Robinet mélangeur
La présente invention a pour objet un robinet mélangeur comprenant deux voies pour l'admission respectivement d'un premier et d'un second liquide, de température différente de liquide à liquide, une troisième voie, en liaison avec les deux premières, destinée à la distribution d'un mélange desdits liquides, un premier et un second organe de réglage du débit de liquide circulant dans la première et la seconde voie d'admission respectivement.
On connaît déjà d'innombrables robinets mélangeurs de ce genre, équipant notamment des salles d'eau, dont les organes de réglage, à actionnement manuel, sont manoeuvrées au jugé par les utilisateurs en fonction et du débit d'eau désiré à la sortie de la troisième voie et de la température voulue pour le mélange d'eau obtenu.
L'actionnement de tels mélangeurs est généralement une opération délicate requérant de la part de l'usager une certaine habileté et une grande attention, qualités que n'ont en général pas la plupart des enfants, des handicapés physiques et des vieillards, ce qui explique le nombre d'accidents assez important, en particulier de brûlures, auxquels sont sujettes ces catégories de personnes.
L'invention a pour but la création d'un robinet mélangeur, du type évoqué précédemment, ne requérant aucune habileté et attention de manoeuvre particulières de la part de son usager et obviant en conséquence à l'inconvénient cité.
A cet effet, ce robinet se caractérise par le fait qu'il comprend un dispositif pour fixer à une valeur déterminée la somme des débits de liquides circulant dans l'une et l'autre voies d'admission, un moyen pour afficher la température désirée pour le mélange de liquides débité par la troisième voie, un élément sensible à la température effective de ce mélange et un servo-mécanisme de commande desdits organes, piloté par ledit élément sensible et par ledit moyen d'affichage, pour doser les débits de liquide de chaque voie d'admission dans une proportion telle que le mélange des liquides débité par la troisième voie présente une température correspondant à celle affichée et avec un débit correspondant à celui fixé par ledit dispositif.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple et très schématiquement, une forme d'exécution et une variante de l'objet de la présente invention:
La fig. 1 montre le circuit hydraulique de la forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue similaire à celle de la fig. 1 illustrant la variante.
Le robinet mélangeur représenté (fig. 1) présente une enceinte de mélange 1 dans laquelle pénètrent deux conduits 2 et 3, destinés à être rattachés respectivement à une source d'eau chaude C et à une source d'eau froide
F, non représentées, et de laquelle sort un troisième conduit, 4, pour l'évacuation du mélange d'eau chaude et froide réalisé C + F dans la chambre 1.
L'ouverture aval des conduits 2 et 3 peut être fermée à l'aide de plateaux mobiles d'obturation 5 et 6, respectivement, solidaires de pistons 7 et 8, montés coulissants dans des cylindres 9 et 10, et soumis, d'une part, à la pression régnant dans le conduit 2 et dans le conduit 3, respectivement, auxquels ces cylindres sont reliés par des tubulures de compensation 9a et 10a, et, d'autre part, à l'action de ressorts de rappel 1 1 et 12 développant l'effort nécessaire au maintien des plateaux S et 6 en position d'obturation.
Les cylindres 9 et 10 sont de plus alimentés en eau sous pression à partir d'un amplificateur fluidique proportionnel à l'interaction, A, commandé par un circuit comprenant deux tubulures secondaires 13a et 13b et alimenté par une tubulure tertiaire 14, ces trois tubulures étant dérivées d'une tubulure primaire 15 reliée au conduit 3 d'alimentation du robinet en eau froide.
Le débit d'eau susceptible de couler dans la tubulure 15 peut être réglé manuellement par l'usager en actionnant une vanne 16, dont l'organe de commande, non représenté, fait saillie hors de la chambre de mélange 1.
Des résistances hydrauliques de même valeur, Ra et
Rb, sont disposées dans les tubulures 13a et 13b. Ces résistances sont destinées à limiter l'interdépendance des écoulements d'eau s'établissant dans les tubulures 1 3a et 13b.
Comme la vanne 16 permet de contrôler le débit d'eau circulant dans la tubulure 15 et donc dans les tubulures 13a, 13b et 14, et que de ce débit dépend l'intensité du signal communiqué par l'amplificateur A, il s'ensuit que cette vanne constitue également un organe permettant de fixer la valeur de la somme des débits d'eau sortant des conduits 2 et 3.
