FR2754282A1

FR2754282A1 - Freeze protector for fluid pipe

Info

Publication number: FR2754282A1
Application number: FR9612270A
Authority: FR
Inventors: Jean Noel Paul Camill Maillard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-10-03
Filing date: 1996-10-03
Publication date: 1998-04-10
Anticipated expiration: 2016-10-03
Also published as: FR2754282B1

Abstract

The freeze protector has two chambers separated by a membrane (3) which is deformable. An expansion chamber (1) contains a liquid which changes is state as a function of temperature. An intermediate chamber (2) contains a liquid which does not freeze and communicated with a cylinder (4) in which a piston moves (5). The piston is fixed to a connecting rod (6) which is held in its rest position by a return spring. The expansion chamber casing is in contact with the ambient surrounding air. The expansion chamber can have a thin wall.

Description

DISPOSITIF DE MANOEUVRE FONCTIONNANT GRACE A
LA VARIATION DE VOLUME D'UN LIQUIDE LORS DE
SON CHANGEMENT D'ÉTAT
La présente invention a pour objet un dispositif de manoeuvre fonctionnant grâce à la variation de volume d'un liquide lors de son changement d'état.OPERATING DEVICE OPERATING THANKS TO
THE VOLUME VARIATION OF A LIQUID DURING
CHANGE OF STATE
The present invention relates to an operating device operating thanks to the variation in volume of a liquid during its change of state.

I1 peut être utilisé pour actionner un grand nombre de mécanismes mais est surtout destiné à protéger des canalisations d'eau contre le gel, et en particulier des réseaux de distribution ou de chauffage central. I1 can be used to activate a large number of mechanisms but is above all intended to protect water pipes against freezing, and in particular distribution or central heating networks.

I1 existe à ce jour un grand nombre de dispositifs agissant sur un système de purge ou une vanne pour éviter les risques d'éclatement d'une canalisation d'eau provoqué par le gel. I1 exists to date a large number of devices acting on a purge system or a valve to avoid the risk of bursting of a water pipe caused by freezing.

Ces appareils peuvent être rangés en deux grandes catégories
a) Appareils sensibles à la température ambiante et agissant indirectement sur un ou plusieurs robinets, vannes ou clapets pour fermer ou vidanger une canalisation.These devices can be classified into two main categories
a) Devices sensitive to ambient temperature and acting indirectly on one or more taps, valves or flaps to close or drain a pipe.

b) Appareils sensibles à la température ou à la pression du fluide circulant dans la conduite à protéger et comportant des organes immergés dans ce fluide. b) Apparatus sensitive to the temperature or to the pressure of the fluid circulating in the pipe to be protected and comprising members immersed in this fluid.

Dans la première catégorie, on peut mentionner par exemple le brevet NO FR 2 460 452 (BONNET) ayant pour objet un détecteur de gel pour la protection de capteurs d'énergie solaire. In the first category, there may be mentioned for example the patent NO FR 2 460 452 (BONNET) having for object a frost detector for the protection of solar energy collectors.

Ce dispositif permet de vidanger automatiquement l'eau contenue dans un tel capteur, quand la température extérieure s'abaisse en franchissant le point de congélation de l'eau. I1 comprend une surface en métal destinée à assurer et à augmenter l'échange de chaleur entre l'atmosphère et l'eau contenue dans un petit récipient déformable. Le gel de l'eau de ce récipient est à l'origine d'un signal électrique qui à l'aide d'une télécommande met sous tension des électrovannes assurant en position de travail la vidange du capteur d'énergie dont l'eau qu'il contient n'a pas eu le temps de geler. This device makes it possible to automatically drain the water contained in such a sensor, when the outside temperature drops by crossing the freezing point of the water. It includes a metal surface intended to ensure and increase the heat exchange between the atmosphere and the water contained in a small deformable container. The freezing of the water in this container is the source of an electrical signal which, using a remote control, energizes the solenoid valves ensuring in the working position the emptying of the energy sensor, the water of which 'it did not have time to freeze.

Le dégel provoque le remplissage d'eau du capteur d'énergie solaire. The thaw causes the solar energy collector to fill with water.

Ce type de dispositif nécessite, pour actionner les organes de vidange, une source d'énergie dont la défaillance peut rendre le système inopérant. This type of device requires an energy source to activate the draining organs, the failure of which can render the system inoperative.

