WO2012013896A1 - Cartouche chauffante et élément thermostatique comportant une telle cartouche - Google Patents
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- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
- H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
- H05B3/44—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor arranged within rods or tubes of insulating material
Definitions
- the present invention relates to a heating cartridge for a thermostatic element. It also relates to a thermostatic element comprising such a cartridge.
- thermostatic valves are used to distribute a fluid entering different lanes, depending on the temperature of this fluid. These valves are said to be thermostatic in the sense that the displacement of their internal shutter (s) is controlled by a thermostatic element, that is to say an element which comprises a cup containing a thermally expandable material and a piston displaceable in sliding relative to the cup under the action of the thermally expandable material when it expands or contracts.
- thermodilatable material which allows to control the valve from outside thereof, independently or in addition to the temperature of the incoming fluid, in particular by means of a computer embedded in the vehicle and programmed appropriately.
- the heating cartridge comprises a heating resistor arranged inside the abovementioned piston or a similar metal tube: by immobilizing, for example, the piston on the outer casing of the valve, the electrical supply of the resistor causes a rise in temperature of the thermally expandable material, resulting, by expansion of the latter, the sliding of the cup around the piston, a shutter being carried by the cup to act on the flow of fluid through the valve.
- the aforementioned heating resistor consists essentially of a resistive filament in the form of a spiral, which is embedded in a thermally conductive powder, such as magnesium oxide powder, compacted in the bottom of the tube, and which is connected to two conductor wires up in the piston or the tube of the thermostatic element, the free ends of which are electrically connected to an external current source.
- a thermally conductive powder such as magnesium oxide powder
- the heating cartridge is complex and therefore expensive, in particular because it requires delicate assembly operations, as well as electrical connection operations of the wires of the resistor, such as welding or crimping operations.
- the filamentary structure of the heating resistor causes the resistivity of the latter to be substantially constant as a function of temperature: the electrical supply of the heating resistor must be regulated and controlled precisely, in particular to prevent it from overheating, which risks 'damage the thermostatic element irreversibly.
- US-A-4,697,069 proposes, for its part, a heating cartridge not for a thermostatic element, but for a washing machine.
- This heating cartridge is based on the same technology as that of DE-A-3709285, namely on the presence of a heating electric resistor which consists of a spiral embedded in a magnesium oxide powder. According to certain embodiments envisaged in US Pat. No.
- the aforesaid turn may be electrically powered either by an internal rod, one end of which is arranged coaxially within a first end of the turn, or by a outer tube, one end is arranged coaxially around the first end of the coil, while the second end of the coil is connected to the current source supplying either the rod or the tube to close the current flow circuit .
- the object of the present invention is to provide a heating cartridge for thermostatic element, whose heating resistor is more economical to manufacture and easier to assemble to the rest of the cartridge.
- the subject of the invention is a heating cartridge for a thermostatic element, as defined in claim 1.
- One of the basic ideas of the invention is to replace the existing resistive filament structures in the form of a coil, by a resistive tubular body, arranged both coaxially inside the tube of the cartridge and coaxially. around a central rod of this cartridge, by being in electrical contact with both this tube and this rod.
- the tube and the rod are made of electrically conductive materials, typically metal, it is possible to connect the tube and the rod respectively to the poles of an external power supply, and thus to circulate a current through the abovementioned tubular resistive body: in use, this body heats up by the Joule effect and the heat energy then diffuses through the tube, to the material thermodilatable thermostatic element.
- the cost of the heating cartridge according to the invention is low because its essential components, which are the tube, the rod and the tubular heating resistor, are simple to manufacture.
- the assembly of these components is economical, insofar as the corresponding assembly operations, all centered on the common central axis of these components, can be automated.
- the invention also relates to a thermostatic element as defined in claim 13.
- FIG. 1 is a longitudinal section of a valve comprising a thermostatic element according to the invention
- FIG. 2 is a longitudinal section of the thermostatic element, shown alone, of Figure 1;
- FIG. 3 is a longitudinal section of a heating cartridge, shown alone, belonging to the thermostatic element of FIGS. 1 and 2;
- FIG. 4 is a view similar to Figure 3, partially showing an alternative embodiment of the heating cartridge, according to the invention.
- FIG. 5 is a view similar to Figure 3, showing another alternative embodiment of a heating cartridge according to the invention.
- FIG. 6 is a view similar to Figure 3, showing another embodiment of a heating cartridge according to the invention.
- FIG. 1 shows a thermostatic valve 1 comprising a housing 10, made for example of plastics material, in which a fluid, in particular a cooling liquid, is circulated in a controlled manner by the other components of the valve.
- valve 1 belongs to a cooling circuit for a heat engine.
- the housing 10 comprises a tubular main body 11 which extends in length centrally about an axis XX belonging to the section plane of FIG.
- the housing 10 also comprises a pipe 12 which opens transversely into one of the longitudinal ends of the body 1 1, this body and this pipe being connected by a bent region 13 of the housing 10.
- the aforementioned fluid flows through the body 1 1 and the tubing 12, circulating in particular in an internal cavity 14 of the housing 10, which is delimited in the bent region 13.
- This fluid flow is regulated, here at the end of the body 1 1 opposite the pipe 12, by a closure valve 20 centered on the axis XX and movable in translation according to this axis: when this valve is pressed in a sealed manner against a seat 15 defined by the aforementioned end of the body 1 1, as shown in Figure 1, the fluid flow is interrupted, while when the valve 20 is discarded of the seat 15, the fluid can circulate freely around the valve and thus enter or leave the body 1 1.
- the valve 1 comprises a thermostatic element 30 comprising, as clearly visible in FIG. 2 and in a manner well known in the art, on the one hand, a cup 31, which contains a thermally-expandable material 32 and around which is secured the valve 20, for example by fitting, and secondly, a tube 33 forming a piston, which partly immersed in the cup 31 and which is displaceable in translation along its central longitudinal axis under the action of the expansion of the thermodilatable material contained in this cup.
- a thermostatic element 30 comprising, as clearly visible in FIG. 2 and in a manner well known in the art, on the one hand, a cup 31, which contains a thermally-expandable material 32 and around which is secured the valve 20, for example by fitting, and secondly, a tube 33 forming a piston, which partly immersed in the cup 31 and which is displaceable in translation along its central longitudinal axis under the action of the expansion of the thermodilatable material contained in this cup.
