Appareil pour mesurer la quantité de chaleur transportée par un flux de liquide à température variable.
On connaît différents appareils pour mesurer la quantité de chaleur transportée par un flux de liquide à température variable, qui comprennent un distributeur actionné automatiquement par un élément répondant à la température du liquide qui est censé diri ger dans un compteur une partie du flux proportionnelle à la température du liquide.
Dans certains de ces appareils, la répartition du liquide entre le compteur et un bypass est assurée par un déflecteur placé dans un conduit de l'appareil et constitué parfois directement par un élément bimétallique ; dans d'autres, elle est assurée par deux obtu rateurs, généralement à lumière ou à poin teaux, actionnés simultanément et en sens inverse et qui commandent, l'un, l'écoulement du liquide vers le compteur, et l'autre, vers le by-pass.
Bien que basé sur un principe très simple, ces appareils sont restés pratiquement inemployés, du fait de leur manque de précision.
Une répartition du liquide proportionnelle à sa température ne peut en effet être obtenue qu'en tenant compte de la perte de charge propre du compteur qui varie avec l'importanee du débit qui le traverse et pour cette raison, il ne suffit pas, comme dans les appareils proposés, que la section libre de l'obtu- rateur menant au compteur varie par rapport à la section libre totale des deux obturateurs de façon directement proportionnelle à la température du liquide, à moins que la pression soit maintenue égale à l'aval des deux obturateurs, au moyen d'un équilibreur de pression par exemple. Cette dernière solution qui permet d'obtenir des résultats satisfaisants présente cependant l'inconvénient de nécessiter de nombreuses pièces mobiles qui sont sujettes à l'entartrage, compliquent l'appareil et en augmentent le prix.
La présente invention vise à fournir un appareil de même précision que les appareils avec équilibreur de pression, mais de cons traction plus simple et de fonctionnement plus sûr.
Elle a pour objet un appareil pour mesuxer la quantité de chaleur transportée par un flux de liquide à température variable, appareil du type comprenant un compteur volumétrique et un distributeur destiné à diriger dans le compteur et dans le by-pass, respectivement par l'intermédiaire de deux obturateurs contrôlant l'écoulement du liquide, une partie de flux proportionnelle à la température du liquide dans le compteur, et le reste dans le by-pass.
Cet appareil est caractérisé en ce que ledit compteur est du type présentant une perte de charge proportionnelle au carré de la vitesse de liquide qui le traverse et en ce que ledit distributeur est agencé de sorte que les sections libres variables desdits obturateurs s'établissent automatiquement et indépendamment de la vitesse du fluide de manière à satisfaire la relation suivante :
EMI2.1
T = température du liquide ;
B = section libre de l'obturateur du by
pass ;
A = section libre de l'obturateur du cornp-
teur ;
C = section libre d'un obturateur de section
invariable équivalente au compteur, du
point de vue perte de charge ; #T = gamme de mesure de l'appareil = Tmax-Tmin.
Le dessin repr6sente, à titre d'exemple, trois formes d'exécution de l'appareil objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe d'une première forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue selon la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est un graphique explicatif.
Les fig. 4 et 5 sont des vues partielles de deux variantes de l'appareil des fig. 1 et 2.
La fig. 6 est une vue en coupe axiale d'une seconde forme d'exécution.
Les fig. 7 et 8 sont une coupe et une vue de détail respectivement selon les lignes 7-7 et 8-8 de la fig. 6, la fig. 8 à plus grande échelle.
La, fig. 9 est une vue de détail, à la même échelle que la fig. 8.
La fig. 10 est une vue en coupe axiale d'une troisième forme d'exécution constituant un appareil différentiel.
Les fig. 11 et 12 sont une coupe et une vue de détail respectivement selon les lignes 11-11 et 12-12 de la fig. 10, la fig. 11 à plus grande échelle.
Dans la forme d'exécution représentée aux fig. 1 et 2, l'appareil comprend un boîtier 1 présentant une cavité 2 reliée à une conduite 3 d'amenée du liquide, et deux cavités 4 et 5 reliées, la première, par un conduit 6 à un compteur 7 à turbine du type Woltman et la seconde, à un by-pass 8 rejoignant la conduite principale 9 après le compteur 7.
Un distributeur forme par une plaque 10 fixée au boîtier 1 par des vis 11 et séparant la ea- vité 2 des cavités 4 et 5, et par un coulisseau 12 susceptible de se déplacer le long d'une rainure 13 de cette plaque 10 pour obturer plus ou moins deux lumières 14 et 15 ménagées dans celle-ci, qui communiquent, la première avec la cavité 4, et la seconde avec la cavité 5, contrôle la répartition du liquide entre le compteur 7 et le by-pass 8 en fonetion de la température du liquide fourni par la conduite d'amenée 3.
