DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte au domaine des sondes thermiques pour thermostat de régulation thermique d'un appareil, de préférence un appareil destiné à chauffer de l'eau comme un chauffe-eau ou une chaudière.

L'invention se rapporte également à un thermostat équipé d'une telle sonde thermique, ainsi qu'à un appareil destiné à chauffer de l'eau comprenant un tel thermostat.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Les thermostats de régulation thermique d'un chauffe-eau ou d'un appareil analogue remplissent habituellement plusieurs fonctions. La première est une fonction de sécurité conduisant à la coupure de l'alimentation électrique de la résistance électrique de l'appareil. La seconde fonction réside dans la régulation de la température, par ouverture et coupure du circuit électrique de chauffage.

De nombreuses conceptions sont connues de l'art antérieur, par exemple celles décrites dans les documents FR 2 394 883 et FR 2 870 985.

Généralement, la sonde thermique du thermostat se présente sous la forme d'un axe métallique rigide droit, d'environ 0,5 à 1 cm de diamètre extérieur et de longueur comprise entre 10 et plus de 50 cm. Plus précisément, la sonde comporte un tube en matériau à fort coefficient de dilatation thermique, formant l'élément extérieur de la sonde, fixé sur le corps du thermostat. Celle-ci comprend en outre une tige métallique en matériau à faible coefficient de dilatation thermique, située à l'intérieur du tube précité. Le tube extérieur et la tige interne sont liés ensemble à l'extrémité de la sonde, de manière conventionnelle, à savoir par exemple par brasure, collage, sertissage, vissage, etc.

Lorsque la sonde est soumise à une hausse de température, la longueur du tube extérieur augmente plus que celle de la tige interne. Cela a pour conséquence de solliciter la tige interne en traction, lui permettant ainsi d'actionner une languette ou un élément similaire afin de provoquer une ouverture du circuit électrique du thermostat.

Bien que les thermostats proposés dans l'art antérieur donnent satisfaction, il existe néanmoins toujours un besoin d'optimisation de la conception de tels thermostats, en particulier de façon à obtenir un meilleur compromis en termes d'encombrement, de performances et de propriétés mécaniques.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

L'invention vise à résoudre au moins partiellement les problèmes rencontrés dans les solutions de l'art antérieur, décrites ci-dessus.

Pour ce faire, l'invention a pour objet une sonde de température pour thermostat de régulation thermique d'un appareil, la sonde comprenant un premier élément ainsi qu'un second élément placé à l'intérieur du premier élément et fixé à ce dernier à l'une de ses deux extrémités opposées, les premier et second éléments présentant des coefficients de dilatation thermique différents de sorte qu'en étant soumis à une hausse de température, la dilatation thermique différentielle des premier et second éléments génère, relativement au premier élément, un déplacement de l'autre desdites deux extrémités opposées du second élément, destinée à commander un circuit électrique du thermostat.

Selon l'invention, ledit second élément est filaire, et la différence entre le coefficient de dilatation thermique du premier élément et celui du second élément est comprise entre 5 et 100

A cet égard, il est noté que conventionnellement, un élément filaire est un composant dont l'une de ses dimensions est beaucoup plus grande que les deux autres dimensions, et dont la résistance à la compression est négligeable devant la résistance à la traction.

L'invention est avantageuse en ce qu'elle rompt avec les conceptions conventionnelles, et permet ainsi de présenter un meilleur compromis en termes d'encombrement, de performances et de propriétés mécaniques.

Plus précisément, la mise en œuvre d'un élément filaire permet une réduction d'encombrement par rapport à une tige interne métallique classique. Puisque le premier élément est prévu pour être situé autour du second élément filaire, il peut également voir son encombrement réduit par rapport aux tubes extérieurs habituellement utilisés dans l'art antérieur. En outre, l'importante différence entre les coefficients de dilatation thermique des matériaux employés favorise l'étendue du déplacement relatif entre les premier et second éléments, par dilatation différentielle. Comme cela a été mentionné ci-dessus, la différence entre le coefficient de dilatation thermique du premier élément et celui du second élément est comprise entre 5 et 100 μιη/ιη°(Ι, et encore plus préférentiellement comprise entre 10 et 30

Avec un tel mouvement différentiel accru, la précision du thermostat est augmentée et ses performances améliorées.

