Appareil pour mesurer la quantité de chaleur transportée par un fluide en mouvement.
Dans les installations de distribution d'eau chaude entre différents preneurs on ne dispose généralement que de compteurs volume- triques de types connus. Or, lorsque les usa gers consomment cette eau, elle peut être plus ou moins chaude. Il n'est done pas normal de taxer de la même manière des usagers qui ont utilisé des quantités d'eau égales en volnme, mais possédant des énergies calorifiques différentes.
La présente invention vise un appareil destiné à remédier à cet inconvénient et à fournir une intégration constante ou fractionnaire des calories effectivement consommées par l'utilisateur.
L'appareil selon l'invention mesure une succession do volumes de fluide identiques dont la température est prise chaque fois pendant un certain temps et toujours le même.
L'intégration du produit débit X tempéra- ture, qui donne une mesure de la quantité de chaleur transportée par le fluide, est réalisée par un compteur électrique qui reçoit et enregistre des impulsions de courant dont la fré quelle est proportionnelle du débit du fluide et l'amplitude à sa température.
Cet appareil est caractérisé par un comp- teur mesurant le débit du fluide, par un compteur électrique, par un couple thermo- électrique susceptible de débiter dans ledit compteur électrique un courant fonction de la différence entre une température de référence et la température du fluide passant dans ledit compteur de fluide, et enfin par des moyens grâce auxquels ce compteur de fluide commande la fermeture, après chaque passage d'un volume de fluide déterminé, du circuit reliant ledit couple audit compteur électrique, et cela durant un temps rigoureusement constant de manière que le compteur électrique enregistre un passage de courant fonction à la fois du débit du fluide et de sa température.
Dans la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé, on a décrit à titre d'exemple différentes formes de réalisation de l'objet de l'invention.
Sur ce dessin :
La fig. 1 représente, en perspective, un dispositif mécanique constituant une partie des moyens destinés à assurer la fermeture du circuit électrique pendant un temps rigou reusement constant.
La fig. 2 représente ee clispositif peu avant son déclenchement.
La fig. 3 représente le même dispositif après déclenchement, le circuit électrique fermé.
La fig. 4 le représente dans une position ultérieure.
La fig. 5 est un schéma de principe du circuit du couple thermo-électrique.
La fig. 6 est une vue en perspective d'une autre forme de réalisation à barillet à ressort.
La fig. 7 est une vue en coupe du barillet.
Les fig. 8 et 9 sont deux coupes, respec- tivement suivant les lignes VIII-VIII et IX-IX.
Les fig. 10 et 11 représentent, très schéma tiquement, deux autres formes de réalisation utilisant un pendule.
D'après les fig. 1 à 4, l'appareil comprend un compteur volumétrique, de type connu, installé sur la tuyauterie d'eau chaude. Sur l'axe entraîné par la turbine est fixé un plateau 1 circulaire. Le montage de ce plateau est réalisé par exemple de façon qu'un tour complet corresponde à un débit de dix litres d'eau.
Sur le plateau est monté, excentré par rapport à l'axe de rotation, un petit levier 2 pouvant pivoter en 3 autour d'un axe radial, et qui, grâce à un ressort 4, tend à rester vertical, position correspondant aux fig. 1 et 4. Un doigt fixe 5, placé en dehors du plateau, oblige, lors de la rotation du plateau, le levier 2 à basculer autour de son axe jus- qu'au moment où le déplacement du plateau lui permet de franchir le doigt fixe en se dé- tendant brusquement pour revenir à la position verticale.
Un fléau de bascule 6 reposant sur un couteau 7 vient reposer en position normale contre la butée 8 sous l'influence d'un ressort 9 attaché en un point fixe 10. Dans cette position, une des extrémités du fléau se trouve parallèle au doigt 5 et voisin de celui-ei, comme l'indiquent les fig. 1, 2 et 4. L'autre extrémité du fléau porte un interrupteurà mercure 11 à action retardée.
Un couple thermo-électrique 12 (fig. 5), calculé de façon à fournir une force électromotrice suffisante, est installé pour le pôle chaud 13 sur la canalisation alimentant le eompteur volumétrique 15 et aussi près que possible de celui-ci. Un pôle froid 14 est placé sur la canalisation d'eau froide la plus proche.
Un des fils de sortie 16 du couple est relié directement à une borne d'un compteur éleetrique 17, l'autre fil 18 est relié à une des électrodes de l'interrupteur 11 ; de l'autre éleetrode part un fil 19 branché à l'autre borne du compteur 17. Une résistance eomplémen- taire 20 sert à ajuster les indications du compteur 17 qui pourra avantageusement être du type électrolytique susceptible d'enregis- trer de faibles intensités.
