FR3106640A1 - Dispositif thermostatique pour réguler la circulation d’un fluide, ainsi que vanne thermostatique comprenant un tel dispositif - Google Patents
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Abstract
Dispositif thermostatique pour réguler la circulation d’un fluide, ainsi que vanne thermostatique comprenant un tel dispositif Ce dispositif (1) comprend un obturateur principal (20), commandant l’écoulement d’un fluide entre une chambre (4) et l’extérieur d’un boîtier (2) par appui contre un siège (5) du boîtier, et un obturateur de by-pass (30) commandant l’écoulement du fluide entre la chambre et un passage latéral (6) du boîtier. Le dispositif comprend également un élément thermostatique (10) ayant une partie mobile (12) à laquelle les obturateurs sont liés de manière à commander ces écoulements de manière inverse. Afin que le dispositif soit performant, économique et modulable à diverses géométries de boîtiers, ce dispositif comprend un adaptateur (40), rapporté fixement au boîtier à l’intérieur de la chambre et comportant à la fois un corps tubulaire (41), à l’intérieur duquel un manchon cylindrique de l’obturateur de by-pass est reçu de manière ajustée et monté coulissant, et une tubulure latérale (42), qui s’étend depuis une face latérale extérieure du corps tubulaire, qui présente une extrémité (42.1) de raccordement au passage latéral du boîtier, et qui débouche à l’intérieur du corps tubulaire transversalement via un orifice (43), cet orifice étant fermé par le manchon cylindrique lorsque l’obturateur principal est ouvert tandis que le manchon cylindrique laisse ouvert l’orifice lorsque l’obturateur principal est fermé. Figure pour l'abrégé : Figure 3
Description
La présente invention concerne un dispositif thermostatique, ainsi qu’une vanne thermostatique comprenant un tel dispositif.
L’invention s’intéresse en particulier aux dispositifs et vannes thermostatiques qui sont utilisés dans les circuits de refroidissement de moteur thermique, notamment ceux des véhicules automobiles, des poids-lourds, des deux-roues et des moteurs stationnaires. Ceci étant, ce domaine d’application n’est pas limitatif de l’invention, dans le sens où le dispositif et la vanne conformes à l’invention sont utilisables dans divers autres circuits de fluide, par exemple les circuits de refroidissement de boîte de vitesse, les circuits d’eau, les circuits d’huile, etc.
Dans de nombreuses applications du domaine fluidique, notamment pour le refroidissement de moteurs thermiques, des vannes thermostatiques sont utilisées pour réguler la circulation d’un fluide, c’est-à-dire répartir ce fluide dans différentes voies de circulation, généralement en fonction de la température de ce fluide. Ces vannes sont dites thermostatiques, dans le sens où le déplacement de leur(s) obturateur(s) interne(s) est commandé par un élément thermostatique, c’est-à-dire un élément qui comprend un corps, contenant une matière thermodilatable, et un piston, plongé dans cette matière thermodilatable, le corps et le piston étant déplaçables l’un par rapport à l’autre en translation selon un axe correspondant à l’axe longitudinal central du piston.
L’invention s’intéresse plus spécifiquement aux vannes à trois voies, qui répartissent une entrée de fluide entre deux sorties de fluide ou bien qui alimentent une sortie de fluide par deux entrées de fluide. Ces vannes trois voies sont typiquement utilisées pour réguler la circulation d’un fluide de refroidissement vis-à-vis, à la fois, d’un moteur à refroidir par ce fluide et d’un échangeur de chaleur, en particulier un radiateur, refroidissant ce fluide : lorsque le fluide présente une trop forte température au niveau de la vanne, cette dernière l’envoie à l’échangeur pour y être refroidi avant d’être envoyé au moteur à refroidir puis retourné à la vanne, tandis que, lorsque la température du fluide est suffisamment basse au niveau de la vanne, cette dernière envoie le fluide directement au moteur via une voie de dérivation ne passant pas par l’échangeur, communément appelée voie de by-pass. Pour ce faire, la vanne inclut un obturateur principal, qui commande la circulation du fluide vis-à-vis de l’échangeur de chaleur, et un obturateur de by-pass, qui commande la circulation du fluide dans la voie de by-pass.
L’invention s’intéresse aux vannes dont le même élément thermostatique actionne, de manière inverse, l’obturateur principal et l’obturateur de by-pass. Dans ce cas, il peut être prévu que le boîtier de vanne, auquel une partie fixe de l’élément thermostatique est lié fixement en service, présente deux sièges qui sont alignés selon l’axe de l’élément thermostatique et contre respectivement lesquels s’appuient axialement l’obturateur principal et l’obturateur de by-pass, portés par la partie mobile de l’élément thermostatique. Cette solution oblige à ce que la voie de circulation vis-à-vis de l’échangeur et la voie de by-pass débouchent axialement à l’intérieur du boîtier.
Lorsque la voie de by-pass est latérale au boîtier, c’est-à-dire qu’elle débouche dans le boîtier suivant une direction transversale à l’axe, l’obturateur de by-pass doit être aménagé en conséquence. EP 1619568 propose de réaliser l’obturateur de by-pass sous forme d’un coulisseau plan, qui s’étend parallèlement à l’axe et qui, par entraînement par la partie mobile de l’élément thermostatique, est déplaçable le long d’une région plane du boîtier, au travers de laquelle la voie de by-pass latérale débouche à l’intérieur du boîtier. Cette solution est sujette à des risques de coincement de son coulisseau plan, sauf à intégrer au boîtier des aménagements de guidage qui sont couteux et qui induisent des frottements. De plus, cette solution n’est pas modulable, dans le sens où elle est propre à une géométrie spécifique du boîtier de vanne.