A cette fin est prévue une lame bimétallique 16 dont la déformation est proportionnelle à la température du liquide, logée dans la cavité 2 et dont l'une des extrémités est fixée en 17 au couvercle 18 du boîtier 1, alors que son autre extrémité entraîne le eoulisseau 12 par l'intermédiaire de deux chevilles 19 solidaires de celui-ci.
Le fonctionnement de l'appareil est le sui- vant :
Lorsque le liquide est à la température minimum, le coulisseau 12 appuie sur une ehe- ville de butée 20 et ferme la lumière 14 et ainsi le conduit menant au compteur 7. Tout le liquide passe par le by-pass 8 et rien n'est enregistré.
Le contraire se produit lorsque le liquide est à la température maximum et que le cou- lisseau appuie sur une butée o I, la lumière 15 étant fermée et tout le liquide passant par le compteur. Pour une température intermédiaire du liquide, le coulisseau 12 prend une position intermédiaire correspondante entre les deux positions limites susmentionnées.
Si les pressions dans les cavités 4 et 5 étaient toujours égales, il suffirait que la section libre de la lumière 14 menant au eompteur varie par rapport à la section libre totale des deux lumières 14 et 15 de faeon directement proportionnelle à la température du liquide pour que la proportion de ce dernier passant par le compteur soit bien proportionnelle à sa température. Cette condition n'est cependant pas remplie du fait de la perte de charge du compteur et, pour cette raison, les lumières 14 et 15 présentent des formes dif- férentes établies de manière à compenser auto matiquement la perte de charge du compteur et cela pour toute position du distributeur.
Pour déterminer la forme des obturateurs, on admet que la perte de charge dans le eompteur est proportionnelle au carré de la vitesse du liquide le traversant. Comme la perte de charge à travers un orifice suit la même fonction, on peut facilement calculer la section d'un orifice équivalent au compteur, au point de vue perte de charge. En appelant C cette section et A la section libre de l'orifiee l4, on peut encore déterminer la section E d'une ouverture unique équivalente au point de vue perte de charge aux sections A et C.
Dans le cas particulier, on peut considérer non les pertes de charge, mais les chutes de pression. Puisque les sections A et C sont en série, on peut écrire : A c (a) où VN et Vc sont respectivement les vitesses de l'eau dans l'orifice 14 et dans l'orifice équivalent au compteur, et apax, la chute de pression totale dans la branche considérée.
Les vitesses VA et Vc étant proportionnelles au débit divisé par les sections, on peut écrire la relation (a) comme suit :
EMI3.1
L'ouverture équivalente E est définie par la relation : E2 A2 a2 ce qui donne en transformant
EMI3.2
D'autre part, le rapport désiré entre le débit du compteur Qc et le débit total Qt est le suivant :
Qc TTmin TTmin
Qt Tmax-Tmin 4T où T est la température du liquide et AT la gamme de mesure de l'appareil (zIT = Tmax dans dans laquelle T doit être compris.
Les débits étant proportionnels aux sections pour une même chute de pression et B désignant la section libre de la lumière 15 commandant le by-pass, on peut écrire la formule (2) comme suit : E T-Tmin #T-(T-Tmin)
d'où B = E. (3)
E+B #T (T-Tmin) et, en remplaçant selon la formule (1), on a :
EMI3.3
qui donne la relation qu'il faut réaliser entre les sections libres A de la lumière condui- sant au compteur et B de celle conduisant au b--pass, pour toutes positions du coulisseau, de manière à compenser automatiquement la perte de charge dans le compteur et obtenir ainsi la proportionnalité désirée.
Dans l'appareil représenté, la lumière 15 (B) est de largeur constante et la correc- tion est effectuée sur l'a forme de la lumière 14 (. 1), comme indiqué sur le graphique de la fig. 3 qui représente les sections de passage théoriques des lumières 14 et 15 en fonction de la température ou de la position du coulisseau 12 proportionnelle à cette dernière.
Sur ce graphique, la courbe B indique la section libre de la lumière 15 de largeur constante, la courbe-N est calculée à partir de cette courbe B selon la formule (3) donnée ci-dessus, et la courbe A représente la section libre de la lumière 14 calculée à partir de la courbe
B et à l'aide de la formule (4) pour une valeur de jauge équivalente au compteur indiquée par la ligne pointillée C.