L'ensemble de l'appareil décrit ci-dessus doit répondre aux trois conditions suivantes :
a) Un volume d'eau toujours identique, pouvant passer dans un temps variable, ferme automatiquement le circuit de la pile thermo- électrique.
b) Le circuit de la pile dont l'intensité est variable par suite des différences de température se trouve ouvert automatiquement dans un temps toujours identique.
c) Le temps pendant lequel le contact de la pile est appelé à fonctionner doit être inférieur au temps le plus court dans lequel le volume d'eau choisi comme base de mesure est susceptible de passer dans le compteur volumétrique.
D'après les fig. 1 à 4, le fonctionnement de l'appareil est le suivant : Lorsque le plateau 1 a effectué un tour correspondant par exemple à dix litres, le levier 2, qui s'était couché par suite de la résistance du doigt fixe 5, se détend brusquement sous l'action du ressort 4.
Dans cette action, il agit sur le fléau 6 de la bascule obligeant celui-ci à un déplacement angulaire calculé à l'avance. Le mercure eontenu dans l'interrupteur 11 passe dans la ea- vité contenant les deux électrodes, mettant celles-ci en contact électrique. Le levier 2 ayant, dans son mouvement, quitté le contact du fléau 6, celui-ei revient à sa position primitive grâce au ressort 9, mais le mercure ne peut passer dans l'autre cavité de l'interrupteur 11 qu'au bout d'un temps calculé à l'avance. étant obligé de passer par l'étranglement 11' de l'interrupteur. Ce temps écoulé, les élee- trodes ne sont plus en contact électrique et le eireuit est ouvert.
Le compteur électrolytique 17 (fig. 5) a donc fonctionné seulement pendant le temps où les électrodes étaient en contact électrique.
Evidemment, l'interrupteur à mercure sera réalisé de telle sorte que le temps de retour du mercure de la cavité où se trouvent les électrodes dans l'autre cavité soit inférieur au temps le plus rapide dans lequel le plateau 1 est susceptible d'accomplir une révolution complète.
On assurera donc ainsi une succession de volumes identiques, quelle que soit la vitesse du plateau. Le temps de prise des températures sera toujours le même, le passage du courant étant réglé d'avance.
L'intégration volume X température est ainsi réalisée par voie électrique.
Dans la réalisation décrite ci-dessus, l'axe moteur de la turbine peut s'arrêter dans n'importe quelle position, jamais le courant ne risquera de passer indéfiniment dans le cir- cuit.
L'appareil représenté sur les fig. 6 à 9 comprend essentiellement un barillet dont le tambour 1 est monté fou sur l'axe 2 choisi sur le compteur volumétrique, tandis que l'extré- mité centrale du ressort 3 de ce barillet est fixée sur une virole 4 solidaire de cet axe.
Dans ce barillet est articulé, de façon à pouvoir pivoter dans le plan vertical, un doigt 5 qui fait saillie à l'extérieur du barillet et qu'un ressort 6 tend toujours à ramener dans sa position horizontale (en trait plein sur la fig. 7). Sur l'axe 2 est d'autre part calée une came 7 susceptible de soulever le doigt 5.
Celui-ci coopère d'autre part, dans les eonditions qui seront décrites plus loin, avec le bras 8 d'un interrupteur à mercure 9 dont les deux électrodes sont respectivement reliées au couple thermo-électrique et au compteur éleetrique. Un ressort 10 tend toujours à ramener cet interrupteur dans la position de fermeture du circuit (position opposée à celle représentée sur la fig. 6). Les deux positions limites du bras 8 sont déterminées par les deux branehes de la butée 12.
La vitesse de rotation du barillet 1 sous l'action de son ressort 3 est maintenue rigou reusement eonstante grâee à un système d'échappement à ancre 11 de tout type connu approprié.
Cet appareil fonctionne de la façon sui- vante :
Au repos, les organes sont dans la position représentée sur la fig. 6, le doigt 5 du barillet 1, que son ressort tend toujours à faire tourner dans le sens de la flèche, bloque le bras 8 dans la position pour laquelle le circuit est coupé par l'interrupteur 9.
Lorsque 1'eau circule dans la turbine du compteur volumétrique, l'axe 2 tourne dans le sens de la flèche en remontant le ressort 3 puisque le barillet est immobilisé par le bras 8 contre lequel bute le doigt 5.
