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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION Dispositif de commande actionné par la chaleur.
L'invention est relative'à un dispositif de commande dans lequel un corps se dilatant ou se déformant par échauffement (thermostat) actionne l'organe à commander, par exemple une soupape. Les dispositifs connus de ce genre présentent l'inconvénient d'une trop grande inertie de fonctionnement.
Il est vrai qu'au début d'un échauffement ou d'un refroidissement le thermostat exécute un mouvement relativement rapide car il existe alors une grande différence de température. Mais peu à peu les températures du thermostat et du milieu qui l'influence (par exemple d'une flamme) se nivellent toujours davantage et de ce fait les mouvements de commande deviennent de plus en plus lents. La disposition peut être choisie de manière
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que pendant l'échauffement du thermostat on n'utilise pour le mouvement de commande que la première partie de la course du thermostat, exécutée rapidement, tandis que le restant de la course est une course à vide qui n'agit pas sur l'organe à commander.
Toutefois, pendant l'opération de commande inverse, c'est-à-dire lors du refroidissement du thermostat, il faut que toute la course à vide soit accomplie avant que le mouvement de commande proprement dit puisse commencer. Il se produit donc un grand retard. En général, on doit toujours s'attendre à une certaine course à vide, car d'une part on ne peut jamais régler le thermostat de manière que la course exécutée pendant son échauffement corresponde à la course de commande requise, et d'autre part, il doit toujours exister un certain jeu dans la transmission afin que des tensions inadmissibles ne puissent se produire dans la transmission et dans le thermostat. Aussi la course totale se compose-t-elle toujours d'une course de commande et d'une course à vide.
Le mouvement de commande est retardé du laps de temps requis pour accomplir la course à vide.
L'invention a pour but de remédier à cette inertie du thermostat. Ce but se trouve atteint suivant l'invention du fait que, une fois franchie une certaine position limite, la course du thermostat est compensée par un second thermostat agissant en sens inverse. Ainsi on n'utilise comme course de commande que la première partie de la course totale, qui s'accomplit rapidement par suite de la grande différence de température alors disponible, tandis que la course à vide restante est rendue inopérante par le second thermostat.
Les dessins annexés représentent plusieurs exemples d'exécution de l'invention. Sur les dessins
Fig. 1 montre un dispositif de commande à thermostats
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bimétalliques, pour veilleuse d'allumage de sûreté,
Fig. 2 est un diagramme figurant les déplacements du thermostat,
Fig. 3 représente également un dispositif de commande à thermostat bimétallique pour veilleuse d'allumage de sûreté, et
Fig. 4 montre un dispositif de commande utilisant comme thermostats des tiges rectilignes.
Sur la Fig. 1, 10 est une conduite d'admission de gaz et 11 est une conduite à gaz allant à un brûleur 12. Entre les conduites 10 et 11 est intercalée une soupape 13 qui peut venir appuyer sur son siège 15 sous l'action d'un ressort 14 et couper ainsi l'arrivée de gaz au brûleur 12.
La soupape 13 est reliée à une tige de soupape 16 qui est attaquée par un élément de commande A subissant des déformations sous l'effet de la chaleur. L'élément de commande A est constitué par deux étriers bimétalliques 17,18 dont les branches sont désignées respectivement par 19, 20 et 21, 22.
La branche 19 de l'étrier 17 est rigidement reliée à la boîte de soupape ou à un support spécial, tandis que l'autre branche 20 aboutit à la branche 22 de l'étrier 18 et est soudée ou rivée à celle-ci. La branche 21 est libre et attaque la tige de soupape 16. L'étrier bimétallique 17 est chauffé par une flamme d'allumage ou veilleuse 23 qui est alimentée de gaz par la conduite de veilleuse 24. 25 est un robinet de la conduite de veilleuse. La conduite de veilleuse 24 est branchée sur la conduite d'admission de gaz 10 en amont d'une soupape 26 qui est actionnée par l'intermédiaire d'un diaphragme 28 par les différences de pression créées dans une conduite d'eau 27.
