Procédé d'obtention d'un fluide de température déterminée et appareillage pour sa mise en aeuvre Généralement, dans les installations con nues destinées à distribuer un liquide à une température déterminée par mélange d'un li quide froid et d'un liquide chaud, par exemple dans le cas d'installations sanitaires, bains- douches, etc., on règle la proportion des deux liquides à mélanger d'après la température de l'eau mitigée.
Depuis l'époque déjà lointaine où le chauf fage et la distribution d'eau chaude étaient assurés par le chauffage à vapeur haute pres sion, on utilise dans le but précité des appa reils mélangeurs destinés non pas à obtenir une température mitigée strictement constante, mais simplement à ramener l'eau trop chaude à une température d'utilisation ne présentant aucun danger. Ces appareils mélangeurs com portent un bulbe thermostatique placé dans le circuit de l'eau mitigée, de manière à mettre à profit sa dilatation ou sa contraction pour augmenter ou diminuer le volume d'eau froide. Dans certains cas, le bulbe agit simultanément sur les ouvertures d'eau chaude et d'eau froide, suivant les variations de la température de l'eau mitigée.
Il est compréhensible que ces mélangeurs ne sont précis que dans une seule position, à savoir celle qui correspond aux facteurs du réglage initial. En d'autres termes, la précision du réglage, en partant de la température<B>-</B>de l'eau mitigée, ne vaut que pour la température de l'eau chaude prise comme base. Lorsque cette température augmente ou diminue, l'eau mitigée traduit ces augmentations ou ces di minutions par des excès dé chaud ou des excès de froid, c'est-à-dire par des oscillations autour du point de réglage, oscillations qui sont d'autant plus importantes que la tempé rature de l'eau chaude s'éloigne de celle de l'eau chaude admise comme base pour le ré glage.
Si les mélangeurs à bulbe thermostatique influencés par l'eau mitigée ont pu servir dans certains cas, il n'en est pas de même dans les installations de bains-douches notamment. En effet, ces installations exigent non pas une température approximative, mais une tempéra ture sensiblement constante, puisque le corps nu ressent une différence de 2 environ.
C'est dans le but d'obvier aux inconvé nients du procédé et des mélangeurs à bulbe thermostatique précités que la présente inven tion prévoit de diriger le fluide froid par une vanne répartitrice vers un collecteur-mélan- geur d'une part et vers un réchauffeur d'au tre part, d'où le fluide est amené audit collec teur, après avoir influencé un organe de ré glage de la vanne susdite, en vue de détermi- ner les proportions respectives des deux répar titions d'eau froide par la vanne, de manière que la température d'utilisation désirée est maintenue constante, quelle que soit la varia tion de température de l'eau chauffée,
et quel les que soient les variations de débits et de pression.
Pour la mise en oeuvre de ce procédé, il est fait usage d'un appareillage dans lequel la conduite d'amenée de fluide froid est raccor dée à une vanne répartitrice, qui est comman dée thermostatiquement et est pourvue de deux orifices, reliés l'un à une conduite abou tissant à un collecteur-mélangeur et l'autre à une conduite aboutissant à un réchauffeur, l'organe thermostatique étant monté dans le courant de fluide venant du réchauffeur, de sorte que l'amenée du fluide froid au collec- teur-mélangeur, aussi bien que le passage du fluide au travers du réchauffeur,
sont com mandés par la température du fluide réchauffé avant son mélange.
Les sections de passage de la vanne répar titrice pour le fluide froid vers le collecteur- mélangeur et le réchauffeur peuvent être à chaque instant proportionnelles aux débits de fluide chaud et de fluide froid découlant de la courbe des mélanges pour la température du fluide chaud considéré.
La vanne répartitrice peut se trouver uni quement en contact avec le fluide froid, ceci lorsqu'il s'agit d'eau, supprime tout danger d'entartrage. De plus, le mélangeur peut avoir une action préventive, c'est-à-dire que la posi tion des soupapes d'admission des fluides chaud et froid peut être rectifiée avant le mé lange. Enfin, il est avantageux qu'en cas d'ar rêt de la distribution du fluide froid, non seu lement la distribution du fluide chaud soit coupée, mais également celle du fluide mitigé.