Toutefois, à un certain moment, la came 7, qui tourne avec l'axe 2, soulève le doigt 5 ; le bras 8 se trouve ainsi libéré et, sous l'action du ressort 10, l'interrupteur 9 vient dans la position pour laquelle le circuit est fermé. En même temps, puisque le doigt 5 a échappé au bras 8, le barillet peut tourner sous l'action de son ressort 3. Après une révolution complète, effectuée toujours dans le même temps grâce à l'échappement à ancre 11, le doigt 5 heurte à nouveau le bras 8 et le ramène, à la position représentée sur la fig. 6, pour laquelle le circuit est coupé.
La vitesse de la rotation du barillet 1 doit évidemment être réglée à une valeur légèrement supérieure à celle de la vitesse maximum de l'axe 2. De cette façon, le doigt 5 est toujours revenu à sa position normale lorsque la came 7 arrive de nouveau à sa hauteur.
Comme, d'une part, une révolution com plète de l'axe 2 s'effectue toujours pour le même débit d'eau chaude, et a pour effet de provoquer une fermeture du circuit électrique pendant un temps rigoureusement constant et que, d'autre part, le couple thermo-électrique débite un courant fonction de la température de l'eau chaude, il est évident que le compteur électrique enregistre bien un passage de courant fonction à la fois du débit de l'eau et de sa température.
Pour limiter l'effort au cas d'un débit du compteur supérieur à la vitesse de l'échappement 11, le ressort 3 est accroché sur le barillet 1 par l'intermédiaire d'un ressort 13 (fig. 9).
On décrira maintenant l'appareil repré- senté schématiquement à la fig. 10. L'axe 2, entraîné par le mécanisme de la turbine du compteur volumétrique, porte une lame de ressort 14 qui, par suite de la rotation de la turbine, vient, pour chaque tour de l'axe 2, buter contre un point fixe 15 situe à une distance convenable de cet axe. Celui-ei continuant son mouvement de rotation, le ressort 14 se courbe jusqu'au moment où il lui est possible d'échapper brusquement du point fixe 15. A ce moment, se déclenchant avec une certaine puissance, il vient frapper l'extrémité d'un balancier 16 auquel il imprime un certain déplacement avant de s'en libérer pour atteindre la position de détente complète 16'.
Le balancier 16, dont la longueur et le poids ont été choisis à l'avance, continue son mouvement pendulaire jusqu'au moment où, ses amplitudes diminuant, il s'immobilise à la position verticale primitive.
Il est à remarquer que le temps de battement du balancier pour revenir à cette position est toujours identique, le mouvement dé- clenchant la plus grande amplitude étant toujours égal en force et déterminé dans l'exemple choisi par l'élasticité du ressort 14 vis-àvis du point fixe.
Le balancier porte l'interrupteur à mercure 9 de forme et de poids aussi réduits que possible.
Lorsque le balancier est au repos, le mercure se trouve à la partie creuse de la cellule.
Dès que le balancier est lancé par la détente du ressort 14, les électrodes viennent en contact alternativement avee la masse de mercure établissant ainsi pendant une fraction de temps le passage du courant.
La totalité des temps de contact étant en fonction du temps de balancement du balan eier, toujours identique à lui-même pour chaque détente du ressort 14, on mesure, pour chaque rotation de l'axe 2, un temps de prise de températures toujours semblable à luimême.
Une simplification à l'appareil décrit ei- dessus peut être réalisée de la façon suivante (fig. 11) : L'axe de rotation 2 porte un doigt rigide 17 qui, au cours de sa course, vient à un moment en contact avec l'extrémité du balancier 16. Les dispositions relatives du balancier et de l'axe ont été choisies de telle sorte qu'à un moment donné, l'extrémité du balancier puisse échapper au doigt 17 lorsque celui-ci a parcouru une portion de cercle. La cellule à mercure 9 ne porte des électrodes qu'à l'une de ses extrémités, de telle sorte que le courant ne puisse s'établir qu'au moment où le balancier, ayant échappé an doigt 17, vient dans une position opposée.
Cette disposition évite un contact intempestif lorsqu'il se produit un arrêt du compteur volumétrique, donc du doigt 17 entre le moment où ce doigt attaque le balancier et le moment où il le libère.
La mesure des temps de prise de tempé- rature correspond à. la moitié du temps de balancement du pendule et est toujours iden- tique à lui-même, le point de séparation du doigt et du balancier étant invariable.
Dans la description qui précède, on a plus spécialement décrit l'application de l'inven- tion à la mesure d'eau chaude. Il est bien évident cependant qu'elle peut recevoir d'autres applications. Elle peut notamment être appliquée dans des installations de chauffage central. Dans cette dernière application, on pourra avantageusement prendre comme température de référence celle du retour du fluide chauffant.