La conduite 27 va au chauffe-eau
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Le dispositif fonctionne de la manière suivante:
Quand la veilleuse ne brûle pas, la soupape 13 porte contre le siège 15, de sorte qu'il ne peut y avoir d'écoulement de gaz vers le brûleur 12. Lorsque l'eau circu- le dans la conduite 27, la soupape 26 s'ouvre. Si l'on ouvre alors le robinet de veilleuse 25 et si on allume la veilleuse, l'étrier bimétallique 17 s'échauffe et sa branche supérieure 20 se déplace de ce fait dans le sens de la flèche 30 et entraine l'étrier bimétallique 18 qui à son tour pousse dans la position d'ouverture la soupape 13.
L'étrier 17 est de construction relativement robuste et sa branche 20 constitue un long bras de levier, de sorte que, sous l'influence de la grande différence de température entre la veilleuse et le thermostat froid, déjà très vite après l'allumage de la veilleuse la branche 20 a parcouru une longue course qui correspond à la course de la soupape. L'étrier bimétallique 17 est dimensionné de manière que sa course soit sensiblement plus longue que la course proprement dite de la soupape. La différence entre la course de la soupape et la course totale du thermostat est la course à vide du thermostat. Afin que la soupape ne se déplace pas au-delà de sa course et que la course à vide n'influence pas le mouvement de la soupape, il est prévu le second étrier bimétallique 18.
Cet étrier, auquel la chaleur se transmet aussi peu à peu, agit en sens inverse du mouvement de l'étrier 17. La branche 21 se déplace dans le sens de la flèche 31 et compense ainsi le mouvement à vide de la branche 20, de sorte que la soupape 13 ne doit pas exécuter une course plus longue que celle qui correspond à sa course effective. Si la veilleuse s'éteint, l'opération inverse se produit, c'est-à-dire que la branche 20 de l'étrier de droite 17 se déplace dans le sens de la flèche pointillée 32 en fermant ainsi la soupape. La branche 20 a encore tendan- @
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ce à se déplacer davantage dans ce sens en exécutant sa course à vide. Mais l'étrier thermostatique 18 dont la branche 21 se déplace en sens inverse, compense de ce fait la course à vide de l'étrier bimétallique 17.
La branche
21 ne quitte donc pas sensiblement la tige de la soupape, de sorte que, lorsqu'on rallume la veilleuse, la course du thermostat peut se traduire aussitôt par une course de la soupape, sans qu'une course à vide se produise préalablement.
En raison de cette disposition on n'utilise donc chaque fois comme course de commande que la première course, qui s'accom- plit rapidement par suite de la grande différence de tempé- rature. Comme l'étrier 17, l'étrier 18 peut également être chauffé par une flamme. Ceci est réalisé soit au moyen d'une flamme spéciale 33, soit au moyen de la flamme du brûleur 12.
Pour assurer même au cours du refroidissement une grande diffé- rence de température, on peut entourer l'étrier 18 d'une enveloppe 42 qui après extinction de la flamme empêche le refroidissement trop rapide du thermostat. D'autre part, quand la veilleuse est éteinte, le courant de gaz d'allumage non allumé refroidit l'étrier 17, de sorte qu'il se produit une différence de température relativement grande qui agit sur le dispositif thermostatique. Pour la même raison il est avantageux que la liaison entre les deux étriers 17, 18 soit mauvaise conductrice de la chaleur.
Sur la Fig. 2 l'allure de l'opération de commande est représentée dans un diagramme où le temps est porté en abscisse et la course en ordonnée. Lorsqu'on allume la veil- leuse, la branche 20 de l'étrier chauffé 17 exécute un mouve- ment dont l'allure est représentée par la ligne OB. Quand la branche 20 atteint le point B dans le temps tB, la course Hv de la soupape est achevée. La branche 20 de l'étrier 17 @
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a encore tendance à se déplacer.davantage, étant donné que sa course doit être plus longue que la course Hv de la soupape.
Pour un échange thermique complet dans l'étrier 17 le point C serait atteint. Comme course totale on obtiendrait alors la longueur Hg. La différence entre la course totale et la course de la soupape est la course à vide ou inopérante Ht.
