FR3069610A1 - Vanne thermostatique - Google Patents

Abstract

Vanne thermostatique comprenant un corps (1) creux fermé, une première ouverture (2) et une deuxième ouverture (3a,3b) débouchant dans le corps (1) et un obturateur séparant la première ouverture (2) de la deuxième ouverture et comprenant un actionneur thermostatique (5), un moyen de rappel (6, 7), un clapet primaire (8) apte à s'ouvrir lorsqu'actionné par l'actionneur thermostatique (5) et à se fermer lorsque rappelé par le moyen de rappel (6, 7), et un clapet secondaire (9) apte à s'ouvrir lorsqu'actionné par l'actionneur thermostatique (5) et à se fermer lorsque rappelé par le moyen de rappel (6, 7), où l'obturateur est conformé de manière à ce que l'actionneur thermostatique (5) ouvre d'abord le clapet secondaire (9) puis le clapet primaire (8), avec un décalage (10) et en ce que le moyen de rappel (6, 7) comprend un moyen de rappel primaire (6) apte à rappeler le clapet primaire (8) et un moyen de rappel secondaire (7), distinct du moyen de rappel primaire (6), apte à rappeler le clapet secondaire (9).

Description

La présente invention concerne le domaine des vannes thermostatiques.

Une vanne thermostatique est typiquement utilisée dans le domaine de la régulation thermique automatique pour des circuits de fluide (gaz, eau, huile,...).

De manière connue, une vanne thermostatique comprend un corps creux fermé percé d'une première ouverture et d'une deuxième ouverture et comprenant un obturateur séparant les deux ouvertures de manière étanche. L'obturateur est sensible à la température du fluide de manière à s'ouvrir au-dessus d'une température seuil et à se refermer en dessous de ladite température seuil.

Une application illustrative dans le domaine automobile est la réalisation de boîtiers d'entrée d'eau (convergent) ou de boîtiers de sortie d'eau (divergent).

L'obturateur d'une vanne thermostatique comprend typiquement un actionneur thermostatique, telle une capsule à cire, et un clapet actionné par l’actionneur thermostatique. Une capsule à cire comprend un cylindre rempli d'une cire sensible à la température. La cire repousse une tige sous l'effet d'un important changement de volume accompagnant un changement de phase solide/liquide, se produisant à une température seuil. Un tel actionneur thermostatique commande automatiquement la course d'ouverture du clapet dans une plage de température précise, de l'ordre de 10°C, à partir d'une température seuil ou température de début d'ouverture.

La figure 1 illustre une caractéristique 20, course C (ou débit) en fonction de la température T, nominale d'une vanne thermostatique. Il peut être observé une température seuil 25.

Les conditions de fonctionnement de la vanne thermostatique, les conditions de débit et de viscosité du fluide en circulation, peuvent être source d'une différence entre les pressions appliquées d'un côté et de l'autre côté du clapet. Aussi l’actionneur thermostatique doit, lors de l'ouverture du clapet, développer un effort supplémentaire afin de vaincre cette différence de pression. Ce nécessaire effort supplémentaire introduit un retard à l'ouverture équivalent à une augmentation de la température seuil. Aussi la vanne thermostatique présente une sensibilité à la pression différentielle modifiant sa température seuil.

La figure 1 illustre encore une caractéristique 21 réelle d'une vanne thermostatique. Il peut être observé une température seuil 26 largement décalée.

Pour des raisons économiques, le clapet est classiquement disposé sensiblement perpendiculaire à la tige et donc à l'axe de l’actionneur thermostatique et est actionné en translation. La fermeture du clapet est assurée par un moyen de rappel, tel un ressort, antagoniste de l’actionneur thermostatique.

Le clapet présente avantageusement une section adaptée au passage du débit maximum prévu pour la vanne. Aussi l'effet de la pression différentielle du fluide, s'appliquant à la section du clapet, est multiplié par le rapport de la section du clapet à la section motrice de l’actionneur thermostatique et augmente donc avec la pression différentielle et avec le débit maximal. Une pression différentielle de 1 bar qui peut être rencontrée dans certaines conditions d'utilisations extrêmes peut conduire à une pression ressentie par l’actionneur thermostatique de 100 bars et conduire à un décalage de la température seuil de +/-5°. Un décalage positif peut entraîner le moteur en situation critique de dépassement de sa température de fonctionnement, et entraîner une usure prématurée.

Jusqu'à présent ce décalage était intégré lors de la conception en sélectionnant une vanne thermostatique dont la température seuil était réduite ou augmentée du décalage observé à la pression différentielle maximale. Cependant en l'absence de pression différentielle, la vanne thermostatique s'ouvre à une température réduite ou augmentée. Les moteurs modernes sont de plus en plus sensibles, et un fonctionnement à une température réduite entraîne une augmentation préjudiciable tant de la consommation que des rejets polluants sur la plupart des cycles d'utilisation, du fait d'un fonctionnement du moteur en dessous de sa température optimale.

L'optimisation du rendement des moteurs thermiques et les exigences en termes de rejets polluants amènent les motoristes à faire fonctionner les moteurs à des températures élevées, aussi la marge qui sépare les conditions de température optimales des conditions de température excessives, mettant en risque la durabilité et la fiabilité mécanique des moteurs, se réduit. Afin de maîtriser cette marge de sécurité il est important de limiter le décalage de la température seuil en réponse à une pression différentielle.

