FR3105337A1 - Dispositif de commande de l’écoulement d’un fluide - Google Patents
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Abstract
Dispositif de commande de l’écoulement d’un fluide Ce dispositif (1), qui offre au moins les mêmes performances que des dispositifs connus, tout en étant moins onéreux et plus pratique, comporte un tiroir (20) mobile dans une chambre (11) entre une position fermée, dans laquelle le tiroir est appuyé axialement contre un siège fixe (16), et une position ouverte, dans laquelle le tiroir est écarté axialement du siège. Le dispositif comporte également un organe d’entraînement thermomécanique (30), dont une partie thermosensible (35) est disposée dans la chambre et qui est adapté pour entraîner le tiroir en fonction de la température du fluide dans la chambre, ainsi que des aménagements hystérétiques (20.1, 33.1), qui sont intégrés à au moins l’un de l’enveloppe, du tiroir et de l’organe d’entraînement et qui définissent une première température, ainsi qu’une seconde température inférieure à la première température, de façon que l’organe d’entraînement entraîne le tiroir de la position ouverte à la position fermée lorsque la température passe au-dessus de la première température et l’organe d’entraînement entraîne le tiroir de la position fermée à la position ouverte lorsque la température passe au-dessous de la seconde température. Figure pour l'abrégé : Figure 1
Description
La présente invention concerne un dispositif de commande de l’écoulement d’un fluide.
L’invention relève du domaine des vannes et s’intéresse plus spécifiquement aux vannes pour liquide, commandant l’écoulement de ce liquide en fonction de la température de ce dernier. L’invention trouve une application particulière, mais non exclusive, au domaine sanitaire, en concernant la commande de l’écoulement d’eau chaude dans une installation sanitaire.
Pour des raisons de confort et d’économie en eau, il est connu de chercher à ce que le circuit d’eau chaude d’une installation sanitaire contienne toujours, à proximité d’un point de puisage tel qu’un robinet ou une douche, de l’eau chaude, c’est-à-dire de l’eau dont la température reste supérieure à une température prédéterminée valant par exemple 32°C. De cette façon, lorsque l’utilisateur actionne l’ouverture du point de puisage, de l’eau chaude, c’est-à-dire de l’eau dont la température est supérieure à la température prédéterminée précitée, sort quasi instantanément du point de puisage, sans que l’utilisateur n’ait à attendre que de l’eau suffisamment chaude s’écoule depuis un appareil de chauffage d’eau, tel qu’un chauffe-eau, un ballon ou une chaudière, généralement distant, jusqu’au point de puisage, et donc sans avoir à laisser perdre l’eau insuffisamment chaude qui était contenue dans le circuit d’eau entre l’appareil de chauffage d’eau et le point de puisage au moment de l’ouverture de ce dernier. A cette fin, des dispositifs de commande d’écoulement sont installés à proximité du point de puisage, en étant alimentés par l’eau provenant de l’appareil de chauffage d’eau, et sont conçus pour que, si la température de l’eau alimentant ces dispositifs de commande est suffisamment élevée, ils dirigent cette eau vers le point de puisage, tandis que, si la température de l’eau alimentant ces dispositifs de commande est inférieure à la température prédéterminée précitée, ils renvoient cette eau vers l’appareil de chauffage d’eau, via le circuit d’eau froide de l’installation sanitaire. Bien entendu, le circuit d’eau chaude est en surpression par rapport au circuit d’eau froide. Ces dispositifs de commande sont conçus pour que la recirculation, vers l’appareil de chauffage d’eau, de l’eau alimentant le dispositif de commande soit amorcée dès que la température de cette eau passe au-dessous de la température prédéterminée précitée, puis pour que cette recirculation soit maintenue tant que la température de l’eau alimentant le dispositif de commande n’est pas repassée au-dessus d’une seconde température prédéterminée, supérieure à la première température prédéterminée précitée. De cette façon, le début d’une recirculation n’est commandé que lorsque l’eau chaude au niveau du dispositif de commande s’est refroidie d’au moins la différence entre les première et seconde températures prédéterminées précitées. Cela permet que l’eau du circuit d’eau chaude soit recirculée moins fréquemment que si l’ouverture du dispositif de commande était commandée par la même température d’eau que sa fermeture.
Les dispositifs de commande correspondants, disponibles sur le marché, comprennent soit des vannes électriques, commandées par une électronique ad hoc qui est renseignée par une sonde de température sensibilisée par l’eau chaude, soit des obturateurs bilames qui sont au contact de l’eau chaude et qui se déforment sous l’effet de variations de température de l’eau chaude. Ces dispositifs de commande sont complexes et, par-là, relativement onéreux. Ils sont également difficiles, voire impossibles à régler par l’utilisateur.
Le but de la présente invention est de proposer un nouveau dispositif de commande d’écoulement qui, tout en offrant au moins les mêmes performances que les dispositifs de commande connus, soit moins onéreux et plus pratique.
A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif de commande de l’écoulement d’un fluide, comportant:
- une enveloppe, qui définit un axe et qui délimite une chambre dans laquelle lefluidecirculeentreuneentréeetunesortiedel’enveloppe,
-untiroirquiestmobiledanslachambresuivantl’axeentre:
-une position fermée, dans laquelle le tiroir est appuyé axialement contre un siège fixe de l’enveloppe de manière à empêcher le fluide admis dans la chambre par l’entrée, de sortir de la chambre par la sortie, et
-une position ouverte, dans laquelle le tiroir est écarté axialement du siège de manière à laisser le fluide, admis dans la chambre par l’entrée, sortir de la chambre par la sortie,
-un organe d’entraînement thermomécanique, dont une partie thermosensible est disposée dans la chambre et qui est adapté pour entraîner le tiroir entre les positions fermée et ouverte en fonction de la température du fluide dans lachambre,et
-des aménagements hystérétiques, qui sont intégrés à au moins l’un de l’enveloppe, du tiroir et de l’organe d’entraînement thermomécanique et qui définissent une première température, ainsi qu’une seconde température qui est inférieure à la première température, les aménagements hystérétiquesétantconçuspourque:
-l’organe d’entraînement thermomécanique entraîne le tiroir de la position ouverte à la position fermée lorsque la température du fluide dans la chambre passe au-dessus de la premièretempérature,et
-l’organe d’entraînement thermomécanique entraîne le tiroir de la position fermée à la position ouverte lorsque la température du fluide dans la chambre passe au-dessous de la seconde température.
Une des idées à la base de l’invention est d’utiliser, pour commander l’écoulement du fluide, un tiroir entrainé par un organe d’entraînement thermomécanique, c’est-à-dire utilisant directement la chaleur de ce fluide pour déplacer le tiroir, ce qui évite d’avoir à alimenter le dispositif de l’invention en électricité ou en une autre énergie. De plus, pour que la fermeture et l’ouverture et du dispositif soient commandées à des températures du fluide différentes l’une de l’autre, à savoir à une première température et une seconde température inférieure à la première température, l’invention prévoit d’apporter de l’hystérésis, en intégrant à ce dispositif des aménagements hystérétiques ad hoc. En pratique, ces aménagements hystérétiques peuvent présenter des formes de réalisation multiples, comme détaillé par la suite. En particulier, on notera que certaines formes de réalisation sont structurellement proches de cartouches thermostatiques, qui sont normalement conçues pour délivrer un fluide mitigé par mélange d’un fluide chaud et d’un fluide froid, mais qui, dans l’invention, intègrent les aménagements hystérétiques précités et qui sont utilisées de manière détournée, comme expliqué par la suite. De plus, comme également expliqué plus en détail par la suite, ces aménagements hystérétiques peuvent avantageusement être réglables afin que l’utilisateur puisse modifier la valeur des première et seconde températures précitées. Dans tous les cas, les aménagements hystérétiques sont avantageusement prévus pour que la différence entre les première et seconde températures soit d’au moins 4°C. Le dispositif de commande conforme à l’invention est ainsi efficace et fiable, tout en étant peu onéreux à fabriquer et simple à utiliser.
Suivant des caractéristiques additionnelles avantageuses du dispositif conforme à l’invention, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles:
-Le dispositif comporte en outre un organe de réglage, adapté pour régler la valeur des première et seconde températures en modifiant la position d’au moins une partie de l’organe d’entraînement thermomécanique le long de l’axe par rapport à l’enveloppe.