La forme de la lumière'14 est déterminée sur la base de la courbe A et comme indiqué à la fig. 2, cette lumière présente une première partie de largeur sensiblement égale à celle de la lumière 15 correspondant à la partie sensiblement rectiligne de la courbe il coïneidant pratiquement, avec la courbe E, puis une seconde partie largement évasée pour assurer l'accroissement de section désiré en fin d'ouverture de cette lumière.
Il est bien entendu que les sections reportées sur le graphique de la fig. 3 sont des section, d'écoulement sans constriction et qu'il faut prévoir des arrondis adéquats sur le bord des orifices ou les dimensionner en tenant compte de la constriction pour pouvoir se ba ser sur ces valeurs théoriques.
Il va sans dire que l'a même répartition peut être obtenue également avec une lumière commandant l'écoulement dans le compteur de largeur constante, l'orifice commandant l'écou- lement dans le by-pass étant dans ce cas de largeur variable, comme dans les appareils représentés aux fig. 8 et 11.
Dans une première variante représentée à la fig. 4, les lumières 14 et 15, de formes analogues à celles de la plaque 10 de l'appareil des fig. 1 et 2, sont ménagées dans un tube 10'séparé par une paroi transversale en deux parties communiquant l'une avec le compteur et l'autre avec le by-pass. Dans cette variante, la lame bimétallique 16 entraîne un coulisseau tubulaire 12'coulissant sur le tube 10'.
Dans une seconde variante représentée à la fig. 5, les deux lumières 14 et 15 de la plaque 12 du distributeur sont de largeur constante, mais le coulisseau 12 est actionné par r la lame bimétallique 16 par l'intermédiaire d'un mécanisme qui assure un déplacement du coulisseau non directement proportionnel à celui de ladite lame. Ce mécanisme com- prend un levier 22 pivoté sur le boîtier non représenté en 23 et qui coopère avec le cou- lisseau 12 par une fente ou came 24 dans laquelle est engagée une goupille 25 solidaire du coulisseau.
Comme représenté, cette fente e 24 est. incurvée pour assurer le déplacement du coulisseau de manière à augmenter la section libre de la lumière 14 par rapport à la section libre totale constante des deux lumiè res 14 et 15 de façon plus rapide que cela ne serait le cas pour un entraînement direct du coulisseau par la lame bimétallique 16.
Dans la seconde forme d'exécution représentée aux fig. 6 à 9, l'appareil de constrLtc- tion compacte présente un corps 26 pourvu d'une chambre cylindrique 27 dans laquelle est logée la turbine 28 d'un compteur 29 maintenu dans le corps 26 par une lunette 30 assemblée à ce dernier par des vis 31.
Dans ce corps sont ménagés, en outre, un conduit 32 constituant un by-pass du compteur ainsi que des conduits 33 et 34 (voir fig. 7) tangentiels à la chambre 27 et qui constituent respectivement les conduits d'entrée et de sortie du compteur, le conduit 33 débouchant à son extrémité amont dans une chambre 35 séparée du conduit 32 de by-pass, alors que le conduit 34 débouche à l'aval du compteur dans une chambre 36 dans laquelle débouche également le conduit de by-pass 32 et qui est pourvue d'un raccord de sortie 37.
La chambre 35 et l'extrémité amont du by-pass 32 débouchent dans une bride circulaire 38 du corps 26 sur laquelle est montée une cloche 39, pourvue d'un raccord d'entrée 40, qui délimite une chambre 41 dans laquelle est logé le distributeur.
Celui-ci comprend une plaque 42 fixée sur la bride 38 par deux vis 43 (voir fig. 8) et percée de deux lumières 44 et 45 débouchant, la première, dans la chambre 35 et, la seconde, dans le conduit de by-pass 32, un élément d'obturation 46 pivoté sur un axe fixe 47 solidaire de cette plaque et maintenu contre cette dernière par une rondelle élastique 48, et un élément bimétallique 49 en forme de spirale qui commande la position de cet élé- ment d'obturation 46 en fonction de la température du liquide.
L'extrémité intérieure de l'élément bimétallique 49 est pincée dans une fente axiale 50 ménagée dans un manchon 51 rendu solidaire de l'axe fixe 47 par une vis latérale 52 et son extrémité extérieure est pourvue d'une fourchette 53 qui coopère avec un galet sphérique 54 pivoté sur un axe solidaire de l'élément d'obturation 46 (voir fig. 9).