- the thermostatic element 30 is arranged opposite the housing 10 so that, on the one hand, its piston tube 33 is centered on the axis XX and, on the other hand, this tube is fixedly connected to the housing 10, here at the bent region 13 of this housing, as specified in more detail later.
- the tube 33 is fixed relative to the housing 10, while the cup 31 and the valve 20 that it carries are movable along the axis XX relative to the housing, under the effect of the thermally expandable material when it expands, or else when this material contracts, under the opposite effect of a return spring 21 interposed between the valve 20 and a rigid armature 22 integral with the housing 10 by arrangements not shown in detail and known in itself.
- the housing 10 the valve 20, the spring 21 and the armature 22, without being limited to the invention.
- this seat may be delimited by a dedicated portion of the frame 22.
- the thermostatic element 30 is provided with an electric heating resistor 34 which, as shown in more detail in FIG. 3, is arranged inside the tube 33, being situated in the longitudinal end portion 33i of this tube, which plunges into the cup 31, so that the heating resistor 34 can heat the thermodilatable material 32 contained in the cup.
- the tube 33 is made, at least as regards its end portion 33 1 s of a thermally conductive material, typically metal.
- the heating resistor 34 is essentially in the form of a tubular body 34 which is centered on the axis XX and whose cross section has a complementary external profile, or even fitted on the internal profile of the cross section of the end portion 33 1 of the tube 33.
- the tubular body 34i of the resistor 34 is arranged coaxially inside the end portion 33 1 of the tube 33, forming an outer interface contact with the inner face of this end portion 33i.
- a rod 35 extends in length inside the tubular body 34 ! , being centered on the axis XX and extending over the entire axial dimension of the tubular body 34 ! as well as extending beyond this tubular body, so as to run inside the tube 33 over substantially the entire axial dimension of this tube.
- the rod 35 includes a longitudinal end portion 1s which is arranged coaxially within the body 34i of the resistor 34 and whose cross section has a complementary outer profile, see adjusted on the inner profile of the cross-section. this tubular body.
- the tubular body 34 ! of the resistor 34 is radially interposed between the end portions 33i and 35i of the tube 33 and the rod 35, forming cylindrical contacting interfaces with each of these end portions.
- the rod 35 also includes an end longitudinal portion 2 , axially opposed to its end portion 35i, which extends coaxially inside the tube 33, more precisely at a longitudinal end portion 33 2 of this tube, opposite axially at its end portion 33i. Between the end portions 33 2 and 35 2 of the tube 33 and the rod 35 is radially interposed a tubular sleeve 36, which is centered on the axis XX and whose cross section has outer and inner profiles which are complementary respectively fitted on the inner and outer profiles of these end portions 33 2 and 35 2 .
- the heating resistor 34 consists of a mixture of a thermosetting polymer, such as an epoxy adhesive, at least one conductive powder, such as carbon black, and possibly other additives. In this way, the resistor 34 allows the circulation of an electric current through it, while having an electrical resistivity which, by the Joule effect, induces its heating in service.
- thermosetting nature of the polymer belonging to the material constituting the resistor 34 is used to facilitate the manufacture of the heating cartridge C1 shown on FIG. 3, which includes the tube 33, the resistor 34, the rod 35 and the sleeve 36. Indeed, before polymerization of this thermosetting polymer, the mixture constituting the material of the resistor 34 is viscous, whereas, after polymerization, this The mixture solidifies and adheres to both tube 33 and rod 35, providing mechanical, electrical and thermal connections.
- the tube 33 and the rod 35 are used, by applying to this tube and this rod an electric potential difference, by means of the connection of the tube and rod respectively at the positive and negative poles of an external power source not shown in the figures.
- the tube 33 and the rod 35 must be made of electrically conductive materials, typically metal.
- the end portion 33 2 of the tube is externally provided with a collar 37 rigidly secured to the outer face of the tube.
- a collar 37 rigidly secured to the outer face of the tube.
- various fastening possibilities are possible: in FIG. 3, the collar 37 is crimped around the end portion 33 2 of the tube 33.
- a flange 37 ' functionally similar to the flange 37 is attached to the end portion 33 2 of the tube 33 by a self-locking cone 38 'which is radially fitted between the flange 37' and the tube 33, while being wedged against a complementary frustoconical surface delimited by the flange 37 .
- the heating cartridge C1 can first be assembled independently of the other components of the valve 1. To do this, as mentioned above, the viscous mixture of thermosetting polymer, conductive powder (s) and any other additives is placed between the end portions 33i and 35i of the tube 33 and the rod. This operation takes advantage of the fact that the free end 33A of the end portion 33i of the tube 33 is axially open, as can be clearly seen in FIG. 3: under these conditions, the aforementioned viscous mixture coats the end portion 35i completely. of the rod 35, in particular by covering its corresponding free end 35A, while sealingly closing the end 33A of the tube 33.
- the assembly obtained is placed in an oven until polymerization of the mixture.
- the flange 37 is then attached and secured around the tube 33.
- the heating cartridge C1 thus obtained can then be assembled to the other components of the valve 1.
- the end portion 33 1 of the tube 33 is assembled to the cup 31, being sealed in the thermodilatable material 32 contained in this cup: the portion of the heating resistor 34, closing the open end 33A of the tube 33, sealing the interior of this tube vis-à-vis the thermally expandable material 32.
- an annular seal arranged at the open end of the cup 21, sealed the outside of the tube 33 vis-à-vis the thermally expandable material.
- the end portion 33 2 of the tube 33 is axially inserted into the body 1 1 of the housing 10, by being engaged via the end of this body opposite the bent region 13.
- the part end 33 2 of the tube 33 is axially passed through a wall 16 of the housing 10, which closes the cavity 14 in the direction of the axis XX, until reaching a void 17 delimited in the thickness of the bent region 13 10.
- This assembly operation of the tube 33 to the housing 10 leads to axially pressing the flange 37 against the wall 16, with axial interposition of a seal 18 surrounding the tube 33.
- This tube 33 is found bound fixedly to the housing 10, by maintaining axial support of its flange 37 against the wall 16 under the action of the spring 21 after assembly of the latter to the housing through the frame 22.
- the seal 18 may alternatively, not shown, be replaced by other functionally similar sealing means, such as an adhesive or a sealing paste.