-L’enveloppe, le tiroir, l’organe d’entraînement thermomécanique et l’organe de réglage forment conjointement une cartouche qui est adaptée pour être rapportée d’un seul tenant dans un boîtier de raccordement à un réseau de fluide.
-L’organe d’entraînement thermomécanique comporte, d’une part, un élément thermostatique, qui inclut à la fois un piston, qui est relié à l’enveloppe de manière que, dans une configuration de service du dispositif, le piston occupe une position fixe selon l’axe par rapport à l’enveloppe, et un corps, qui contient une matière thermodilatable et qui, avec cette matière thermodilatable, forme la partie thermosensible, le piston étant monté mobile suivant l’axe sur le corps de manière que le piston se déploie vis-à-vis du corps lors d’une dilatation de la matière thermodilatable, et, d’autre part, un ressort de rappel, qui est interposé axialement entre l’enveloppe et le corps de manière à escamoter le piston vis-à-vis du corps lors d’une contraction de la matière thermodilatable ; et les aménagements hystérétiques comprennent des éléments de liaison mécanique, qui sont adaptés pour, à la fois, lier en déplacement selon l’axe le tiroir et le corps l’un à l’autre lorsque la température du fluide dans la chambre est supérieure à la première température et lorsque la température du fluide dans la chambre est inférieure à la seconde température, et ménager entre le tiroir et le corps un jeu axial qui découple le tiroir et le corps selon l’axe lorsque la température du fluide dans la chambre est comprise entre la première température et la seconde température.
- Les éléments de liaison mécanique comportent une première butée et une seconde butée, qui sont ménagées sur un premier composant parmi le tiroir etlecorps,etquisontaxialementdistantesl’unedel’autre,etlesecondcomposant, parmiletiroiretlecorps,est:
-en appui axial contre la première butée lorsque la température du fluide dans la chambre estsupérieureàlapremièretempérature,
-en appui axial contre la seconde butée lorsque la température du fluide dans la chambre estinférieureàlasecondetempérature,et
-librement mobile selon l’axe, par rapport audit premier composant, entre les première et seconde butées lorsque la température du fluide dans la chambre est comprise entre la première température et la seconde température.
-L’organe de réglage comprend:
-un embout, contre lequel le piston est appuyé axialement sous l’action du ressort derappel,
-un écrou, sur lequel l’embout est monté de manière coulissante suivant l’axe et qui est monté sur l’enveloppe à la fois de manière mobile en translation selon l’axe et demanièrefixeenrotationautourdel’axe,
-un ressort de surcourse, qui est interposé axialement entre l’embout et l’écrou de manière à, d’une part, lier axialement l’embout et l’écrou de manière rigide tant que l’entraînement du tiroir par le corps par rapport à l’enveloppe est libre, et, d’autre part, se déformer sous l’effet du déploiement du piston vis-à-vis du corps lorsque l’entraînementdutiroirparlecorpsparrapportàl’enveloppeestempêché,et
- une vis, qui émerge au moins partiellement de l’enveloppe et qui est vissée autour de l’axe dans l’écrou, tout en étant bloquée en translation selon l’axe par rapport à l’enveloppe.
-L’organe d’entraînement thermomécanique comporte un premier ressort, qui forme la partie thermosensible et qui est interposé axialement entre l’enveloppe et le tiroir de manière à pousser le tiroir vers le siège, et un second ressort qui est interposé axialement entre l’enveloppe et le tiroir de manière à pousser le tiroir à l’opposé du siège, et les aménagements hystérétiques comprennent un alliage à mémoire de forme dans lequel est réalisé le premier ressort de manière que:
-le premier ressort génère un effort qui dépasse un effort antagoniste généré par le second ressort lorsque la température du fluide dans la chambre passe au-dessus de lapremièretempérature,et
- le second ressort génère un effort qui dépasse un effort antagoniste généré par le premier ressort lorsque la température du fluide dans la chambre passe au-dessous de la seconde température.
-Les aménagements hystérétiques comprennent des éléments de frottement mécanique, qui sont adaptés pour générer, par frottement entre le tiroir et l’enveloppe,unerésistancequi:
-s’oppose à ce que l’organe d’entraînement thermomécanique déplace le tiroir selon l’axe par rapport à l’enveloppe lorsque la température du fluide dans la chambre estcompriseentrelapremièretempératureetlasecondetempérature,
-est surmontée par l’effort appliqué au tiroir par l’organe d’entraînement thermomécanique pour entraîner le tiroir vers la position fermée lorsque la température du fluide dans la chambrepasseau-dessusdelapremièretempérature,et
- est surmontée par l’effort appliqué au tiroir par l’organe d’entraînement thermomécanique pour entraîner le tiroir vers la position ouverte lorsque la température du fluide dans la chambre passe au-dessous de la seconde température.
- Les éléments de frottement mécanique comprennent un relief rigide, qui est ménagé sur un premier composant parmi l’enveloppe et le tiroir et qui interfère axialement avec une partie souple du second composant, parmi l’enveloppe et le tiroir, pour générer ladite résistance.
-Ladite partie souple est un joint, notamment un joint d’étanchéité du tiroir.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels:
Sur les figures 1 à 6 est représenté un dispositif 1 permettant de commander l’écoulement d’un fluide, en particulier d’un liquide. Le dispositif 1 est par exemple destiné à équiper une installation sanitaire, en étant notamment installé dans un réseau d’eau.
Comme bien visible sur les figures 1 à 6, le dispositif 1 comporte, en tant que composant externe principal, une enveloppe 10 creuse. Cette enveloppe 10 présente une forme globale tubulaire, s’étendant en longueur le long et autour d’un axe X-X. Le volume interne de l’enveloppe 10 forme une chambre 11, qui, dans l’exemple considéré sur les figures, est centrée sur l’axe X-X et s’étend, suivant cet axe, entre des extrémités axiales opposées de l’enveloppe 10.
Par commodité, la suite de la description est orientée par rapport à l’enveloppe 10, dans le sens où les termes «intérieur» et «extérieur» se comprennent par rapport à la chambre 11. De même, les termes «haut» et «supérieur» désignent une direction dirigée, selon l’axe X-X, vers l’une des extrémités longitudinales de l’enveloppe 10, à savoir l’extrémité dirigée vers la partie haute des figures 1 à 6, tandis que les termes «bas» et «inférieur» désignent une direction de sens opposé.
Ainsi, entre les extrémités haute et basse de l’enveloppe 10, la chambre 11 est délimitée par la face intérieure d’une paroi tubulaire 12 de l’enveloppe 10, cette paroi tubulaire 12 étant ici centrée sur l’axe X-X.
Dans l’exemple de réalisation considéré ici, l’enveloppe 10 inclut, à son extrémité inférieure, une douille 13, qui est solidarisée fixement, par exemple par vissage, au reste de l’enveloppe 10, en le prolongeant vers le bas. Cette douille 13 constitue ainsi la partie terminale inférieure de la paroi tubulaire 12. Par ailleurs, dans l’exemple considéré aux figures, le reste de l’enveloppe 10 est monobloc, étant entendu que, en variante non représentée, cette enveloppe peut être constituée de plusieurs parties solidarisées fixement les unes aux autres, et ce par tout moyen approprié, de la même manière que la douille 13 est solidarisée fixement au reste de l’enveloppe 10. Bien entendu, en variante non représentée, la douille 13 peut être prévue monobloc avec tout ou partie du reste de l’enveloppe 10.
A l’état assemblé du dispositif 1, tel que montré sur les figures, l’enveloppe 10 est prévue pour être montée à l’intérieur d’un boîtier 2 qui est représenté de manière partielle et schématique uniquement sur la figure 1. Ce boîtier 2 est conçu pour raccorder le dispositif 1 à un réseau de fluide, par exemple un réseau d’eau dans lequel de l’eau W circule. Comme représenté schématiquement sur la figure 1, le boîtier 2 présente un passage d’admission 3 et un passage d’évacuation 4, qui sont connectés au réseau d’eau précité et par lesquels l’eau W circule, au travers du boîtier 2, entre le réseau d’eau précité et le dispositif 1. Lorsque le dispositif 1 est rapporté dans le boîtier 2, ce dispositif 1 permet de commander la circulation de l’eau W, via la chambre 11 de l’enveloppe 10, depuis le passage d’admission 3 au passage d’évacuation 4, moyennant l’alimentation du passage d’admission 3 avec de l’eau W provenant du réseau d’eau précité. En pratique, l’enveloppe 10 est montée à l’intérieur du boîtier 2 de manière étanche, avec interposition de joints d’étanchéité entre la face extérieure de l’enveloppe 10 et l’intérieur du boîtier 2.