Le robinet mélangeur représenté permet de plus de régler automatiquement la température du mélange d'eau sortant par le conduit 4, ainsi que cela va maintenant être décrit.
A cet effet, sur la tubulure 13a comme sur la tubulure 13b, est branchée une buse 17, respectivement 18, dont l'ouverture calibrée est susceptible de débiter une quantité maximum d'eau, identique de buse à buse, lorsque chaque ouverture est complètement dégagée.
Au-devant de l'ouverture de chaque buse 17 ou 18 est disposé un obturateur, faisant corps avec un bilame thermo-déformable 19, pour la buse 17, et constitué par une plaquette 20 montée sur un support coulissant 21 pour la buse 18. La position de l'obturateur 20 par rapport à la buse 18 peut donc être modifiée et cela par action sur un organe de manoeuvre, non représenté, faisant saillie hors de l'enceinte 1, de sorte qu'un usager peut le saisir aisément.
Le bilame 19 est logé dans une chambre 22 communiquant avec l'enceinte de mélange 1, de sorte que ce bilame est constamment soumis à la température de l'eau de mélange sortant par la suite par le conduit 4.
Le bilame 19 se déformant de façon plus ou moins prononcée selon la température, I'importance de l'écoulement d'eau au travers de la buse 17 est fonction de cette température.
Il convient de rappeler brièvement le mode de fonc tionnement d'un amplificateur fluidique tel celui indiqué par la référence A au dessin.
En particulier, cet amplificateur comporte une section d'alimentation a, deux sorties Sî et S2 et deux sections dc commande e1 et e2 auxquelles sont rattachés respecti serment la tubulure 14, les cylindres 9 et 10, les tubulures 13a et 13b.
Si les débits d'eau circulant dans les sections de commande e1 et e2 sont égaux, I'eau arrivant dans l'amplificateur par la section d'alimentation a se distribue en parties égales dans chaque sortie S1 et SS, et les pressions sont également égales dans ces sorties, de sorte que
Ics vérins 7-9-11 et 8-10-12 sont actionnés de même manière, les plateaux 5 et 6 occupant donc une position ident:que par rapport à l'ouverture de sortie des conduits 2 ct 3 respectifs : le débit sortant de chacun de ces conduits est le même de conduit à conduit et égal à la moitié du débit total sortant du conduit 4.
Si le débit d'eau amené par la tubulure 13b à la section e2 est supérieur au débit conduit par la tubulure 13a à la section el, la quantité d'eau déviée grâce à cette action différentielle dans la sortie Si sera supérieure à celle dirigée dans la sortie S: il s'ensuit que le vérin 7-9-11 sera soumis à une pression supérieure à celle agissant sur le vérin 8-10-12 de sorte que le plateau 5 sera amené dans une position plus éloignée du conduit 2 que ne le sera le plateau 6 par rapport au conduit 3.
Il découle de ce qui précède que le conduit 2 débitera plus d'eau que le conduit 3, étant toutefois entendu que la somme de ces débits, c'est-à-dire le débit total du mélange d'eau sortant du conduit 4, sera égale au débit total obtenu dans le cas précédent, à condition bien entendu que le degré d'ouverture de la vanne 16 soit resté identique.
Si c'est au contraire la tubulure 1 3a qui débite plus que la tubulure 13b, ce sera le vérin 8-10-12 qui recevra davantage de pression d'eau, de sorte que le conduit 3 débitera plus que ne le fera le conduit 2, le débit total demeurant égal à celui obtenu précédemment dans les mêmes conditions d'ouverture de la vanne 16 que cidessus.
Dans la forme d'exécution représentée, le bilame 19 est tel qu'il tend à s'écarter de la buse 17 lorsqu'il se refroidit et à s'en rapprocher lorsqu'il se réchauffe.
Pour un bilame déterminé, il est facile de déterminer la variation du débit de la buse 17 en fonction de la température du bilame et donc la variation correspondante de la pression de commande transmise à l'amplificateur A par l'intermédiaire de la section e1 de celui-ci.
Il est pareillement facile de déterminer la variation du débit de la buse 18 en fonction de la position donnée à l'obturateur 20 et donc la variation correspondante de la pression de commande transmise à l'amplificateur A par la section e2.
Supposons que le bilame 19 présente une température déterminée to comprise entre la température de l'eau chaude pénétrant dans l'enceinte 1 par le conduit 2 et la température de l'eau froide distribuée dans cette même enceinte par le conduit 3, et correspondant à la température de mélange de ces eaux dans l'enceinte.