L'accomplissement de la course à vide exige un temps tL. La course à vide est compensée par le mouvement de l'étrier 18 dont la branche 21 se déplace suivant la ligne BD; en réalité la course Hv reste donc invariable. Quand la veilleuse s'éteint, l'étrier bimétallique se refroidit; la branche 20 se déplace suivant la ligne EF ou une ligne parallèle à celle-ci, F étant le point où la soupape est fermée. Un mouvement subséquent de la branche 20 suivant la ligne FG est compensé par un mouvement égal mais de sens inverse (FH) de la branche 21.
La Fig. 3 montre de nouveau deux étriers bimétalliques 34, 35 dont les déplacements sont de sens inverses sous l'effet de la chaleur ou du refroidissement, comme l'indiquent respectivement les flèches 36, 37 et 38, 39. Les étriers 34, 35, qui sont en forme d'U, sont disposés de manière que l'un se trouve à l'intérieur de la courbure de l'autre.
Sur la Fig. 4 les étriers sont remplacés par des corps dilatables rectilignes. La soupape est fixée à une tige 46 qui a un plus petit coefficient de dilatation que la douille 41. Le fonctionnement de ce dispositif est le même que celui des dispositifs représentés sur les Figs. 1 et 3.
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DESCRIPTIVE MEMORY
SUBMITTED IN SUPPORT OF A REQUEST
OF INVENTION A control device actuated by heat.
The invention relates to a control device in which a body which expands or deforms by heating (thermostat) actuates the member to be controlled, for example a valve. Known devices of this type have the drawback of too much operating inertia.
It is true that at the beginning of a heating or a cooling the thermostat executes a relatively fast movement because there is then a big difference in temperature. But little by little the temperatures of the thermostat and of the medium which influences it (for example of a flame) are leveled more and more and as a result the control movements become slower and slower. The layout can be chosen so
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that while the thermostat is heating up, only the first part of the thermostat travel, executed quickly, is used for the control movement, while the remainder of the travel is an empty travel which does not act on the component to order.
However, during the reverse control operation, that is, when cooling the thermostat, the entire no-load stroke must be completed before the actual control movement can begin. There is therefore a great delay. In general, one should always expect a certain empty stroke, because on the one hand the thermostat can never be adjusted so that the stroke executed during its heating up corresponds to the required control stroke, and on the other hand , there must always be some play in the transmission so that impermissible voltages cannot occur in the transmission and in the thermostat. The total stroke therefore always consists of a control stroke and an empty stroke.
The control movement is delayed by the time required to complete the empty stroke.
The object of the invention is to remedy this inertia of the thermostat. This object is achieved according to the invention owing to the fact that, once a certain limit position has been crossed, the travel of the thermostat is compensated by a second thermostat acting in the opposite direction. Thus, only the first part of the total stroke is used as the control stroke, which is accomplished rapidly as a result of the large temperature difference then available, while the remaining empty stroke is rendered inoperative by the second thermostat.
The accompanying drawings show several examples of execution of the invention. On the drawings
Fig. 1 shows a control device with thermostats
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bimetallic, for safety pilot,
Fig. 2 is a diagram showing the movements of the thermostat,
Fig. 3 also shows a control device with a bimetallic thermostat for a safety pilot, and
Fig. 4 shows a control device using rectilinear rods as thermostats.
In Fig. 1, 10 is a gas inlet pipe and 11 is a gas pipe going to a burner 12. Between the pipes 10 and 11 is interposed a valve 13 which can press on its seat 15 under the action of a spring 14 and thus cut off the gas supply to the burner 12.
The valve 13 is connected to a valve stem 16 which is driven by a control element A undergoing deformation under the effect of heat. The control element A consists of two bimetallic brackets 17, 18 whose branches are designated respectively by 19, 20 and 21, 22.
The branch 19 of the yoke 17 is rigidly connected to the valve box or to a special support, while the other branch 20 terminates in the branch 22 of the yoke 18 and is welded or riveted thereto. The branch 21 is free and attacks the valve stem 16. The bimetallic yoke 17 is heated by an ignition flame or pilot 23 which is supplied with gas by the pilot line 24. 25 is a valve of the pilot line. . The pilot line 24 is connected to the gas inlet line 10 upstream of a valve 26 which is actuated through a diaphragm 28 by the pressure differences created in a water line 27.