Pour permettre à l’eau W de circuler du passage d’admission 3 au passage d’évacuation 4 via la chambre 11 de l’enveloppe 10, cette enveloppe délimite à la fois une entrée 14, qui débouche à l’extérieur de la chambre 11 dans le passage d’admission 3, et une sortie 15, qui débouche à l’extérieur de la chambre 11 dans le passage d’évacuation 4. Dans la forme de réalisation considérée sur les figures, l’entrée 14 est prévue à l’extrémité inférieure de l’enveloppe 10 et l’eau W s’y écoule de manière parallèle à l’axe X-X. L’entrée 14 forme notamment un orifice cylindrique, sensiblement centré sur l’axe X-X. La sortie 15 est, quant à elle, située dans la partie courante de l’enveloppe 10 et l’eau W s’y écoule de manière radiale à l’axe X-X. La sortie 15 est par exemple constituée d’une ou de plusieurs lumières périphériques, courant autour de l’axe X-X.
Afin d’agir sur l’écoulement de l’eau W, dans la chambre 11, de l’entrée 14 à la sortie 15, le dispositif 1 comporte un tiroir 20 qui est agencé à l’intérieur de la chambre 11 et qui y est mobile suivant l’axe X-X entre deux positions extrêmes opposées, à savoir une position fermée, qui est illustrée par les figures 1 à 4, et une position ouverte, qui est illustrée par les figures 5 et 6. Lorsque le tiroir 20 est dans la position fermée, le tiroir 20 obture la sortie 15, en étant appuyé axialement contre un siège 16 dont est pourvue fixement l’enveloppe 10. Lorsque le tiroir 20 est en position ouverte, le tiroir ouvre la sortie 15, en étant écarté axialement du siège 16. L’eau W admise dans la chambre 11 par l’entrée 14 est ainsi empêchée, par le tiroir 20, de sortir de la chambre par la sortie 15 lorsque ce tiroir est en position fermée, tandis que lorsque le tiroir 20 est en position ouverte, le tiroir laisse cette eau W admise dans la chambre 11 sortir de cette dernière par la sortie 15. En pratique, la forme de réalisation du siège 16, ainsi que celle de la partie du tiroir 20, prévue pour coopérer par appui axial avec ce siège 16 aux fins de l’obturation/ouverture de la sortie 15, ne sont pas limitatives de l’invention.
Afin d’entraîner le tiroir 20 entre les positions fermée et ouverte, le dispositif 1 comporte un organe d’entraînement thermomécanique 30 qui, ici, comporte un élément thermostatique 31 et un ressort de rappel 32.
L’élément thermostatique 31 inclut un corps 33 qui, comme indiqué de manière schématique uniquement sur la figure 1, contient une matière thermodilatable 34. Le corps 33 et la matière thermodilatable 34 forment une partie thermosensible 35 de l’élément thermostatique 31 qui, à l’état assemblé du dispositif 1, est disposée, au moins partiellement, dans la chambre 11 afin d’être sensibilisée par la chaleur de l’eau W admise dans la chambre 11.
L’élément thermostatique 31 inclut également un piston 36 qui est monté sur le corps 33 de manière mobile suivant l’axe longitudinal central du piston. A l’état assemblé du dispositif 1, le piston 36 s’étend en longueur de manière centrée sur l’axe X-X, en étant déplaçable par rapport au corps 33 suivant l’axe X-X. De plus, le piston 36 est relié à l’enveloppe 10 de manière que, en service, c’est-à-dire dans une configuration de service donnée du dispositif 1, le piston 36 occupe une position fixe par rapport à l’enveloppe 10. Dans la forme de réalisation considérée sur les figures, le piston 36 est ainsi relié à l’enveloppe 10 par un organe de réglage 40, qui sera détaillé par la suite. Dans tous les cas, dans la configuration de service précitée, une dilatation de la matière thermodilatable entraîne le déploiement du piston 36 vis-à-vis du corps 33 et, par-là, le déplacement du corps 33 vers le bas, en translation selon l’axe X-X.
Le ressort de rappel 32 est interposé axialement entre l’enveloppe 10 et le corps 33 de manière que, dans la configuration de service précitée, une contraction de la matière thermodilatable 34 entraîne l’escamotage du piston 36 vis-à-vis du corps 33 sous l’effet du ressort de rappel 32, en entraînant le corps 33 en translation selon l’axe X-X vers le haut par rapport à l’enveloppe 10. En pratique, la forme de réalisation et l’agencement du ressort de rappel 32 ne sont pas limitatifs de l’invention.
Comme bien visible sur la figure 1, l’organe de réglage 40, dont l’intérêt et la fonction apparaîtront plus loin, comporte un embout 41 contre lequel le piston 36 est appuyé axialement vers le haut, sous l’action du ressort de rappel 32. L’embout 41 commande ainsi la position du piston 36 le long de l’axe X-X par rapport à l’enveloppe 10.
L’organe de réglage 40 comporte également un écrou 42, sur lequel l’embout 41 est monté de manière coulissante suivant l’axe X-X, et un ressort de surcourse 43, qui est interposé axialement entre l’embout 41 et l’écrou 42. Dans l’exemple de réalisation considéré sur les figures, le ressort de surcourse 43 s’appuie axialement vers le bas contre l’embout 41, en particulier contre une collerette de ce dernier, tandis que le ressort de surcourse 43 s’appuie axialement vers le haut contre l’écrou 42, en particulier une paroi transversale de ce dernier. Le ressort de surcourse 43 présente une rigidité suffisamment grande pour que, à l’état assemblé du dispositif 1, le ressort de surcourse lie axialement l’embout 41 et l’écrou 42 l’un à l’autre de manière rigide tant que le déplacement axial du tiroir 20 par l’organe d’entraînement thermomécanique 30 par rapport à l’enveloppe 10 est libre. Autrement dit, tant que le tiroir 20 est déplaçable vers le bas sans interférer axialement avec l’enveloppe 10, en particulier sans buter axialement contre le siège 16, l’embout 41 et l’écrou 42 forment, sous l’action du ressort de surcourse 43, un sous-ensemble rigide, en particulier en ce qui concerne la position axiale de ce sous-ensemble par rapport à l’enveloppe 10. En revanche, dès lors que le déplacement du tiroir 20 vers le bas est empêché, typiquement par interférence axiale avec l’enveloppe 10 au niveau du siège 16, le ressort de surcourse 43 est prévu pour se déformer sous l’effet du déplacement, vers le haut, du piston 36 vis-à-vis du corps 33: par déformation du ressort de surcourse 43, l’embout 41 coulisse alors vers le haut, sans modification de la position axiale de l’écrou 42. On évite ainsi une détérioration du dispositif 1 lors d’un échauffement important de l’élément thermostatique 31, conduisant au déploiement du piston 36 sur une surcourse comparativement à la course du tiroir 20 entre ses positions fermée et ouverte.
Comme représenté sur la figure 1, l’écrou 42 est monté sur l’enveloppe 10 de manière à, à la fois, être mobile en translation suivant l’axe X-X par rapport à l’enveloppe 10 et être lié en rotation autour de l’axe X-X à l’enveloppe 10. A cet effet, la face de l’écrou 42, tournée vers la face intérieure de la paroi tubulaire 12 de l’enveloppe 10, est par exemple pourvue de nervures allongées, qui s’étendent parallèlement à l’axe X-X et qui sont reçues de manière complémentaire dans des encoches délimitées par la face intérieure de la paroi tubulaire 12.
L’organe de réglage 40 comporte également une vis 44 qui est montée vissée, autour de l’axe X-X, dans l’écrou 42, tout en étant bloqué en translation selon l’axe X-X par rapport à l’enveloppe 10, et ce par tout moyen approprié, non limitatif de l’invention. Ainsi, à l’état assemblé du dispositif 1, lorsque la vis 44 est entraînée en rotation sur elle-même autour de l’axe X-X, la vis 44 entraîne l’écrou 42 en translation axiale, et ce vers le bas ou vers le haut selon le sens d’entraînement en rotation de la vis 44. La translation de l’écrou provoque l’entraînement translatif correspondant de l’embout 41 et, par-là, du piston 36, par rapport à l’enveloppe 10. Comme bien visible sur la figure 1, la vis 44 émerge au moins partiellement de l’enveloppe 10, en s’étendant, suivant l’axe X-X, de l’intérieur jusqu’à l’extérieur de l’enveloppe 10. La vis 44 inclut ainsi une partie terminale supérieure, qui est agencée à l’extérieur de l’enveloppe 10 et qui est prévue pour être liée en rotation autour de l’axe X-X à une manette de manœuvre, non représentée sur les figures. La vis 44 peut ainsi être entraînée en rotation autour de l’axe X-X, depuis l’extérieur de l’enveloppe 10, par un utilisateur sollicitant la manette de manœuvre précitée.