Supposons en outre que l'obturateur 20 soit alors déplacé en direction de la buse 18 : il s'ensuit que le débit d'eau dirigé par la tubulure 13b vers l'amplificateur A augmente, de sorte que le signal de commande transmis par la section e2 augmente également alors que le signal provenant de la section et reste identique. Il découle de ce qui précède que la quantité d'eau provenant de la section a et distribuée en direction des sections S1 et S2 croît dans la première section et diminue en proportion dans la seconde: le débit d'eau arrivant au vérin 7-9-11 augmente alors que celui parvenant au vérin 8-10-12 diminue, ce qui provoque une augmentation du débit d'eau chaude par le conduit 2 et une diminution correspondante du débit d'eau froide par le conduit 3.
Comme la température du mélange de ces eaux augmente, par exemple à une valeur t1, le bilame 19 se déforme dans le sens d'un rapprochement de la buse 17, donc d'une augmentation de son obturation. Cela se traduit par une augmentation du débit d'eau dans la tubulure 13a, donc par une augmentation du signal de pression reçu par l'amplificateur A sur la section el. Il s'ensuit que le débit d'eau circulant dans la section S, augmente d'une quantité déterminée alors que celui cir- culant dans la section S1 diminue d'une même quantité: le vérin 7-9-11 déplace le plateau 5 dans le sens d'une fermeture du conduit 2 et le vérin 8-10-12 commande le plateau 6 dans le sens de l'ouverture du conduit 3, dans la même proportion pour chaque conduit.
La température de l'eau débitée par le conduit 4, par exemple à une valeur t2 > to . diminue légèrement, ce qui provoque une nouvelle déformation du bilame 19 mais dans le sens d'une augmentation de l'ouverture de la buse 17, donc d'une diminution du signal de pression communiqué à l'amplificateur A par la section e1: les vérins 7-9-11 et 8-10-12 sont actionnés respectivement dans le sens d'une ouverture du conduit 2 et d'une fermeture du conduit 3. La température de l'eau de mélange débitée par le conduit 4 augmente jusqu'à une valeur t supérieure à t2 mais inférieure à t1.
Comme on le voit, le bilame 19 se met en fait à osciller autour d'une position médiane et avec une amplitude décroissante dans le temps, ce bilame se plaçant à la fin sur cette position médiane: le fonctionnement du robinet mélangeur est alors stable et la température tf de l'eau débitée par le conduit 4 demeure constante, à condition bien entendu que la température et la pression de l'eau froide et chaude restent constantes. Il est à remarquer que, dans ces conditions, il est pratiquement possible d'augmenter ou de diminuer le débit total d'eau distribuée par le robinet mélangeur, par action sur la vanne 16, sans modifier la température de cette eau.
Si on désire diminuer cette température, il conviendra de déplacer l'obturateur 20 dans une direction correspondant à une augmentation du débit de la buse 18, le processus de régulation qui en découle étant le même que celui décrit.
A chaque position de l'obturateur 20 correspond donc une position stable du bilame 19 bien déterminée, c'està-dire une température donnée du mélange d'eau distribué par le conduit 4.
il est, en conséquence, possible de cristalliser cette loi par exemple sous forme d'une série de repères portés sur un cadran au-devant duquel serait susceptible de se mouvoir un index mobile cinématiquement solidaire de l'obturateur 20, chaque repère correspondant donc à une température déterminée du mélange d'eau obtenu.
L'ensemble des éléments 7-9-11, 8-10-12, A, 13a, 13b, 14, 17, 19, 18, 20 forme donc un servo-mécanisme permettant d'obtenir un mélange d'eau dont la température correspond à celle désirée, affichée au préalable par un positionnement adéquat de l'obturateur 20 par rapport à la buse 18.
La variante faisant l'objet de la fig. 2 se distingue de l'exécution décrite essentiellement par le mécanisme d'actionnement des plateaux 5 et 6.
On voit sur cette figure que ces plateaux sont fixés de manière articulée chacun à une extrémité d'un fléau 23, distincte pour chaque plateau, ce fléau étant articulé sur une embase 24 solidaire d'une tige 25 montée coulissante dans un guide 26 et dont la position dans ce guide peut être bloquée par une vis 27.