- the lugs 41 and 42 comprise respective longitudinal ends 41A and 42A which are respectively connected to the free end 33B of the end portion 33 2 of the tube 33 and to the end free 35B of the end portion 35 2 of the rod 35: in other words, the aforementioned free ends 33B and 35B of the tube 33 and the rod 35 constitute two connection terminals for the heating cartridge C1, having respective tubular and cylindrical shapes, both centered on the axis XX, these tubular and cylindrical connection terminals being intended to be connected to the aforementioned external current source, respectively via lugs 41 and 42.
- the respective current portions 41 C and 42 C of the lugs 41 and 42 are coated, typically by overmolding, with an insulating material which thus forms a support base 43 which It is sealed in the space 17.
- This base 43 defines a housing 44 for connecting the external current source mentioned above. which extend the respective ends 41 B and 42B of the lugs 41 and 42, opposite their end 41 A and 42A.
- valve 1 An example of operation of the valve 1 is as follows. After plugging an external power source into the housing 44, application of electrical voltage to the lugs 41 and 42 circulates current through the tube 33, heater 34, and rod 35 successively. high, because of its resistivity, the resistor 34, essentially its tubular body 34 ! is heated by the Joule effect: the heat energy thus created diffuses through the end portion 33i of the tube 33 and reaches the thermally-expandable material 32. This rise in temperature of the thermally-expandable material 32 causes its expansion, with consequent translational movement along the axis XX between the tube 33 and the cup 31: the tube 33 being fixed, the cup 31 is translated, increasing the expanded extent of the tube 33 vis-à-vis her.
- a first way is to regulate the power supply by a computer, by variation of the voltage of a continuous signal or by variation of the opening duty cycle (OCR) of a chopped signal, according to an appropriate algorithm taking into account the temperature of the tube 33 or its position relative to the cup 31 or a parameter depending on one or the other of the aforementioned characteristics, for example the temperature of the fluid flowing in the cavity 14.
- This control method is typically applied in the case where the resistivity of the heating resistor 34 is almost constant as a function of its temperature.
- the second way to control the electric power delivered to the heating cartridge C1 is to self-regulate temperature this heating cartridge, in the case where the resistor 34 is designed as a positive temperature coefficient resistance.
- this material advantageously has an electrical resistivity which increases with its temperature, in particular in the operating temperature range of the heating cartridge C1. In this way, for a constant supply voltage, the power delivered to the resistor 34 decreases with temperature since the resistivity of this resistance increases with temperature.
- the heating cartridge C1 by feeding the heating cartridge C1 with a constant voltage, its temperature increases until a balance is reached between the power supply power, which decreases with the temperature, and the power dissipated towards the ambient medium, that is to say say in the fluid flowing in the cavity 14 in the case of the valve 1, which increases with temperature.
- FIG. 5 shows an alternative embodiment of the heating cartridge C1, referenced C100.
- This heating cartridge C100 comprises a tube 133, a heating resistor 134, a rod 135 and an insulating bushing 136, all centered on an axis XX and functionally similar, respectively, to the tube 33, to the heating resistor 34, to the rod 35 and at the socket 36 of the heating cartridge C1.
- the tube 133 differs from the tube 33 in that the free end 133A of its end portion 133i, in which is arranged their heating resistor 134, is not axially open as the end 33A, but is closed by a bottom 139 in substance with the rest of the tube 133.
- this tube 133 has the shape of a bucket. This cup shape ensures a good seal at the bottom 139 of the tube 133, in particular to the extent that the bottom 139 covers the corresponding end of the tubular body 134i of the heating resistor 134, interposed radially between the end portion 133i of the tube 133 and an end portion 135i of the rod 135, functionally similar to the end portion 35i of the rod 35.
- the said cup form of the tube 133 requires operations of more elaborate manufacturing, such as stamping for the example shown in Figure 5, or, as a variant not shown, the welding to the rest of the tube 133 of an insert intended to form the bottom 139.
- the above-mentioned cup form is entirely compatible with the setting in the viscous state of the thermosetting polymer-based mixture which, after polymerization, constitutes the heating resistor 134.
- the heating cartridge C100 is also distinguished from the heating cartridge C1 by the additional presence, as an option, of an integrated temperature sensor 150. More precisely, as clearly visible in FIG. 5, this probe 150, by An example of a thermocouple or platinum-filament type is advantageously embedded in the heating resistor 144, by being put in place in this way before polymerization of the thermosetting polymer-based mixture constituting this resistance. The probe 150 is thus arranged radially between the end portions 133i and 135i of the tube 33 of the rod 35, in the thickness of the tubular body 134i of the heating resistor 134.
- the output signal of this probe 150 is advantageously transmitted to the outside of the heating cartridge C100 by at least one transmission element 151, typically one or more wires, which runs in the direction of the axis XX, radially between the rod 35 and the tube 33.
- this transmission element 151 runs between end portions 133 2 and 135 2 of the tube 133 and the shank 135, which are functionally similar, respectively, to the end portions 33 2 and 35 2 of the tube 33 and the shank 35, and between which is interposed radially the insulating bushing 136.
- the transmission element 151 passes axially right through the wall constituting this bushing 136, until it opens out of the tube 133, as shown in FIG. Figure 5.
- the temperature probe 150 can advantageously be used to provide temperature measurements, taken into account by the algorithm mentioned above, to adjust the electrical power delivered to the heating cartridge C100.
- This heating cartridge C200 comprises a tube 233, a heating resistor 234, a rod 235, an insulating bushing 236 and a temperature probe 250, which are functionally similar, respectively, to the tube
- the heating resistor 34 or 134 the rod 35 or 135, the socket 36 or 136, and the temperature probe 150 of the heating cartridge C1 or C100.
- the heating resistor 234 is distinguished from the heating resistors 34 and 134 by the nature of the polymer forming the base of the mixture constituting them: the heating cartridge 234 is made of a material consisting of a thermoplastic polymer which, in the same way as for the polymer thermosetting heating resistors
- thermoplastic polymer base of the material constituting the heating resistor 234 makes that, after shaping this material, the heating resistor 234 is made available in the form of a tubular body 234 . rigid or semi-rigid, adapted to be attached by mechanical assembly to the rest of the heating cartridge C200.