On va maintenant décrire en détail comment le tiroir 20 et le corps 33 de l’élément thermostatique 31 sont reliés mécaniquement l’un à l’autre. Comme bien visible sur la figure 1, un moyeu 20.1 du tiroir 20 est monté sur le corps 33, en coopérant avec une partie courante 33.1 de ce corps 33, qui s’étend suivant l’axe X-X et qui forme, à ses extrémités axiales opposées, une butée haute 33.2 et une butée basse 33.3. Le moyeu 20.1 du tiroir 20 est monté de manière librement mobile selon l’axe X-X sur la partie courante 33.1 du corps 33, entre les butées haute 33.2 et basse 33.3. La partie courante 33.1 est par exemple reçue dans un alésage central du moyeu 20.1 de manière librement coulissante selon une liaison glissière ou une liaison pivot glissant. De plus, l’écartement axial entre les butées haute 33.2 et basse 33.3 est prévu supérieur à la dimension axiale du moyeu 20.1. Les formes de réalisation respectives de la butée haute 33.2 et de la butée basse 33.3 ne sont pas limitatives de l’invention: dans l’exemple de réalisation considéré ici, la butée haute 33.2 est formée par une pièce d’arrêt 37, telle qu’un circlips, un écrou, etc., rapportée fixement sur le corps 33, tandis que la butée basse 33.3 est formée par un épaulement 38 intégré à une structure étagée du corps 33. Quelles que soient les formes de réalisation du tiroir 20 et du corps 33, leur agencement relatif est prévu pour que, à l’état assemblé du dispositif 1, le tiroir 20 est en appui axial contre la butée haute 33.2 lorsque la température de l’eau W dans la chambre 11 est supérieure à une première température prédéterminée, appelée température T1 par la suite, et le tiroir 20 est en appui axial contre la butée basse 33.3 lorsque la température de l’eau W dans la chambre 11 est inférieure à une seconde température prédéterminée, qui est appelée température T2 par la suite et qui est inférieure à la température T1, typiquement de plusieurs degrés, notamment au moins 4°C. Lorsque la température de l’eau W dans la chambre 11 est comprise entre les températures T1 et T2, le tiroir 20 est librement déplaçable selon l’axe X-X par rapport au corps 33, entre les butées haute 33.2 et basse 33.3, autrement dit le long de la partie courante 33.1 du corps 33. En d’autres termes, lorsque la température de l’eau W dans la chambre 11 est soit supérieure à la température T1, soit inférieure à la température T2, le tiroir 20 et le corps 11 sont liés en déplacement selon l’axe X-X l’un avec l’autre, du fait de la coopération en appui axial entre le tiroir 20 et les butées haute 33.2 et basse 33.3, tandis que, lorsque la température de l’eau W dans la chambre 11 est comprise entre les températures T1 et T2, le tiroir 20 et le corps 33 sont découplés l’un de l’autre selon l’axe X-X, par libre débattement relatif dans un jeu axial J qui est formé entre le tiroir et le corps, l’étendue axiale de ce jeu J étant égale à la différence entre l’écartement axial entre les butées haute 33.2 et basse 33.3 et la dimension axiale du moyeu 20.1.
D’autres caractéristiques du dispositif 1 apparaîtront ci-après dans le cadre de la description du fonctionnement de ce dispositif, illustré dans différents états par les figures 1 à 6 respectivement.
Sur la figure 1, la température de l’eau W admise dans la chambre 11 par le passage d’admission 3 et l’entrée 14 est supérieure à la température T1. Le tiroir 20 est lié en déplacement selon l’axe X-X avec le corps 33 de l’élément thermostatique 31, du fait de l’appui axial du tiroir contre la butée haute 33.2, comme détaillé plus haut, tandis que, dans le même temps, le piston 36 de l’élément thermostatique est tellement déployé vis-à-vis du corps 33 que, d’une part, le corps 33 appuie le tiroir 20 axialement contre le siège 16, ce qui revient à dire que le tiroir est maintenu fermement en position fermée, et, d’autre part, le piston 36 appuie l’embout 41 axialement contre le ressort de surcourse 43 en déformant ce dernier de manière à accommoder la surcourse du piston.
Le dispositif 1 passe de l’état de fonctionnement de la figure 1 à celui de la figure 2 lorsque la température de l’eau W diminue jusqu’à être égale à la température T1. Comparativement à l’état de fonctionnement de la figure 1, le tiroir 20 occupe, dans l’état de fonctionnement de la figure 2, la même position axiale vis-à-vis de l’enveloppe 10, ce qui revient à dire que le tiroir 20 reste dans la position fermée, ainsi que la même position vis-à-vis du corps 33 de l’élément thermostatique 1, ce qui revient à dire que le moyeu 20.1 du tiroir 20 reste en contact avec la butée haute 33.2 du corps 33. En revanche, comparativement à l’état de fonctionnement de la figure 1, le piston 33 de l’élément thermostatique 31 est, dans l’état de fonctionnement de la figure 2, moins déployé vis-à-vis du corps 33, de manière que le ressort de surcourse 43 n’est plus déformé et lie axialement l’embout 41 et l’écrou 42 de manière rigide, en fixant ainsi la position axiale du piston 36 par rapport à l’enveloppe 10.
Le dispositif 1 passe de l’état de fonctionnement de la figure 2 à celui de la figure 3 lorsque la température de l’eau W continue de diminuer, en passant de la température T1 à une température comprise entre les températures T1 et T2. Le piston 36 de l’élément thermostatique 31 s’escamote vis-à-vis du corps 33, ce qui induit le déplacement du corps 33 selon l’axe X-X vers le haut, sous l’effet du ressort de rappel 32. La butée haute 33.2 du corps 33 s’écarte alors axialement du moyeu 20.1 du tiroir 20, comme bien visible sur la figure 3. Le tiroir 20 reste, quant à lui, en position fixe le long de l’axe X-X par rapport à l’enveloppe 10, du fait, d’une part, du libre débattement axial entre le moyeu 20.1 du tiroir 20 et la partie courante 33.1 du corps 33 et, d’autre part, de l’absence d’efforts axiaux appliqués sur le tiroir 20, notamment par le corps 33. En pratique, des frottements entre la face extérieure du tiroir 20 et la face intérieure de la paroi tubulaire 12 contribuent à immobiliser axialement le tiroir 20: dans l’exemple de réalisation considéré sur les figures, ces frottements sont notamment générés par un joint d’étanchéité 21 qui est interposé radialement entre la face extérieure du tiroir 20 et la face intérieure de la paroi tubulaire 12. Dans tous les cas, comme bien visible par comparaison entre les figures 2 et 3, le tiroir 20 reste dans la position fermée.
Le dispositif 1 passe de l’état de fonctionnement de la figure 3 à celui de la figure 4 lorsque la température de l’eau W diminue encore, jusqu’à être égale à la température T2. Dans cet état de fonctionnement de la figure 4, le piston 36 s’est escamoté davantage vis-à-vis du corps 33 tandis que ce dernier a été déplacé axialement vers le haut jusqu’à mettre en contact axial la butée basse 33.3 avec le moyeu 20.1 du tiroir 20. Comparativement à l’état de fonctionnement de la figure 3, le tiroir 20 reste en position fermée dans la configuration de fonctionnement de la figure 4, pour les mêmes raisons que celles exposées ci-dessus en lien avec la figure 3. Le piston 36 s’escamote davantage vis-à-vis du corps 3.
