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ROBERTSHAW-FULTON CONTROLS COMPANY, résidant à GREENSBURG (EoU.A.)
DISPOSITIF DE COMMANDE THERMOSTATIQUE.
La présente invention est relative aux systèmes de commande pour brûleurs à combustible gazeux et concerne plus particulièrement des systèmes de commande thermostatiques pour de tels brûleursL'objet principal de la pré- sente invention consiste à établir un appareil nouveau et perfectionné de ce type.
La présente invention s'applique particulièrement, sans toutefois y être limitée, à l'utilisation dans les chauffe-eau fonctionnant au gaz, et appareils analogues, dans lesquels les températures de l'eau doivent être con- trôlées dans des limites précises.On sait que des chauffe-eau doivent satis- faire à des consommations d'eau variables et que, dans n'importe quelle in- stallation, les dimensions du chauffe* . au nécessaire seront déterminées par le débit de pointe qui pourrait être imposé au système considéré. Etant donné que des consommations de pointe, telles qu'elles se présentent les jours de lessive, ne se produisent qu'à certains intervalles., un chauffe-eau de di- mensions suffisantes pour satisfaire à de telles demandes serait anti-écono- mique pendant les périodes de consommation normale.
Lex exigences anormales auxquelles un système de chauffage d'eau doit pouvoir faire face ne sont pas nécessairement limitées aux besoins représentés par des quantités d'eau plus élevées, à la température normale, mais peuvent également consister en la né- cessité de fournir momentanément de l'eau à une température plus élevée que la température normale, par exemple celle qui serait nécessaire en vue de l'opé- ration de rinçage d'une machine ménagère à laver la vaisselle. Il est donc évi- dent qu'il serait avantageux de prévoir un système de commande pour un chauffe- eau, qui pourrait être réglé de façon à préparer un seul réservoir plein d'eau chaude à une température plus élevée que celle qui est maintenue normalement.
La présente invention a pour objet d'établir un tel système de commande.
L'invention a en outre pour objet d'établir une commande ther- mostatique capable d'assurer une fourniture passagère d'un milieu chauffé à haute température, avec retour automatique au contrôle normal de la températu- re.
La présente invention vise à établir un système de commande pour
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combustible fluide, dans lequel l'écoulement du combustible est soumis au contrôle d'une soupape, laquelle est à son tour commandée par un mécanisme influencé par la température du milieu à chauffer. Des moyens sont prévus en vue de régler les températures qui déterminent l'actionnement de la soupape, ces moyens comprenant deux systèmes de réglage dont l'un est en action jus- qu'au moment où la température passagère élevée du milieu à chauffer est at- teinte, après quoi il devient inopérant, cependant que l'autre système de ré- glage devient opérant afin de régler la température en vue du fonctionnement normal.
Dans le mode d'exécution préféré de l'invention, le système de ré- glage présente la forme d'un nouveau dispositif à levier comportant un bras de levier interposé entre la soupape de commande et un élément influencé par la température, de telle manière que la position du centre de pivotement ou point d'appui de ce levier détermine la température à laquelle la soupape de commande est actionnée, la disposition étant telle que deux centres de pivote- ment coopèrent alternativement avec ce bras de levier. Pendant le fonctionne- ment normal, le bras de levier est en contact avec le premier point d'appui, lequel peut être réglé de façon à occuper une série de positions, en vue d'as- surer une gamme de réglage@ de température.
Pour obtenir le réglage passager de haute température le bras de levier est mis hors de contact d'avec le pre- mie@ point d'appui et est mis en contact avec le deuxième point d'appui, ce dernier contact pouvant être interrompu par l'intervention du mécanisme in- fluencé par la température du milieu à chauffer.
D'autres objectifs et avantages ressortiront de la description ci- après considérée en regard des'dessins annexés, dans lesquels:
La Figo 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de commande dans lequel est incorporée la présente invention. la Fig. 2 est' une vue en coupe fragmentaire du dispositif repré- senté dans la Fig. 1, certains organes de ce dispositif étant dans une posi- tion différente.
La Fig. 3 est une vue en coupe fragmentaire du dispositif montré dans la Fig. 1, dans laquelle les organes occupent une position différente de celle des deux vues précédentes.