En plus du décalage de la température seuil, la pression différentielle entraîne un manque de progressivité à l'ouverture. Le brusque équilibrage, en début d'ouverture du clapet, de la pression différentielle, entraînant une réduction importante de la force résistante à l'ouverture, provoque une ouverture brutale. Cette ouverture brutale, s'accompagne d'un fort débit, produisant un refroidissement rapide qui provoque un dépassement important du point de régulation, entraînant à son tour une réponse à la fermeture de l’actionneur thermostatique. Ceci est éventuellement suivi par des oscillations ouverture/fermeture préjudiciables en ce qu'elles occasionnent des risques de chocs thermiques et de sollicitations en pression cyclée des organes du circuit de régulation et donc des risques de défaillance ou de réduction de la durée de vie et une difficulté de convergence de la régulation. Ceci apparaît sous forme d'oscillations 24 sur la caractéristique 21 de la figure 1.

Afin de réduire la sensibilité à la pression différentielle d'une vanne thermostatique plusieurs solutions sont possibles.

Une première solution consiste à réduire la section du clapet exposée à la charge de la pression différentielle. Une telle réduction entraîne également une réduction préjudiciable du débit maximal vanne ouverte.

Une autre solution utilisée pour les applications à fortes charges (moteurs de poids lourds ou d'automobiles à hautes performances) consiste à employer un clapet de forme cylindrique d'axe aligné avec l'axe de l’actionneur thermostatique. Un tel agencement est ainsi insensible à la pression différentielle car la résultante des efforts induits par cette pression n'entre pas en opposition avec la force développée par l’actionneur thermostatique. Cette solution en ce qu'elle nécessite un clapet cloche métallique et qu'elle rend l'étanchéité difficile à réaliser s'avère très onéreuse.

Une autre solution consiste à utiliser deux vannes thermostatiques : une petite vanne thermostatique à petit clapet et une grosse vanne thermostatique à gros clapet. La petite vanne a pour fonction d'équilibrer les pressions. La grosse vanne a pour fonction de passer le débit. La petite vanne doit s'ouvrir la première. Ainsi la grosse vanne n'a plus à lutter contre les effets de la pression différentielle. Une telle solution est onéreuse et encombrante, et présente une difficulté pour étager de façon pertinente les températures d'ouverture et de fermeture des deux vannes thermostatiques, et provoque un certain flou dans la régulation de température.

Une autre solution consiste à utiliser une vanne thermostatique à deux clapets, un petit clapet et un grand clapet qui s'ouvrent en séquence selon la course de l’actionneur thermostatique. Tous les systèmes connus de ce type sont de conception chère et encombrante.

L'invention se propose d'améliorer ces systèmes afin de les rendre moins sensibles aux pressions différentielles de plus en plus importantes, aptes à fonctionner à des températures très élevées, en présentant une meilleure précision de la température seuil et en offrant une progressivité d'ouverture.

A cet effet, selon un premier aspect, l'invention a pour objet une vanne thermostatique comprenant un corps creux fermé, une première ouverture et une deuxième ouverture débouchant dans le corps et un obturateur séparant la première ouverture de la deuxième ouverture et comprenant un actionneur thermostatique, un moyen de rappel, un clapet primaire apte à s'ouvrir lorsqu'actionné par l'actionneur thermostatique et à se fermer lorsque rappelé par le moyen de rappel, et un clapet secondaire apte à s'ouvrir lorsqu'actionné par l'actionneur thermostatique et à se fermer lorsque rappelé par le moyen de rappel, caractérisé en ce que l'obturateur est conformé de manière à ce que l'actionneur thermostatique ouvre d'abord le clapet secondaire puis le clapet primaire, avec un décalage et en ce que le moyen de rappel comprend un moyen de rappel primaire apte à rappeler le clapet primaire et un moyen de rappel secondaire, distinct du moyen de rappel primaire, apte à rappeler le clapet secondaire.

Selon d'autres caractéristiques, la vanne thermostatique de l'invention comporte une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes considérées seules ou selon toutes les combinaisons possibles :

- le clapet secondaire est découpé dans le clapet primaire,

- le clapet primaire et le clapet secondaire sont coaxiaux.

- l'actionneur thermostatique est disposé entre le corps et le clapet secondaire,

- le moyen de rappel secondaire est disposé entre le clapet secondaire et le clapet primaire et antagoniste à l'actionneur thermostatique,

- la vanne thermostatique comprend encore une cage, solidaire du clapet primaire et conformée pour être entraînée, avec le décalage, par l'actionneur thermostatique,

- la cage enveloppe l'actionneur thermostatique et est percée pour permettre une irrigation de l'actionneur thermostatique,

- le moyen de rappel primaire est disposé entre le clapet primaire et le corps et antagoniste à l'actionneur thermostatique,

- l'actionneur thermostatique comprend une tige et un cylindre comprenant, à une extrémité, une bouche permettant une sortie de la tige selon son axe et, à l'autre extrémité, un culot, et l'extrémité distale de la tige est solidaire du corps et la bouche est solidaire du clapet secondaire,

- le culot est conformé pour, lors de l'extension de l'actionneur thermostatique, venir en contact avec la cage et ainsi actionner le clapet primaire, la distance initiale entre le culot et la cage définissant le décalage,

- le moyen de rappel secondaire, respectivement le moyen de rappel primaire, est dimensionné pour appliquer un effort garantissant la fermeture du clapet secondaire, respectivement du clapet primaire, éventuellement augmenté de manière à tenir compte d'une contre-pression,

- la section d'ouverture du clapet primaire est dimensionnée pour passer un débit maximal, et/ou la section d'ouverture du clapet secondaire est la plus petite possible.

Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un boîtier d'entrée de fluide ou de sortie de fluide, pour régulation thermostatique d'un circuit de fluide, comprenant une telle vanne thermostatique.

Selon une autre caractéristique, l'ouverture du côté de l’actionneur thermostatique est dédoublée et apte à être connectée au circuit de fluide à réguler, et l'autre ouverture est apte à être connectée au radiateur.

L'invention sera davantage comprise à la lecture de la description non limitative qui va suivre, faite en référence aux figures ci-annexées.

- La figure 1, déjà décrite, présente comparativement les caractéristiques course - température nominale et réelle,

- les figures 2a-d présentent, en vue sectionnelle schématique, une vanne thermostatique respectivement avec le clapet secondaire et le clapet primaire fermés, avec le clapet secondaire ouvert, avec le clapet secondaire ouvert au maximum et avec le clapet primaire ouvert,

- la figure 3 présente comparativement les caractéristiques course température nominale et réalisée selon l'invention

- les figures 4a-c présentent, en vue coupée, une vanne thermostatique respectivement avec le clapet secondaire et le clapet primaire fermés, avec le clapet secondaire ouvert et avec le clapet primaire ouvert,

- les figures 5a-b présentent, en vue sectionnelle schématique, un boîtier d'entrée d'eau, respectivement en position fermée et en position ouverte,

- les figures 6a-b présentent, en vue sectionnelle schématique, un boîtier de sortie d'eau, respectivement en position fermée et en position ouverte,

- les figures 7a-b présentent, des schémas de circulation respectivement en configuration froide et chaude.

L'invention concerne une vanne thermostatique. Telle qu'illustrée aux figures 2a-d, une telle vanne thermostatique comprend un corps 1 creux fermé. Ceci signifie que le corps 1 forme une cavité fermée à l'exclusion d'une première ouverture 2 et d'une deuxième ouverture 3, qui débouchent dans le corps 1 et permettent une entrée et/ou une sortie de fluide. La vanne thermostatique comprend encore un obturateur séparant sélectivement la première ouverture 2 de la deuxième ouverture

3. Ledit obturateur est configuré pour être fermé en dessous d'une température seuil et ainsi séparer de manière étanche la première ouverture 2 de la deuxième ouverture 3 et être ouvert au-dessus de la température seuil de manière à mettre en relation fluidique la première ouverture 2 de la deuxième ouverture 3.

Pour cela, l'obturateur comprend un actionneur thermostatique 5, un moyen de rappel 6, 7, un clapet primaire 8 et un clapet secondaire 9. Le clapet primaire 8 est apte à s'ouvrir lorsqu'actionné par l'actionneur thermostatique 5 et à se fermer lorsque rappelé par le moyen de rappel 6, 7. Le clapet secondaire 9 est apte à s'ouvrir lorsqu'actionné par l'actionneur thermostatique 5 et à se fermer lorsque rappelé par le moyen de rappel 6, 7.

Selon une caractéristique, l'obturateur est conformé de manière à ce que l'actionneur thermostatique 5 ouvre d'abord le clapet secondaire 9 puis le clapet primaire 8, avec un décalage 10.

Le clapet secondaire 9 est avantageusement dimensionné pour laisser passer un petit débit. Aussi il présente une section très faible et offre peu de résistance en cas de présence d'une pression différentielle. Il n'est ainsi pas ou peu sensible à la pression différentielle. Son ouverture, qui s'effectue sensiblement à la température seuil, autorise un petit débit et permet de réaliser un équilibrage des pressions de part et d'autre de l'obturateur et donc de part et d'autre du clapet primaire 8. Aussi, lors de son ouverture postérieure, le clapet primaire 8 ne rencontre pas de résistance occasionnée par une pression différentielle, cette dernière ayant été préalablement sensiblement annulée.

Selon une autre caractéristique, le moyen de rappel 6, 7 comprend un moyen de rappel primaire 6 apte à rappeler le clapet primaire 8 et un moyen de rappel secondaire 7, distinct du moyen de rappel primaire 6, apte à rappeler le clapet secondaire 9. Cette distinction permet avantageusement de choisir l'effort exercé par l'un indépendamment de l'effort exercé par l'autre et ainsi de répondre au besoin de rappel de chaque clapet 8, 9 en toute indépendance.

Selon une autre caractéristique, le clapet secondaire 9 est découpé dans le clapet primaire 8. Autrement dit, le clapet primaire 8 est découpé d'une lumière permettant le passage du débit du clapet secondaire 9, et ladite lumière forme le siège du clapet secondaire 9. Le clapet secondaire 9 est apte à sélectivement libérer ou obturer ladite lumière.

