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.