Line 27 goes to the water heater
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The device works as follows:
When the pilot is not burning, the valve 13 bears against the seat 15, so that there can be no gas flow to the burner 12. When water is flowing through the line 27, the valve 26 opens. If we then open the pilot valve 25 and if we turn on the pilot, the bimetallic bracket 17 heats up and its upper branch 20 therefore moves in the direction of the arrow 30 and drives the bimetallic bracket 18 which in turn pushes the valve 13 into the open position.
The bracket 17 is of relatively robust construction and its branch 20 constitutes a long lever arm, so that, under the influence of the large temperature difference between the pilot light and the cold thermostat, already very soon after the ignition of the pilot light branch 20 has traveled a long stroke which corresponds to the stroke of the valve. The bimetal caliper 17 is dimensioned so that its stroke is substantially longer than the actual stroke of the valve. The difference between the valve stroke and the total thermostat stroke is the thermostat no-load stroke. So that the valve does not move beyond its stroke and that the empty stroke does not influence the movement of the valve, the second bimetal caliper 18 is provided.
This stirrup, to which heat is also transmitted little by little, acts in the opposite direction of the movement of the stirrup 17. The branch 21 moves in the direction of the arrow 31 and thus compensates for the empty movement of the branch 20, so that the valve 13 must not execute a stroke longer than that which corresponds to its effective stroke. If the pilot goes out, the reverse operation occurs, ie the branch 20 of the right yoke 17 moves in the direction of the dotted arrow 32 thus closing the valve. Branch 20 is still trending- @
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this to move more in this direction by executing its empty stroke. But the thermostatic caliper 18, the branch 21 of which moves in the opposite direction, thereby compensates for the empty stroke of the bimetallic caliper 17.
Branch
21 therefore does not substantially leave the stem of the valve, so that, when the pilot is re-ignited, the stroke of the thermostat can immediately result in a stroke of the valve, without a no-load stroke first occurring.
As a result of this arrangement, therefore, only the first stroke is used each time as the control stroke, which is rapidly completed due to the large temperature difference. Like the caliper 17, the caliper 18 can also be heated by a flame. This is achieved either by means of a special flame 33 or by means of the flame of the burner 12.
To ensure a large difference in temperature even during cooling, the bracket 18 can be surrounded by a casing 42 which, after the flame has been extinguished, prevents the thermostat from cooling too rapidly. On the other hand, when the pilot is extinguished, the stream of unlit ignition gas cools the yoke 17, so that a relatively large temperature difference occurs which acts on the thermostatic device. For the same reason, it is advantageous for the connection between the two brackets 17, 18 to be a poor conductor of heat.
In Fig. 2 the pace of the control operation is shown in a diagram where the time is plotted on the abscissa and the stroke on the ordinate. When the pilot is ignited, the branch 20 of the heated caliper 17 performs a movement the shape of which is represented by the line OB. When branch 20 reaches point B in time tB, the stroke Hv of the valve is completed. The branch 20 of the stirrup 17 @
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still tends to move more, since its stroke must be longer than the stroke Hv of the valve.
For complete heat exchange in the caliper 17 point C would be reached. As the total stroke, we would then obtain the length Hg. The difference between the total stroke and the stroke of the valve is the empty or inoperative stroke Ht.
Completion of the empty stroke requires a time tL. The empty stroke is compensated by the movement of the caliper 18, the branch 21 of which moves along the line BD; in reality the stroke Hv therefore remains invariable. When the pilot goes out, the bimetal caliper cools; branch 20 moves along line EF or a line parallel to the latter, F being the point where the valve is closed. A subsequent movement of the branch 20 along the line FG is compensated for by an equal but opposite movement (FH) of the branch 21.
Fig. 3 again shows two bimetallic calipers 34, 35 whose displacements are in opposite directions under the effect of heat or cooling, as indicated respectively by arrows 36, 37 and 38, 39. The calipers 34, 35, which are U-shaped, are arranged so that one is inside the curvature of the other.
In Fig. 4 the brackets are replaced by rectilinear expandable bodies. The valve is attached to a rod 46 which has a smaller coefficient of expansion than the sleeve 41. The operation of this device is the same as that of the devices shown in Figs. 1 and 3.
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