Selon une autre caractéristique, le clapet primaire 8 et le clapet secondaire 9 sont coaxiaux. Cette caractéristique permet avantageusement de simplifier l'actionnement des deux clapets primaire 8 et secondaire 9 au moyen d'un même actionneur thermostatique 5 et contribue à obtenir une vanne thermostatique particulièrement compacte.

Selon une autre caractéristique, l’actionneur thermostatique 5 est disposé entre le corps 1 et le clapet secondaire 9. On entend ici la disposition de manière fonctionnelle. Ainsi un actionneur thermostatique 5 comprend typiquement deux points d'actionnement et est apte à varier la distance et/ou l'effort présent entre ces deux points d'actionnement. Un premier point d'actionnement est solidaire du corps 1 et le deuxième point d'actionnement est solidaire du clapet secondaire 9.

Un actionneur thermostatique 5 comprend typiquement un cylindre 12 et une tige 13 engagée dans le cylindre 12 selon son axe et apte à sortir au niveau d'une première extrémité ou bouche 14 du cylindre. On nomme culot 16 l'autre extrémité du cylindre 12. Le premier point d'actionnement, respectivement le deuxième point d'actionnement, est situé à l'extrémité distale de la tige 13. Le deuxième point d'actionnement, respectivement le premier point d'actionnement, est situé au culot 16.

Lorsque cela n'est pas autrement précisé, il est considéré que l’actionneur thermostatique 5 réalise une extension, par sortie de la tige 13, lorsque la température augmente et devient supérieure à la température seuil. Aussi l’actionneur thermostatique 5 tend à déplacer le clapet secondaire 9 relativement au corps 1 où est placé le point d'actionnement. Dans ce cas particulier, l’actionneur thermostatique 5 éloigne le clapet secondaire 9 relativement à l'endroit du corps 1 où est fixé le point d'actionnement.

Selon une autre caractéristique, le moyen de rappel secondaire 7 est disposé entre le clapet secondaire 9 et le clapet primaire 8 et antagoniste à l’actionneur thermostatique 5.

On entend ici la disposition de manière fonctionnelle. Ainsi un moyen de rappel comprend typiquement deux points d'actionnement et est apte à varier l'effort exercé en fonction de la distance entre les deux points d'actionnement. Un premier point d'actionnement, ici une extrémité du moyen de rappel secondaire 7, est solidaire du clapet secondaire 9 et le deuxième point d'actionnement, ici l'autre extrémité du moyen de rappel secondaire 7, est solidaire du clapet primaire 8. Ainsi selon le montage et le type de moyen de rappel, cette caractéristique conduit à un éloignement ou à un rapprochement des deux clapets 8, 9. Lorsque cela n'est pas autrement précisé, il est considéré qu'un moyen de rappel 6, 7 est un moyen fonctionnant en compression. Selon le mode de réalisation illustré aux figures 2a-d, le moyen de rappel secondaire 7 est un moyen de rappel travaillant en compression. Au vu du montage, il agit de manière à rapprocher le clapet secondaire 9 de son siège, disposé dans le clapet primaire 8, et ainsi tend à fermer le clapet secondaire 9.

Le moyen de rappel secondaire 7 est antagoniste à l’actionneur thermostatique 5. Ainsi, l’actionneur thermostatique 5 assurant l'ouverture du clapet secondaire 9, le moyen de rappel secondaire 7 assure la fermeture du clapet secondaire 9 en plaquant ledit clapet secondaire 9 contre son siège.

Le clapet secondaire 9 et/ou son siège est avantageusement recouvert d'élastomère. Ainsi une fermeture avec un effort de pression garantit l'étanchéité. Dans le mode de réalisation illustré aux figures 2a-d, l’actionneur thermostatique 5 agit en s'étendant de manière à ouvrir le clapet secondaire 9, en l'éloignant de son siège situé dans le clapet primaire 8, en le déplaçant vers la droite dans le plan des figures. Le moyen de rappel secondaire 7, antagoniste, tend au contraire à fermer le clapet secondaire 9, en le rapprochant du clapet primaire 8, en le déplaçant vers la gauche dans le plan des figures.

Ainsi en fonction de la température, l’actionneur thermostatique 5 s'étend, ouvre le clapet secondaire 9 et s'oppose au moyen de rappel secondaire 7 en le comprimant lorsque la température dépasse la température seuil, tandis que le moyen de rappel secondaire 7 reprend le dessus, repousse et ferme le clapet secondaire 9 et réduit l’actionneur thermostatique 5 lorsque la température repasse en-dessous de la température seuil.

Dans le cas où l’actionneur thermostatique 5 est une capsule à cire, un tel moyen de rappel antagoniste est nécessaire, en ce qu'une capsule à cire n'est active qu'en extension. La cire lors de son changement d'état solide/liquide lors d'une montée en température est capable de repousser la tige 13. Cependant, la cire, lors d'une baisse de température, n'est pas capable de tirer la tige 13 afin de la faire rentrer dans le cylindre 12.