Le but de la présente invention est de proposer un dispositif thermostatique pour des vannes à voie de by-pass latérale, qui soit performant et économique, ainsi que modulable à diverses géométries de boîtiers de vanne.
A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif thermostatique pour réguler la circulation d’un fluide, ce dispositif thermostatique comprenant:
- un élément thermostatique, qui inclut une partie fixe, prévue pour être liée fixement à un boîtier de canalisation du fluide, et une partie mobile déplaçable selon un axe par rapport à la partie fixe, en s’écartant de cette partie fixe sous l’action d’une dilatation d’une matière thermodilatable de l’élément thermostatique,
- un obturateur principal, qui est déplaçable selon l’axe par rapport au boîtier entre une position fermée, dans laquelle l’obturateur principal est appuyé axialement contre un siège fixe du boîtier de manière à empêcher le fluide de circuler entre une chambre du boîtier et l’extérieur du boîtier en franchissant le siège fixe, et une position ouverte, dans laquelle l’obturateur principal est écarté du siège fixe de manière à laisser le fluide s’écouler entre la chambre et l’extérieur du boîtier en franchissant le siège fixe, lequel obturateur principal est lié à la partie mobile de l’élément thermostatique de sorte que, lors de la dilatation de la matière thermodilatable, la partie mobile de l’élément thermostatique entraîne l’obturateur principal de la position fermée vers la position ouverte, et
- un obturateur de by-pass qui est déplaçable selon l’axe par rapport au boîtier de manière à commander l’écoulement du fluide entre la chambre et un passage latéral du boîtier, débouchant dans la chambre de manière transversale à l’axe, lequel obturateur de by-pass est lié fixement à la partie mobile de l’élément thermostatique de manière à laisser le fluide s’écouler entre la chambre et le passage latéral lorsque l’obturateur principal est en position fermée et à empêcher le fluide de s’écouler entre la chambre et le passage latéral lorsque l’obturateur principal est en position ouverte.
Selon l’invention, l’obturateur de by-pass comporte un manchon cylindrique qui est sensiblement centré sur l’axe. De plus, le dispositif thermostatique comprend en outre un adaptateur, qui est adapté pour être rapporté fixement au boîtier à l’intérieur de la chambre et qui comporte:
- un corps tubulaire, qui est sensiblement centré sur l’axe et à l’intérieur duquel le manchon cylindrique est à la fois reçu de manière ajustée et monté coulissant suivant l’axe, et
- une tubulure latérale, qui s’étend depuis une face latérale extérieure du corps tubulaire, qui présente, à l’opposé du corps tubulaire, une extrémité de raccordement au passage latéral du boîtier, et qui débouche à l’intérieur du corps tubulaire suivant une direction transversale à l’axe via un orifice, cet orifice étant fermé par le manchon cylindrique lorsque l’obturateur principal est en position ouverte tandis que le manchon cylindrique laisse ouvert l’orifice lorsque l’obturateur principal est en position fermée.
L’invention a également pour objet une vanne thermostatique, comprenant un dispositif thermostatique, tel que défini ci-dessus, et un boîtier qui comporte:
- un siège fixe contre lequel l’obturateur principal du dispositif thermostatique est appuyé axialement lorsque l’obturateur principal est en position fermée,
- une chambre à l’intérieur de laquelle l’adaptateur du dispositif thermostatique est fixé au boîtier, et
- un passage latéral, qui débouche dans la chambre de manière transversale à l’axe, l’écoulement d’un fluide entre le passage latéral et la chambre étant commandé par l’obturateur de by-pass du dispositif thermostatique.
Une des idées à la base de l’invention est d’intégrer au dispositif thermostatique un adaptateur modulable aux spécificités géométriques du boîtier de vanne dans lequel le dispositif thermostatique est à installer. Cet adaptateur se raccorde, par une tubulure latérale, au passage latéral du boîtier, typiquement associé à une voie de by-pass. L’écoulement du fluide entre ce passage latéral et la chambre interne au boîtier est commandé par un manchon cylindrique de l’obturateur de by-pass, qui coulisse de manière ajustée dans un corps tubulaire de l’adaptateur de manière à ouvrir-fermer le débouché de la tubulure latérale dans ce corps tubulaire. La coopération entre le manchon cylindrique de l’obturateur de by-pass et le corps tubulaire de l’adaptateur assure un centrage long de ce manchon cylindrique et donc un guidage performant et fiable de ce dernier, quelle que soit la géométrie du boîtier. La tubulure latérale de l’adaptateur est facilement adaptée aux spécificités géométriques du boîtier, notamment en façonnant de manière appropriée son extrémité opposée au corps tubulaire de l’adaptateur. Par ailleurs, l’adaptateur peut avantageusement présenter des aménagements additionnels, qui seront détaillés par la suite, permettant de renforcer la praticité et les performances du dispositif thermostatique selon l’invention.
Suivant des caractéristiques additionnelles avantageuses du dispositif thermostatique conforme à l’invention, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles:
-Le dispositif thermostatique comprend en outre un ressort, qui est comprimé dans l’axe et qui rappelle la partie mobile vers la partie fixe de l’élément thermostatique lors d’une contraction de la matière thermodilatable de manière à entraîner l’obturateur principal de sa position ouverte vers sa position fermée.