Comme représenté à la fig. 7, les lumières 44 et 45 présentent des formes différentes établies de manière que les sections li bres des deux obturateurs qu'elles constituent avec l'élément d'obturation 46 remplissent pour chaque position du distributeur déterminée par la température du liquide la condition de proportionnalité énoncée par la formule (4). A ce sujet, on remarquera que dans cette forme d'exécution, c'est l'obturateur eommandalit l'écoulement vers le compteur qui présente une caractéristique d'ouverture li néaire,
et que la gamme de l'appareil dont l'étendue est déterminée par la caractéristique de l'élément bimétallique 49 peut être facilement déplacée dans l'échelle des températures en modifiant le calage du manchon 51 sur l'axe fixe 47.
Dans la troisième forme d'exécution représentée aux fig. 10, 11 et 12, l'appareil consti- tue un compteur différentiel destiné à mesu rer les ealories fournies à un appareil, un radiateur par exemple, en tenant compte non feulement de la température d'entrée du liquide, mais également de sa température de sortie.
Il comprend un corps principal 56 pourvu de raccords d'entrée et de sortie 57 et 58, d'une chambre centrale 59 dans laquelle est logé un compteur de vitesse 60 à roue à ailettes, et d'une bride circulaire 61, coaxiale à cette chambre centrale, sur laquelle est monté un mécanisme distributeur 62 logé dans un corps auxiliaire 63 assemblé de façon détaehable à cette bride 61. Comme représenté à la fig.
10, ce corps auxiliaire présente une chambre supérieure 64 dans laquelle le liquide pénétrant dans l'appareil par le raeeord d'entrée 57 est amené par un conduit 65 avant d'être réparti par le distributeur entre une première chambre 66 d'où il s'écoule vers le raccord de sortie 58 en passant par le compteur 60 et une seconde chambre 67 d'où le liquide s'écoule vers le raccord de sortie sans passer par le compteur directement par un conduit. 68 constituant un by-pass.
Comme représenté à la fig. 11, le distributeur comprend une plaque 70 de forme générale circulaire fixée par des vis 71 sur le fond d'un logement cylindrique de la bride 61 et qui est percée, d'une part, de deux lu mières identiques 72 débouchant dans des par t. ies latérales 73 de la chambre 66 et, d'autre part, de trois lumières 74 identiques, mais de forme différente de celle des lumières 72, qui débouchent dans la chambre 67 du by-pass.
Un élément d'obturation 75 pivoté en son cen- tre sur la plaque 70 présente quatre branches radiales 76 réparties angulairement de manière que les deux lumières 72 obturées pour l'une des positions limites du distributeur (voir fig. 11) soient découvertes progressivement au fur et à mesure de la rotation dans le sens de la flèche A dudit élément, alors que les trois lumières 74 primitivement décuvertes sont obturées progressivement jusqu'à fermeture totale lors de ce mouvement.
Dans cette forme d'exécution, l'élément d'obturation 75 est également actionné par un élément bimétallique 77 en forme de spirale qui l'entraîne par l'intermédiaire d'une four chette 78 et d'un galet sphérique 79, mais cet élément 77, au lieu d'être monté sur un axe fixe comme dans la forme d'exécution précé- demment décrite, est monté sur un axe mobile 80 entraîné à son tour par un second élément bimétallique 81 en forme de spirale logé dans une chambre inférieure 82 du corps auxiliaire 63. Cette chambre 82, fermée par un couvercle 83 et qui présente des raccords d'en trée et de sortie 84 et 85, est destinée à être branchée sur le circuit de retour du liquide.
L'élément bimétallique 81 présente la même caractéristique que l'élément bimétallique 77 et son extrémité extérieure est maintenue entre deux vis de réglage 86 de manière à lui faire jouer le rôle d'un dispositif compensateur qui assure la commande du distributeur en fonction de la différence de température du liquide à l'aller, soit dans la chambre 64, et au retour, soit dans la chambre 82.
Dans cette forme d'exécution, les obturateurs du distributeur sont constitués chacun par plusieurs lumières disposées en parallèle et qui sont conformées de manière que les sections libres totales des obturateurs remplissent pour chaque position du distributeur déterminée par la différence de température du liquide dans les chambres 64 et 82, la con dition de proportionnalité énoncée par la formule (4) et cela pour toute l'étendue de la gamme de l'appareil déterminée par les ca ractéristiques des éléments bimétalliques 77 et 81.