Dans ce qui précède, on a supposé d'une manière générale que la température du fluide froid est constante ; en réalité elle peut varier. Ainsi pour l'eau, la température varie par exemple de 5 à 150 suivant les saisons, mais suivant un rythme très lent. Pour tenir compte de ce facteur, on peut prévoir de munir l'or gane thermostatique d'un dispositif de réglage, volant de manoeuvre ou autre, qui permet de tenir compte des variations de la température de l'eau froide comme indiqué dans la suite de la description.
Le dessin annexé représente à titre d'exemple une forme d'exécution de l'appareil lage pour la mise en oeuvre du procédé, objet de l'invention, dans son application à une dis tribution d'eau mitigée dans une installation de bains-douches. La fig. 1 en est une vue schématique. La fig. 2 reproduit la courbe des mélanges pour des températures d'eau froide de 10 , d'eau chaude de 40o à 100 pour obtenir une eau mitigée de 40 .
La fig. 3 montre la forme de l'orifice prévu dans la vanne répartitrice pour le pas sage d'eau froide vers le collecteur-mélangeur sur la base de ladite courbe des mélanges.
La fig. 4 montre la forme de l'orifice prévu dans la vanne susdite pour le passage de l'eau froide vers le réchauffeur sur la base également de la courbe des mélanges.
Les fig. 5 à 7 montrent diverses positions respectives des orifices de passage de la vanne vers le collecteur et vers le réchauffeur pour différentes températures de l'eau chaude en fonction de la courbe des mélanges.
La fig. 8 montre dans une installation du même genre une variante de construction de la vanne répartitrice.
La fig. 9 est une vue à plus grande échelle des obturateurs montés dans la vanne de la fig. 8.
Dans l'installation représentée en fig. 1, 1 désigne un réchauffeur dans lequel un serpen tin 2 est susceptible de porter l'eau qui y est contenue à des températures déterminées.
3 désigne une vanne automatique de construction spéciale destinée à servir de vanne répartitrice. Cette vanne est constituée par un corps cylindrique percé de trois orifi ces de passage<I>a, b</I> et c. L'orifice<I>a</I> sert à l'admission d'eau froide sous pression venant de la canalisation générale 4, tandis que les orifices b et c sont reliés respectivement par une canalisation 5 au réchauffeur 1 et par une canalisation 6 à un collecteur-mélangeur 7. Celui-ci est relié dans le cas présent à une installation de douches 8.
Les orifices b et c de la vanne 3 peuvent être découverts ou obturés par un piston cou lissant intérieur 9 relié à une plonge thermo statique 10, influencée dans son enveloppe 11 par de l'eau chaude amenée du réchauffeur 1 par une canalisation 12. Une canalisation 13 relie d'autre part l'enveloppe 11 au collecteur- mélangeur 7, où l'eau chaude, par mélange à de l'eau froide venant directement de la vanne 3 par la canalisation 6, prend finalement sa température d'utilisation. La quantité d'eau froide sortant de la vanne 3 par ses orifices b et c est en fait réglée par des orifices b' et c' percés dans le piston 9 ; suivant qu'ils décou vrent plus ou moins les orifices b et c de la vanne 3, l'eau froide passera en plus ou moins grande quantité dans l'une et l'autre directions.
Des thermomètres 14 permettent de con trôler les températures de l'eau-froide, de l'eau chaude et de l'eau mitigée.
Il est évident que les variations de tempé rature de l'eau chaude dans le réchauffeur 1 provoquant la dilatation ou le retrait de la plonge thermostatique, ces mouvements trans- mis au piston 9 de la vanne 3 ont pour effet de faire varier la section des orifiçes b et c découverte par les orifices b' et c' du piston.