-Le ressort est appuyé axialement contre l’adaptateur.
-Le dispositif thermostatique comporte en outre une pièce de retenue, qui est solidarisée à la partie mobile de l’élément thermostatique et qui est adaptée pour retenir axialement l’adaptateur par rapport à la partie mobile de l’élément thermostatique à l’encontre de la poussée du ressort avant que l’adaptateur ne soit rapporté fixement au boîtier.
-L’obturateur principal, le ressort, l’obturateur de by-pass, l’adaptateur et la pièce de retenue, ainsi que la partie mobile de l’élément thermostatique ou bien les parties mobile et fixe de l’élément thermostatique sont assemblés les uns aux autres en formant un module indépendant du boîtier.
-Ladite extrémité de la tubulure latérale est adaptée pour coopérer par complémentarité de formes avec une région du boîtier à travers laquelle le passage latéral débouche dans la chambre.
-Ladite extrémité de la tubulure latérale et ladite région du boîtier sont planes, en s’étendant de manière sensiblement parallèle à l’axe.
-Le manchon cylindrique présente une section transversale circulaire.
-L’adaptateur intègre des éléments de fixation au boîtier, qui sont adaptés pour se fixer au boîtier par déformation élastique, notamment par clipsage.
-Le dispositif thermostatique comporte en outre au moins une pièce rapportée de fixation de l’adaptateur au boîtier, par exemple un étrier quart de tour.
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 5 est représenté un dispositif thermostatique 1 qui permet de réguler la circulation d’un fluide. Ce fluide est notamment un fluide de refroidissement, le dispositif thermostatique 1 appartenant alors par exemple à un circuit de refroidissement d’un moteur thermique, notamment d’un moteur d’un véhicule automobile.
Le dispositif thermostatique 1 est montré seul sur les figures 1 et 2 tandis que, sur les figures 3 à 5, ce dispositif thermostatique est installé dans un boîtier 2 d’une vanne thermostatique 3.
En pratique, sur les figures 3 à 5, le boîtier 2 n’est représenté que de manière partielle et schématique, sa forme de réalisation n’étant pas limitative de l’invention. En particulier, ce boîtier 2 peut aussi bien être réalisé d’une seule pièce que constitué de plusieurs pièces assemblées fixement les unes aux autres. Dans tous le cas, lorsque la vanne 3 est en service, le boîtier 2 canalise le fluide, en définissant avantageusement trois voies 3A, 3B et 3C de circulation du fluide: ces trois voies constituent soit une entrée et deux sorties de fluide, soit deux entrées et une sortie de fluide pour la vanne 3. A titre d’exemple d’application qui sera réévoquée par la suite, lorsque la vanne 3 appartient à un circuit de refroidissement d’un moteur, la voie 3A constitue une entrée de fluide de refroidissement, provenant du moteur à refroidir, tandis que, d’une part, la voie 3B constitue une première sortie de ce fluide de refroidissement, envoyant ce dernier à un échangeur de chaleur, en particulier un radiateur, conçu pour abaisser la température du fluide le traversant, avant que ce fluide ne soit envoyé au moteur à refroidir, et, d’autre part, la voie 3C constitue une seconde sortie du fluide de refroidissement, qui envoie directement ce dernier au moteur à refroidir, sans passer par l’échangeur de chaleur précité. On comprend que la voie 3C forme une dérivation pour le fluide de refroidissement, couramment appelée voie de by-pass. Ainsi, le fluide de refroidissement envoyé au moteur par la vanne 3 vient des sorties 3B et 3C de cette dernière et, après avoir refroidi le moteur, est renvoyé à la vanne, plus précisément à sa voie 3A.
Le dispositif thermostatique 1 permet de réguler l’écoulement du fluide à travers le boîtier 2, en répartissant le fluide entre les différentes voies 3A, 3B et 3C. Dans l’exemple d’application défini ci-dessus, le dispositif thermostatique 1 permet ainsi de repartir, entre les sorties des voies 3B et 3C, le fluide entrant dans le boîtier par la voie 3A. Dans tous les cas, le boîtier 2 délimite une chambre 4, dans laquelle chacune des voies 3A, 3B et 3C débouche et à l’intérieur de laquelle le dispositif thermostatique 1 est au moins partiellement agencé lorsque la vanne 3 est en service.
Le dispositif thermostatique 1 comporte un élément thermostatique 10 qui est centré sur un axe géométrique X-X. Cet élément thermostatique 10 inclut un corps 12, qui contient une matière thermodilatable, telle qu’une cire, et qui est sensiblement centré sur l’axe X-X. L’élément thermostatique 10 comprend également un piston 14, dont l’axe géométrique longitudinal central est aligné sur l’axe X-X et dont une partie axiale terminale est plongée dans la matière thermodilatable contenue dans le corps 12. Le corps 12 et le piston 14 sont mobiles l’un par rapport à l’autre en translation selon l’axe X-X: sous l’effet d’une dilatation de la matière thermodilatable, le piston 14 s’écarte du corps 12 en se déployant à l’extérieur de ce dernier, tandis que, lors d’une contraction de la matière thermodilatable, le piston est escamotable à l’intérieur du corps 12.