Le dispositif 1 passe de l’état de fonctionnement de la figure 4 à celui de la figure 5 lorsque la température de l’eau W continue encore de diminuer, en passant au-dessous de la température T2. Comparativement à l’état de fonctionnement de la figure 4, le piston 36 est, dans la configuration de fonctionnement de la figure 5, encore davantage escamoté vis-à-vis du corps 33 et le corps 33 est amené encore davantage plus haut, sous l’effet du ressort de rappel 32. A la différence de l’évolution entre les figures 2 à 4, le déplacement axial vers le haut du corps 33 entre l’état de fonctionnement de la figure 4 et l’état de fonctionnement de la figure 5 entraîne de manière correspondante le déplacement axial vers le haut du tiroir 20, du fait de l’appui axial du moyeu 20.1 de ce tiroir contre la butée basse 33.3 du corps 33. Ainsi, comme bien visible sur la figure 5, le tiroir passe dans la position ouverte. L’eau W présente dans la chambre 11 peut alors sortir de cette chambre par la sortie 15 et s’écouler dans le passage d’évacuation 4.
Le dispositif 1 passe de l’état de fonctionnement de la figure 5 à celui de la figure 6 lorsque la température de l’eau W admise dans la chambre 11 augmente, en repassant au-dessus de la température T2 jusqu’à atteindre une température comprise entre les températures T1 et T2. Comparativement à l’état de fonctionnement de la figure 5, le piston 36 se déploie vis-à-vis du corps 33, ce qui repousse vers le bas le corps 33 par rapport à l’enveloppe 10, en comprimant le ressort de rappel 32. La butée basse 33.3 du corps 33 s’écarte axialement du moyeu 20.1 du tiroir 20, du fait, d’une part, de l’entraînement vers le bas du corps 33 et, d’autre part, du maintien en position, selon l’axe X-X, du tiroir 20 par rapport à l’enveloppe 10, ce maintien en position résultant de l’absence d’efforts axiaux appliqués au tiroir 20, notamment par le corps 33. Là encore, le maintien en position du tiroir 20 par rapport à l’enveloppe 10 est avantageusement renforcé par les frottements à l’interface entre la face extérieure du tiroir 20 et la face intérieure de la paroi tubulaire 12, notamment au niveau du joint d’étanchéité 21. Dans tous les cas, le tiroir 20 reste ainsi en position ouverte, comme bien visible sur la figure 6.
Le dispositif 1 passe de l’état de fonctionnement de la figure 6 à celui de la figure 1 lorsque la température de l’eau W dans la chambre 11 continue d’augmenter, jusqu’à passer au-dessus de la température T1. Plus précisément, lorsque, à partir de l’état de fonctionnement de la figure 6, la température de l’eau W dans la chambre 11 augmente jusqu’à atteindre la température T1, le piston 36 se déploie davantage vis-à-vis du corps 33, en déplaçant vers le bas le corps 33 par rapport à l’enveloppe 10, jusqu’à amener la butée haute 33.2 du corps 33 en contact axial avec le moyeu 20.1 du tiroir 20. Lorsque la température de l’eau W dans la chambre 11 passe au-dessus de la température T1, le déplacement vers le bas du corps 33 est transmis au tiroir 20 en raison de l’appui axial du moyeu 20.1 du tiroir contre la butée haute 33.2 du corps 33. Le tiroir 20 passe alors de la position ouverte à la position fermée. Le cas échéant, si la température de l’eau W continue à augmenter alors que le tiroir 20 est en position fermée, le dispositif 1 passe de l’état de fonctionnement de la figure 2 à l’état de fonctionnement de la figure 1.
Ainsi, l’élément thermostatique 31 et le ressort de rappel 32 permettent d’entraîner le tiroir 20 entre les positions fermée et ouvert en fonction de la température de l’eau W dans la chambre 11, sans toutefois que le tiroir ne passe de l’une à l’autre de ces positions fermée et ouverte pour une même température de cette eau W en raison des aménagements du tiroir 20 et du corps 33 de l’élément thermostatique 31, qui ont trait au moyeu 20.1 et à la partie courante 33.1. Ces aménagements relatifs au moyeu 20.1 du tiroir 20 et à la partie courante 33.1 du corps 33 correspondent ainsi à des aménagements hystérétiques, qui, tout en étant intégrés au tiroir 20 et au corps 33, apportent de l’hystérésis au fonctionnement du dispositif 1, dans le sens où, d’une part, le tiroir 20 est entraîné par l’organe d’entraînement thermomécanique 30 pour passer de la position ouverte à la position fermée lorsque la température de l’eau W dans la chambre 11 augmente jusqu’à passer au-dessus de la température T1 et, d’autre part, le tiroir 20 est entraîné par l’organe d’entraînement thermomécanique 30 pour passer de la positon fermée à la position ouverte lorsque la température de l’eau W dans la chambre 11 diminue jusqu’à passer au-dessous de la température T2. Dès lors, le dispositif 1 peut être utilisé dans un circuit d’eau chaude afin de remplacer les dispositifs existants, qui sont décrits dans la partie introductive du présent document et qui permettent, au niveau d’un point de puisage, que l’eau sortant de ce point de puisage soit «toujours chaude», c’est-à-dire soit quasi instantanément à une température toujours supérieure à la température T2. Dans ce contexte, la température T1 et la température T2 peuvent par exemple valoir respectivement 40°C et 32°C.
En tenant des explications qui précèdent, on comprend que l’écart entre les températures T1 et T2 est défini par le jeu axial J défini entre le tiroir 20 et le corps 33, rapporté à la courbe de dilatation de l’élément thermostatique 31. Par conséquent, l’écart entre les températures T1 et T2 peut être facilement fixé lors de la conception du dispositif 1, en jouant sur l’étendue du jeu axial J et/ou sur les caractéristiques de la courbe de dilatation de l’élément thermostatique 31.
Par ailleurs, la valeur des températures T1 et T2 est directement liée à la position du piston 36 le long de l’axe X-X par rapport à l’enveloppe 10, dans le sens où, indépendamment de la température de l’eau W dans la chambre 11, la position axiale du tiroir 20 par rapport au siège 16 est modifiée en changeant la position axiale du piston par rapport à l’enveloppe. Dans la mesure où la position axiale du piston 36 le long de l’axe X-X par rapport à l’enveloppe 10 est commandée par l’organe de réglage 40 comme expliqué plus haut, on comprend que cet organe de réglage 40 permet, à l’état assemblé du dispositif 1, de régler la valeur des températures T1 et T2. En pratique, ce réglage peut être opéré par l’utilisateur alors que le dispositif 1 est en service: dans ce cas, l’utilisateur sollicite la partie terminale supérieure de la vis 44, à l’extérieur de l’enveloppe 10, comme expliqué plus haut.
Dans le prolongement des considérations qui précèdent, on notera que l’enveloppe 10, le tiroir 20, l’organe d’entraînement thermomécanique 30 et l’organe de réglage 40 sont avantageusement assemblés en formant conjointement une cartouche qui, d’un seul tenant, est à même d’être rapportée dans le boîtier 2. Cet aspect du dispositif 1 en renforce la praticité. De plus, cette cartouche du dispositif 1 s’apparente structurellement à une cartouche thermostatique de mélange, qui est couramment employée dans les robinets thermostatiques et qui permet de délivrer une eau mitigée par mélange d’eau froide et d’eau chaude alimentant cette cartouche. Toutefois, la cartouche du dispositif 1 se différencie substantiellement d’une telle cartouche thermostatique de mélange, par les aménagements hystérétiques précités, étant remarqué que de tels aménagements hystérétiques sont à proscrire pour une cartouche thermostatique de mélange puisqu’ils rendraient cette dernière inutilisable à des fins de régulation thermostatique. De plus, le sens de circulation de l’eau dans la cartouche du dispositif 1 est, en quelque sorte, inversé par rapport à celui dans une cartouche thermostatique de mélange: en effet, d’une part, l’eau W entre dans la chambre 11 de la cartouche du dispositif 1 par ce qui correspond à la sortie d’eau mitigée pour la cartouche thermostatique de mélange et, d’autre part, l’eau W sort de la chambre 11 par ce qui correspond à l’entrée d’eau chaude pour la cartouche thermostatique de mélange. Quoi qu’il en soit, une partie de la cartouche du dispositif 1 peut avantageusement être fabriquée à partir des composants d’une cartouche thermostatique de mélange, ce qui permet d’en réduire le coût de conception et de fabrication. D’ailleurs, on notera que si l’enveloppe 10 du dispositif 1 est un composant issu d’une cartouche thermostatique de mélange, l’enveloppe 10 inclut alors nécessairement une entrée d’eau froide, qui n’a pas d’intérêt pour la cartouche du dispositif 1 et qui est à obturer en permanence au sein du dispositif 1 pour éviter une fuite de l’eau W lorsque le tiroir 20 est en position fermée, cette obturation pouvant notamment être réalisée par le boîtier 2.