Dans la deuxième catégorie, on peut citer le brevet NO FR 2 619 886 (AMOURIC) qui décrit un robinet de protection d'une installation de distribution d'eau contre les dégâts du gel. In the second category, mention may be made of patent NO FR 2 619 886 (AMOURIC) which describes a valve for protecting a water distribution installation against frost damage.

Ce robinet est associé à un clapet anti-retour disposé en amont de son organe de fermeture, à un organe d'arrêt disposé en aval de celui-ci, ainsi qu'à un détecteur de pression, disposé dans un logement débouchant dans le passage contrôlé par l'organe de fermeture du robinet, et auquel sont asservis les moyens de commande de cet organe de fermeture Le brevet NO FR 2 632 704 (DEBEAUX) concerne un appareil thermostatique à incorporer dans une canalisation, destiné à éviter la détérioration de ladite canalisation sous l'effet du gel. This valve is associated with a non-return valve arranged upstream of its closure member, a stop member disposed downstream thereof, as well as a pressure detector, disposed in a housing opening into the passage. controlled by the valve closing member, and to which the control means for this closing member are controlled Patent NO FR 2 632 704 (DEBEAUX) relates to a thermostatic device to be incorporated in a pipe, intended to prevent the deterioration of said pipeline under the effect of frost.

Cet appareil est caractérisé en ce que le clapet de la purge de vidange est actionné par un piston se déplaçant dans un cylindre disposé transversalement dans le flux de la canalisation, en contact direct avec le fluide, et rempli d'un corps dont la variation allotropique due au changement de la température du liquide dans la canalisation est suffisante pour assurer la fermeture de la purge de vidange dès que la température du liquide est légèrement supérieure au point de congélation du liquide.This device is characterized in that the valve of the draining purge is actuated by a piston moving in a cylinder arranged transversely in the flow of the pipeline, in direct contact with the fluid, and filled with a body whose allotropic variation due to the change in the temperature of the liquid in the pipeline is sufficient to ensure the closure of the drain purge as soon as the temperature of the liquid is slightly higher than the freezing point of the liquid.

Ces appareils sont généralement complexes, en particulier lorsque leur fonctionnement est commandé par la pression du liquide, ce qui nécessite un clapet antiretour et un organe d'arrêt aval. Ils comportent dans la plupart des cas des systèmes d'étalonnage qui peuvent se dérégler. En outre, le fait d'être sensible à la pression ou à la température régnant dans le liquide à surveiller présente un risque d'action trop tardive, et la présence de mécanismes à l'intérieur de la conduite occasionne des pertes de charges. These devices are generally complex, in particular when their operation is controlled by the pressure of the liquid, which requires a non-return valve and a downstream stop member. In most cases they include calibration systems which can be out of adjustment. In addition, being sensitive to the pressure or the temperature prevailing in the liquid to be monitored presents a risk of too late action, and the presence of mechanisms inside the pipe causes pressure drops.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Elle permet, en effet, de réaliser des systèmes destinés en particulier à la protection contre le gel, ne nécessitant aucune source d'énergie, absolument indéréglables, ne comportant pas d'organes à l'intérieur de la conduite à protéger et aptes à agir à temps pour éviter tout risque de gel du liquide circulant dans les canalisations protégées. The object of the present invention is to remedy these drawbacks. It makes it possible, in fact, to produce systems intended in particular for protection against frost, requiring no energy source, absolutely foolproof, comprising no organs inside the pipe to be protected and capable of acting in time to avoid any risk of freezing of the liquid circulating in the protected pipes.

Le dispositif objet de l'invention est constitué de deux enceintes fermées séparées par une membrane contenant, la première, de l'eau comportant éventuellement des additifs destinés à ajuster le point de congélation, et la seconde, un liquide non gélif, cette seconde enceinte communiquant avec un cylindre de section sensiblement plus faible dans lequel se déplace un piston solidaire d'une tige de manoeuvre et maintenu en position de repos par un ressort de rappel, l'enveloppe de la première enceinte étant en contact avec l'air ambiant et pourvue d'ailettes améliorant les échanges thermiques. The device which is the subject of the invention consists of two closed chambers separated by a membrane containing, the first, water optionally comprising additives intended to adjust the freezing point, and the second, a non-gelling liquid, this second chamber communicating with a cylinder of appreciably smaller cross section in which moves a piston secured to an operating rod and maintained in the rest position by a return spring, the envelope of the first enclosure being in contact with the ambient air and provided with fins improving heat exchange.