- this tubular body 234 ! is fitted between the end portions 233i and 235 2 of the tube 233 and the rod 235. In practice, this fitting can be made first around the end portion 235 2 of the rod 235, the end portion 233i of the tube 233 being then fitted around the tubular body 234i of the heating resistor
- each of these two joints can be made either tightly, taking advantage of a capacity of elastic deformation, in particular radial, the body 234i of the heating resistor 234, or with radial interposition of a conductive paste.
- the free end 233A of the end portion 233i of the tube 233 is sealed by a bottom 239 forming an electrically insulating plug.
- an insulating adhesive such as an epoxy adhesive
- an insulating adhesive such as an epoxy adhesive
- the plug bottom 239 is a piece of insulating material, sealed, for example by crimping, into the end 233A of the tube 233.
- thermoplastic polymeric base for the material constituting the heating resistor 234 is related to the possibility of, before assembling the tubular body 234i of this heating resistor to the rest of the heating cartridge C200, to coat this body a thin electrically conductive layer, typically a metal layer, especially silver, that is to say, more generally, a conductive layer whose conductivity is equal to or greater than that of the tube 233 and the stem
- this embodiment of the heating resistor 234 makes it possible, as for the embodiments of the resistors 34 and 134, to integrate the temperature probe 250, which is then arranged in contact with the tubular body 234 ! as well as obtaining, depending on the nature and the proportion of the conductive powder or powders mixed with the thermoplastic polymer, that the electrical resistivity of the mixture obtained is constant or increasing as a function of the temperature, at least within a certain range. temperature corresponding to the service range of the heating cartridge C200.
- the tube 233 of the heating cartridge C200 may have, at its end 233A, the same structure as that of the tube 133 of the heating cartridge C100.
- the material constituting the heating resistor 234 is not a mixture based on polymer, but is a conductive ceramic having a certain resistivity. This is particularly the case of doped polycrystalline ceramics based on barium titanate. Such a ceramic may in particular be chosen to have resistance characteristics with a positive temperature coefficient.
- the heating resistor 234 made of it is assembled and connected to the remainder of the heating cartridge C200 in a manner similar to that which has just been described in look at Figure 6.
- the tube 33, 133 or 233 of the heating cartridge C1, C100 or C200, in which the heating resistor 34, 134 or 234 is arranged constitutes the piston of the thermostatic element 30: however, for other geometries of thermostatic valve constructions, this tube of the heating cartridge and the piston of the thermostatic element, whose thermodilatable material is heated by the heating resistor belonging to the cartridge, may consist of two separate parts.
- the tube of the heating cartridge extends through the bottom of the cup of the thermostatic element, opposite the piston of this element, the cup then being fixed relative to the housing, while the piston carries a shutter to control the opening and closing of the latter vis-à-vis the housing.
Landscapes
- Resistance Heating (AREA)
Abstract
La cartouche chauffante (C1 ) selon l'invention comprend : - un tube (33), qui est à la fois thermiquement et électriquement conducteur et dont une première partie terminale (33i) est adaptée pour être plongée dans une matière thermodilatable (32) d'un élément thermostatique (30), - une tige (35), qui est électriquement conductrice et qui s'étend au moins en partie à l'intérieur du tube de manière sensiblement coaxiale, et - une résistance chauffante (34) comprenant un corps tubulaire qui est constitué d'un matériau électriquement résistif et qui est radialement interposé entre une première partie terminale (35i) de la tige et la première partie terminale du tube, en formant, à la fois, une interface cylindrique de contact électrique entre la tige et la face intérieure du corps tubulaire et une interface cylindrique de contact électrique entre le tube et la face extérieure du corps tubulaire, le tube et la tige incluant respectivement, à l'opposé de leur première partie terminale, des secondes parties terminales (332, 352) qui sont respectivement adaptées pour être connectées aux pôles d'une source de courant externe de manière à appliquer une tension électrique entre les faces intérieure et extérieure du corps tubulaire de la résistance chauffante.
Description
CARTOUCHE CHAUFFANTE ET ELEMENT THERMOSTATIQUE
COMPORTANT UNE TELLE CARTOUCHE
La présente invention concerne une cartouche chauffante pour un élément thermostatique. Elle concerne également un élément thermostatique comportant une telle cartouche.
Dans de nombreuses applications du domaine fluidique, notamment pour le refroidissement des moteurs thermiques de véhicules, des vannes thermostatiques sont utilisées pour répartir un fluide entrant dans différentes voies de circulation, en fonction de la température de ce fluide. Ces vannes sont dites thermostatiques dans le sens où le déplacement de leur(s) obturateur(s) interne(s) est commandé par un élément thermostatique, c'est-à-dire un élément qui comprend une coupelle contenant une matière thermodilatable et un piston déplaçable en coulissement par rapport à la coupelle sous l'action de la matière thermodilatable lorsque celle-ci se dilate ou se contracte.
Pour répartir le fluide en fonction d'autres paramètres, notamment des conditions extérieures à la vanne comme la température ambiante ou la charge du véhicule propulsé par le moteur équipé de la vanne, il est connu d'intégrer à la vanne une cartouche électrique pour chauffer la matière thermodilatable, ce qui permet de piloter la vanne depuis l'extérieur de celle-ci, indépendamment ou en complément de la température du fluide entrant, notamment au moyen d'un calculateur embarqué dans le véhicule et programmé de façon appropriée. La cartouche chauffante comporte à cet effet une résistance chauffante, agencée à l'intérieur du piston précité ou d'un tube métallique analogue : en immobilisant, par exemple, le piston au boîtier externe de la vanne, l'alimentation électrique de la résistance provoque une montée en température de la matière thermodilatable, ce qui entraîne, par dilatation de cette dernière, le coulissement de la coupelle autour du piston, un obturateur étant porté par cette coupelle pour agir sur la circulation du fluide à travers la vanne.
En pratique, la résistance chauffante précitée est constituée essentiellement d'un filament résistif en forme de spire, qui est noyé dans une poudre thermo-conductrice, telle qu'une poudre d'oxyde de magnésium, compactée dans le fond du tube, et qui est relié à deux fils conducteurs remontant dans le piston ou le tube de l'élément thermostatique, dont les extrémités libres sont à raccorder électriquement à une source de courant externe. Un exemple d'une telle cartouche chauffante d'élément thermostatique est fourni par DE-A-3709285.