Sur la figure 7 est représentée une variante du dispositif 1, qui est référencée 1’ et dans laquelle la forme du jeu axial entre le tiroir et le corps de l’élément thermostatique est inversée. Plus précisément, le dispositif 1’ est identique au dispositif 1, si ce n’est que, d’une part, le corps de son élément thermostatique, qui est référencé 33’, est dépourvu de la partie courante 33.1 au profit d’une collerette périphérique extérieure 33.1’, et son tiroir, qui est référencé 20’, forme un logement 20.1’ dans lequel la collerette 33.1’ est reçue. A ses extrémités axiales opposées, le logement 20’ est fermé par une butée basse 20.2’ et une butée haute 20.3’. La collerette 33.1’ vient en appui contre la butée basse 20.2’ lorsque la température de l’eau W dans la chambre 11 est supérieure à la température T1, tandis que cette collerette vient en appui axial contre la butée haute 20.3’ lorsque la température de cette eau est inférieure à la température T2. Lorsque la température de l’eau W dans la chambre 11 est comprise entre les températures T1 et T2, la collerette 33.1’ et, par-là, tout le corps 33’ est librement mobile selon l’axe X-X par rapport au tiroir 20’ entre les butées 20.2’ et 20.3’. Dans l’exemple de réalisation considéré sur la figure 7, la butée basse 20.2’ est formée par un épaulement 21’ du moyeu du tiroir 20’ et la butée haute 20.3’ est formée par une pièce d’arrêt 22’ rapportée fixement sur le moyeu du tiroir 20’.
Dans tous les cas, le logement 20.1’ et la collerette 33.1’ sont, conjointement, similaires fonctionnellement à la partie courante 33.1 et au moyeu 20.1 du dispositif 1, tout en ayant une structure inverse, et correspondent ainsi à des aménagements hystérétiques, qui sont intégrés au tiroir 20’ et au corps 33’ et qui confèrent au dispositif 1’ le même fonctionnement que le dispositif 1.
Les aménagements hystérétiques du dispositif 1, qui ont été détaillés plus haut, et les aménagements hystérétiques du dispositif 1’, qui viennent d’être décrits, illustrent la multitude des formes de réalisation que peuvent prendre des éléments de liaison mécanique, qui, d’une part, lient en déplacement selon l’axe X-X le tiroir 20 ou 20’ et le corps 33 ou 33’ l’un à l’autre lorsque la température de l’eau W dans la chambre 11 est supérieure à la température T1 et lorsque cette température est inférieure à la température T2, et qui, d’autre part, ménage entre le tiroir 20 ou 20’ et le corps 33 ou 33’ un jeu axial qui découple le tiroir et le corps selon l’axe X-X lorsque la température de l’eau W dans la chambre 11 est comprise entre les températures T1 et T2.
Sur les figures 8 et 9 est représenté un mode de réalisation alternatif au dispositif 1, sous forme d’un dispositif 101. Le dispositif 101 permet, comme le dispositif 1, de commander un écoulement du fluide et d’être rapporté dans le boîtier 2 pour commander la circulation de l’eau W, au travers du dispositif 101, depuis le passage d’admission 3 au passage d’évacuation 4.
Le dispositif 101 comporte une enveloppe 110, un tiroir 120, un organe d’entraînement thermomécanique 130 et un organe de réglage 140, qui sont respectivement identiques à l’enveloppe 10, au tiroir 20, à l’organe d’entraînement thermomécanique 30 et à l’organe de réglage 40 du dispositif 1, hormis pour les différences détaillées ci-après.
D’une part, le tiroir 120 et le corps 133 de l’élément thermostatique 131 de l’organe d’entraînement thermomécanique 130 sont solidarisés fixement l’un à l’autre. Autrement dit, à la différence du dispositif 1, le tiroir 120 et le corps 133 de l’élément thermostatique 131 du dispositif 101 sont dépourvus d’éléments de liaison mécanique qui induisent de l’hystérésis.
D’autre part, l’enveloppe 110 est pourvue, sur la face intérieure de sa paroi tubulaire 112, d’un relief rigide 117 conçu pour interférer, selon l’axe X-X, avec un joint 121 du tiroir 120. Le joint 121 est porté par la face extérieure du tiroir 120 et est ici prévu pour étancher l’interface entre cette face extérieure du tiroir et la face intérieure de la paroi tubulaire 112 de l’enveloppe 110. Dans l’exemple de réalisation considéré sur les figures 8 et 9, le relief 117 est réalisé sous forme d’une dent saillante, qui court sur tout ou partie de la périphérie intérieure de la paroi tubulaire 112 et qui interfère axialement avec le joint 121 en pénétrant transversalement dans ce dernier et, par-là, en déformant par écrasement le joint 121. Plutôt que d’être un relief saillant, le relief 117 peut, en variante non représentée, être un relief en creux, tel qu’une gorge, qui court sur tout ou partie de la périphérie intérieure de la paroi transversale 112 et qui interfère axialement avec le joint 121 en se laissant pénétrer transversalement par une partie du joint et, par-là, en retenant ce joint par coincement. Quelle que soit la forme de réalisation du relief 117 de l’enveloppe 110, l’interférence axiale entre ce relief et le joint 121 du tiroir 120 génère, par frottement mécanique, une résistance qui s’oppose au déplacement du tiroir selon l’axe X-X par rapport à l’enveloppe. A l’état assemblé du dispositif 101, l’enveloppe 110 et le tiroir 120 sont ainsi prévus, de par le dimensionnement du relief 117 et du joint 121, pour générer, par frottement mécanique entre eux, une résistance telle que:
-lorsque la température de l’eau W dans la chambre 111 de l’enveloppe 110 est comprise entre les températures T1 et T2, la résistance précitée s’oppose à ce que l’organe d’entraînement thermomécanique 130 déplace le tiroir 120 selon l’axe X-X par rapport à l’enveloppe 110,
-lorsque la température de l’eau W dans la chambre 111 passe au-dessus de la température T1, la résistance précitée est surmontée par l’effort appliqué au tiroir 120 par l’organe d’entraînement thermomécanique 130 pour entrainer le tiroir vers sa position fermée, illustrée à la figure 8, et
-lorsque la température de l’eau W dans la chambre 11 passe au-dessous de la température T2, la résistance précitée est surmontée par l’effort qui est appliqué au tiroir 120 par l’organe d’entraînement thermomécanique 130 pour entraîner le tiroir vers sa position ouverte, illustrée à la figure 9.
Ainsi, on comprend que le dispositif 101 comprend des aménagements hystérétiques, qui ont la même finalité que ceux décrits pour le dispositif 1, mais qui sont intégrés à l’enveloppe 110 et au tiroir 120 et qui consistent en des éléments de frottement mécanique, tels que le relief 117 et le joint 121, à même de générer, par interférence axiale, la résistance précitée.
En pratique, en jouant sur la forme et la dimension de ces éléments de frottement mécanique lors de la conception du dispositif 101, on peut avantageusement fixer l’écart entre les températures T1 et T2. Ainsi, dans l’exemple des figures 8 et 9, la dent formée par le relief 117 peut présenter des pentes supérieure et inférieure qui sont différentes l’une de l’autre, de manière que la valeur de la résistance générée par frottement soit moindre dans un sens axial que dans le sens axial opposé.
En ce qui concerne la valeur des températures T1 et T2, elle est réglable, en service, grâce à l’organe de réglage 140, suivant des considérations similaires à celles exposées pour l’organe de réglage 40 du dispositif 1.
A titre de variante non représentée du dispositif 101, la partie du tiroir 120, qui interfère axialement avec le relief 117 de l’enveloppe 110, peut être formée par un élément souple distinct du joint 121, c’est-à-dire, plus généralement, un élément souple qui n’assure pas de fonction d’étanchéité.
Par ailleurs, également à titre de variante non représentée du dispositif 101, la structure des éléments de frottement mécanique peut être inversée, dans le sens où, plutôt que le relief rigide de ces éléments de frottement mécanique soit ménagé sur l’enveloppe 110 et la partie souple de ces éléments de frottement mécanique soit prévue sur le tiroir 120, comme dans l’exemple des figures 8 et 9, le relief rigide peut être ménagé sur le tiroir tandis que la partie souple peut être prévue sur l’enveloppe.