Par exemple, le premier élément est réalisé en laiton, en aluminium ou dans l'un de ses alliages, et présente un coefficient de dilatation thermique de l'ordre de 20 Par ailleurs, le coefficient de dilatation thermique du second élément peut être de l'ordre de 0,5 à 10 μηΊ/ηΊ°α

Ledit second élément filaire est réalisé dans un matériau à base de fibres. Aussi, les caractéristiques mécaniques élevées de ce type de matériau, comme la contrainte à rupture en traction, sont judicieusement mises à profit pour l'obtention d'un thermostat fiable et performant. A titre d'exemples indicatifs, il peut s'agir de fibres d'aramides et/ou de fibres de carbone et/ou de fibres de verre et/ou des fibres céramiques.

En outre, l'invention présente également un avantage lié à la sécurité et aux performances générales de la sonde. En effet, le second élément filaire ayant pour objectif l'ouverture ou la fermeture d'un contact électrique du circuit, l'isolation électrique est un paramètre très important. L'utilisation de matériaux à base de fibres permet avantageusement de répondre de manière satisfaisante à cette contrainte d'isolation électrique. Dans l'état de l'art, la fonction d'isolation électrique est remplie par un ou plusieurs composants spécifiques constitués d'un matériau isolant (polymère, céramique, verre, etc.), qu'il convient d'ajouter aux autres composants de la sonde. Cette solution de l'état de l'art a pour conséquence de pénaliser les performances du fait de l'introduction d'un composant supplémentaire, qui est source des jeux d'assemblage et de fonctionnement. Il est noté que ledit premier élément de l'invention est préférentiellement un conducteur électrique. L'intérêt d'utiliser un matériau isolant pour le second élément filaire réside dans la possibilité de le connecter directement au circuit électrique. Il peut ainsi être en contact direct avec des éléments sous tension, sans risque de propager le courant à l'ensemble de la sonde.

Par exemple, dans le document FR 2 394 883, il est décrit page 2 ligne 24 la présence d'un sous ensemble de contact électrique placé dans un boîtier isolant servant d'enveloppe. D'autre part, le document FR 1 192 433 fait également référence à une barrette isolante référencée 12, de même dans le document FR 1 195 648, il est fait référence à la notion de barrette isolante, référencée 14.

Dans ces documents, contrairement à l'invention, il est donc nécessaire d'obtenir d'une manière ou d'une autre une isolation électrique entre la partie commande et le circuit électrique. Dans la présente invention, le matériau utilisé permet au second élément filaire de remplir ces deux fonctions, à savoir celle d'actionneur du circuit électrique, et celle d'isolation électrique.

A la ligne 40 en page 4 du document FR 2 870 985, il est indiqué la présence d'un doigt isolant permettant d'assurer l'isolation électrique. Un tel composant mobile a un mouvement relatif par rapport à un autre élément du système, et il doit disposer d'un ou plusieurs degrés de liberté accompagnés de jeux de fonctionnement permettant les mouvements relatifs. Par la suppression d'un tel élément offerte par l'invention, le mouvement peut avantageusement être transmis directement, sans interface et jeu de fonctionnement, ce qui confère une précision accrue.

L'invention présente par ailleurs au moins l'une des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison. Ledit second élément filaire est réalisé dans un matériau isolant électriquement, de préférence à base de fibres d'aramides et/ou de verre, ou alternativement, ledit second élément filaire est réalisé dans un matériau électriquement conducteur à base de fibres de carbone, et/ou à base de fibres d'aramides et/ou de verre chargées en éléments électriquement conducteurs.

Ledit second élément présente un diamètre compris entre 10 et 500 μιη, et de préférence entre 40 et 200 μιη.

Ledit premier élément présente un diamètre extérieur compris entre 1 et 10 mm, et de préférence entre 1 et 3 mm.

Ledit premier élément présente une longueur comprise entre 10 et

50 cm, correspondant à la longueur de la sonde.

Ledit second élément se présente sous la forme d'un fil continu entre ses deux extrémités opposées.

Alternativement, la sonde comprend un premier élément additionnel logé dans ledit premier élément et dont le coefficient de dilatation thermique est également supérieur à celui du second élément, ce dernier comprenant deux fils sur lesquels sont respectivement prévues lesdites une et autre des extrémités opposées, dites première et seconde extrémités, les deux fils cheminant parallèlement sur au moins une partie de leur longueur et présentant également des extrémités dites première et seconde extrémités intermédiaires fixées au premier élément additionnel et opposées aux première et seconde extrémités, respectivement.