Au sein de la vanne 3 lorsque celle-ci est en service, le piston 14 est lié fixement au boîtier 2. Plus précisément, de manière connue en soi, la partie terminale de ce piston 14, opposée à celle plongée dans le corps 12, est liée fixement à une région 2.1 du boîtier 2, agencée en travers de l’axe X-X. En pratique, diverses formes de réalisation sont envisageables en ce qui concerne la liaison fixe de la partie terminale précitée du piston 14 à la région 2.1 du boîtier 2: cette liaison fixe peut être réalisée soit uniquement par appui axial, soit par fixation amovible, de type clipsage ou emmanchement glissant, soit par solidarisation à demeure de type emmanchement en force, surmoulage ou ajout d’un système mécanique de maintien. Dans tous les cas, on comprend que, lorsque la matière thermodilatable contenue dans le corps 12 se dilate ou se contracte, le piston 14 est maintenu immobile par rapport au boîtier 2.
Le dispositif thermostatique 1 comprend également un obturateur principal 20 qui est déplaçable selon l’axe X-X par rapport au boîtier 2 de manière à commander l’écoulement du fluide entre la chambre 4 et l’extérieur du boîtier 2 via la voie 3B. Plus précisément, l’obturateur principal 20 est mobile axialement vis-à-vis d’un siège 5, porté fixement par le boîtier 2 et situé à la jonction entre la chambre 4 et la voie 3B. L’obturateur principal 20 est ainsi déplaçable entre:
- une position fermée, qui est montrée sur les figures 3 et 4 et dans laquelle l’obturateur principal 20 est appuyé axialement contre le siège 5 de manière à empêcher le fluide de franchir ce siège pour circuler entre la chambre 4 et l’extérieur du boîtier via la voie 3B, et
- une position ouverte, qui est montrée sur la figure 5 et dans laquelle l’obturateur principal 20 est écarté du siège 5 de manière à laisser le fluide s’écouler entre la chambre 4 et l’extérieur du boîtier via la voie 3B, en franchissant le siège 5.
Dans l’exemple d’application défini plus haut, au moins une partie du fluide entrant dans la chambre 4 par la voie 3A passe ainsi dans la sortie de la voie 3B lorsque l’obturateur principal 20 est en position ouverte. Lorsque l’obturateur principal 20 est en position fermée, cet obturateur principal empêche le fluide entrant dans la chambre 4 par la voie 3A d’atteindre la sortie de la voie 3B.
Les spécificités structurelles et géométriques du siège 5 ne sont pas limitatives de l’invention et peuvent être différentes de l’exemple des figures sur lesquelles le siège 5 est tronconique et venu de matière avec le reste du boîtier 2.
Pour commander en déplacement l’obturateur principal 20, ce dernier est lié au corps 12 de l’élément thermostatique 10 de sorte que, lorsque la vanne 3 est en service, le déplacement axial du corps 12 par rapport au boîtier 2, résultant de la dilation de la matière thermodilatable, provoque un déplacement correspondant de l’obturateur principal 20 de manière à passer ce dernier de la position fermée vers la position ouverte. Suivant une forme de réalisation pratique, qui est mise en œuvre dans la forme de réalisation considérée sur les figures, l’obturateur principal 20 est lié fixement au corps 12.
Dans l’exemple de réalisation considéré ici, l’obturateur principal 20 comprend une armature rigide 22, typiquement métallique, qui est sensiblement centrée sur l’axe X-X et dont la périphérie extérieure, c’est-à-dire celle tournée radialement à l’opposé de l’axe X-X, est pourvue, par exemple par surmoulage, d’une garniture souple d’étanchéité 24, typiquement en polymère ou en caoutchouc. La garniture d’étanchéité 24 constitue la partie de l’obturateur principal 20, qui coopère par appui axial avec le siège 5 du boîtier 2 afin de commander l’écoulement du fluide entre la chambre 4 et l’extérieur du boîtier via la voie 3B, tandis que l’armature 22 constitue la partie de l’obturateur principal 20, qui coopère avec le corps 12 de l’élément thermostatique 10 aux fins de la liaison de l’obturateur principal à ce corps 12. Ainsi, l’armature 22 est par exemple emmanchée serrée autour du corps 12 de l’élément thermostatique 10, en liant fixement l’obturateur principal 20 à ce corps 12. Eu égard à sa forme de réalisation, l’obturateur principal 20 considéré ici s’apparente à un clapet. Bien entendu, d’autres formes de réalisation sont envisageables pour l’obturateur principal 20, sans limiter l’invention.
Le dispositif thermostatique 1 comprend aussi un obturateur de by-pass 30 qui est déplaçable selon l’axe X-X par rapport au boîtier 2 de manière à commander l’écoulement du fluide entre la chambre 4 et un passage latéral 6 du boîtier 2. Comme bien visible sur les figures 3 et 5, ce passage latéral 6 forme la voie 3C et débouche dans la chambre 4 de manière transversale à l’axe X-X, voire de manière radiale à l’axe X-X comme dans l’exemple envisagé sur les figures. En d’autres termes, le passage latéral 6 s’étend depuis la chambre 4 suivant une direction transversale, voire radiale, à l’axe X-X. Bien entendu, à distance de la chambre 4, l’orientation du passage latéral 6 vis-à-vis de l’axe X-X n’est pas limitative de l’invention: ainsi, en dehors de la zone de jonction entre le passage latéral 6 et la chambre 4, le passage latéral 6 peut être coudé ou s’étendre avec une inclinaison différente de la direction selon laquelle ce passage latéral débouche dans la chambre 4.