Grâce à l'emploi de compteurs à perte de charge quadratique assimilables à une ouverture de section constante, il est possible, comme nous l'avons déjà montré, de déterminer exactement les caractéristiques d'ouverture des obturateurs contrôlant respectivement l'écou- lement vers le compteur et vers le by-pass à l'aide de la formule (4), de manière que la proportion de liquide passant par le compteur soit bien directement proportionnelle à T et ainsi aux calories apportées par le flux pour toute valeur de ce dernier comprise dans la gamme de l'appareil et cela même si la caracéristique de la déformation des éléments répondant à la température du liquide n'est pas linéaire.
Il y a lieu de préciser que l'on entend par gamme de l'appareil le domaine de tempéra ture pour lequel le rapport des sections de pas- sage des deux obturateurs varie avec la température du liquide pour les appareils simples, ou avec la différence de température du liquide pour les appareils différentiels.
On remarquera que cette gamme ou intervalle de température est fixe dans l'échelle des températures pour les appareils simples, pour lesquels on a dT = TmaXTmin et T eompris entre Tmi, i et TmaX, alors qu'elle est mobile pour les appareils différentiels pour lesquels . dT est la différence de température admissible entre l'aller et le retour, T étant la différence de température entre l'aller et le retour inférieure ou égale à zIT.
L'étendue de la gamme dépend de la courbe de réponse de l'élément sensible à la température constitué généralement par un élément bimétallique, mais qui peut également prendre la forme d'un tube de Bourdon, d'une membrane thermométrique ou de tout autre dispositif sensible à la température.
Lorsque le débit du liquide est important ou ne varie que dans une faible mesure, il peut être avantageux de ne faire passer dans le distributeur qu'une partie du liquide afin de pouvoir employer un compteur de petite capacité. Ce résultat peut être obtenu en prévoyant un by-pass auxiliaire permanent du distributeur constitué par exemple par une partie non susceptible d'être obturée d'une lumière de l'obturateur débouchant dans le by-pass ou par tout autre orifice de section constante établissant une communication di recte entre l'amont du distributeur et le bypass.
Il doit être entendu que les appareils représentés, bien que destinés plus particulièrement aux installations de distribution d'eau chaude et de chauffages centraux, peuvent également être utilisés dans des installations frigorifiques.
Bien que les distributeurs à lumières réglables soient particulièrement indiqués pour réaliser l'appareil objet de l'invention, d'au- tres formes de distributeurs, à jointeaux, soupapes, déflecteurs, etc., peuvent également être utilisés, pour autant bien entendu que la condition de proportionnalité spécifiée par la formule (4) puisse être remplie.
Apparatus for measuring the quantity of heat transported by a flow of liquid at variable temperature.
Various devices are known for measuring the quantity of heat transported by a flow of liquid at variable temperature, which comprise a distributor actuated automatically by an element responding to the temperature of the liquid which is supposed to direct in a meter a part of the flow proportional to the temperature. liquid temperature.
In some of these devices, the distribution of the liquid between the meter and a bypass is ensured by a deflector placed in a duct of the device and sometimes constituted directly by a bimetallic element; in others, it is ensured by two shutters, generally with light or with pins, actuated simultaneously and in the opposite direction and which control, one, the flow of the liquid towards the meter, and the other, towards the bypass.
Although based on a very simple principle, these devices have remained practically unused, due to their lack of precision.
A distribution of the liquid proportional to its temperature can in fact only be obtained by taking into account the own pressure drop of the meter which varies with the importanee of the flow rate which passes through it and for this reason, it is not sufficient, as in the devices proposed, that the free section of the shutter leading to the meter varies with respect to the total free section of the two shutters in a way that is directly proportional to the temperature of the liquid, unless the pressure is kept equal downstream of the two shutters, by means of a pressure balancer for example. This latter solution, which makes it possible to obtain satisfactory results, however, has the drawback of requiring numerous moving parts which are subject to scaling, complicate the apparatus and increase the price thereof.
The present invention aims to provide an apparatus of the same precision as apparatus with a pressure balancer, but of simpler construction and safer operation.
Its object is an apparatus for measuring the quantity of heat transported by a flow of liquid at variable temperature, apparatus of the type comprising a volumetric meter and a distributor intended to direct into the meter and into the bypass, respectively via two shutters controlling the flow of the liquid, a part of flow proportional to the temperature of the liquid in the meter, and the rest in the bypass.
This apparatus is characterized in that said meter is of the type having a pressure drop proportional to the square of the speed of the liquid passing through it and in that said distributor is arranged so that the variable free sections of said shutters are established automatically and independently of the speed of the fluid so as to satisfy the following relation:
EMI2.1
T = temperature of the liquid;
B = free section of the by shutter
pass;
A = free section of the cornp shutter
tor;
C = free section of a section shutter
invariable equivalent to the counter, from
point of view of pressure drop; #T = measuring range of the device = Tmax-Tmin.