Cette configuration particulière permet d'augmenter encore davantage la précision de la sonde, car la longueur des éléments en présence est supérieure à la longueur de la sonde. En effet, l'étendue du déplacement relatif par dilatation différentielle des éléments étant proportionnelle à leur longueur, cette étendue est alors accrue et la précision améliorée.

Dans cette configuration, lesdites première et seconde extrémités intermédiaires sont de préférence fixées sur des extrémités opposées du premier élément additionnel. Les deux fils cheminent parallèlement sur une longueur de recouvrement représentant 75 à 95% de la longueur de la sonde.

Le premier élément et le premier élément additionnel sont réalisés dans le même matériau, le premier élément et le premier élément additionnel étant de préférence deux tubes agencés l'un dans l'autre.

Selon encore une autre alternative, entre ses deux extrémités, le second élément filaire s'enroule sur un ou plusieurs tours à l'intérieur du premier élément en forme de tube, en passant autour de deux axes intérieurs placés à proximité respectivement des deux extrémités du second élément filaire. Cette configuration particulière permet d'augmenter encore davantage la précision de la sonde, car la longueur des éléments en présence est supérieure à la longueur de la sonde, avec un encombrement global restant sensiblement identique.

Comme évoqué ci-dessus, le premier élément est de préférence métallique, en laiton ou en aluminium. Ledit second élément filaire comprend quant à lui une matrice ainsi qu'un renfort formé par les fibres, de préférence des fibres d'aramides.

La sonde présente une forme générale sensiblement droite.

Alternativement, elle présente une forme générale de spirale, d'axe droit ou s'enroulant autour d'une ligne non droite, s'inscrivant ou non dans un plan. Cette spécificité permet non seulement de s'adapter au mieux à l'environnement dans lequel la sonde est destinée à être placée, mais permet aussi, de par la forme générale de spirale, d'augmenter la précision de la sonde tout en conservant un encombrement réduit. En effet, comme évoqué ci-dessus, l'étendue du déplacement relatif par dilatation différentielle des éléments étant proportionnelle à leur longueur, cette étendue est alors accrue par la forme générale de spirale, et la précision de la sonde améliorée.

L'invention a également pour objet un thermostat de régulation thermique d'un appareil, comprenant une telle sonde de température.

Enfin, l'invention a pour objet un appareil destiné à chauffer de l'eau, de préférence un chauffe-eau, comprenant un tel thermostat de régulation thermique.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ;

- la figure 1 représente une vue schématique de côté d'un thermostat de régulation thermique, selon un mode de réalisation préféré de l'invention ;

- la figure 2 représente une vue agrandie en coupe de la sonde thermique équipant le thermostat montré sur la figure précédente ;

- la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2, avec la sonde thermique se présentant sous la forme d'un autre mode de réalisation préféré de l'invention ;

- la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 3, avec la sonde thermique se présentant sous la forme d'un autre mode de réalisation préféré de l'invention ;

- la figure 5 est une vue schématique d'une alternative pour le mode de réalisation préféré montré sur la figure précédente ; et

- la figure 6 représente est une vue similaire à celle de la figure 3, avec la sonde se présentant selon un autre mode de réalisation préféré.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

En référence tout d'abord aux figures 1 et 2, il est représenté un thermostat 1 de régulation thermique d'un appareil, comprenant une sonde de température 2 selon un mode de réalisation préféré de l'invention. La sonde 2 du thermostat est destinée à être plongée dans l'eau qui doit être chauffée par l'appareil concerné, qui est de préférence un chauffe-eau. L'application de l'invention à d'autres appareils que le chauffe-eau est possible, sans sortir du cadre de l'invention.

Le thermostat 2 comporte un corps 4 ou boîtier, à l'intérieur duquel se trouvent différents composants conventionnels, comme par exemple un circuit électrique 6 représenté uniquement schématiquement. De façon connue, ce circuit 6 commande le chauffage résistif du chauffe-eau. Il est lui-même commandé par la sonde 2, qui est montée à l'extérieur du corps 4 et qui adopte ici une forme générale sensiblement droite, comme celle d'un doigt. Pour ce faire, la sonde de température 2 comprend un premier élément 8, correspondant à l'élément extérieur creux de cette sonde. Ce premier élément 8 est un tube réalisé dans un matériau à fort coefficient de dilatation thermique, par exemple en laiton, en aluminium ou dans l'un de ses alliages. Il est de préférence cylindrique et de section circulaire, avec un diamètre extérieur 10 réduit par rapport aux réalisations de l'art antérieur, par exemple de l'ordre de 1 à 3 mm. Son épaisseur est quant à elle de l'ordre de plusieurs centaines de micromètres.