Comme bien visible sur les figures 2 à 5, l’obturateur de by-pass 30 comporte un manchon cylindrique 32, qui est sensiblement centré sur l’axe X-X et qui, comme expliqué par la suite, agit sur l’écoulement du fluide entre la chambre 4 et le passage latéral 6. L’obturateur de by-pass 30 comporte également une armature 34 qui relie fixement le manchon cylindrique 32 au corps 12 de l’élément thermostatique 10. La forme de réalisation de l’armature 34 n’est pas limitative de l’invention du moment que cette armature 34 assure une liaison fixe entre l’obturateur de by-pass 30 et le corps 12 de l’élément thermostatique 10 de manière que l’obturateur de by-pass 30 laisse le fluide s’écouler entre la chambre 4 et le passage latéral 6 lorsque l’obturateur principal 20 est en position fermée tandis que l’obturateur de by-pass 30 empêche le fluide de s’écouler entre la chambre 4 et le passage latéral 6 lorsque l’obturateur principal 20 est en position ouverte. Dans l’exemple de réalisation considéré sur les figures, l’armature 34 est réalisée sous forme d’un rebord embouti à une extrémité axiale du manchon cylindrique 32, ce rebord étant emmanché serré autour du corps 12 de l’élément thermostatique 10. De multiples autres formes de réalisation sont envisageables.
Le dispositif thermostatique 1 comporte en outre un adaptateur 40 qui, à l’état assemblé de la vanne 3, est agencé dans la chambre 4.
Comme bien visible sur les figures 1 à 5, l’adaptateur 40 comporte un corps tubulaire 41 qui est sensiblement centré sur l’axe X-X. La face latérale intérieure du corps tubulaire 41 est ajustée sur la face latérale extérieure du manchon cylindrique 32, permettant à ce dernier d’être à la fois reçu de manière ajustée et monté coulissant suivant l’axe X-X à l’intérieur du corps tubulaire 41. Avantageusement, le manchon cylindrique 32 présente une section transversale circulaire dont le diamètre extérieur est alors sensiblement égal au diamètre intérieur de la section transversale circulaire du corps tubulaire 41: dans ce cas, le manchon cylindrique 32 peut coulisser de manière ajustée à l’intérieur du corps tubulaire 41 quel que soit leur positionnement angulaire respectif autour de l’axe X-X, ce qui facilite notamment l’assemblage entre l’obturateur de by-pass 30 et l’adaptateur 40. Dans tous les cas, le corps tubulaire 41 est avantageusement ajouré pour faciliter la circulation du fluide à travers lui.
Comme bien visible sur les figures 1 à 3 et 5, l’adaptateur 40 comporte également une tubulure latérale 42 qui s’étend depuis la face latérale extérieure du corps tubulaire 41. A son extrémité tournée vers le corps tubulaire 41, la tubulure latérale 42 débouche à l’intérieur du corps tubulaire 41 suivant une direction transversale, voire radiale, à l’axe X-X via un orifice 43, tandis que, à l’opposé du corps tubulaire 41, la tubulure latérale 42 présente une extrémité 42.1 libre.
L’orifice 43 est ainsi délimité au travers du corps tubulaire 41, en mettant en communication fluidique l’intérieur de ce corps tubulaire 41 avec la tubulure latérale 42. Suivant la direction de l’axe X-X, l’orifice 43 présente une dimension inférieure à la dimension axiale du manchon cylindrique 32. Suivant une direction périphérique à l’axe X-X, l’orifice 43 occupe une portion périphérique limitée, correspondant totalement ou partiellement à la portion périphérique occupée par la tubulure latérale 42. A l’état assemblé de la vanne 3, le manchon cylindrique 32 recouvre et ainsi ferme, le cas échéant totalement, l’orifice 43 lorsque l’obturateur principal 10 est en position ouverte, comme sur la figure 5, tandis que le manchon cylindrique 32 laisse ouvert l’orifice 43, en se décalant axialement de ce dernier, lorsque l’obturateur principal 10 est en position fermée comme sur les figures 3 et 4. En pratique, le contour géométrique précis de l’orifice 43 n’est pas limitatif de l’invention, ce contour étant notamment façonné en fonction de la dimension axiale du manchon cylindrique 32 pour permettre à ce dernier de fermer totalement l’orifice 43 comme sur la figure 5.
L’extrémité 42.1 de la tubulure latérale 42 permet de raccorder cette dernière au passage latéral 6. A cet effet, à l’état assemblé de la vanne 3, l’extrémité 42.1 est agencée en alignement avec le débouché du passage latéral 6 dans la chambre 4, comme visible sur les figures 3 et 4. Pour notamment limiter la fuite de fluide au niveau du raccordement entre l’extrémité 42.1 de la tubulure latérale 42 et le passage latéral 6, cette extrémité 42.1 est avantageusement conçue pour coopérer par complémentarité de formes avec la région 2.2 du boîtier 2 à travers laquelle le passage latéral 6 débouche dans la chambre 4: dans l’exemple de réalisation considéré sur les figures, l’extrémité 42.1 de la tubulure latérale 42 et la région 2.2 du boîtier 2 sont ainsi prévues planes, en s’étendant de manière sensiblement parallèle à l’axe X-X. Bien entendu, d’autres géométries peuvent être envisagées au niveau de l’interface complémentaire entre l’extrémité 42.1 de la tubulure latérale 42 et la région 2.2 du boîtier 2. Plus globalement, on comprend que la tubulure latérale 42 permet à l’adaptateur 40 d’être modulé à diverses spécificités géométriques du boîtier 2 en lien avec le passage latéral 6 de ce dernier.