Cette conception de cartouche chauffante est complexe, donc onéreuse, notamment en raison du fait qu'elle nécessite des opérations d'assemblage délicates, ainsi que des opérations de raccordement électrique des fils de la résistance, telles que
des opérations de soudage ou de sertissage. De plus, la structure filamentaire de la résistance chauffante fait que la résistivité de cette dernière est sensiblement constante en fonction de la température : l'alimentation électrique de la résistance chauffante doit être régulée et contrôlée avec précision, notamment pour éviter sa surchauffe qui risquerait d'endommager l'élément thermostatique de manière irréversible.
US-A-4 697 069 propose, quant à lui, une cartouche chauffante non pas pour un élément thermostatique, mais pour une machine à laver. Cette cartouche chauffante est basée sur la même technologie que celle de DE-A-3709285, à savoir sur la présence d'une résistance électrique chauffante qui est constituée d'une spire noyée dans une poudre d'oxyde de magnésium. Selon certaines formes de réalisation envisagées dans US-A-4 697 069, la spire précitée peut être alimentée électriquement soit par une tige interne, dont une extrémité est agencée coaxialement à l'intérieur d'une première extrémité de la spire, soit par un tube externe, dont une extrémité est agencée coaxialement autour de la première extrémité de la spire, tandis que la seconde extrémité de la spire est reliée à la source de courant alimentant soit la tige, soit le tube afin de fermer le circuit de circulation du courant.
Dans le même domaine technique des machines à laver que US-A-4 697 069, les documents DE-U-89 10 145, EP-A-1 1 1 1 962 et GB-A-658 71 1 proposent, eux aussi, des cartouches chauffantes dont la résistance est une spire dont les extrémités opposées sont reliées à une source de courant. On retrouve la même structure de spire pour la résistance chauffante de la cartouche envisagée dans DE-A-28 56 444, qui est spécifiquement conçue pour le domaine des moules d'injection de plastique.
Le but de la présente invention est de proposer une cartouche chauffante pour élément thermostatique, dont la résistance chauffante soit plus économique à fabriquer et plus simple à assembler au reste de la cartouche.
A cet effet, l'invention a pour objet une cartouche chauffante pour un élément thermostatique, telle que définie à la revendication 1 .
Une des idées à la base de l'invention est de remplacer les structures existantes à filament résistif en forme de spire, par un corps tubulaire résistif, agencé à la fois co- axialement à l'intérieur du tube de la cartouche et co-axialement autour d'une tige centrale de cette cartouche, en étant en contact électrique à la fois avec ce tube et cette tige. En prévoyant que le tube et la tige soient réalisés en des matériaux électriquement conducteurs, typiquement en métal, il est possible de connecter le tube et la tige respectivement aux pôles d'une alimentation électrique externe, et de faire ainsi circuler un courant à travers le corps tubulaire résistif précité : en service, ce corps s'échauffe par effet Joule et l'énergie thermique se diffuse alors au travers du tube, jusqu'à la matière
thermodilatable d'un élément thermostatique. Le coût de la cartouche chauffante selon l'invention est faible car ses composants essentiels, que sont le tube, la tige et la résistance chauffante tubulaire, sont simples à fabriquer. De plus, l'assemblage de ces composants est économique, dans la mesure où les opérations d'assemblage correspondantes, toutes centrées sur l'axe central commun de ces composants, peuvent être automatisées.
Des caractéristiques avantageuses de la cartouche chauffante conforme à l'invention, prise isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont spécifiées aux revendications dépendantes 2 à 12.
L'invention a également pour objet un élément thermostatique tel que défini à la revendication 13.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
- la figure 1 est une coupe longitudinale d'une vanne comportant un élément thermostatique conforme à l'invention ;
- la figure 2 est une coupe longitudinale de l'élément thermostatique, montré seul, de la figure 1 ;
- la figure 3 est une coupe longitudinale d'une cartouche chauffante, montrée seule, appartenant à l'élément thermostatique des figures 1 et 2 ;
- la figure 4 est une vue analogue à la figure 3, montrant partiellement une variante de réalisation de la cartouche chauffante, conforme à l'invention ;
- la figure 5 est une vue analogue à la figure 3, montrant une autre variante de réalisation d'une cartouche chauffante conforme à l'invention ; et
- la figure 6 est une vue analogue à la figure 3, montrant un autre mode de réalisation d'une cartouche chauffante conforme à l'invention.
Sur la figure 1 est représentée une vanne thermostatique 1 comportant un boîtier 10, réalisé par exemple en matière plastique, dans lequel est destiné à circuler, de manière régulée par les autres composants de la vanne, un fluide, notamment un liquide de refroidissement lorsque cette vanne 1 appartient à un circuit de refroidissement pour un moteur thermique.
Le boîtier 10 comprend un corps principal tubulaire 1 1 qui s'étend en longueur de manière centrée autour d'un axe X-X appartenant au plan de coupe de la figure 1 . Le boîtier 10 comprend également une tubulure 12 qui débouche transversalement dans l'une des extrémités longitudinales du corps 1 1 , ce corps et cette tubulure étant reliés par une région coudée 13 du boîtier 10. En service, le fluide précité s'écoule à travers le corps 1 1 et la tubulure 12, en circulant notamment dans une cavité interne 14 du boîtier 10, qui
est délimitée dans la région coudée 13. Cet écoulement de fluide est régulé, ici au niveau de l'extrémité du corps 1 1 opposée à la tubulure 12, par un clapet d'obturation 20 centré sur l'axe X-X et déplaçable en translation selon cet axe : lorsque ce clapet est appuyé de manière étanche contre un siège 15 délimité par l'extrémité précitée du corps 1 1 , comme représenté sur la figure 1 , l'écoulement du fluide est interrompu, tandis que, lorsque le clapet 20 est écarté du siège 15, le fluide peut circuler librement autour du clapet et ainsi entrer dans ou sortir du corps 1 1 .
