamment la durée du temps d'ou- verture dun cycle du olignoteur, pour permettre à l'évaporateur de remonter pendant un cycle - à une température supérieure à 0.
L'invention a enfin pour objet les applications industrielles du procédé et des dispositifs de régulation thermique spécifiés ci-dessus,notamment pour les réfrigérateurs à absorption et éventuellement à compression;, en vue d'effectuer des réglages de température précisquoique dans ce dernier cas avec l'inconvénient de démarrages des compresseurs, pour le réglage combiné des cuisinières électriques (combinaison thermostat-régulateur de débit) pour le réglage de fours (combinaison pyromètre régulateur de débit),d'étu- ves, etc...
La description qui va suivre,en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique, les particularités des dispositifs décrits faisant évidemment partie de l'invention.
La fig. 1 représente un diagramme de régulation thermostatique habituel.
La fig. 2 représente schématiquement un dispositif de régulation thermique à clignotement et à pilotage thermostatique conforme à l'invention.
La fig. 3 est un diagramme de régulation thermostatique obtenue par la mise en oeuvre du dispositif illustré à la figure 2.
Les fige 4 et 5 représentent les schémas de deux dispositifs de régulation thermostatique à clignotement et à régulation proportionnelle.
La fig. 6 est une vue en perspective avec arrachement partiel d'un dispositif de régulation thermostatique à interrupteur de mercure conforme à 1-'invention.
La fig. 7 représente schématiquement les connexions électriques d'utilisation du dispositif illustré à la figure 6.
Les fig. 8 et 9 représentent deux modes de montage d'un dispositif de régulation thermique à clignotement utilisé pour permettre le dégrivage.
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La fig. 10 est un diagramme de régulation thermostatique avec dégivrage.
Les schémas électriques représentés aux figures s'appliquent plus particulièrement pour la régulation frigorifique.
Le diagramme de régulation thermostatique illustré à la figure 1, se rapporte à la régulation d'une armoire frigorifique habituelle. Lorsque le dispositif de régulation thermostatique est mis en route, le thermostat assure la descente de la température du point a jusqu'à une certaine valeur b pour laquelle ce thermostat coupe; pendant un temps pouvant atteindre 7 à 8 minutes, par inertie, le réfrigérant continue à circuler et à s'évaporer et la températire descend encore légèrement jusqu'au point C.
Le réfrigérant étant alors arrêtée la température remonte jusqu'au. point d à partir duquel le thermostat enclenche à nouveau puis pendant un temps;, pouvant atteindre environ 7 minutes, la résistance et son enveloppe reprennent progressivement leur température normale de travail et la température remonte an point e. Puis pendant un temps pouvant atteindre 5 minutes, le réfrigérant reprend à son tour sa circulation normale et la température se stabilise de e en f . En-fin,, la température descend d'abord rapidement de f en g puis lentement jusqu'en b' où le cycle recommence.
On voit donc que, sur un cycle de fonctionnement de l'ordre de 45 minutes., environ 20 minutes ont été nécessaires pour retrouver les conditions normales de fonctionnement d'où le rendement thermique relativement défectueux d'un dispositif de régulation thermostatique ordinaire. Pour remédier à cet inconvénient, ainsi qu'indiqué précédemment, suivant l'invention, le dispositif de régulation comprend un organe vibrant ou clignoteur de période convenable pour utiliser précisément à son profit' les phénomènes d'inertie considérés comme génants dans les régulations habituelles.
Les dispositifs clignoteurs illustrés aux figures 2, 4, 5,8 et 9 comprennent un bâti 3 muni d'une chape 4 dans laquelle est monté un axe 5 mobile. Sur cet axe est pincé un bilame 6 dont la branche 6a prend appui sur des contacts 7, contact de fermeture, et 8, contact douverture. Sur l'autre branche 6b du bilame est rivée une plaquette métallique 9 formant palier pour un ressort de compression 10 en #, dont l'autre extrémité repose sur un palier 11. Une résistance ou un bobinage 13 assure le chauffage du bilame.
Dans la réalisation illustrée à la figure 2, le relais clignoteur à bilame est associé avec un thermomètre à bilame 14 en spiral dont le centre est fixe. L'extrémité de ce bilame 14 porte une palette mobile 15 reliée à l'un des pales de l'organe 18 engendrant ou absorbant de l'énergie thermique.