Selon une autre caractéristique, la vanne thermostatique comprend encore une cage 11. Cette cage 11 est avantageusement solidaire du clapet primaire 8 et conformée pour être entraînée, avec le décalage 10, par l’actionneur thermostatique 5. Ainsi dans le mode de réalisation illustré aux figures 2a-d, un côté de la cage 11 forme le clapet primaire 8, apte à venir se loger dans son siège formé dans le corps 1. L'autre extrémité de la cage 11 comprend une paroi initialement distante du culot 16 du décalage 10. Ainsi lors de l'extension de l’actionneur thermostatique 5, après une course égale au décalage 10, le culot 16 vient en contact avec la cage 11 et l'entraîne dans son mouvement. Ce mouvement de la cage 11 est alors appliqué au clapet primaire 8 et provoque son ouverture.

Selon une autre caractéristique, la cage 11 est creuse et enveloppe l’actionneur thermostatique 5. Cette caractéristique permet un rangement optimal des volumes. Combinée avec la caractéristique de coaxialité, elle permet la réalisation d'une vanne thermostatique très compacte. La cage 11 est encore avantageusement percée, par exemple sur ses flans, afin que le fluide puisse la remplir et ainsi irriguer l’actionneur thermostatique 5. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse lorsque l’actionneur thermostatique 5 est une capsule à cire. En effet, dans ce cas la partie sensible à la température est le cylindre 12. Aussi est-il important pour que la régulation soit efficace, que cet élément sensible soit irrigué par le fluide.

Selon une autre caractéristique, le moyen de rappel primaire 6 est disposé entre le clapet primaire 8 et le corps 1 et antagoniste à l’actionneur thermostatique 5.

On entend ici la disposition de manière fonctionnelle. Ainsi un moyen de rappel comprend typiquement deux points d'actionnement et est apte à varier l'effort exercé en fonction de la distance entre les deux points d'actionnement. Un premier point d'actionnement, ici une extrémité du moyen de rappel primaire 6, est solidaire du clapet primaire 8 et le deuxième point d'actionnement, ici l'autre extrémité du moyen de rappel primaire 6, est solidaire du corps 1. Ainsi selon le montage et le type de moyen de rappel, cette caractéristique conduit à un éloignement ou à un rapprochement du clapet primaire 8 relativement au corps 1. Selon le mode de réalisation illustré aux figures 2a-d, le moyen de rappel primaire 6 est un moyen de rappel travaillant en compression. Au vu du montage, il agit de manière à éloigner le clapet primaire 8 (et la cage 11 solidaire) du corps 1 et ainsi à rapprocher le clapet primaire 8 de son siège, situé dans le corps 1, mais du côté opposé, et ainsi tend à fermer le clapet primaire 8.

Le moyen de rappel primaire 6 est antagoniste à l’actionneur thermostatique 5. Ainsi, l’actionneur thermostatique 5 assurant l'ouverture du clapet primaire 8, le moyen de rappel primaire 6 assure la fermeture du clapet primaire 8 en plaquant ledit clapet primaire 8 contre son siège.

Le clapet primaire 8 et/ou son siège est avantageusement recouvert d'élastomère. Ainsi une fermeture avec un effort de pression garantit l'étanchéité. Dans le mode de réalisation illustré aux figures 2a-d, l’actionneur thermostatique 5 agit en s'étendant de manière à ouvrir le clapet primaire 8, en l'éloignant de son siège situé dans le corps 1, en le déplaçant vers la droite dans le plan des figures. Le moyen de rappel primaire 6, antagoniste, tend au contraire à fermer le clapet primaire 6, en le rapprochant du corps 1, en le déplaçant vers la gauche dans le plan des figures.

Ainsi en fonction de la température, l'actionneur thermostatique 5 s'étend, ouvre le clapet primaire 8 et s'oppose au moyen de rappel primaire 6 en le comprimant lorsque la température dépasse la température seuil, tandis que le moyen de rappel primaire 6 reprend le dessus, repousse et ferme le clapet primaire 8 et réduit l'actionneur thermostatique 5 lorsque la température repasse en-dessous de la température seuil.

Dans le cas où l'actionneur thermostatique 5 est une capsule à cire, au moins un tel moyen de rappel 6, 7 antagoniste est nécessaire, en ce qu'une capsule à cire n'est active qu'en extension.

Selon une autre caractéristique, l'actionneur thermostatique 5 comprend une tige 13 et un cylindre 12 comprenant, à une extrémité, une bouche 14 permettant une sortie de la tige 13 selon son axe, lors de l'extension de l'actionneur thermostatique 5, et, à l'autre extrémité, un culot 16. L'extrémité distale de la tige 13 est solidaire du corps 1, au niveau de la pièce carrée sur les figures 2a-d. Il est clair que l'actionneur thermostatique 5 peut être monté dans les deux configurations : tige mobile relativement au corps 1 de la vanne, où le cylindre est fixe, ou tige fixe, où le cylindre est mobile. Les deux configurations sont sensiblement équivalentes en termes d'actionnement des clapets 8, 9.