Le premier élément 8 s'étend sur une longueur 12 correspondant ici sensiblement à la longueur de la sonde en saillie à partir du boîtier. Cette longueur 12 est de préférence comprise entre 10 et 50 cm, mais peut être supérieure. Il s'agit bien évidemment de la longueur du tube selon son axe longitudinal, sur lequel est centrée la sonde 2.

A son extrémité distale, le premier élément 8 est obturé par un bouchon 14, rapporté ou réalisé d'une seule pièce avec le tube. Ce bouchon 14 permet la fixation d'un second élément de la sonde 18, correspondant à l'élément intérieur de cette sonde.

Ce second élément 18 est filaire, au sens défini ci-dessus, et à base de fibres. Ce second élément 18, souple, est réalisé dans un matériau à très faible coefficient de dilatation thermique, tel que par exemple dans un matériau à base de fibres d'aramides. De préférence, le matériau est un isolant électrique.

II s'agit ici d'un matériau souple, composé d'un ou plusieurs brins de fibres d'aramides, de préférence du Keviar, également dénommé PPD-T, mais ces fibres peuvent être également des fibres de verre, de carbone, etc.

Plus généralement, le second élément 18 comprend au moins un brin de fibres du type de celles mentionnées ci-dessus. Lorsque plusieurs brins sont mis en œuvre, ils peuvent être positionnés parallèlement les uns aux autres, ou être entrelacés.

Des exemples de matériaux pour le second élément filaire, à base de fibres, sont mentionnés ci-après.

Il peut tout d'abord s'agir de matériaux à base de fibres de verre, comme Si0 ₂ , Al ₂ 0 ₃ , CaO, MgO, Na ₂ 0 ₃ , B ₂ 0 ₃ , Fe ₂ 0 ₃ , Ti0 ₂ , Zr0 ₂ . Pour les matériaux à base de fibres d'aramides, il peut s'agir des références suivantes (marques déposées) :

- Nomex (méta-aramide)- Du Pont de Nemours

- Teijinconnex (méta-armide) - Teijin

- Keviar (para-aramide) - Du Pont de Nemours

- Twaron (para-aramide) - Akzo

- Technora (para-aramide) - Teijin

De par les propriétés mécaniques performantes du matériau à base de fibres, en particulier lorsque celles-ci sont en Keviar, le second élément filaire 18 peut présenter un diamètre réduit, de préférence de l'ordre de 40 à 200 μιη. C'est d'ailleurs cette réduction de diamètre du second élément 18, situé à l'intérieur du tube 8, qui permet la réduction du diamètre de ce dernier.

Le second élément 18 s'étend donc à partir du bouchon 14, sur une longueur supérieure à celle du tube 8 pour pouvoir pénétrer à l'intérieur du boîtier 4 et commander le circuit électrique 6. Sur la figure 2, il a été représenté une coopération schématique entre l'extrémité de l'élément intérieur filaire 18, et le circuit électrique 6. Néanmoins, il est noté que la coopération entre ces éléments peut être directe ou indirecte, par exemple par l'intermédiaire d'un levier ou d'éléments de transmission mécaniques similaires, comme cela est connu des réalisations de l'art antérieur.

Aussi, l'élément intérieur filaire 18 comporte une première extrémité 18a fixée à l'extrémité distale du tube 8, via le bouchon 14, et une seconde extrémité 18b opposée à la première et coopérant avec le circuit électrique 6, de manière à le commander.

En effet, puisque les premier et second éléments 8, 18 présentent des coefficients de dilatation thermique très différents, lorsqu'ils sont soumis à une hausse de température au contact de l'eau chauffée par l'appareil, la dilatation thermique différentielle génère un déplacement conséquent de la seconde extrémité 18b relativement au premier élément 8. Il est noté que la différence entre les deux coefficients de dilatation thermique est de préférence comprise entre 10 et 30 μιη/ιηΤ, ce qui produit un déplacement relatif important. C'est ce déplacement qui permet de commander le circuit électrique 6 du thermostat. En d'autres termes, la longueur du tube 8 augmente plus que celle de l'élément intérieur filaire 18, ce qui a pour conséquence de solliciter ce dernier en traction et de permettre ainsi de provoquer une ouverture du circuit électrique 6.