The drawing shows, by way of example, three embodiments of the apparatus which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a sectional view of a first embodiment.
Fig. 2 is a view taken along line 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 is an explanatory graphic.
Figs. 4 and 5 are partial views of two variants of the apparatus of FIGS. 1 and 2.
Fig. 6 is an axial sectional view of a second embodiment.
Figs. 7 and 8 are a sectional view and a detail view respectively along lines 7-7 and 8-8 of FIG. 6, fig. 8 on a larger scale.
The, fig. 9 is a detail view, on the same scale as FIG. 8.
Fig. 10 is an axial sectional view of a third embodiment constituting a differential device.
Figs. 11 and 12 are a sectional view and a detail view respectively along lines 11-11 and 12-12 of FIG. 10, fig. 11 on a larger scale.
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the apparatus comprises a housing 1 having a cavity 2 connected to a pipe 3 for supplying the liquid, and two cavities 4 and 5 connected, the first, by a pipe 6 to a turbine meter 7 of the Woltman type and the second, to a bypass 8 joining the main pipe 9 after the meter 7.
A distributor formed by a plate 10 fixed to the housing 1 by screws 11 and separating the space 2 from the cavities 4 and 5, and by a slide 12 capable of moving along a groove 13 of this plate 10 to close off more or less two openings 14 and 15 formed therein, which communicate, the first with the cavity 4, and the second with the cavity 5, control the distribution of the liquid between the meter 7 and the bypass 8 in function of the temperature of the liquid supplied by the supply line 3.
To this end, a bimetallic strip 16 is provided, the deformation of which is proportional to the temperature of the liquid, housed in the cavity 2 and one of the ends of which is fixed at 17 to the cover 18 of the housing 1, while its other end drives the slider 12 by means of two pegs 19 integral with it.
The operation of the device is as follows:
When the liquid is at the minimum temperature, the slide 12 presses on a stopper hex 20 and closes the port 14 and thus the conduit leading to the meter 7. All the liquid passes through the bypass 8 and nothing is left. checked in.
The opposite occurs when the liquid is at maximum temperature and the slide presses a stop o I, the lumen 15 being closed and all the liquid passing through the meter. For an intermediate temperature of the liquid, the slide 12 assumes a corresponding intermediate position between the two aforementioned limit positions.
If the pressures in the cavities 4 and 5 were always equal, it would suffice for the free section of the lumen 14 leading to the meter to vary with respect to the total free section of the two ports 14 and 15 in a way directly proportional to the temperature of the liquid to that the proportion of the latter passing through the meter is indeed proportional to its temperature. However, this condition is not fulfilled due to the pressure drop of the meter and, for this reason, the openings 14 and 15 have different shapes established so as to automatically compensate for the pressure drop of the meter and that for any position of the distributor.
To determine the shape of the shutters, it is assumed that the pressure drop in the eompteur is proportional to the square of the speed of the liquid passing through it. As the pressure drop across an orifice follows the same function, one can easily calculate the cross section of an orifice equivalent to the meter, from the pressure drop point of view. By calling C this section and A the free section of port 14, we can still determine the section E of a single opening equivalent from the point of view of pressure drop to sections A and C.
In the particular case, we can consider not the pressure drops, but the pressure drops. Since the sections A and C are in series, we can write: A c (a) where VN and Vc are respectively the velocities of the water in the orifice 14 and in the orifice equivalent to the meter, and apax, the drop of total pressure in the branch considered.
The speeds VA and Vc being proportional to the flow divided by the sections, we can write the relation (a) as follows:
EMI3.1
The equivalent opening E is defined by the relation: E2 A2 a2 which gives by transforming
EMI3.2
On the other hand, the desired ratio between the flow rate of the counter Qc and the total flow rate Qt is as follows:
Qc TTmin TTmin
Qt Tmax-Tmin 4T where T is the temperature of the liquid and AT the measuring range of the device (zIT = Tmax in which T must be included.
The flow rates being proportional to the sections for the same pressure drop and B designating the free section of the lumen 15 controlling the bypass, we can write the formula (2) as follows: E T-Tmin # T- (T-Tmin )
hence B = E. (3)
E + B #T (T-Tmin) and, by replacing according to formula (1), we have:
EMI3.3
which gives the relation that must be achieved between the free sections A of the light leading to the meter and B of that leading to the b - pass, for all positions of the slide, so as to automatically compensate for the pressure drop in the counter and thus obtain the desired proportionality.