La Figo 4 est une vue en,perspective d'un détail; et
La Fig. 5 est une vue en bout d'un deuxième mode de réalisation de la présente invention, une partie du dispositif étant arrachée.
Robinet d'arrêt principal.
Comme on le voit en particulier dans la Fig. 1, le dispositif de commande selon l'invention comporte un boîtier 10 dont une extrémité est mu- nie d'une ouverture d'admission latérale 12 pour le combustible, tandis que l'autre extrémité présente une ouverture de sortie 14 pour le combustible. Un canal principal à combustible 16, qui traverse le boîtier 10, assure la oom- munication entre l'entrée 12 et la sortie 14. Conformément à la disposition habituelle dans de tels systèmes, des canalisations appropriées peuvent être prévues au raccord d'entrée 12 et au raccord de sortie 14, en vue de diriger le combustible, qui traverse le passage 16, vers un brûleur principal (non re- présenté) de l'appareil auquel le système de commande selon l'invention est appliqué.
Dans ces vues on voit que le passage entre le raccord d'entrée 12 et le raccord de sortie 14 est soumis au contrôle d'un robinet d'arrêt prin- cipal 18. Le robinet 18 est muni d'un passage angulaire 20, lequel peut être déplacé, en tournant le robinet 18 à la main, de façon à établir ou à inter- rompre la communication, à travers le passage 16, entre le raccord d'entrée 12 et le raccord de sortie 14. Une poignée ou un bouton 22 est fixé à l'extré- mité émergeante du robinet 18, ce bouton portant les repères habituels, pour indiquer la position d'ouverture et la position de fermeture, ces repères étant disposés de façon à coïncider sélectivement avec une aiguille 24 fixée
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au boîtier 10 en un endroit approprié..
Des moyens appropriés peuvent être utilisés en vue de limiter la rotation du robinet 18 à environ 180 degrés entre la position d'ouverture to- tale et celle de fermeture totale. Ainsi, le bouton 22 peut être évidé sur sa face inférieure, de manière à déterminer une partie annulaire 26 formant jante et comportant un évidement 28 en arc de cercle. Une paroi extrême de l'évide- ment 28 et une butée 30 entrent en contact, alternativement, avec les faces latérales de la plaque 31, laquelle est fixée d'une manière convenable à l'ai- guille 24, de façon à pénétrer dans l'évidement 28 et à servir de butée-limite dans le but décrit.
Un plongeur 32 émerge du boitier 10 et pénètre dans l'évidement 28.
Le bouton 22 est établi de façon à pouvoir se déplacer axialement par rapport au robinet 18 et présente sur sa face inférieure une partie non évidée ou plei- ne (non représentée), appelée à entrer en contact avec le plongeur 32 à la sui- te d'un déplacement axial du bouton 22, lorsque le robinet 18 occupe une posi- tion dans laquelle la partie pleine et le plongeur 32 sont alignés.
Mécanisme de la soupape de commande.
Le boîtier 10 est pourvu d'un siège de soupape annulaire 34, dis- posé de façon à former une intersection avec le passage à combustible allant du raccord d'entrée 12 au raccord de sortie 14 et passant par la chambre de soupape.16. Un bossage axial creux 36, formé à l'intérieur du siège de soupa- pe annulaire 34, constitue un guidage pour une tige de soupape creuse 38, la- quelle peut effectuer des mouvements de coulissement relatifs dans ce guidage.
Un corps de soupape à plateau 40 est monté sur la tige de soupape 38, de façon à se déplacer solidairement avec celle-ci par rapport au siège de soupape 4, entre la position d'ouverture et la position de fermeture. Le corps de soupape 40 est normalement sollicité vers le siège de soupape 34 par des moyens qui seront décrits ci-après d'une manière plus détaillée.
La tige de soupape creuse 38 contient un mécanisme à mouve- ment perdu constitué par un plongeur 42 et un ressort de charge 44 qui sert à solliciter un collier 46, prévu sur le plongeur 42, de façon à mettre ce col- lier en contact avec une douille 48 qui obture l'extrémité intérieure de la tige de soupape creuse 38. Le plongeur 42 émerge de la douille 48 en vue d'en- trer en contact cinématique avec les leviers de multiplication 50 d'un méca- nisme à déclic d'un type bien connu, comprenant un élément de poussée 52 qui sert à imprimer un mouvement à délie au corps de soupape 40.