Le bilame 14 lorsque la température descend amène la palette 15 en contact avec une came conductrice 16 excentrée, reliée à l'une des extrémités de la résistance 13 dont l'autre extrémité est reliée, ainsi que le contact de fer- meture 7 à l'autre extrémité de l'organe 18. Tant que l'enveloppe est à une température élevée, la palette 15 n'est pas en contact avec la came 16,la résistance de chauffage 13 n'est pas alimentée, le dispositif fonctionne en thermostat pur. Quand on atteint la température de réglage, la palette 15 vient en contact avec la came 16 ce qui ferme le circuit d'alimentation de la résistance de chauffage 13 du relais.
Le courant de chauffage très faible provoque au bout de quelques minutes l'ouverture par rupture brusque du contact 7 du bilame 6, coupant à la fois le circuit de l'organe 18 et le circuit de chauffage de la résistance 13. Le bilame 6 se refroidit lentement et rétablit finalement le contact de fermeture 7. Si, à ce moment, la température ambiante détectée par le bilame 14 n'a pas ou peu bougé, la palette 15 est toujours en contact avec la came 16 et le cycle de clignotement recommence.
Si, par contre, la température ambiante a augmenté brusquement pour une raison quelconque, le contact 15-16 est ouvert et l'organe 18 retombe sous le contrôle non plus du relais clignotant mais de 1-*organe thermo-électrique formé par le bilame 14. Le réglage de la came excentrée 16 autour de son axe 16a, permet d'assurer le réglage de la gamme de régulation.
La succession des phénomènes est reproduite sur le diagramme de la figure 3 relatif à une armoire frigorifique. Lorsque le dispositif de ré- gulation thermostatique est mis en route, le thermostat assure la descente de
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la température du jointe a jusqu'à une certaine valeur b agissant ainsi comme pilote. En b le relais clignotant coupe, la température continue à baisser légèrement comme dans le diagramme 1, mais si la période de ce relais clignotant est faible par rapport à la période de l'organe réfrigérant, ce relais réenclenche automatiquement en e avant que la circulation du liquide
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de réfrigérant ne se soit interrompue.
La température seentretieit à nouveau jusque en d où le relais clignotant déclenche puis tend à remonter jusqu'en e où le relais clignotant réenclenche, et ceci pendant plusieurs cycles dont deux seulement ont été représentés pour la simplification du diagramme. Lors-
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que la température sera remontée jusqu'en E., le thermostat pilotera à nouveau le dispositif pour le ramener en!!' point à partir duquel le cycle recommence.
En raison de l'inertie, le réfrigérant continue à circuler dans les temps
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successifs '-9 -d.9dea -.f, 1-g, et ,g h9 la circulation du liquide réfrigé- rant s'entretient.donc en consommant le minimum d'énergie nécessaire et tant que la charge du système ne varie pas,on oscille autour du point de déclen-
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chement du thernnostat avec une amplitude de l'ordre de 1-,écart 12 cl, de l'ordre de 1/4 de degré par exemple, au lieu doscâ...:l.e, entre des limites situées au-dessus du point. d'enclenchement et au-dessous du point de déclenchement du thermostat, ces deux points pouvant être déjà espacés de quelques degrés.
On obtient ainsi une précision très élevée du réglage, du fait que pratiquement on travaille pour un réglage convenable du clignoteur sur le point bas du thermostat et non plus en degà et au delà des points bas et haut. Il est
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d'ailleurs possible éventuellement d:lassel"vir le réglage du rapport enclenche- ment/déclenchement du clignoteur à la valeur de ce point bas lui-même.
Si au lieu d'avoir une lecture de température discontinue, telle que celle donnée par le thermomètre à contact constitué par le bilame 14 de la figure 2, on utilise au contraire un dispositif de mesure absolument conti-
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nu,,,tel que le courant de mesure d'un couple thermo-électrique 19 (figure 4) ou le courant dj)erreur dun pont 20 (figure 5 ) il est possible d' envoyer ce courant dans une résistance auxiliaire 21 commandant également le bilame 6.