In the apparatus shown, the lumen 15 (B) is of constant width and the correction is made on the shape of the lumen 14 (. 1), as shown in the graph of FIG. 3 which represents the theoretical passage sections of the slots 14 and 15 as a function of the temperature or of the position of the slide 12 proportional to the latter.
In this graph, the curve B indicates the free section of the light 15 of constant width, the N-curve is calculated from this curve B according to the formula (3) given above, and the curve A represents the free section of light 14 calculated from the curve
B and using formula (4) for a gauge value equivalent to the counter indicated by the dotted line C.
The shape of the light '14 is determined on the basis of curve A and as shown in fig. 2, this slot has a first part of width substantially equal to that of the slot 15 corresponding to the substantially rectilinear part of the curve, it practically coincides with the curve E, then a second part widely flared to ensure the desired increase in section. at the end of the opening of this light.
It is understood that the sections shown on the graph of FIG. 3 are cross-section, flow without constriction and that it is necessary to provide adequate rounding on the edge of the orifices or to dimension them taking account of the constriction in order to be able to be based on these theoretical values.
It goes without saying that the same distribution can also be obtained with a light controlling the flow in the meter of constant width, the orifice controlling the flow in the bypass being in this case of variable width, as in the devices shown in fig. 8 and 11.
In a first variant shown in FIG. 4, the slots 14 and 15, of shapes similar to those of the plate 10 of the apparatus of FIGS. 1 and 2, are provided in a tube 10 'separated by a transverse wall in two parts communicating one with the meter and the other with the bypass. In this variant, the bimetallic strip 16 drives a tubular slide 12 ′ sliding on the tube 10 ′.
In a second variant shown in FIG. 5, the two slots 14 and 15 of the plate 12 of the distributor are of constant width, but the slide 12 is actuated by the bimetallic blade 16 by means of a mechanism which ensures a movement of the slide not directly proportional to that of said blade. This mechanism comprises a lever 22 pivoted on the housing not shown at 23 and which cooperates with the slide 12 by a slot or cam 24 in which is engaged a pin 25 integral with the slide.
As shown, this slot 24 is. curved to ensure the movement of the slide so as to increase the free section of the slot 14 with respect to the constant total free area of the two lights 14 and 15 more quickly than would be the case for a direct drive of the slide by the bimetallic strip 16.
In the second embodiment shown in FIGS. 6 to 9, the compact construction apparatus has a body 26 provided with a cylindrical chamber 27 in which is housed the turbine 28 of a meter 29 held in the body 26 by a bezel 30 assembled to the latter by means of screw 31.
In this body are also formed a duct 32 constituting a bypass of the meter as well as ducts 33 and 34 (see FIG. 7) tangential to the chamber 27 and which respectively constitute the inlet and outlet ducts of the meter. meter, duct 33 opening at its upstream end into a chamber 35 separate from bypass duct 32, while duct 34 opens downstream of the meter into a chamber 36 into which also opens bypass duct 32 and which is provided with an outlet connection 37.
The chamber 35 and the upstream end of the bypass 32 open into a circular flange 38 of the body 26 on which is mounted a bell 39, provided with an inlet connection 40, which delimits a chamber 41 in which is housed the distributor.
This comprises a plate 42 fixed to the flange 38 by two screws 43 (see fig. 8) and pierced with two slots 44 and 45 emerging, the first, in the chamber 35 and, the second, in the by- duct. pass 32, a shutter element 46 pivoted on a fixed axis 47 integral with this plate and held against the latter by an elastic washer 48, and a bimetallic element 49 in the form of a spiral which controls the position of this element. sealing 46 as a function of the temperature of the liquid.
The inner end of the bimetallic element 49 is clamped in an axial slot 50 formed in a sleeve 51 made integral with the fixed axis 47 by a lateral screw 52 and its outer end is provided with a fork 53 which cooperates with a spherical roller 54 pivoted on an axis integral with the closure element 46 (see FIG. 9).
As shown in fig. 7, the openings 44 and 45 have different shapes established so that the free sections of the two shutters which they constitute with the shutter element 46 fulfill for each position of the distributor determined by the temperature of the liquid the condition of proportionality given by formula (4). In this regard, it will be noted that in this embodiment, it is the shutter that controls the flow to the meter which has a linear opening characteristic,
and that the range of the apparatus the extent of which is determined by the characteristic of the bimetallic element 49 can be easily shifted in the temperature scale by changing the timing of the sleeve 51 on the fixed axis 47.
In the third embodiment shown in FIGS. 10, 11 and 12, the apparatus constitutes a differential meter intended to measure the ealories supplied to an apparatus, a radiator for example, taking into account not only the inlet temperature of the liquid, but also its temperature. Release.