Quelles que soient les formes de réalisation du corps tubulaire 41 et de la tubulure latérale 42 de l’adaptateur 40, ce dernier est prévu pour être agencé à l’intérieur de la chambre 4 en étant rapporté fixement au boîtier 2. A cet effet, dans le mode de réalisation des figures 1 à 5, l’adaptateur 40 intègre des pattes de fixation 44 à même de se déformer élastiquement par rapport au reste de l’adaptateur 40. Lors de l’assemblage de l’adaptateur 40 au boîtier 2, ces pattes de fixation 44 sont déformées, notamment en étant rabattues vers l’axe X-X, de manière à permettre l’introduction de l’adaptateur 40 à l’intérieur de la chambre 4 sans interférer axialement avec le boîtier 2. Une fois que l’adaptateur 40 est placé à l’intérieur de la chambre 4, les pattes de fixation 44 tendent à reprendre leur configuration initiale non déformée, par rappel élastique, notamment en se déployant en direction opposée à l’axe X-X, de façon à pénétrer dans des logements 2.3 ad hoc du boîtier 2. Les pattes de fixation 44 interfèrent alors avec ces logements 2.3 suivant la direction de l’axe X-X, ce qui maintient axialement en place l’adaptateur 40 à l’intérieur de la chambre 4, comme bien visible sur la figure 4. Ainsi, les pattes de fixation 44 permettent à l’adaptateur 40 de se fixer au boîtier 2 par clipsage élastique. Bien entendu, les pattes de fixation 44, qui viennent d’être décrites et qui sont illustrées aux figures, ne sont qu’un exemple d’éléments de fixation que peut intégrer l’adaptateur 40 et qui permettent de fixer ce dernier au boîtier 2 par déformation élastique.
Le dispositif thermostatique 1 comprend par ailleurs un ressort 50 qui, à l’état assemblé de la vanne 3, est prévu pour rappeler le corps 12 de l’élément thermostatique 10 vers le piston 14 de cet élément thermostatique lors d’une contraction de la matière thermodilatable de manière à entraîner l’obturateur principal 20 de sa position ouverte vers sa position fermée. Pour ce faire, le ressort 50 est interposé fonctionnellement entre le corps 12 et le piston 14 de l’élément thermostatique 10 de manière à être comprimé dans l’axe X-X lorsque le corps 12 et le piston 14 s’écartent axialement l’un de l’autre. Structurellement, plusieurs agencements sont possibles pour ce ressort 50 au sein du dispositif thermostatique 1.
Suivant une possibilité d’agencement avantageuse qui est mise en œuvre sur les figures, le ressort 50 s’appuie axialement, par l’une de ses extrémités axiales, contre l’adaptateur 40, tandis, que, par son extrémité axiale opposée, le ressort 50 s’appuie axialement soit directement contre le corps 12 de l’élément thermostatique, soit contre l’un des obturateurs 20 et 30. A cet effet, l’adaptateur 40 comporte une paroi transversale 45, qui, comme bien visible sur les figures 3 à 5, s’étend en travers du corps tubulaire 41 et contre laquelle le ressort 50 est appuyé suivant l’axe X-X. Le ressort 50 est ainsi embarqué par l’adaptateur 40. De plus, le dispositif thermostatique 1 comporte alors avantageusement, en tant que pièce additionnelle, une douille 60, qui est solidarisée au corps 12 de l’élément thermostatique 10 et qui est adaptée pour retenir axialement l’adaptateur 40 par rapport au corps 12 à l’encontre de la poussée du ressort 50 avant que l’adaptateur ne soit rapporté fixement au boîtier 2, comme sur la figure 1. Cette douille 60 n’est qu’un exemple d’une pièce de retenue, qui permet de maintenir assemblés l’adaptateur 40, le corps 12 de l’élément thermostatique 10 et le ressort 50 tant que le dispositif thermostatique 1 n’est pas installé dans le boîtier 2, étant remarqué que, une fois que l’adaptateur 40 est reçu dans la chambre 4 et ainsi fixé au boîtier 2, cette pièce de retenue n’a plus d’intérêt fonctionnel. Quelle que soit la forme de réalisation de cette pièce de retenue, telle que la douille 60, on comprend que l’élément thermostatique 10, les obturateurs 20 et 30, l’adaptateur 40, le ressort 50 et cette pièce de retenue sont avantageusement assemblés les uns aux autres en formant un module, tel qu’illustré à la figure 1, indépendant du boîtier 2. Ce module peut ainsi être manipulé d’un seul tenant, indépendamment du boîtier 2, jusqu’à être installé à l’intérieur de ce dernier.
Le fonctionnement de la vanne 3 va maintenant être décrit en regard des figures 3 à 5, dans le cadre de l’exemple d’application de cette vanne, évoqué plus haut.
Dans la configuration de fonctionnement montrée sur les figures 3 et 4, le fluide entrant dans la chambre 4 par la voie 3A est, d’une part, empêché de franchir le siège 5 et donc de circuler dans la voie 3B par l’obturateur principal 20 en position fermée et, d’autre part, envoyé en totalité dans le passage latéral 6, en s’écoulant ainsi dans la voie 3C, du fait de l’ouverture de l’orifice 43 par le manchon cylindrique 32 de l’obturateur de by-pass 30, le fluide s’écoulant en passant successivement par le corps tubulaire 41, par l’orifice 43 et par la tubulure latérale 42.