Sur la figure 10 est représenté un mode de réalisation alternatif au dispositif 1 et 101, sous forme d’un dispositif 201. Ce dispositif 201 permet, comme les dispositifs 1 et 101, de commander un écoulement de fluide et est prévu pour être rapporté dans un boîtier de raccordement à un réseau de fluide, similaire au boîtier 2 décrit plus haut, afin de commander la circulation de l’eau W, au travers du dispositif 101, depuis un passage d’admission de ce boîtier à un passage d’évacuation de ce boîtier.
Le dispositif 201 comporte une enveloppe 210, qui est fonctionnellement similaire aux enveloppes 10 et 110 et qui présente notamment une chambre 211, une entrée 214 et une sortie 215 qui sont respectivement similaires à l’enveloppe 11, à l’entrée 14 et à la sortie 15. L’enveloppe 210 est structurellement similaire aux enveloppes 10 et 110, hormis la position axiale de sa sortie 215, pour des raisons qui apparaîtront ci-après.
Le dispositif 201 comprend un tiroir 220 qui, comme le tiroir 20 ou 120, est déplaçable selon l’axe X-X dans la chambre 211 entre une position fermée, dans laquelle le tiroir 220 obture la sortie 215, et une position ouverte, qui est illustrée sur la figure 10 et dans laquelle le tiroir 220 ouvre la sortie 215. A la différence des dispositifs 1 et 101, le tiroir 220 passe de sa position fermée à sa position ouverte en se déplaçant vers le bas. Il en résulte que l’appui axial du tiroir 220 en position fermée est réalisé sur un siège 216 de l’enveloppe 210, qui est situé à une position axiale différente de celle du siège 16 de l’enveloppe 10. Bien entendu, comparativement au passage d’évacuation 4 du boîtier 2 décrit plus haut, le passage d’évacuation du boîtier dans lequel le dispositif 201 est destiné à être installé est adapté en conséquence.
Le dispositif 201 comporte également un organe d’entraînement thermomécanique 230 qui, comme les organes d’entraînement thermomécanique 30 et 130, permet d’entraîner le tiroir 220 entre les positions fermée et ouverte en fonction de la température de l’eau W dans la chambre 211. L’organe d’entraînement thermomécanique 230 comporte deux ressorts qui agissent de façon antagoniste sur le tiroir 220, à savoir un ressort 231, qui est interposéégalement entre l’enveloppe 210 et le tiroir 220 de manière à pousser le tiroir vers le siège 216, et un ressort 232, qui est interposé axialement entre l’enveloppe 210 et le tiroir 220 de manière à pousser le tiroir à l’opposé du siège 216. Dans la forme de réalisation considérée sur la figure 10, le ressort 231 est appuyé directement sur l’enveloppe 210 et sur le tiroir 220, tandis que le ressort 232 n’est pas appuyé directement ni contre l’enveloppe, nicontre le tiroir, mais coopère avec un organe de réglage 240, qui sera détaillé plus loin et qui, dans une configuration de service donnée, fixe la position axiale du ressort 232 par rapport à l’enveloppe 210 et transmet rigidement les efforts de ce ressort au tiroir 220 et à l’enveloppe 210.
Afin d’apporter de l’hystérésis au dispositif 201, le ressort 231 est réalisé dans un alliage à mémoire de forme. De tels alliages à mémoire de forme sont connus dans la technique: ils sont par exemple à base de nickel et de titane et, dans tous les cas, présentent des caractéristiques mécaniques, notamment des caractéristiques d’élasticité, qui sont sensibles à la température. Le ressort 231 forme ainsi une partie thermosensible 235 pour l’organe d’entraînement thermomécanique 230. De plus, ce ressort 231 est prévu, de par son alliage à mémoire de forme et son dimensionnement, pour que:
-lorsque la température de l’eau W dans la chambre 211 passe au-dessus de la température T1, le ressort 231 génère un effort qui dépasse un effort antagoniste qui est généré par le ressort 231, et
-lorsque la température de l’eau W dans la chambre 211 passe au-dessous de la température T2, le ressort 231 génère un effort qui dépasse un effort antagoniste qui est généré par le ressort 232.
Il en résulte que, lorsque la température de l’eau W dans la chambre 211 est supérieure à la température T1, le tiroir 220 est en position fermée, du fait de l’action prépondérante du ressort 231 vis-à-vis de celle du ressort 232. Si la température de l’eau W dans la chambre 211 diminue ensuite jusqu’à une valeur comprise entre les températures T1 et T2, le tiroir 220 reste en position fermée, du fait du maintien de l’action prépondérante du ressort 231. Si la température de l’eau W continue de diminuer jusqu’à passer au-dessous de la température T2, l’alliage à mémoire de forme change de phases cristallographiques, de sorte que l’effort généré par le ressort 231 est alors supplanté par l’effort généré par le ressort 232 qui, de ce fait, déplace le tiroir 220 de sa position fermée à sa position ouverte. Si la température de l’eau W dans la chambre 211 augmente ensuite jusqu’à une valeur comprise entre les températures T1 et T2, le tiroir 220 reste en position ouverte du fait de l’action prépondérante du ressort 232 par rapport à celle du ressort 231, la phase cristallographique de ce dernier restant inchangée du fait de l’hystérésis pour le changement de phases cristallographiques de l’alliage à mémoire de forme. Si la température de l’eau W continue d’augmenter jusqu’à passer au-dessus de la température T1, la phase cristallographique de l’alliage à mémoire de forme change, si bien que l’effort généré par le ressort 231 supplante alors l’effort antagoniste généré par le ressort 232, ce qui déplace le tiroir 220 de la position ouverte à la position fermée.
Le dispositif 201 comprend ainsi des aménagements hystérétiques, qui ont la même fonction que ceux décrits pour les dispositifs 1 et 101, mais qui sont intégrés à l’organe d’entraînement thermomécanique 230 et qui consistent en l’alliage à mémoire de forme dans lequel est réalisé le ressort 231.
L’organe de réglage 240 permet de régler la valeur des températures T1 et T2 en modifiant la position du ressort 232 le long de l’axe X-X par rapport à l’enveloppe 210. A cet effet, dans l’exemple de réalisation considéré sur la figure 10, l’organe de réglage 240 comporte une vis 244 et un écrou 242, qui sont fonctionnellement, voire structurellement, similaires à la vis 44 et à l’écrou 42 du dispositif 1. L’organe de réglage 240 comporte également un embout 241, qui, comme l’embout 41, est monté de manière coulissante suivant l’axe X-X sur l’écrou 242, mais qui est appuyé axialement vers le bas directement contre le tiroir 220, sous l’effet du ressort 232 qui est interposé axialement entre l’embout et l’écrou, en s’appuyant contre ces derniers de manière à les lierl’un à l’autre suivant l’axe. En entraînant la vis 244 en rotation autour de l’axe X-X par rapport à l’enveloppe 210, notamment par sollicitation d’une partie de cette vis, s’étendant à l’extérieur de l’enveloppe 210, on modifie la position axiale de l’écrou 242 et, par-là, la position axiale de l’embout 241 et du ressort 232, ce qui agit directement sur le tiroir 220 de manière correspondante.
Par ailleurs, l’écart entre les températures T1 et T2 peut être fixé lors de la conception du dispositif 201, en jouant sur la composition de l’alliage à mémoire de forme et le dimensionnement du ressort 231.
Diverses options et variantes aux dispositifs 1, 1’, 101 et 201 sont par ailleurs envisageables:
-afin de renforcer l’étanchéité de l’appui axial entre le tiroir 20, 20’, 120 ou 220 et l’enveloppe 10, 110 ou 210 lorsque le tiroir est en position fermée, le siège 16 ou 216 peut être réalisé en un matériau souple, tel qu’un revêtement élastomère; et/ou
-les différents modes et variantes de réalisation décrits jusqu’ici peuvent être au moins partiellement combinés entre eux pour donner de nouvelles formes de réalisation; en particulier, les éléments de frottement mécanique décrits en lien avec les figures 8 et 9, tels que le relief 117 et le joint 121, peuvent être combinés aux aménagements hystérétiques des autres modes de réalisation, en apportant ainsi une hystérésis supplémentaire.