Cet agencement spécifique à l'invention permet de présenter un excellent compromis en termes d'encombrement, de performances et de propriétés mécaniques, en particulier grâce à l'utilisation du Kevlar.

Dans le mode de réalisation de la figure 2, le second élément 18 est un fil souple, à un ou plusieurs brins, qui s'étend de manière continue entre ses deux extrémités 18a, 18b. Un autre mode de réalisation est néanmoins possible, avec deux fils qui cheminent parallèlement sur au moins une partie de leur longueur, comme cela va être décrit en référence à la figure 3.

Sur cette figure, le second élément filaire 18 est en effet divisé en deux fils 18', 18" qui se chevauchent sur une distance de recouvrement 20 représentant 75 à 95% de la longueur 12 de la sonde, en saillie du boîtier 4. De plus, ces fils 18', 18" cheminent parallèlement au travers d'un premier élément additionnel 8' en forme de tube, logé dans le tube 8 formant toujours l'élément extérieur de la sonde 2.

Le coefficient de dilatation thermique du tube additionnel 8' est également supérieur à celui des fils 18', 18", puisque les tubes 8, 8' sont de préférence réalisés dans le même matériau. Le fil 18' définit la première extrémité 18a qui est fixée sur le bouchon 14, et présente à l'opposé une première extrémité intermédiaire 18'a fixée à une extrémité du tube additionnel 8'. Le fil 18" définit la seconde extrémité 18b qui coopère avec le circuit électrique 6, et présente à l'opposé une seconde extrémité intermédiaire 18"b fixée à l'autre extrémité du tube additionnel 8'.

Cet agencement particulier permet avantageusement d'augmenter l'effet de dilatation différentielle entre les éléments en présence, sans pour autant augmenter la longueur de la sonde. En effet, dans ce mode de réalisation, il est réalisé une sorte de dédoublement des premier et second éléments 8, 18 qui permet d'obtenir un déplacement accru de l'extrémité de commande 18b, pour une même hausse de température. La précision et les performances de la sonde sont ainsi augmentées, avec pour seule contrainte la faible augmentation du diamètre extérieur 10 du tube 8, pour le logement du tube additionnel 8'.

Pour l'obtention d'effets similaires, le mode de réalisation de la figure 4 propose une sonde de température 2 en forme générale de spirale, à savoir que le tube 8 et l'élément intérieur filaire 18 se présentent chacun sous la forme d'une spirale. Aussi, cette forme hélicoïdale permet l'obtention d'une sonde 2 dont la longueur 12 en saillie à partir du boîtier 4 est bien inférieure à sa longueur développée. Les spires peuvent d'ailleurs être bien plus serrées les unes autres que dans la réalisation montrée sur la figure 4. La nature souple et flexible de l'élément intérieur 18 en Kevlar autorise une telle conception en spirale, qui est ici prévue pour s'enrouler autour d'un axe droit 30, correspondant à l'axe de la sonde.

Néanmoins, comme cela a été schématisé sur la figure 5, la ligne 32 autour de laquelle s'enroule la spirale pourrait être non droite, par exemple courbe, en arc de cercle. Pour s'adapter au mieux à la géométrie de l'environnement dans lequel est placée cette sonde, la ligne 32 pourrait même cheminer autrement que dans un plan unique, pour donner lieu à une sonde dite « 3D ».

Selon encore un autre mode de réalisation représenté sur la figure 6, la sonde 1, de préférence droite, est conçue de manière à conférer une amplification de déplacement relatif par enroulement de l'élément intérieur filaire souple 18 au sein du tube 8.

Plus précisément, au lieu de cheminer sur une seule ligne droite entre ses extrémités 18a, 18b, le fil 18 s'enroule sur un ou plusieurs tours à l'intérieur du tube 8, par exemple en passant autour de deux axes intérieurs 36 placés à proximité respectivement des deux extrémités opposées du tube 8. Ces axes 36, formant amplificateurs de déplacement, sont préférentiellement fixés au tube 8. Ils sont écartés d'une longueur représentant 75 à 95% de la longueur de la sonde, ce qui permet de bénéficier d'une amplification substantielle. Aussi, cette configuration particulière permet d'augmenter encore davantage la précision de la sonde, car la longueur des éléments en présence est supérieure à la longueur de la sonde, avec un encombrement global restant sensiblement identique. En effet, l'étendue du déplacement relatif par dilatation différentielle des éléments étant proportionnelle à leur longueur, cette étendue est alors accrue et la précision améliorée.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite sans sortir du cadre de l'exposé de l'invention.