Si la température du fluide alimentant la voie 3A augmente, la matière thermodilatable de l’élément thermostatique 10 se dilate, la chaleur du fluide étant transmise à cette matière thermodilatable du fait que le corps 12 de l’élément thermostatique est balayé par des courants de fluide. Le déplacement axial du corps 12 par rapport au piston 14, qui est fixe par rapport au boîtier 2, entraîne le déplacement axial correspondant de l’obturateur principal 20 et de l’obturateur de by-pass 30. L’obturateur principal 20 s’écarte alors progressivement du siège 5, en ouvrant l’écoulement du fluide entre la chambre 4 et la voie 3B, tandis que, dans le même temps, l’obturateur de by-pass 30 ferme progressivement l’orifice 43, par recouvrement de ce dernier par le manchon cylindrique 32. Le fluide admis par la voie 3A est alors réparti entre les voies 3B et 3C.
Si la température du fluide alimentant la voie 3A continue d’augmenter, l’obturateur principal 20 s’écarte davantage du siège 5, tandis que l’orifice 43 se referme davantage, de manière correspondante, jusqu’à être totalement fermé, comme représenté sur la figure 5. Le fluide admis par la voie 3A est alors envoyé en totalité dans la voie 3B.
Si la température du fluide alimentant la voie 3A diminue ensuite, la matière thermodilatable de l’élément thermostatique 10 se contracte et, sous l’effet de décompression du ressort 50, l’obturateur principal 20 se rapproche progressivement du siège 5 et l’obturateur de by-pass 30 découvre progressivement l’orifice 43.
Divers aménagements et variantes au dispositif thermostatique 1 et à la vanne 3 décrits jusqu’ici sont par ailleurs envisageables. A titre d’exemples:
- plutôt que l’adaptateur 40 n’intègre des éléments de fixation, tels que les pattes de fixation 44, la fixation de cet adaptateur au boîtier 2 peut être prévue par une pièce rapportée, comme dans la variante du dispositif thermostatique 1 montrée sur les figures 6 à 8 sur lesquelles cette pièce rapportée, référencée 70, est un étrier dit «quart de tour»; cet étrier se présente sous la forme d’une barrette, qui s’étend perpendiculairement à l’axe X-X et qui est liée axialement au corps 12 de l’élément thermostatique 10, tout en pouvant pivoter librement autour de l’axe X-X par rapport au corps 12 pour passer d’une première orientation, dans laquelle la barrette n’interfère pas axialement avec le boîtier 2, à une seconde orientation, qui est illustrée sur les figures 7 et 8 et dans laquelle les extrémités opposées de cette barrette interfèrent axialement avec le boîtier 2, en étant reçues dans des logements de ce dernier similaires aux logements 2.3;
- la forme de réalisation de l’élément thermostatique 10 n’est pas limitative; en particulier, le corps 12 et le piston 14 de cet élément thermostatique peuvent présenter divers diamètres;
- l’élément thermostatique 10 peut, en option, être piloté, c’est-à-dire intégrer dans son piston 14 une résistance électrique chauffante, raccordée électriquement au travers de la région 2.1 du boîtier 2; dans ce cas, la liaison mécanique entre le piston 14 et la région 2.1 du boîtier est prévue pour assurer le raccordement électrique correspondant, ce qui peut être assuré par une connexion ad hoc du piston 14 lorsque le dispositif thermostatique 1 est installé dans le boîtier 2 ou par un assemblage préalable entre le boîtier 2 et le piston 14 sans le reste du dispositif 1; dans ce dernier cas, le module qui a été mentionné plus haut comme étant indépendant du boîtier 2 correspond à l’assemblage du corps 12 de l’élément thermostatique, des obturateurs 20 et 30, de l’adaptateur 40, du ressort 50 et de la douille 60 ou d’une pièce de retenue similaire à cette douille;
- plutôt que de lier fixement le piston 14 de l’élément thermostatique 10 au boîtier 2, cela peut être le corps 12 de cet élément thermostatique qui est prévu fixe par rapport au boîtier, le piston 14 constituant alors la partie mobile de l’élément thermostatique, en assurant la fonction d’entraînement décrite jusqu’ici pour le corps 12; et/ou
- plutôt que d’être lié de manière fixe à la partie mobile de l’élément thermostatique 10, l’obturateur principal 20 peut être monté sur cette partie mobile avec une liberté de mouvement suivant l’axe X-X, sous réserve d’être associé à un ressort de rappel dédié; l’obturateur principal 20 intègre alors ainsi une fonction de délestage en cas de surpression entre la chambre 4 et la voie 3B.