Sur les dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs de formes de réalisation de l'objet de l'invention:
la figure 1 représente le dispositif vu latéralement de l'extérieur,
la figure 2 est une coupe axiale suivant les flèches A-A de la figure 1,
la figure 3 montre, à une échelle réduite, le montage du dispositif sur une canalisation d'eau, de manière à assurer sa purge en cas de risque de gel
et la figure 4 montre dans les mêmes conditions l'utilisation du dispositif pour actionner un contact électrique.In the accompanying drawings, given by way of nonlimiting examples of embodiments of the subject of the invention:
FIG. 1 represents the device seen laterally from the outside,
FIG. 2 is an axial section along the arrows AA of FIG. 1,
Figure 3 shows, on a reduced scale, the mounting of the device on a water pipe, so as to ensure its purge in case of risk of frost
and Figure 4 shows in the same conditions the use of the device to actuate an electrical contact.

Le dispositif, figures 1 à 4, est constitué d'une cavité fermée divisée en deux enceintes étanches par une membrane 3 déformable, une enceinte d'expansion 1 remplie d'eau ou d'un liquide pouvant changer d'état en fonction de la température, et une enceinte intermédiaire 2 remplie d'un liquide non gélif, cette dernière communiquant avec un cylindre 4 dans lequel se meut un piston 5 prolongé par une tige 6 et appliqué contre le liquide non gélif par un ressort de rappel 7. The device, FIGS. 1 to 4, consists of a closed cavity divided into two sealed enclosures by a deformable membrane 3, an expansion enclosure 1 filled with water or a liquid which can change state depending on the temperature, and an intermediate enclosure 2 filled with a non-freezing liquid, the latter communicating with a cylinder 4 in which a piston 5 moves, extended by a rod 6 and applied against the non-freezing liquid by a return spring 7.

L'ensemble est contenu dans une enveloppe constituée d'un corps 8 contenant le cylindre 4 et l'enceinte intermédiaire 2, et d'un capot 9 contenant l'enceinte d'expansion 1. Le capot est fixé sur le corps par des vis 10 assurant le serrage, entre les deux constituants de l'enveloppe, de la partie périphérique de la membrane 3, qui joue ainsi le rôle de joint d'étanchéité entre les deux enceintes 1, 2. The assembly is contained in an envelope consisting of a body 8 containing the cylinder 4 and the intermediate enclosure 2, and a cover 9 containing the expansion enclosure 1. The cover is fixed to the body by screws. 10 ensuring the tightening, between the two constituents of the envelope, of the peripheral part of the membrane 3, which thus plays the role of seal between the two enclosures 1, 2.

Lorsque la température extérieure s'abaisse et atteint le point de solidification de l'eau contenue dans l'enceinte d'expansion 1, cette eau gèle en augmentant de volume, ce qui a pour effet de déformer la membrane 3 en direction de l'enceinte intermédiaire 2. Le liquide contenu dans celle-ci est donc soumis à une pression qu'il transmet au piston 5 en provoquant un mouvement de ce dernier et par conséquent de la tige 6 qui lui est solidaire. Dès que la température extérieure remonte audessus du point de congélation de l'eau contenue dans l'enceinte d'expansion 1, cette dernière fond et reprend son volume initial, permettant au ressort de rappel 7 de ramener le piston 5 et la tige 6 à leur position de repos. When the outside temperature drops and reaches the solidification point of the water contained in the expansion chamber 1, this water freezes by increasing in volume, which has the effect of deforming the membrane 3 in the direction of the intermediate enclosure 2. The liquid contained therein is therefore subjected to a pressure which it transmits to the piston 5 causing a movement of the latter and consequently of the rod 6 which is integral with it. As soon as the outside temperature rises above the freezing point of the water contained in the expansion chamber 1, the latter melts and resumes its initial volume, allowing the return spring 7 to bring the piston 5 and the rod 6 to their rest position.