La configuration illustrée aux figures 2a-d, soit une configuration tige fixe, est avantageuse en ce que la tige 13 est fixe. Une telle configuration est avantageuse en ce qu'elle permet le montage d'un crayon chauffant. Un crayon chauffant est un dispositif résistant qui permet par apport d'énergie électrique d'augmenter la température et ainsi de forcer l'extension de l'actionneur thermostatique 5 et l'ouverture de la vanne. L'apport d'énergie électrique nécessite des câbles qui entrent préférentiellement par l'extrémité distale de la tige 13. Le fait que cette extrémité distale soit fixe et en contact avec le corps 1 permet une intégration aisée de ces câbles au travers du corps 1 au droit de la position de l'extrémité distale de la tige 13.

Selon une autre caractéristique, rendue possible aussi par une configuration tige fixe, la bouche 14 de l'actionneur thermostatique 5 est solidaire du clapet secondaire 9. Ainsi lorsque l'extension de l'actionneur thermostatique 5 se produit, la bouche 14 s'éloigne du clapet primaire 8, siège du clapet secondaire 9, entraîne dans son mouvement le clapet secondaire 9 et réalise son ouverture. Selon un mode de réalisation avantageux, le clapet secondaire 9 est directement formé par la bouche 14 elle-même.

Selon une autre caractéristique, toujours dans une configuration tige fixe, le culot 16 est avantageusement conformé pour, lors de l'extension de l’actionneur thermostatique 5, venir en contact avec la cage 11 et ainsi actionner le clapet primaire

9. Tel qu'illustré aux figures 2a-d, l’actionneur thermostatique 5 est disposé dans la cage 11, et son culot 16 vient, lors de l'extension, pousser une face intérieure de la cage 11. Ce faisant il manœuvre le clapet primaire 8 de manière à l'ouvrir, en comprimant le moyen de rappel primaire 6 antagoniste, contre le corps 1.

La distance entre le culot 16 et la cage 11 avant l'extension de l’actionneur thermostatique 5, soit la distance que le culot 16 parcourt avant de venir en butée contre la cage 11 et commencer à ouvrir le clapet primaire 8, définit ainsi un décalage. Dans le mode de réalisation illustré aux figures 2a-d, où l’actionneur thermostatique 5 manœuvre le clapet secondaire 9 dès le début de son extension, ce décalage, constitué par une course « à vide » de l’actionneur thermostatique 5, est le décalage 10 entre l'ouverture du clapet secondaire 9 et l'ouverture du clapet primaire

8.

Avantageusement le moyen de rappel primaire 6 et le moyen de rappel secondaire 7 sont découplés. Aussi ils peuvent être dimensionnés sensiblement indépendamment l'un de l'autre. Selon une caractéristique, le moyen de rappel secondaire 7 est dimensionné pour appliquer un effort uniquement suffisant à garantir la fermeture du clapet secondaire 9. Ainsi cet effort comprend un effort nécessaire à comprimer un éventuel joint élastomère disposé entre le clapet secondaire 9 et son siège, éventuellement augmenté d'un effort apte à lutter contre les effets d'une pression différentielle. Cependant l'effet d'une pression différentielle peut être très faible si la section du clapet secondaire 9 est faible. L'effort est encore augmenté d'une marge afin de tenir compte d'éventuels frottements ou impondérables.

Selon une caractéristique analogue, le moyen de rappel primaire 6 est dimensionné pour appliquer un effort uniquement suffisant à garantir la fermeture du clapet primaire 8. Ainsi cet effort comprend un effort nécessaire à comprimer un éventuel joint élastomère disposé entre le clapet primaire 8 et son siège, éventuellement augmenté d'un effort apte à lutter contre les effets d'une pression différentielle. Cet effort est plus grand que celui homologue du moyen de rappel secondaire 7 si la surface du clapet primaire est plus grande que celle du clapet secondaire 8. L'effort est encore augmenté d'une marge afin de tenir compte d'éventuels frottements ou impondérables.

Il découle de ces dimensionnements que le moyen de rappel primaire 6 exerce un effort plus grand que le moyen de rappel secondaire 7. Ceci est une condition avantageuse pour le mode de réalisation illustré, afin de garantir que le clapet primaire 8 reste fermé tant que l’actionneur thermostatique 5 parcourt le décalage 10, afin que le clapet secondaire 9 s'ouvre bien en premier, avant le clapet primaire 8 et que la caractéristique course-température soit répétable.

Un des deux moyens de rappel primaire 6 ou secondaire 7, soit préférentiellement le moyen de rappel primaire 6 en ce qu'il développe un effort plus important, est encore dimensionné pour être apte à repousser l’actionneur thermostatique 5 et à rentrer sa tige 13 lorsque la température repasse en dessous du seuil.

Le séquencement temporel, obtenu par le décalage 10, entre l'ouverture préalable du clapet secondaire 9 et l'ouverture ultérieure du clapet primaire 8 permet de les dédier à des fonctions distinctes. Ainsi, selon une caractéristique, le clapet primaire 8 est dédié au passage du débit maximal. Aussi, la section d'ouverture du clapet primaire 8 est dimensionnée en conséquence pour passer ledit débit maximal et présente une grande section. Selon une autre caractéristique, le clapet secondaire 9 est uniquement dédié à l'équilibrage des pressions à l'ouverture. Aussi, la section d'ouverture du clapet secondaire 9 n'a pas besoin d'être grande. Au contraire, elle est dimensionnée pour passer un petit débit et présente même une section la plus petite possible afin d'offrir une faible résistance à l'ouverture en présence d'une pression différentielle. Avantageusement, la section du clapet secondaire 9 est réduite à la section de la tige 13.