Claims (11)
- Dispositif thermostatique (1) pour réguler la circulation d’un fluide, ce dispositif thermostatique comprenant:
- un élément thermostatique (10), qui inclut une partie fixe (14), prévue pour être liée fixement à un boîtier (2) de canalisation du fluide, et une partie mobile (12) déplaçable selon un axe (X-X) par rapport à la partie fixe, en s’écartant de cette partie fixe sous l’action d’une dilatation d’une matière thermodilatable de l’élément thermostatique,
- un obturateur principal (20), qui est déplaçable selon l’axe par rapport au boîtier entre une position fermée, dans laquelle l’obturateur principal est appuyé axialement contre un siège fixe (5) du boîtier de manière à empêcher le fluide de circuler entre une chambre (4) du boîtier et l’extérieur du boîtier en franchissant le siège fixe, et une position ouverte, dans laquelle l’obturateur principal est écarté du siège fixe de manière à laisser le fluide s’écouler entre la chambre et l’extérieur du boîtier en franchissant le siège fixe, lequel obturateur principal est lié à la partie mobile de l’élément thermostatique de sorte que, lors de la dilatation de la matière thermodilatable, la partie mobile de l’élément thermostatique entraîne l’obturateur principal de la position fermée vers la position ouverte, et
- un obturateur de by-pass (30) qui est déplaçable selon l’axe par rapport au boîtier de manière à commander l’écoulement du fluide entre la chambre et un passage latéral (6) du boîtier, débouchant dans la chambre de manière transversale à l’axe, lequel obturateur de by-pass est lié fixement à la partie mobile de l’élément thermostatique de manière à laisser le fluide s’écouler entre la chambre et le passage latéral lorsque l’obturateur principal est en position fermée et à empêcher le fluide de s’écouler entre la chambre et le passage latéral lorsque l’obturateur principal est en position ouverte,
caractérisé en ce que l’obturateur de by-pass (30) comporte un manchon cylindrique (32) qui est sensiblement centré sur l’axe (X-X), et en ce que le dispositif thermostatique (1) comprend en outre un adaptateur (40), qui est adapté pour être rapporté fixement au boîtier (2) à l’intérieur de la chambre (4) et qui comporte:
- un corps tubulaire (41), qui est sensiblement centré sur l’axe et à l’intérieur duquel le manchon cylindrique est à la fois reçu de manière ajustée et monté coulissant suivant l’axe, et
- une tubulure latérale (42), qui s’étend depuis une face latérale extérieure du corps tubulaire, qui présente, à l’opposé du corps tubulaire, une extrémité (42.1) de raccordement au passage latéral (6) du boîtier, et qui débouche à l’intérieur du corps tubulaire suivant une direction transversale à l’axe via un orifice (43), cet orifice étant fermé par le manchon cylindrique lorsque l’obturateur principal est en position ouverte tandis que le manchon cylindrique laisse ouvert l’orifice lorsque l’obturateur principal est en position fermée. - Dispositif thermostatique suivant la revendication 1, dans lequel le dispositif thermostatique (1) comprend en outre un ressort (50), qui est comprimé dans l’axe (X-X) et qui rappelle la partie mobile (12) vers la partie fixe (14) de l’élément thermostatique (10) lors d’une contraction de la matière thermodilatable de manière à entraîner l’obturateur principal (20) de sa position ouverte vers sa position fermée.
- Dispositif thermostatique suivant la revendication 2, dans lequel le ressort (50) est appuyé axialement contre l’adaptateur (40).
- Dispositif thermostatique suivant la revendication 3, dans lequel le dispositif thermostatique (1) comporte en outre une pièce de retenue (60), qui est solidarisée à la partie mobile (12) de l’élément thermostatique (10) et qui est adaptée pour retenir axialement l’adaptateur (40) par rapport à la partie mobile de l’élément thermostatique à l’encontre de la poussée du ressort (50) avant que l’adaptateur ne soit rapporté fixement au boîtier (2).
- Dispositif thermostatique suivant la revendication 4, dans lequel l’obturateur principal (20), le ressort (50), l’obturateur de by-pass (30), l’adaptateur (40) et la pièce de retenue (60), ainsi que la partie mobile (12) de l’élément thermostatique ou bien les parties mobile et fixe de l’élément thermostatique sont assemblés les uns aux autres en formant un module indépendant du boîtier (2).
- Dispositif thermostatique suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite extrémité (42.1) de la tubulure latérale (42) est adaptée pour coopérer par complémentarité de formes avec une région (2.2) du boîtier (2) à travers laquelle le passage latéral (6) débouche dans la chambre (4).
- Dispositif thermostatique suivant la revendication 6, dans lequel ladite extrémité (42.1) de la tubulure latérale (42) et ladite région (2.2) du boîtier (2) sont planes, en s’étendant de manière sensiblement parallèle à l’axe (X-X).
- Dispositif thermostatique suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le manchon cylindrique (32) présente une section transversale circulaire.
- Dispositif thermostatique suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’adaptateur (40) intègre des éléments (44) de fixation au boîtier (2), qui sont adaptés pour se fixer au boîtier par déformation élastique, notamment par clipsage.
- Dispositif thermostatique suivant l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le dispositif thermostatique (1) comporte en outre au moins une pièce rapportée (70) de fixation de l’adaptateur (40) au boîtier (2), par exemple un étrier quart de tour.
- Vanne thermostatique (3), comprenant un dispositif thermostatique (1) qui est conforme à l’une quelconque des revendications précédentes, et un boîtier (2) qui comporte:
- un siège fixe (5) contre lequel l’obturateur principal (20) du dispositif thermostatique est appuyé axialement lorsque l’obturateur principal est en position fermée,
- une chambre (4) à l’intérieur de laquelle l’adaptateur (40) du dispositif thermostatique est fixé au boîtier, et
- un passage latéral (6), qui débouche dans la chambre de manière transversale à l’axe (X-X), l’écoulement d’un fluide entre le passage latéral et la chambre étant commandé par l’obturateur de by-pass (30) du dispositif thermostatique.
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