Pour commander le déplacement du clapet 20, la vanne 1 comporte un élément thermostatique 30 comprenant, comme bien visible sur la figure 2 et de manière bien connue dans le domaine, d'une part, une coupelle 31 , qui contient une matière thermodilatable 32 et autour de laquelle est solidarisé fixement le clapet 20, par exemple par emmanchement, et d'autre part, un tube 33 formant piston, qui plonge en partie dans la coupelle 31 et qui est déplaçable en translation suivant son axe longitudinal central sous l'action de la dilatation de la matière thermodilatable contenu dans cette coupelle. L'élément thermostatique 30 est agencé vis-à-vis du boîtier 10 de telle sorte que, d'une part, son tube formant piston 33 est centré sur l'axe X-X et, d'autre part, ce tube est lié fixement au boîtier 10, ici au niveau de la région coudée 13 de ce boîtier, comme spécifié plus en détail par la suite. Ainsi, en service, le tube 33 est fixe par rapport au boîtier 10, tandis que la coupelle 31 et le clapet 20 qu'elle porte sont déplaçables suivant l'axe X-X par rapport au boîtier, sous l'effet de la matière thermodilatable lorsque celle-ci se dilate, ou bien, lorsque cette matière se contracte, sous l'effet opposé d'un ressort de rappel 21 interposé entre le clapet 20 et une armature rigide 22 solidaire du boîtier 10 par des aménagements non représentés en détail et connus en soi.
En pratique, diverses formes de réalisation sont envisageables pour ce qui concerne le boîtier 10, le clapet 20, le ressort 21 et l'armature 22, sans être limitatives de l'invention. Ainsi, par exemple, plutôt que le siège 15 d'appui du clapet 20 soit délimité directement par le boîtier 10, ce siège peut être délimité par une partie dédiée de l'armature 22.
L'élément thermostatique 30 est pourvu d'une résistance électrique chauffante 34 qui, comme représenté plus en détail sur la figure 3, est agencée à l'intérieur du tube 33, en étant située dans la partie longitudinale terminale 33i de ce tube, qui plonge dans la coupelle 31 , afin que la résistance chauffante 34 puisse chauffer la matière thermodilatable 32 contenue dans la coupelle. A cette fin, le tube 33 est réalisé, au moins pour ce qui concerne sa partie terminale 331 s en un matériau thermiquement conducteur, typiquement en métal.
Comme bien visible sur la figure 3, la résistance chauffante 34 se présente essentiellement sous la forme d'un corps tubulaire 34 qui est centré sur l'axe X-X et dont la section transversale présente un profil extérieur complémentaire, voire ajusté sur le profil intérieur de la section transversale de la partie terminale 331 du tube 33. Autrement dit, le corps tubulaire 34i de la résistance 34 est agencé coaxialement à l'intérieur de la partie terminale 331 du tube 33, en formant extérieurement une interface de contact avec la face intérieure de cette partie terminale 33i .
De plus, une tige 35 s'étend en longueur à l'intérieur du corps tubulaire 34! , en étant centrée sur l'axe X-X et en s'étendant sur toute la dimension axiale du corps tubulaire 34! , ainsi qu'en se prolongeant au-delà de ce corps tubulaire, de manière à courir à l'intérieur du tube 33, sur sensiblement toute la dimension axiale de ce tube. Ainsi, la tige 35 inclut une partie longitudinale terminale 351 s qui est agencée coaxialement à l'intérieur du corps 34i de la résistance 34 et dont la section transversale présente un profil extérieur complémentaire, voir ajusté sur le profil intérieur de la section transversale de ce corps tubulaire. Autrement dit, le corps tubulaire 34! de la résistance 34 est radialement interposé entre les parties terminales 33i et 35i du tube 33 et de la tige 35, en formant des interfaces, de contact cylindriques avec chacune de ces parties terminales.
La tige 35 inclut également une partie longitudinale terminale 352, opposée axialement à sa partie terminale 35i , qui s'étend coaxialement à l'intérieur du tube 33, plus précisément au niveau d'une partie longitudinale terminale 332 de ce tube, opposée axialement à sa partie terminale 33i . Entre les parties terminales 332 et 352 du tube 33 et de la tige 35 est radialement interposée une douille tubulaire 36, qui est centrée sur l'axe X-X et dont la section transversale présente des profils extérieur et intérieur qui sont respectivement complémentaires, voire ajustés sur les profils intérieur et extérieur de ces parties terminales 332 et 352.
A la différence de la douille 36 qui est réalisée en un matériau électriquement isolant, par exemple réalisée exclusivement en un polymère thermoplastique, la résistance chauffante 34 est constituée d'un mélange entre un polymère thermodurcissable, tel qu'une colle époxy, au moins une poudre conductrice, telle que du noir de carbone, et, éventuellement, d'autres additifs. De la sorte, la résistance 34 autorise la circulation d'un courant électrique à travers elle, tout en présentant une résistivité électrique qui, par effet Joule, induit son échauffement en service.
Dans le mode de réalisation considéré sur les figures 1 à 3, la nature thermodurcissable du polymère appartenant au matériau constituant la résistance 34 est mise à profit pour faciliter la fabrication de la cartouche chauffante C1 montrée sur la
figure 3, qui inclut le tube 33, la résistance 34, la tige 35 et la douille 36. En effet, avant polymérisation de ce polymère thermodurcissable, le mélange constituant le matériau de la résistance 34 est visqueux, tandis que, après polymérisation, ce mélange se solidifie et adhère à la fois au tube 33 et à la tige 35, en assurant des liaisons à la fois mécanique, électrique et thermique.
Pour appliquer une tension électrique entre les faces extérieure et intérieure du corps tubulaire 34i de la résistance chauffante 34, on utilise le tube 33 et la tige 35, en appliquant sur ce tube et sur cette tige une différence de potentiel électrique, moyennant la connexion du tube et de la tige respectivement aux pôles positif et négatif d'une source de courant externe non représentée sur les figures. En pratique, on comprend que le tube 33 et la tige 35 doivent être réalisés en des matériaux électriquement conducteurs, typiquement en métal.
Aux fins de fixation du tube 33 au boîtier 10 de la vanne 1 , la partie terminale 332 du tube est extérieurement pourvue d'une collerette 37 solidarisée rigidement à la face extérieure du tube. Pour ce faire, diverses possibilités de solidarisation sont envisageables : sur la figure 3, la collerette 37 est sertie autour de la partie terminale 332 du tube 33. A titre de variante, sur la figure 4, une collerette 37', fonctionnellement similaire à la collerette 37, est fixée à la partie terminale 332 du tube 33 par un cône auto- bloquant 38' qui est rapporté radialement entre la collerette 37' et le tube 33, en se coinçant contre une surface tronconique complémentaire délimitée par la collerette 37'.