Le capot 9 est réalisé dans un matériau bon conducteur de la chaleur et pourvu d'ailettes 11 de manière à provoquer le plus rapidement possible le gel de l'eau contenue dans l'enceinte d'expansion, afin d'anticiper les effets d'un abaissement de température sur les organes à protéger. Pour les mêmes raisons, cette enceinte a une surface importante et une faible épaisseur. The cover 9 is made of a material which is a good conductor of heat and provided with fins 11 so as to cause the water contained in the expansion enclosure to freeze as quickly as possible, in order to anticipate the effects of a lowering of temperature on the organs to be protected. For the same reasons, this enclosure has a large surface area and a small thickness.

La section du cylindre 4 est nettement plus petite que celle de l'enceinte intermédiaire 2, de façon à ce que le liquide qui s'y trouve amplifie la déformation de la membrane 3 pour obtenir un déplacement suffisant du piston 5 et de la tige 6. The section of the cylinder 4 is significantly smaller than that of the intermediate enclosure 2, so that the liquid therein amplifies the deformation of the membrane 3 to obtain sufficient displacement of the piston 5 and the rod 6 .

Selon les applications envisagées, la sensibilité, le temps de réaction et la température de fonctionnement du dispositif peuvent être modifiés en jouant sur la forme et les dimensions des différents organes, la nature et les épaisseurs des matériaux constitutifs, ou encore sur la nature du fluide contenu dans la chambre d'expansion 1 (eau avec ou sans additifs). According to the envisaged applications, the sensitivity, the reaction time and the operating temperature of the device can be modified by varying the shape and the dimensions of the various organs, the nature and the thicknesses of the constituent materials, or even the nature of the fluid. contained in expansion chamber 1 (water with or without additives).

La tige 6 peut agir aussi bien sur un robinet, que sur le clapet 12, éventuellement intégré au corps 8, d'un circuit de purge 13 d'une canalisation 14 d'eau (figure 3), sur un interrupteur électrique 15 (figure 4) ou un cristal de quartz (effet piezzoélectrique), ou encore sur un mécanisme tel qu'un bras de levier. The rod 6 can act as well on a tap, as on the valve 12, possibly integrated into the body 8, of a purge circuit 13 of a water pipe 14 (FIG. 3), on an electric switch 15 (FIG. 4) or a quartz crystal (piezoelectric effect), or even on a mechanism such as a lever arm.

Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet de l'invention un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas été, à ce jour, obtenus par des dispositifs similaires. The positioning of the various constituent elements gives the object of the invention a maximum of useful effects which had not, to date, been obtained by similar devices.

Claims

10. Maneuvering device operating thanks to the change in volume of a liquid during its change of state, intended primarily to protect water pipes from freezing, in particular distribution or central heating networks, but can be used to activate a large number of mechanisms of all kinds,

characterized by the combination of two sealed enclosures separated by a deformable membrane (3), an expansion enclosure (1) containing a liquid which can change state depending on the temperature, and an intermediate enclosure (2) containing a non-liquid frostbite and communicating with a cylinder (4) in which a piston (5) moves, integral with an operating rod (6) and held in the rest position by a return spring (7), the enclosure envelope expansion (1) being in contact with the ambient air.

20. Device according to claim 1, characterized in that it is arranged so that when the liquid contained in the expansion enclosure (1) solidifies under the effect of a lowering of the temperature ambient, it causes a deformation of the membrane (3) having the effect of increasing the pressure of the non-freezing liquid contained in the intermediate enclosure (2) causing a displacement of the piston (5) and of the rod (6), the return spring (7) being determined to return said piston and said rod to their rest position as soon as the content of the expansion chamber melts.

30. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the section of the cylinder (4) is substantially smaller than that of the intermediate enclosure (2), so that the liquid therein finds amplifies the deformation of the membrane (3) to obtain sufficient displacement of the piston (5) and the rod (6).

40. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the expansion enclosure (1) has a large surface and a small thickness, and that its envelope is made of a material which is a good conductor of heat. and provided with fins 11 so as to improve the heat exchanges with the ambient air.

50. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it is contained in an envelope formed, on the one hand, of a body (8) in which the cylinder (4) is arranged, as well as the intermediate enclosure (2) and, on the other hand, a cover (9) containing the expansion enclosure (1), said cover and said body being assembled so as to clamp between them the peripheral part of the membrane (3), so that it acts as a seal between the two enclosures (1, 2).

60. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the expansion enclosure (1) contains water possibly comprising additives intended to adjust the freezing point.

70. Device according to claim 6, characterized in that a valve (12) for purging circuit (13) of a water pipe (14) is integrated into the body (9) and actuated directly by the rod (6).