Tandis que les orifices b' et c' sont de forme rectangulaire, les orifices b et c de la vanne 3 ont une forme déterminée par la courbe des mélanges (fig. 2), qui fixe les quantités d'eau chaude et d'eau froide à met tre en présence pour obtenir une température déterminée pour l'eau mitigée.
Si l'on désire donc fournir à une douche de l'eau mitigée à une température constante t', en admettant, - provisoirement tout au moins, - pour l'eau froide une température constante t, et pour l'eau chaude des tempé ratures variables T, il suffira que le piston 9 règle le découvrement des sections de passage des orifices b et c, dont la forme a été déter minée en fonction de la loi des mélanges pour les valeurs<I>T, t</I> et<I>t'</I> considérées: Cette détermination découle, comme on sait, des considérations suivantes.
Si, par exemple, on admet une température constante de 100 pour l'eau froide et une température T variable pour l'eau chaude, comprise entre 40 et 100 , le tableau ci-dessous renseigne sur les pourcentages d'eau chaude et d'eau froide à mélanger pour obtenir 100 kg d'eau mitigée à une température t' égale à 400.
EMI0003.0009
TABLEAU
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb> <I>Pourcentage <SEP> d'eau <SEP> Total <SEP> /o</I>
<tb> <I>Valeurs <SEP> chaude <SEP> et <SEP> d'eau <SEP> froide <SEP> eau <SEP> augmentation</I>
<tb> <I>de <SEP> T <SEP> mitigée <SEP> eau</I>
<tb> <I>Eau <SEP> chaude <SEP> Eau <SEP> froide <SEP> à <SEP> 40o <SEP> froide</I>
<tb> 40o <SEP> 100 <SEP> 0 <SEP> 100 <SEP> 0
<tb> 50o <SEP> 75 <SEP> 25 <SEP> 100. <SEP> 25
<tb> 60o <SEP> 60 <SEP> 40 <SEP> 100 <SEP> 15
<tb> 70o <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP> ' <SEP> 100 <SEP> 10
<tb> 80o <SEP> 42,8 <SEP> 57,2 <SEP> 100 <SEP> 7,2
<tb> 900 <SEP> 37,5 <SEP> 62,5 <SEP> 100 <SEP> 5,3
<tb> 100 <SEP> 33,3 <SEP> 66,7 <SEP> 100 <SEP> 4,2
<tb> Total <SEP> : <SEP> 66,7.
Il ressort des chiffres de ce tableau, comme de la courbe de la fig. 2, que les pour centages maxima et minima de l'eau chaude correspondent à 100 et à 33,3, tandis que les pourcentages maxima et minima de l'eau froide correspondent à 66,7 et 0 0/0.
Ce qui revient à dire que la section maxima de l'eau chaude sera toujours plus grande que la section maxima de l'eau froide, ou aussi que l'eau chaude ne peut jamais être fermée complètement. Dans le cas envisagé ci-dessus, sa section minimum correspond à un pourcentage de 33,3.
Partant de ces considérations, il est facile de déterminer la forme des orifices b et c. Comme les débits par les orifices b et c sont proportionnels aux sections de passage de ces mêmes orifices, il suffit de calculer cel les-ci d'après la courbe des mélanges, d'après la longueur de la dilatation de la plonge ther mostatique et de la forme de la dilatation, si celle-ci n'est pas linéaire. Dans tous les cas, la somme des deux sections b et c restera cons tante et représentée par 100.
L'orifice c aura ainsi une forme représentée par la courbe de la fig. 3, tandis que l'orifice b présentera une ouverture supplémentaire d, qui correspond au pourcentage déterminé précédemment, le quel est 33,3 dans le cas présent (fig. 4).
Les schémas des fig. 5 à 7 illustrent ainsi les découvrements ou recouvrements succes sifs des orifices b et c de la vanne 3 par rap port à diverses positions des orifices b' et c' du piston 9. Ainsi, en fig. 5, pour T = 400, l'orifice b sera ouvert à 100 % et l'orifice c sera complètement fermé.