L'action de la résistance 21 s'ajoute à celle de la résistance 13, le relais se fermant sur le contact de fermeture 7 dans le cas du couple thermo-élec- trique (fig. 4) ou sur le contact 8 isolé en 22 dans le cas du point de mesure (fig. 5),de telle sorte que le courant parcourant la résistance 21 soit maximum pour le couple et égal à zéro pour le pont lorsque le point de régla-
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ge est atteint, ee qui entraîne l'ouverture du relais. On obtient de la sorte une régulation proportionnelle qui est également intéressante dans de nom-
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bEBc sas.
Si par exemple le dispositif de régulation thermique est adapté à une armoire frigorifique? tant que 1-'on est loin du point de réglage, par exemple au-dessus de ce point., la résistance 21 est alimentée par un courant relativement important, ce qui. a pour effet d'allonger notablement le temps
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de déclenchement par rapport au temps d'enclenchement donc d9accroi'tre le temps pendant que 1?organe 18 est sous tension et l'armoire a tendance à se refroidir rapidement,. Au fur et à mesure quon s'approche du point de réglage, le courant dans la résistance 13 diminue;; ainsi que le rapport des texnps
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de déclenchement et d5enclenchemeut.
Le système tend alors à se refroidir de plus en plus lentement et à atteindre asymptotiquement la température de réglage.
On peut même obtenir un véritable asservissement en envoyant dans
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la résistance 13 non plus 1L11 courant de mesure mais un courant d'erreur c'est- à-dire un courant résultant de la comparaison, dans un pont par exemple, de la température lue avec un étalon.
Dans la réalisation illustrée aux figures 6 et 7, le même bilame
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remplit le rôle de détecteur et d'organe de clignotement. L'appa:t'eil repré- senté à la figure 6 comprend une canne métallique 24 réalisée de préférence en un tube métallique souple à l'intérieur de laquelle est monté un axe 25 de
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faible diamètre, 2 im pax eXE'lIlple, supporté à l'une de ses extrémités par un palier 26 et à son autre extrémité par -un. palier 27 fixé dans un capot 28 faisant suite à la canne 24. Sur l'axe 25 est enroulé en hélice un bilame
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29 brasé en 30 sur cet axe. Un rupteur à mercure 31 est fixé à l'axtrémité
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libre du bilame en hélice 29, ce rupteur étant supporté par deux pinces 32.
Ce rupteur peut osciller entre dux butées 33 et 34 qui définissent sa zone angulaire de débattement pour qu'il reste toujours dans son angle de sécurité. Une résistance 35 est montée enfilée sur le bilame 29 et est cablée en paralléle avec les contacts du rupteur à mercure, l'arrivée de courant s'ef- fectuant par les bornes 36. Du capot 28 émerge un bouton de réglage 37 destiné à régler la plage d'action du bilame 29.
Peur un réglage angulaire donné de ce bilame 29 obtenu par l'action du bouton 37 l'interrupteur à mercure 31 en butée sur la butée 33 a son circuit fermé et la résistance de chauffage 18a est alimentée. La température du réfrigérateur descend jusqu'à ce que le bilame qui commande l'interrup- - leur à mercure 35 oblige ce dernier à basculer sur sa butée 34. Dès lors la résistance 35 qui était court-circuitée par l'interrupteur à mercure 31 entre en action et réchauffe une partie du bilame 29, celle affectée à la commande du clignotement,,jusqu'à ce que 31 soit réenclenché.
Dès lors, la résistance 35 est de nouveau court-circuitée et la partie du bilame affectée au clignotement va se refroidir à nouveau, jusqu'à ce que le rupteur à mercure 31 bascu- le sur la butée 33, et ainsi de suite. Donc le bilame 29 pour un réglage donné correspondant au déclenchement du rupteur, réglage par suite précis, pilo- te l'ensemble jusqu'à la température de réglage; ensuite, il fonctionne en clignotour, le rapport enclenchement/déclenchement étant défini., indépendam- ment du réglage initial, par l'écart angulaire entre les points d'ouverture et de fermeture du rupteur et par la valeur du courant traversant la résistance 35. Le clignotement est stable et de période longue.
Le bilame 29 remplit ici à la fois les rôles d'élément de mesure et de cligncteure, ce qui est particulièrement intéressant pour les raisons suivantes : proportionnant convenablement l'appareil et en raison de la longue durée des périodes, la fonction elignoteur ne réagit pratiquement pas sur la fonction mesure, cette dernière au contraire réagira sur la première, assurant ainsi une bonne compensation automatique et un véritable réglage proportionnel.