La figure 2a illustre la vanne thermostatique complètement fermée. L’actionneur thermostatique 5 est complètement rentré. Le clapet secondaire 9 est fermé et le clapet primaire 8 est fermé. Aucun débit n'est présent entre les ouvertures 2 et 3. Un décalage 10 est présent entre le culot 16 et le fond de la cage 11.

A la figure 2b, l’actionneur thermostatique 5 commence à s'allonger. Sa bouche 14 se décolle d'un orifice ménagé dans la cage 11, ici confondue avec le clapet primaire 8, et ainsi le clapet secondaire 9 s'ouvre. La distance entre le culot 16 et le fond de la cage 11 se réduit.

A la figure 2c, l’actionneur thermostatique 5 poursuit son allongement, jusqu'à ce que le culot 16 vienne en contact avec le fond de la cage 11.

A la figure 2d, le culot 16 de l'actionneur thermostatique 5 pousse sur le fond de la cage 11 et l'entraîne dans son mouvement, ici vers la droite de la figure. Le déplacement de la cage 11 déplace alors le clapet primaire 8 qui lui est solidaire, l'éloigne du corps 1, ouvrant ainsi le clapet primaire 8.

Une lecture de la séquence inverse figure 2d - figure 2a donne les étapes de la fermeture de la vanne thermostatique.

L'indépendance entre le clapet primaire 8 et le clapet secondaire 9 permet encore de construire une loi course-température ou débit-température en fonction du besoin. Ainsi, tel qu'illustré à la figure 3, la caractéristique 22 d'une vanne thermostatique selon l'invention comprend deux parties qui peuvent être modulée indépendamment. Une première partie à faible pente dépend des caractéristiques du clapet secondaire 9 et du moyen de rappel secondaire 7, tandis qu'une deuxième partie à pente plus forte dépend des caractéristiques du clapet primaire 8 et du moyen de rappel primaire 6.

La vanne thermostatique précédemment décrite est avantageusement employée pour construire un boîtier d'entrée de fluide ou un boîtier de sortie de fluide, du type de ceux utilisés pour réaliser une régulation thermostatique d'un circuit de fluide. Les figures 5a-b illustrent le principe d'un boîtier d'entré de fluide, respectivement fermé ou ouvert. Les figures 6a-b illustrent le principe d'un boîtier de sortie de fluide, respectivement fermé ou ouvert.

Selon une caractéristique, l'ouverture 3, disposée du côté de l'actionneur thermostatique 5, afin d'être du côté de l'élément sensible, du mode de réalisation des figures 2a-d est dédoublée en deux ouvertures 3a, 3b et apte à être connectée au circuit de fluide à réguler, et l'autre ouverture 2 est apte à être connectée au circuit radiateur.

Un boîtier d'entrée d'eau 17 comprend une vanne thermostatique. La première ouverture 2 est reliée à la sortie du radiateur 19 et permet un apport d'eau froide. La deuxième ouverture 3 est dédoublée et comprend une entrée 3a par laquelle arrive de l'eau en provenance du moteur M et une sortie 3b par laquelle l'eau repart vers le moteur M, grâce à une pompe P. Lorsque l'eau moteur dépasse la température seuil, la vanne thermostatique s'ouvre permettant un apport d'eau froide. Lorsque l'eau moteur est ou revient en-dessous de la température seuil, la vanne thermostatique se referme et la circulation s'effectue en circuit court entre l'entrée 3a et la sortie 3b.

De manière duale, un boîtier de sortie d'eau 18 comprend une vanne thermostatique. La première ouverture 2 est reliée à l'entrée du radiateur 19 et permet une évacuation d'eau chaude. La deuxième ouverture 3 est dédoublée et comprend une entrée 3a par laquelle arrive de l'eau en provenance du moteur M et une sortie 3b par laquelle l'eau repart vers le moteur M, grâce à la pompe P. Lorsque l'eau moteur dépasse la température seuil, la vanne thermostatique s'ouvre permettant une évacuation d'eau chaude. Lorsque l'eau moteur est ou revient endessous de la température seuil, la vanne thermostatique se referme et la circulation s'effectue en circuit court entre l'entrée 3a et la sortie 3b.

Tel qu'illustré aux figures 7a-b, le boîtier d'entrée 17 réalise un convergent et permet lorsque le fluide devient trop chaud d'ouvrir afin de laisser rentrer du fluide froid en provenance du radiateur 19. De manière symétrique, le boîtier de sortie 18 réalise un divergent et permet lorsque le fluide devient trop chaud d'ouvrir afin de laisser sortir du fluide chaud en direction du radiateur 19. La figure 7a illustre une configuration « froide » où les deux boîtiers 17, 18 sont fermés, réalisant une circulation courte dans le moteur M. La figure 7b illustre une configuration « chaude » où les deux boîtiers 17, 18 sont ouverts, réalisant une circulation étendue au radiateur 19, afin de réduire la température.