Claims (10)
- Dispositif (1; 1’; 101, 201) de commande de l’écoulement d’un fluide, comportant:
-une enveloppe (10; 110; 210), qui définit un axe (X-X) et qui délimite une chambre (11; 111; 211) dans laquelle le fluide circule entre une entrée (14; 214) et une sortie (15; 215) del’enveloppe,
-untiroir(20;20’;120;220)quiestmobiledanslachambresuivantl’axeentre:
-une position fermée, dans laquelle le tiroir est appuyé axialement contre un siège (16; 216) fixe de l’enveloppe de manière à empêcher le fluide, admis dans la chambre par l’entrée,desortirdelachambreparlasortie,et
-une position ouverte, dans laquelle le tiroir est écarté axialement du siège de manière à laisser le fluide, admis dans la chambre par l’entrée, sortir de la chambre par la sortie,
-un organe d’entraînement thermomécanique (30; 130; 230), dont une partie thermosensible (35; 235) est disposée dans la chambre et qui est adapté pour entraîner le tiroir entre les positions fermée et ouverte en fonction de la température du fluide dans lachambre,et
-des aménagements hystérétiques (20.1, 33.1; 20.1’, 33.1’; 117, 121; 231), qui sont intégrés à au moins l’un de l’enveloppe, du tiroir et de l’organe d’entraînement thermomécanique et qui définissent une première température, ainsi qu’une seconde température qui est inférieure à la première température, les aménagements hystérétiquesétantconçuspourque:
-l’organe d’entraînement thermomécanique entraîne le tiroir de la position ouverte à la position fermée lorsque la température du fluide dans la chambre passe au-dessus de la premièretempérature,et
-l’organe d’entraînement thermomécanique entraîne le tiroir de la position fermée à la position ouverte lorsque la température du fluide dans la chambre passe au-dessous de la seconde température. - Dispositif suivant la revendication 1, dans lequel le dispositif (1; 1’; 101; 201) comporte en outre un organe de réglage (40; 140; 240), adapté pour régler la valeur des première et seconde températures en modifiant la position d’au moins une partie de l’organe d’entraînement thermomécanique (30; 130; 230) le long de l’axe (X-X) par rapport à l’enveloppe (10; 110; 210).
- Dispositif suivant la revendication 2, dans lequel l’enveloppe (10; 110; 210), le tiroir (20; 20’; 120; 220), l’organe d’entraînement thermomécanique (30; 130; 230) et l’organe de réglage (40; 140; 240) forment conjointement une cartouche qui est adaptée pour être rapportée d’un seul tenant dans un boîtier (2) de raccordement à un réseau de fluide.
- Dispositif suivant l’une quelconque des revendications précédentes,
danslequell’organed’entraînementthermomécanique(30)comporte:
- un élément thermostatique (31), qui inclut à la fois un piston (36), qui est relié à l’enveloppe (10) de manière que, dans une configuration de service du dispositif (1), le piston occupe une position fixe selon l’axe (X-X) par rapport à l’enveloppe, et un corps (33; 33’), qui contient une matière thermodilatable (34) et qui, avec cette matière thermodilatable, forme la partie thermosensible (35), le piston étant monté mobile suivant l’axe (X-X) sur le corps de manière que le piston se déploie vis-à-vis du corps lors d’une dilatation de la matière thermodilatable,et
- un ressort de rappel (32), qui est interposé axialement entre l’enveloppe et le corps de manière à escamoter le piston vis-à-vis du corps lors d’une contraction de la matière thermodilatable,et
dans lequel les aménagements hystérétiques comprennent des éléments de liaison mécanique(20.1,33.1;20.1’,33.1’),quisontadaptéspour:
-lier en déplacement selon l’axe (X-X) le tiroir (20) et le corps l’un à l’autre lorsque la température du fluide dans la chambre (11) est supérieure à la première température et lorsque la température du fluide dans la chambre est inférieure à la seconde température,et
- ménager entre le tiroir et le corps un jeu axial (J) qui découple le tiroir et le corps selon l’axe lorsque la température du fluide dans la chambre est comprise entre la première température et la seconde température. - Dispositif suivant la revendication 4, dans lequel les éléments de liaison mécanique (20.1, 33.1; 20.1’, 33.1’) comportent une première butée (33.2; 20.2’) et une seconde butée (33.3; 20.3’), qui sont ménagées sur un premier composant parmi le tiroir (20)etlecorps(33;33’),etquisontaxialementdistantesl’unedel’autre,et
danslequellesecondcomposant,parmiletiroiretlecorps,est:
-en appui axial contre la première butée lorsque la température du fluide dans la chambre (11)estsupérieureàlapremièretempérature,
-en appui axial contre la seconde butée lorsque la température du fluide dans la chambre estinférieureàlasecondetempérature,et
-librement mobile selon l’axe (X-X), par rapport audit premier composant, entre les première et seconde butées lorsque la température du fluide dans la chambre est comprise entre la première température et la seconde température. - Dispositif suivant l’une des revendications 4 ou 5, prise en combinaison avec la revendication 2 ou la revendication 3, dans lequel l’organe de réglage (40) comprend:
-un embout (41), contre lequel le piston (36) est appuyé axialement sous l’action du ressort derappel(32),
-un écrou (42), sur lequel l’embout est monté de manière coulissante suivant l’axe (X-X) et qui est monté sur l’enveloppe (10) à la fois de manière mobile en translation selon l’axe et demanièrefixeenrotationautourdel’axe,
-un ressort de surcourse (43), qui est interposé axialement entre l’embout et l’écrou de manière à, d’une part, lier axialement l’embout et l’écrou de manière rigide tant que l’entraînement du tiroir (20) par le corps (33) par rapport à l’enveloppe est libre, et, d’autre part, se déformer sous l’effet du déploiement du piston vis-à-vis du corps lorsque l’entraînementdutiroirparlecorpsparrapportàl’enveloppeestempêché,et
- une vis (44), qui émerge au moins partiellement de l’enveloppe et qui est vissée autour de l’axe dans l’écrou, tout en étant bloquée en translation selon l’axe par rapport à l’enveloppe. - Dispositifsuivantl’unequelconquedesrevendications1à3,
danslequell’organed’entraînementthermomécanique(230)comporte:
-un premier ressort (231), qui forme la partie thermosensible (235) et qui est interposé axialement entre l’enveloppe (210) et le tiroir (220) de manière à pousser le tiroir vers le siège(216),et
-un second ressort (232) qui est interposé axialement entre l’enveloppe et le tiroir de manièreàpousserletiroiràl’opposédusiège,et
dans lequel les aménagements hystérétiques comprennent un alliage à mémoire de forme danslequelestréalisélepremierressort(231)demanièreque:
-le premier ressort génère un effort qui dépasse un effort antagoniste généré par le second ressort (232) lorsque la température du fluide dans la chambre (211) passe au-dessus de lapremièretempérature,et
- le second ressort génère un effort qui dépasse un effort antagoniste généré par le premier ressort lorsque la température du fluide dans la chambre passe au-dessous de la seconde température. - Dispositif suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les aménagements hystérétiques comprennent des éléments de frottement mécanique (117, 121), qui sont adaptés pour générer, par frottement entre le tiroir (120) et l’enveloppe(110),unerésistancequi:
-s’oppose à ce que l’organe d’entraînement thermomécanique (130) déplace le tiroir selon l’axe (X-X) par rapport à l’enveloppe lorsque la température du fluide dans la chambre (111) estcompriseentrelapremièretempératureetlasecondetempérature,
-est surmontée par l’effort appliqué au tiroir par l’organe d’entraînement thermomécanique pour entraîner le tiroir vers la position fermée lorsque la température du fluide dans la chambrepasseau-dessusdelapremièretempérature,et
- est surmontée par l’effort appliqué au tiroir par l’organe d’entraînement thermomécanique pour entraîner le tiroir vers la position ouverte lorsque la température du fluide dans la chambre passe au-dessous de la seconde température. - Dispositif suivant la revendication 8, dans lequel les éléments de frottement mécanique comprennent un relief rigide (117), qui est ménagé sur un premier composant parmi l’enveloppe (10) et le tiroir (20) et qui interfère axialement avec une partie souple (121) du second composant, parmi l’enveloppe et le tiroir, pour générer ladite résistance.
- Dispositif suivant la revendication 9, dans lequel ladite partie souple est un joint (121), notamment un joint d’étanchéité du tiroir (20).
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