L'élément de poussée 52 porte les moyens de commande de soupape, représentés ici sous la forme d'un bouton de poussée 54 qui émerge de l'enveloppe 10 de façon à être actionné par un mécanisme influencé par la chaleur, comme on le verra dans la suite.
Commande de la coupure automatique.
Des moyens thermoélectriques sont prévus en vue de déplacer le corps de soupape 40 jusqu'à la position de fermeture, lorsque certaines con- ditions s'établissent, par exemple, une défaillance de la flamme de veilleuse.
A cette fin, le boîtier 10 est évidé en un point intermédiaire entre le robinet d'arrêt principal 18 et la soupape de commande 40, en vue de recevoir une enveloppe d'électro-aimant 56. Cette enveloppe 56 contient un électro et l'armature qui lui est associée (non représentés), la disposition étant telle qu'une tige d'armature 58 émerge à l'extérieur de l'enveloppe d'électro 56, pour pénétrer dans le passage 16. La tige d'armature 58 est sol- licitée vers sa position libérée par rapport à l'électro au moyen d'un res- sort à boudin 60 qui agit entre la tige d'armature 58 et l'enveloppe d'électro 56. Le courant électrique nécessaire pour l'excitation de 1'électro peut être engendré par un thermocouple (non représenté) influencé par l'action de la cha- leur, de la manière bien connue dans la technique.
Dans les dispositifs thermoélectriques du type représenté ici, l'énergie électrique engendrée par le thermocouple influencé par l'action de
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la chaleur est insuffisant pour attirer l'armature et la tige d'armature 58 à partir de la position déclenchée, cette énergie étant cependant suffisante pour maintenir cette armature et cette tige dans la position attirée, après que l'o- pération d'armement habituelle a été effectuée. Par conséquent, il est fait usage de moyens d'armement commandés à la main et comprenant le plongeur 32 décrit précédemment, en vue de conduite l'opération d'armement. A cette fin, un dispositif à levier 62 est monté à pivotement, en un point intermédiaire entre ses extrémités, dans le passage 16, une extrémité de ce dispositif se situant entre la tige d'armature 58 et le plongeur 32.
L'extrémité opposée du disposi- tif à levier 62 se situe au-dessus du corps de soupape 40, un¯ressort à boudin
64 étant intercalé entre ces deux organes.Ainsi, le dispositif à levier 62 est normalement sollicité en vue de son contact avec la tige d'armature 58, cette sollicitation étant cependant insuffisante pour vaincre la tension du ressort
60 de la tige d'armature, à moins que le plongeur 32 ne soit actionné par une commande manuelle dans le sens de son enfoncement.
Réglage de la température.
Des moyens influencés par la chaleur et destinés à actionner le corps de soupape 40 par l'entremise du mécanisme à déclic 50-54 sont supportés par une boîte à thermostat 66 fixée à la paroi extérieure du boîtier 10 de n'im- porte quelle manière appropriée. La boîte 66 peut présenter une forme appro- priée quelconque permettant de fixer le boîtier de commande 10 au réservoir d'un chauffe@-eau. Les éléments habituels 68, 70 qui constituent le système "tige et tube*', émergent de la botte 68 et pénètrent dans le réservoir du chauf- fe-eau et, comme cela se pratique généralement dans de tels dispositifs, la tige 68 présente un coefficient de dilatation relativement peu élevé,
tandis que le tube 70 possède un coefficient de dilatation plus élevé? Sous l'influen- ce de la chaleur de l'eau contenue dans le réservoir,et vu la différence entre les coefficients de dilatation, l'élément 68 en forme de tige est amené à sor- tir partiellement de la boîte 66.
L'élément en forme de tige 68 du thermostat pénètre dans le bottier 10 sur le côté du bouton de poussée 54 et attaque des moyens de liaison qui ont été représentés ici sous la forme d'un levier de liaison 72 dont une extrémité de commande est supportée sur le bouton de poussée 54. L'ex- trémité opposée du levier 72 peut être attaquée par une vis de réglage 74 qui. traverse le boîtier 10 suivant un axe sensiblement parallèle à celui du corps de soupape 40. Un bouton de réglage 76 est supporté sur- la vis de réglage 74 afin de permettre un réglage sélectif de la température qui doit être mainte- nue par l'élément à tige et à tube 68, 70.