Pour T = 70o (fig. 6), les orifices b et c seront ouverts à 50 % et pour T = 1000 (fig. 7), l'orifice b n'aura que sa partie complémentaire d décou- verte, soit 33,3 %,
tandis que l'orifice c sera ouvert à 66,7 %.
Ce procédé de mélange permet d'agir pré ventivement sur la température de l'eau miti gée tout en maintenant une pression égale sur les orifices b et c de la vanne 3, quelles que soient les variations de pression dans la cana lisation d'alimentation 4. En outre, ce procédé permet d'éviter l'entartrage de l'intérieur de la vanne, du fait que celle-ci est soustraite à l'ac tion de l'eau chaude.
On remarquera encore que grâce à la libre dilatation de la plonge thermostatique, l'arri vée d'eau à température variable pourra être complètement obturée, si on désire fixer pour l'eau chaude une température maxima. Cette disposition supprime en même temps tout danger de surchauffe pour la plonge thermo statique. Enfin, le piston de la vanne étant équilibré, on peut marcher à des pressions susceptibles d'atteindre la pression maxima de marche prévue pour la construction de la vanne.
La fig. 8 représente une installation de bains-douches équipée d'une vanne automati que, de construction différente.
Cette vanne est constituée par un corps sensiblement cylindrique 16, divisé en deux chambres 16a et 16b, disposées dans le pro longement l'une de l'autre et séparées l'une de l'autre par un diaphragme d'étanchéité 17 traversé par la tige 18 de la plonge thermo statique 19, qui est logée dans la chambre 16a. Celle-ci est traversée par un courant d'eau chaude, qui vient de la canalisation 12 reliant la chambre 16a au réchauffeur 1, pour en sortir par la canalisation 13, qui la conduit au collecteur-mélangeur 7.
La tige guidée 18 est solidaire dans la chambre 16b de deux obturateurs successifs 20a et 20b, qui sont destinés à régler respec tivement la section de passage d'orifices 21 et 22 percés dans des cloisons transversales 23 et 24 de la chambre l6b. Ces sections de pas sage sont, comme celles des orifices de pas sage de la vanne 3, proportionnelles, pour chaque température du fluide chaud, à la courbe des mélanges. Dans l'espace de la chambre 16b compris entre les cloisons 23 et 24 débouche la canalisation d'eau froide sous pression 4, tandis que de l'espace compris en tre la cloison 23 et le diaphragme 17 part la canalisation d'eau froide 6 aboutissant au col lecteur-mélangeur 7, et de l'espace compris entre la cloison 24 et le fond de la chambre 16b part la canalisation d'eau froide 5, qui aboutit au réchauffeur 1.
Pour décrire le fonctionnement des vannes répartitrices des fig. 1 et 8, la température de l'eau froide a été supposée constante et égale à 10 C. En réalité, on doit admettre que, sui vant les saisons, cette température peut varier sous nos climats entre 5 et 15o C.
On peut tenir compte de ces variations en opérant sur le volant 15, qui règle la position de réglage de la plonge thermostatique 10 ou 19. Si on relève la plonge, on provoque un certain retard, c'est-à-dire un excès d'eau chaude pour la température considérée. Le calcul peut déterminer le retard à donner à la plonge pour compenser le manque de calories dû à une température d'eau froide inférieure à 10,) C. De même on procédera en sens in verse, c'est-à-dire en descendant la plonge pour lui donner une certaine avance qui com pensera l'excès de calories dû à une tempéra ture d'eau froide supérieure à 10o C.
Ce mode de réglage permet également de faire varier en plus ou en moins la tempéra ture de l'eau mitigée.
Il faut noter que les expressions froid et chaud pour désigner de l'eau, ou en gé néral un fluide, ne doivent pas être prises dans un sens absolu, mais dans un sens rela tif, car le procédé et son appareillage peuvent recevoir de très nombreuses applications en dehors des installations sanitaires, par exem ple dans les installations de chauffage central ou dans les nombreuses industries chimiques ou autres où il importe d'obtenir un refroidis sement ou un réchauffement par injection d'un fluide froid et d'un fluide chaud.