Le dispositif de régulation décrit ci-dessus peut être utilisé en vue d'assurer le dégivrage de l'évaporateur d'un réfrigérateur. Dans ce but, ainsi que représenté aux figures 8 et 9, on relie au contact d'ouverture 8 du relais isolé en 42 à bilame une résistance auxiliaire 38, reliée d'autre part à un pôle du secteur, cette résistance auxiliaire 38 étant montée en série avec une résistance 39 shuntée par un contact 40 en période de dégivra- ge (figure 8) ou elle-même shuntée par un contact 41 ouvert en période de dégivrage (figure 9), les contacts 40 et 41 étant soumis à l'action d'un détecteur de dégivrage.
De la sorte, lorsque 'le contact 40 est fermé ou le contact 41 ouvezt, l'intensité du courant circulant dans la résistance auxiliaire 38 assure le maintien du chauffage sur le bilame 6, maintenant ainsi le relais à l'ouverture pendant un temps suffisamment long pour permettre le dégivrage par montée de température dans le réfrigérateur..
Ce phénomène est reporté sur le diagramme illustré à la figure 10, dans lequel la courbe a-b-c-d-e-f-g-b' est la même que la courbe correspondante du diagramme de la figure 3. Le givrage s'étant produite sur l'é- vaporateur du réfrigérateur lorsque en b' le relais clignotant est remis en circuit, sous l'influence du détecteur de girore, le premier cycle sera très allongé et la température remontera jusqu'en h point à partir duquel , le givre ayant disparu, la régulation thermostatique abaisse à nouveau la température jusqu'en b" où le cycle normal de fonctionnement de l'appareil recommence.
Il est-bien évident que sans sortir du cadre de la présente invention, des modifications pourrai ent être apportées aux dispositifs décrits. En particulier,dans le cas de l'appareil illustré à la figure 6, le bouton de commande 37 pourrait être remplacé par un dispositif de commande à distance, par câble flexible par exemple. Pareillement le bilame 29 au lieu d'être enroulé en hélice pourrait l'être en spirale.
Le régulateur thermostatique à bilame représenté aux figures 6 et 7 peut être réalisé suivant d'autres variantes non représentées:
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a) ce régulateur peut comporter un potentiomètre ou tout autre dis- positif à résistance variable équivalent monté en série avec la résistance de clignotement,, pour la régulation en réfrigération, ou en parallèle avec cette résistance pour la régulation en échauffement;
b) dans le cas où le régulateur doit être utilisé indifféremment sous des tensions de 110 ou de 220 volts on place en série avec la résistan- ce de clignotement une résistance de valeur triple qui peut être mise sous tension pour le fonctionnement sous 220 volts et court-circuitée pour le fonctionnement sous 110 volts; c) en vue de diminuer les dimensions de l'appareil;, le bilame du régulateur peut être bobiné sur deux hélices concentriques; d) lorsque le régulateur doit être utilisé pour la régulation d'ap- pareils de chauffage, la portion du bilame enroulé en hélice soumise à l'action de la résistance de clignotement, est bobinée en inversant les faces in- térieure et extérieure de la portion du bilame utilisée comme détecteur;
e) la torsion de l'axe auquel est reliée l'une des extrémités du bilame enroulé en hélice peut être réglée à distance par l'intermédiaire d'une commande flexible;, telle que celle connue sous le nom de commande "Bowden"' f) la résistance de clignotement du bilame enroulé en hélice peut être constituée par quatre résistances miniatures parallèles à ce bilame et disposées sur un cylindre concentrique à celui-ci,, ces résistances étant reliées entre elles à l'une de leurs extrémités et pouvant être reliées à leurs autres extrémités de toute façon désirée, en série? en parallèle,, en série parallèle etc... par un organe de commitation en vue de réaliser toute connexion désirée entre elles.
REVENDICATIONS.
1. Un procédé de régulation thermique pour appareils de chauffage ou de réfrigération, caractérisé par le fait qu'on rend successivement discontinue l'action de l'organe chargé de la régulation thermique., les discon- tinuités étant déterminées de telle sorte que l'organe engendrant ou absorbant de l'énergie thermique reste continuellement en fonctionnement en raison de son inertie propre.