Avant de décrire plus en détail le fonctionnement de la vanne 1 , en particulier de sa cartouche chauffante C1 , la fabrication de cette vanne est présentée ci-après.
La cartouche chauffante C1 peut d'abord être assemblée indépendamment des autres composants de la vanne 1 . Pour ce faire, comme évoqué plus haut, le mélange visqueux de polymère thermodurcissable, de poudre(s) conductrice(s) et d'éventuels autres additifs est mis en place entre les parties terminales 33i et 35i du tube 33 et de la tige 35. Cette opération met à profit le fait que l'extrémité libre 33A de la partie terminale 33i du tube 33 est axialement ouverte, comme bien visible sur la figure 3 : dans ces conditions, le mélange visqueux précité vient enrober en totalité la partie terminale 35i de la tige 35, notamment en recouvrant son extrémité libre correspondante 35A, tout en obturant de manière étanche l'extrémité 33A du tube 33. Puis, après avoir mis en place la douille isolante 36 entre les parties terminales 332 et 352 du tube 33 et de la tige 35, l'assemblage obtenu est placé dans une étuve jusqu'à polymérisation du mélange. La collerette 37 est ensuite rapportée et solidarisée autour du tube 33.
La cartouche chauffante C1 ainsi obtenue peut alors être assemblée aux autres composants de la vanne 1 .
En particulier, la partie terminale 331 du tube 33 est assemblée à la coupelle 31 , en étant plongée de manière étanche dans la matière thermodilatable 32 contenue dans cette coupelle : la partie de la résistance chauffante 34, obturant l'extrémité ouverte 33A du tube 33, étanche l'intérieur de ce tube vis-à-vis de la matière thermodilatable 32. Par ailleurs, de manière connue en soi, un joint annulaire, agencé à l'extrémité ouverte de la coupelle 21 , étanche l'extérieur du tube 33 vis-à-vis de la matière thermodilatable.
De plus, la partie terminale 332 du tube 33 est axialement introduite dans le corps 1 1 du boîtier 10, en y étant engagée via l'extrémité de ce corps opposée à la région coudée 13. Comme représenté sur la figure 1 , la partie terminale 332 du tube 33 est axialement passée à travers une paroi 16 du boîtier 10, qui ferme la cavité 14 suivant la direction de l'axe X-X, jusqu'à atteindre un espace vide 17 délimité dans l'épaisseur de la région coudée 13 du boîtier 10. Cette opération d'assemblage du tube 33 au boîtier 10 conduit à appuyer axialement la collerette 37 contre la paroi 16, avec interposition axiale d'un joint d'étanchéité 18 entourant le tube 33. Ce tube 33 se retrouve lié fixement au boîtier 10, par maintien en appui axial de sa collerette 37 contre la paroi 16 sous l'action du ressort 21 après assemblage de ce dernier au boîtier grâce à l'armature 22.
Le joint d'étanchéité 18 peut, en variante non représentée, être remplacé par d'autres moyens d'étanchéité fonctionnellement similaires, telle qu'une colle ou une pâte d'étanchéité.
A l'intérieur de l'espace vide 17 précité, les parties terminales 332 et 352 du tube
33 et de la tige 35 sont respectivement connectées électriquement à deux cosses allongées 41 et 42 qui s'étendent en longueur jusqu'à l'extérieur du boîtier 10 en vue d'être raccordées à une source de courant externe, non représentée sur les figures. Dans l'exemple de réalisation considéré sur la figure 1 , les cosses 41 et 42 comprennent des extrémités longitudinales respectives 41 A et 42A qui sont respectivement connectées à l'extrémité libre 33B de la partie terminale 332 du tube 33 et à l'extrémité libre 35B de la partie terminale 352 de la tige 35 : autrement dit, les extrémités libres précitées 33B et 35B du tube 33 et de la tige 35 constituent deux bornes de connexion pour la cartouche chauffante C1 , présentant des formes respectives tubulaire et cylindrique, toutes deux centrées sur l'axe X-X, ces bornes de connexion tubulaire et cylindrique étant prévues pour être raccordées à la source de courant externe précitée, respectivement par l'intermédiaire des cosses 41 et 42. A des fins de tenue mécanique et d'étanchéité, les parties courantes respectives 41 C et 42C des cosses 41 et 42 sont enrobées, typiquement par surmoulage, par un matériau isolant qui forme ainsi une embase de support 43 qui est rapportée de manière étanche dans l'espace 17. Cette embase 43 délimite un logement 44 de branchement de la source de courant externe précitée, dans
lequel s'étendent les extrémités respectives 41 B et 42B des cosses 41 et 42, opposées à leur extrémité 41 A et 42A.
En pratique, diverses formes de réalisation sont envisageables en ce qui concerne la connexion électrique entre la source de courant externe précitée et les bornes que constituent les extrémités 33B et 35B des parties terminales 332 et 352 du tube 33 et de la tige 35, sans être limitatives de l'invention.
Un exemple de fonctionnement de la vanne 1 est le suivant. Après avoir branché une source de courant externe dans le logement 44, l'application d'une tension électrique sur les cosses 41 et 42 fait circuler un courant à travers successivement le tube 33, la résistance chauffante 34 et la tige 35. Comme expliqué plus haut, en raison de sa résistivité, la résistance 34, essentiellement son corps tubulaire 34! , s'échauffe par effet Joule : l'énergie thermique ainsi créée se diffuse au travers de la partie terminale 33i du tube 33 et atteint la matière thermodilatable 32. Cette élévation de température de la matière thermodilatable 32 engendre une dilatation de celle-ci, avec pour conséquence un déplacement translatif suivant l'axe X-X entre le tube 33 et la coupelle 31 : le tube 33 étant fixe, la coupelle 31 se translate, en augmentant l'étendue déployée du tube 33 vis-à- vis d'elle.
On comprend qu'il est nécessaire de maîtriser la puissance électrique délivrée à la résistance chauffante 34 pour, à la fois, commander correctement l'amplitude de déplacement relatif entre la coupelle 31 et le tube 33, et limiter la température de surface du tube 33 pour que celui-ci ne détériore pas les pièces en contact avec lui. En pratique, cette maîtrise de la puissance électrique peut être réalisée de deux façons possibles.