Le fléau 23 porte sur chaque bras une tige orthogonale 28a et 28b respectivement engagée à coulissement dans un tube 29a et 29b respectivement, ces tubes constituant les extrémités d'une fourche 29 dont la tige centrale est fixée de manière articulée au point milieu d'une barre 30 de liaison de deux pistons 31 et 32, montés coulissants, l'un, dans un cylindre 33 et l'autre, dans un cylindre 34. Comme représenté au dessin, le cylindre 33 est rattaché à la section S1 d'un amplificateur fluidique A alors que le cylindre 34 est relié à la section S2 de cet amplificateur.
Cet amplificateur est commandé par un circuit hydraulique identique à celui décrit en se référant à la fig. 1, son alimentation étant par contre légèrement différente: en effet, le contrôle du débit d'eau circulant dans la tubulure 15 n'est ici plus assuré par une vanne réglable, telle la vanne 16 sur la fig. 1, mais par un simple clapet 35 susceptible de n'occuper que deux positions, l'une, fermée, l'autre, totalement ouverte. Ce clapet est cinématiquement solidaire de la tige 25 et occupe sa position fermée tant que cette tige est dans sa position la plus haute au dessin, c'est-à-dire dans laquelle les plateaux 5 et 6 obturent les conduits 2 et 3 respectivement, ce clapet s'ouvrant dès que la tige 25 est conduite dans une position axiale différente de la précédente, correspondant à l'ouverture des conduits 2 et 3.
Dans la variante d'exécution décrite, le réglage du débit du mélange d'eau débité par le conduit 4 est en effet réalisé non pas en agissant sur la pression de l'eau destinée à l'alimentation de l'amplificateur A, comme dans le cas de l'exécution de la fig. 1, mais uniquement en déplaçant manuellement l'embase 24, c'est-à-dire le fléau 23 et les plateaux 5 et 6 qui lui sont associés, vers le bas de la fig. 2, si le débit doit être augmenté et vers le haut dans le cas contraire.
Le réglage de la position relative des plateaux 5 et 6 en vue de l'obtention d'une régulation des températures de l'eau débitée par le robinet mélangeur s'obtient de la façon qui va maintenant être décrite.
Comme indiqué précédemment, le signal sortant de l'une des sections Sí et SS de l'amplificateur A est le complémentaire du signal sortant de l'autre section et en conséquence la quantité d'eau dirigée vers l'un des cylindres 33 ou 34 est une grandeur complémentaire de la quantité parvenant à l'autre cylindre. Comme les pistons 31 et 32 sont montés en opposition, leur position dans les cylindres correspondra à la différence des signaux sortant des sections St et S2 de l'amplificateur A.
Or un déplacement du point d'articulation de la fourche 29-29a-29b, en direction horizontale au dessin, n'est possible qu'au prix d'un basculement de cette fourche autour de ce point. Mais comme les tiges 28a et 28b que porte le fléau 23 sont montées à coulissement dans les tubes 29a et 29b, ce basculement se traduit par un déplacement axial relatif des tiges 28a et 28b et des tubes 29a et 29b, dans le sens d'une extension de l'un des ensembles tiges 28a, respectivement 28b, tube 29a, respectivement 29b, et dans le sens d'une contraction de l'autre ensemble.
Comme, en outre, les tiges 28a et 28b et les tubes 29a et 29b sont maintenus réciproquement dans une position axiale commune pour la tige 28a et pour le tube 29a, d'une part, et pour la tige 28b et le tube 29b, d'autre part, tout basculement de la fourche 29-29a-29b autour de son point d'articulation sur la barre 30 se traduit nécessairement par un basculement correspondant et de même sens du fléau 23 et donc par un déplacement dans le sens d'une ouverture et d'une fermeture respectivement de même importance pour l'un et pour l'autre respectivement des plateaux 5 et 6.
L'invention n'est pas limitée à ce qui a été décrit ou représenté: en particulier, il serait possible de concevoir un robinet dont l'obturateur 20 (fig. 1) serait fixe et la buse 18 extensible de manière à pouvoir varier le débit de cette dernière en rapprochant ou en éloignant son extrémité de l'obturateur.
En outre, l'amplificateur fluidique utilisé pourrait être un amplificateur d'un genre différent de celui décrit: il pourrait par exemple s'agir d'un amplificateur à turbulence, d'un amplificateur à vortex, d'un amplificateur harmonique à sifflet, étant entendu que dans chaque cas il conviendra d'adapter en conséquence le circuit hydraulique de commande et d'alimentation à son mode particulier de fonctionnement.