Un organe élastique, sous la forme d'une lame élastique 78, est supporté par le bouton de poussée 54 de façon à agir cinématiquement sur le levier 72, afin de maintenir ce dernier levier en contact avec le bouton de poussée 54 et de solliciter ce même levier en direc- tion de la vis de réglage 74.
Un levier coudé 80 est monté à pivotement sur des couteaux 81 im- médiatement au-dessus de l'extrémité libre du levier 72, dans une extension 82 de la botte à thermostat 66, ce levier coudé étant disposé de façon à être at- taqué par une extrémité d'un levier 84 dont le point d'appui 86 peut entrer en contact avec la boite à thermostat 66.
Le levier 84 peut être muni à une de ses extrémités d'une vis 85 appelée à assurer une liaison réglable avec le levier coudé 80. L'autre extrémité du. levier 84 est en contact avec un collier 88 fixé à la tige 68 du. thermostat, de façon à se déplacer solidairement avec cette ti- ge La partie médiane du levier 84 est munie d'une fente 89, dans laquelle - est engagée à coulissement une vis de mise en position 87 qui se visse dans la boite à thermostat 66, un jeu suffisant étant prévu entre la vis 87 et les. bords de la fente 89, de façon à permettre un mouvement de pivotement limité du levier 84 autour de son point d'appui 86.
Le levier coudé 80 est sollicité en vue de son ,!'contact avec le levier 84, par une lame élastique 90 fixée à l'extension 82'de la boîte à thermostat 66 de n'importe quelle manière appro- priée.
L'extrémité du levier coudé 80, opposée à l'extrémité de ce levier
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qui est en contact avec le levier 84, est munie d'un ergot 92 orienté latéra- lement et dont la surface d'extrémité 94 est inclinée par rapport à sa surface inférieure. Comme montré clairement dans les Figs 1 et 2, le levier coudé 80 et l'ergot 92 forment un système à détente ou à loquet, destiné à maintenir le le- vier de liaison 72 dans une position donnée, comme on le verra dans la suite.
La Fig. 4 montre un mode de réalisation préféré du levier coudé 80. Il est ce- pendant bien entendu que les techniciens de la branche peuvent concevoir d'au- tres modes d'exécution de ce levier.
Au cours du fonctionnement normal, la vis de réglage 74 est en con- tact avec le levier 72, de façon à constituer un point d'appui pour celui-ci.
Il est évident qu'une manipulation de la vis de réglage 74, en vue d'un dépla- cement axial de celle-ci, aura pour effet de déplacer le point d'appui du le- vier 72, de façon à modifier la distance dont la tige 68 doit se déplacer pour déterminer un actionnement du corps de soupape 40.Ainsi, la position du point d'appui du levier 72 détermine la température à laquelle le corps de soupape 40 sera actionné.
La partie filetée de la vis de réglage 74 présente une longueur suffisante pour permettre à cette vis de déplacer le levier 72 depuis la posi- tion représentée dans la Fig. 3 jusqu'à celle montrée dans la Fig. 2, dans la- quelle ce levier peut être engagé par l'ergot 92 prévu sur le levier coudé 80, afin que le levier 72 soit retenu dans cette position lorsque la vis de réglage est ramenée à la position montrée dans la Figo 1.
En considérant la Fig. 5 on voit que la construction de variante qui y est représentée, et dans laquelle les mêmes chiffres de référence dési- gnent des organes correspondants, diffère du mode de réalisation représenté dans les Figs. 1 à 4 par le fait qu'elle emploie des moyens différents pour amener le levier 72 en contact avec le levier coudé 80. Dans le mode de réali- sation montré dans la Fig. 5, le boîtier 10 est muni d'un bras 96 qui s'étend latéralement et dans lequel est supportée à coulissement une tige de poussée 98 dont l'axe est disposé sensiblement dans une direction parallèle à celle de l'axe du corps de soupape 40. Une extrémité de la tige de poussée 98 porte un bouton-poussoir 100, tandis que son autre extrémité est réunie à une extrémité d'un levier 102.