It comprises a main body 56 provided with inlet and outlet connections 57 and 58, a central chamber 59 in which is housed a speedometer 60 with paddle wheel, and a circular flange 61, coaxial with this. central chamber, on which is mounted a distributor mechanism 62 housed in an auxiliary body 63 detachably assembled to this flange 61. As shown in FIG.
10, this auxiliary body has an upper chamber 64 in which the liquid entering the apparatus through the inlet raeeord 57 is brought through a conduit 65 before being distributed by the distributor between a first chamber 66 from which it s 'flows to the outlet connection 58 passing through the meter 60 and a second chamber 67 from which the liquid flows to the outlet connection without passing through the meter directly through a conduit. 68 constituting a bypass.
As shown in fig. 11, the dispenser comprises a plate 70 of generally circular shape fixed by screws 71 on the bottom of a cylindrical housing of the flange 61 and which is pierced, on the one hand, with two identical lights 72 opening into by t . Lateral ies 73 of the chamber 66 and, on the other hand, three identical slots 74, but of different shape from that of the slots 72, which open into the chamber 67 of the bypass.
A closure element 75 pivoted at its center on the plate 70 has four radial branches 76 distributed angularly so that the two openings 72 closed for one of the limit positions of the distributor (see FIG. 11) are gradually uncovered at the bottom. as the rotation in the direction of arrow A of said element progresses, while the three openings 74 originally uncovered are progressively closed until total closure during this movement.
In this embodiment, the closure element 75 is also actuated by a bimetallic element 77 in the form of a spiral which drives it by means of a chette furnace 78 and a spherical roller 79, but this element 77, instead of being mounted on a fixed axis as in the embodiment described above, is mounted on a movable axis 80 driven in turn by a second bimetallic element 81 in the form of a spiral housed in a chamber lower 82 of the auxiliary body 63. This chamber 82, closed by a cover 83 and which has inlet and outlet connections 84 and 85, is intended to be connected to the liquid return circuit.
The bimetallic element 81 has the same characteristic as the bimetallic element 77 and its outer end is held between two adjusting screws 86 so as to make it play the role of a compensating device which ensures the control of the distributor according to the temperature difference of the liquid on the way, either in the chamber 64, and on the return, or in the chamber 82.
In this embodiment, the shutters of the distributor are each formed by several openings arranged in parallel and which are shaped so that the total free sections of the shutters fill for each position of the distributor determined by the temperature difference of the liquid in the chambers. 64 and 82, the condition of proportionality stated by formula (4) and this for the entire range of the device determined by the characteristics of the bimetallic elements 77 and 81.
Thanks to the use of meters with quadratic pressure drop comparable to an opening of constant section, it is possible, as we have already shown, to determine exactly the opening characteristics of the shutters controlling respectively the flow to the meter and to the bypass using formula (4), so that the proportion of liquid passing through the meter is directly proportional to T and thus to the calories supplied by the flow for any value of the latter included in the range of the apparatus and this even if the characteristic of the deformation of the elements responding to the temperature of the liquid is not linear.
It should be noted that the term range of the device is understood to mean the temperature range for which the ratio of the flow sections of the two shutters varies with the temperature of the liquid for simple devices, or with the difference of liquid temperature for differential devices.
It will be noted that this temperature range or interval is fixed in the temperature scale for simple devices, for which we have dT = TmaXTmin and T e included between Tmi, i and TmaX, while it is mobile for differential devices for which . dT is the admissible temperature difference between the supply and return, T being the temperature difference between the supply and return less than or equal to zIT.
The extent of the range depends on the response curve of the temperature sensitive element generally consisting of a bimetallic element, but which can also take the form of a Bourdon tube, a thermometric membrane or any other temperature sensitive device.
When the flow rate of the liquid is large or varies only to a small extent, it may be advantageous to pass only part of the liquid through the distributor in order to be able to use a small capacity meter. This result can be obtained by providing a permanent auxiliary by-pass of the distributor constituted for example by a part which cannot be closed off by a shutter opening opening into the by-pass or by any other orifice of constant section establishing direct communication between the distributor upstream and the bypass.
It should be understood that the devices shown, although intended more particularly for hot water distribution installations and central heating, can also be used in refrigeration installations.
Although distributors with adjustable ports are particularly suitable for realizing the apparatus which is the subject of the invention, other forms of distributors, with seals, valves, deflectors, etc., can also be used, provided of course that the condition of proportionality specified by formula (4) can be fulfilled.