Les figures 4a-c illustrent un mode de réalisation possible d'un tel boîtier. La figure 4a figure une position fermée. L’actionneur thermostatique 5 est totalement replié. Aussi sa bouche, qui forme le clapet secondaire 9 est en appui, sous l'effet du moyen de rappel secondaire 7, contre son siège ménagé dans la partie supérieure de la cage 11 qui forme aussi le clapet primaire 8. Le clapet secondaire 9 est fermé. Le clapet primaire 8 est en appui, sous l'effet du moyen de rappel primaire 6, contre la paroi intérieure du corps 1 qui forme son siège. Aussi le clapet primaire 8 est fermé. Le culot 16 est distant du fond de la cage 11 d'un décalage 10.

A la figure 4b, l’actionneur thermostatique 5 commence à s'étendre. Ce faisant, sa bouche se décolle de la partie supérieure de la cage 11, ouvrant ainsi le clapet secondaire 9. L'écart entre le culot 16 et le fond de la cage 11 se réduit.

A la figure 4c, l’actionneur thermostatique 5 a poursuivi son extension jusqu'à ce que son culot 16 vienne en contact avec le fond de la cage 11, puis a entraîné la cage 11 vers le bas. Ceci a pour effet d'éloigner la cage 11 du corps 1 et d'ouvrir le clapet primaire 8.

Claims (14)

1. REVENDICATIONS

   1. Vanne thermostatique comprenant un corps (1) creux fermé, une première ouverture (2) et une deuxième ouverture (3) débouchant dans le corps (1) et un obturateur séparant la première ouverture (2) de la deuxième ouverture (3) et comprenant un actionneur thermostatique (5), un moyen de rappel (6, 7), un clapet primaire (8) apte à s'ouvrir lorsqu'actionné par l'actionneur thermostatique (5) et à se fermer lorsque rappelé par le moyen de rappel (6, 7), et un clapet secondaire (9) apte à s'ouvrir lorsqu'actionné par l'actionneur thermostatique (5) et à se fermer lorsque rappelé par le moyen de rappel (6, 7), caractérisé en ce que l'obturateur est conformé de manière à ce que l'actionneur thermostatique (5) ouvre d'abord le clapet secondaire (9) puis le clapet primaire (8), avec un décalage (10) et en ce que le moyen de rappel (6, 7) comprend un moyen de rappel primaire (6) apte à rappeler le clapet primaire (8) et un moyen de rappel secondaire (7), distinct du moyen de rappel primaire (6), apte à rappeler le clapet secondaire (9).
2. 2. Vanne thermostatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, où le clapet secondaire (9) est découpé dans le clapet primaire (8).
3. 3. Vanne thermostatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, où le clapet primaire (8) et le clapet secondaire (9) sont coaxiaux.
4. 4. Vanne thermostatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, où l'actionneur thermostatique (5) est disposé entre le corps (1) et le clapet secondaire (9).
5. 5. Vanne thermostatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, où le moyen de rappel secondaire (7) est disposé entre le clapet secondaire (9) et le clapet primaire (8) et antagoniste à l'actionneur thermostatique (5).
6. 6. Vanne thermostatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant encore une cage (11), solidaire du clapet primaire (8) et conformée pour être entraînée, avec le décalage (10), par l’actionneur thermostatique (5).
7. 7. Vanne thermostatique selon la revendication précédente, où la cage (11) enveloppe l’actionneur thermostatique (5) et est percée pour permettre une irrigation de l’actionneur thermostatique (5).
8. 8. Vanne thermostatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, où le moyen de rappel primaire (6) est disposé entre le clapet primaire (8) et le corps (1) et antagoniste à l’actionneur thermostatique (5).
9. 9. Vanne thermostatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, où l’actionneur thermostatique (5) comprend une tige (13) et un cylindre (12) comprenant, à une extrémité, une bouche (14) permettant une sortie de la tige (13) selon son axe et, à l'autre extrémité, un culot (16), et où l'extrémité distale de la tige (13) est solidaire du corps (1) et la bouche (14) est solidaire du clapet secondaire (9).
10. 10. Vanne thermostatique selon la revendication précédente, où le culot (16) est conformé pour, lors de l'extension de l’actionneur thermostatique (5), venir en contact avec la cage (11) et ainsi actionner le clapet primaire (8), la distance initiale entre le culot (16) et la cage (11) définissant le décalage (10).
11. 11. Vanne thermostatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, où le moyen de rappel secondaire (7), respectivement le moyen de rappel primaire (6), est dimensionné pour appliquer un effort garantissant la fermeture du clapet secondaire (9), respectivement du clapet primaire (8), éventuellement augmenté de manière à tenir compte d'une contre-pression.
12. 12. Vanne thermostatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, où la section d'ouverture du clapet primaire (8) est dimensionnée pour passer un débit maximal, et/ou la section d'ouverture du clapet secondaire (9) est la plus petite possible.
13. 13. Boîtier d'entrée (17) de fluide ou de sortie (18) de fluide, pour régulation thermostatique d'un circuit de fluide, caractérisé en ce qu'il comprend une vanne thermostatique selon l'une quelconque des revendications précédentes.

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14. 14. Boîtier (17, 18) selon la revendication précédente où l'ouverture (3a,3b) du côté de l’actionneur thermostatique (5) est dédoublée et apte à être connectée au circuit de fluide à réguler, et l'autre ouverture (2) est apte à être connectée au radiateur (19).