L'autre extrémité du levier 102 est montée à pivotement dans une patte appropriée 104, formée sur le boîtier 10 est disposée de telle façon que le levier 102 se trouve orienté transversalement par rapport à ce boîtier et se situe au-dessous du levier 72.
Le levier 102 est sollicité, dans le sens de son éloignement du levier 72, par un ressort à boudin 106 qui agit entre le bouton-poussoir 100 et le bras 96 formé sur le boîtier 10. Il est bien évident qu'un actionnement à la main de la tige de poussée 96, à l'encontre de la tension du ressort 106, aura pour effet de déplacer le levier 102 de façon à le mettre en contact avec le levier 72 et à déplacer ce dernier levier de fagon à le mettre en contact avec l'ergot 92 du levier coudé 80.
Fonctionnement.
On supposera que le dispositif de commande représenté se trouve dans son état de fonctionnement normal, dans lequel le robinet principal 18 occupe la position d'ouverture, tandis que la tige d'armature 58 occupe sa po- sition de retrait,comme représenté dans la Fig. 1. Comme il a déjà été indi- qué plus haut, lorsque le dispositif de commande est dans la position de fonc- tionnement normale, la vis de réglage 74 de ce dispositif est en contact avec le levier 72, de façon à constituerun point d'appui pour celui-ci, la dispo- sition; étant telle que la mise au point de cette vis de réglage détermine la température de l'eau dans le réservoir du chauffe-eau.
Lorsqu'on désire dispo- ser d'un seul réservoir rempli d'eau, à une température supérieure à la tempé- rature normalement maintenue, on manipule la vis de régla.ge 74 de façon à la déplacer axialement vers l'intérieur (comme montré dans la Fig. 2) cela d'une distance suffisante pour mettre le levier 72 en contact avec l'ergot 92 du le- vier coudé 80.
En se déplaçant vers le haut, l'extrémité du levier 72 entre en
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contact avec la surface 94 de l'ergot 92, de façon à provoquer le déplacement du levier coudé 80 dans une direction opposée à celle des aiguilles d'une mon- tre, autour des couteaux 81 de ce levier et à l'encontre de la tension de la lame élastique 90. Tout déplacement ultérieur vers le haut de l'extrémité du levier 92 aura pour effet de déplacer l'extrémité de ce levier de façon à la mettre hors de contact d'avec la surface 94 de l'ergot 92. Le levier coudé 80, agissant sous la tension de la lame élastique 90, ,se déplace dans le sens des aiguilles d'une montre autour de ses couteaux 81, de façon à amener l'ergot 92 au-dessous de l'extrémité du levier 72.
De cette façon, le levier coudé 80 et l'ergot 92 constituent ensemble un système à loquet destiné à retenir le levier 72 dans une position déterminée d'avance, à la suite de quoi la vis de réglage 74 peut être ramenée à sa position normale, cependant que les divers organes du dispositif de commande demeurent dans leurs positions représentées dans la Fig. 1.
Lorsque le levier 72 se trouve dans la position représentée dans la Fig. 1 l'ergot 92 forme un point d'appui pour ce levier et agit de façon à ajuster une distance déterminée que la tige 68 doit franchir afin de produire une diminution de la pression sur le bouton de poussée 58 et permettre au corps de soupape 40 de retourner à sa position de fermeture sous l'effet des organes qui le sollicitent, ce qui correspond à la mise au point d'une tempé- rature déterminée à laquelle le corps de soupape 40 sera actionné. Il est bien entendu que le corps de soupape 40 restera dans la position d'ouverture, de façon que le combustible puisse affluer vers le brûleur, jusqu'à ce que l'eau contenue dans le réservoir du chauffe-eau aura atteint la température déterminée en question.
Lorsque la température de l'eau contenue dans le réservoir du chauffe-eau atteint la valeur correspondant à la mise au point- du levier 72, la tige 68 aura été déplacée vers le haut par le tube 70, en voie de dilatation, ce qui aura pour effet de réduire l'effort exercé par cette tige sur le mé- canisme à déclic 50-54 par l'entremise du levier 72, cette réduction étant suf- fisante pour permettre à la soupape 40 de se déplacer de façon à occuper sa position de fermeture, tandis que le collier 88, solidaire de la tige 68, aura été déplacé vers le haut d'une distance suffisante pour produire le déplace- ment du levier 84 vers le haut par rapport à la vis de mise en position 87 et de telle manière que le point d'appui 86 du levier 84 soit amené à entrer en contact avec la boite à thermostat 66.Lorsque,
dans la suite, la température de l'eau dans le réservoir subit une légère hausse, il en résultera un mouve- ment de pivotement du levier 84 autour de son point d'appui 86,.'dans le sens des aiguilles d'une montre. Ce déplacement du levier 84 sera transmis au le- vier coudé 80 par l'intermédiaire de la vis de réglage 85, de façon à provo- quer un déplacement du levier coudé 80 autour de ses couteaux 81, à l'encon- tre des aiguilles d'une montre, ce mouvement ayant pour effet de libérer l'ex- trémité du levier 72 et à permettre à cette extrémité de se déplacer, sous l'effet de la tension de la lame élastique 78, à l'encontre des aiguilles d'une montre, autour du bouton de poussée 54, de telle manière que cette ex- trémité entre en contact avec la vis de réglage 74, c'est-à-dire,
vient occuper la position représentée dans la Fig. 3. Le dispositif de commande continue dé- sormais à régler la température de l'eau dans le réservoir du chauffe-eau en conformité avec la mise au point de la vis de réglage 74 cela jusqu'au moment ou le levier 72 est à nouveau actionné à la main en vue d'être amené dans la position d'encliquetage avec l'ergot 92.
Il est bien entendu que la vis de réglage 85 peut être manipulée en vue de déterminer la température à laquelle l'ergot 92 se dégagera du le- vier 72. Cette température peut être réglée à une valeur inférieure à celle qui correspond à la mise au point du levier 72 lorsque ce dernier est en pri- se avec l'ergot 92, la disposition étant telle que, lorsque la température est réglée de cette façon, le relâchement du levier 72 par l'ergot 92 aura pour ef- fet la fermeture de la soupape 40.
Le fonctionnement du mode de réalisation selon la Fig. 5 est ana- logue à celui décrit plus haut, dont il ne diffère que par le fait que le dé- placement du levier 72 en vue de son entrée en contact de verrouillage avec l'ergot 92 est assuré par la tige de poussée 98 et par le levier 102. Lorsqu'on
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adopte une telle disposition, l'ajustement normal de la température à l'aide de la vis de réglage 74 ne doit pas être dérangéo
Il ressort de ce qui précède que les modes de réalisation de l'invention représentés dans les dessins constituent des systèmes de commande thermostatiques nouveaux et perfectionnés et, par conséquent, permettent d'at- teindre les objectifs de 3'invention.
D'autre part, il est évident pour tout tech- nicien de la branche que les modes de réalisation représentés peuvent être changés et modifiés de diverses manières ou que leurs particularités peuvent être incorporées, séparément ou ensemble, dans d'autres combinaisons que celles représentées, le tout sans s'écarter de l'esprit de l'invention ni renoncer aux avantages de celle-ci et que, par conséquent, les discriptions de la présente n'ont été faites qu'à titre illustratif, de sorte que l'invention n'est pas li- mitée à celles-ci
REVENDICATIONS.
1. Mécanisme de réglage de température destiné à un appareil de chauffage et muni d'organes obturateurs ou soupapes, destinés à déterminer l'ad- mission d'un agent générateur de chaleur à cet appareil, ainsi que des moyens amenés à contrôler les organes obturateurs à la suite du fait que le milieu ap- pelé à être chauffé dans l'appareil de chauffage a atteint une température dé- terminée d'avance, ce mécanisme de commande étant caractérisé en ce que les dits moyens de contrôle comportent un organe d'actionnement de soupape, auquel sont associés cinématiquement des moyens réglables pouvant être réglés de fa- çon à déterminer l'intervention du dit organe d'actionnement de soupape lorsque le dit milieu atteint l'une ou l'autre de deux températures sélectées d'avance.