Une première façon consiste à réguler l'alimentation électrique par un calculateur, par variation de la tension d'un signal continu ou par variation du rapport cyclique d'ouverture (RCO) d'un signal haché, suivant un algorithme approprié prenant en compte la température du tube 33 ou sa position par rapport à la coupelle 31 ou un paramètre dépendant de l'une ou l'autre des caractéristiques précitées, par exemple la température du fluide circulant dans la cavité 14. Cette méthode de régulation est typiquement appliquée dans le cas où la résistivité de la résistance chauffante 34 est quasiment constante en fonction de sa température.
La seconde façon de maîtriser la puissance électrique délivrée à la cartouche chauffante C1 consiste à autoréguler en température cette cartouche chauffante, dans le cas où la résistance 34 est conçue sous forme d'une résistance à coefficient de température positive. Pour ce faire, en fonction de la nature et/ou de la proportion de la ou des poudres conductrices dont est chargé le matériau constituant la résistance chauffante 34, ce matériau présente avantageusement une résistivité électrique qui augmente avec
sa température, en particulier dans la plage de température de fonctionnement de la cartouche chauffante C1 . De la sorte, pour une tension d'alimentation constante, la puissance délivrée à la résistance 34 diminue avec la température puisque la résistivité de cette résistance augmente avec la température. Ainsi, en alimentant la cartouche chauffante C1 avec une tension constante, sa température augmente jusqu'à atteindre un équilibre entre la puissance d'alimentation électrique, qui diminue avec la température, et la puissance dissipée vers le milieu ambiant, c'est-à-dire dans le fluide circulant dans la cavité 14 dans le cas de la vanne 1 , qui augmente avec la température.
Cette possibilité d'avoir une température stabilisée autorégulée, liée à la nature du mélange constituant le matériau de la résistance chauffante 34, permet de simplifier l'algorithme de régulation de l'alimentation de la cartouche chauffante C1 , ainsi que d'augmenter la fiabilité de l'élément thermostatique 30.
Sur la figure 5 est représentée une variante de réalisation de la cartouche chauffante C1 , référencée C100. Cette cartouche chauffante C100 comporte un tube 133, une résistance chauffante 134, une tige 135 et une douille isolante 136, tous centrés sur un axe X-X et fonctionnellement similaires, respectivement, au tube 33, à la résistance chauffante 34, à la tige 35 et à la douille 36 de la cartouche chauffante C1 .
Le tube 133 se distingue du tube 33 par le fait que l'extrémité libre 133A de sa partie terminale 133i , dans laquelle est agencée leur résistance chauffante 134, n'est pas axialement ouverte comme l'extrémité 33A, mais est fermée par un fond 139 venu de matière avec le reste du tube 133. Autrement dit, ce tube 133 présente la forme d'un godet. Cette forme en godet garantit une bonne étanchéité au niveau du fond 139 du tube 133, en particulier dans la mesure où ce fond 139 recouvre l'extrémité correspondante du corps tubulaire 134i de la résistance chauffante 134, interposé radialement entre la partie terminale 133i du tube 133 et une partie terminale 135i de la tige 135, fonctionnellement similaire à la partie terminale 35i de la tige 35. En revanche, par comparaison au tube 33 obtenu à moindre coût par étirage, la forme en godet précitée du tube 133 nécessite des opérations de fabrication plus élaborées, telles qu'un emboutissage pour l'exemple représenté à la figure 5, ou, à titre de variante non représentée, le soudage au reste du tube 133 d'une pièce rapportée destinée à former le fond 139.
Par ailleurs, la forme en godet précitée est tout à fait compatible avec la mise en place à l'état visqueux du mélange à base de polymère thermodurcissable qui, après polymérisation, constitue la résistance chauffante 134.
La cartouche chauffante C100 se distingue également de la cartouche chauffante C1 par la présence additionnelle, à titre d'option, d'une sonde de température 150 intégrée. Plus précisément, comme bien visible sur la figure 5, cette sonde 150, par
exemple de type thermocouple ou de type à filament de platine, est avantageusement noyée dans la résistance chauffante 144, en étant mise en place de la sorte avant polymérisation du mélange à base de polymère thermodurcissable constituant cette résistance. La sonde 150 se retrouve ainsi agencée radialement entre les parties terminales 133i et 135i du tube 33 de la tige 35, dans l'épaisseur du corps tubulaire 134i de la résistance chauffante 134. Le signal de sortie de cette sonde 150 est avantageusement transmis à l'extérieur de la cartouche chauffante C100 par au moins un élément de transmission 151 , typiquement un ou plusieurs fils, qui court suivant la direction de l'axe X-X, radialement entre la tige 35 et le tube 33. En particulier, cet élément de transmission 151 court entre des parties terminales 1332 et 1352 du tube 133 et de la tige 135, qui sont fonctionnellement similaires, respectivement, aux parties terminales 332 et 352 du tube 33 et de la tige 35, et entre lesquelles est interposée radialement la douille isolante 136. Bien entendu, l'élément de transmission 151 traverse axialement de part en part la paroi constituant cette douille 136, jusqu'à déboucher à l'extérieur du tube 133, comme représenté sur le figure 5.
La sonde de température 150 peut avantageusement être utilisée pour fournir des mesures de température, prises en compte par l'algorithme, évoqué plus haut, pour régler la puissance électrique délivrée à la cartouche chauffante C100.
Sur la figure 6 est représenté un mode de réalisation alternatif aux cartouches chauffantes C1 et C100, référencé C200. Cette cartouche chauffante C200 comporte un tube 233, une résistance chauffante 234, une tige 235, une douille isolante 236 et une sonde de température 250, qui sont fonctionnellement similaires, respectivement, au tube
33 ou 133, à la résistance chauffante 34 ou 134, à la tige 35 ou 135, à la douille 36 ou 136, et à la sonde de température 150 de la cartouche chauffante C1 ou C100.
La résistance chauffante 234 se distingue des résistances chauffantes 34 et 134 par la nature du polymère formant la base du mélange les constituant : la cartouche chauffante 234 est réalisée en un matériau constitué d'un polymère thermoplastique qui, de la même façon que pour le polymère thermodurcissable des résistances chauffantes
34 et 134, est chargé d'au moins une poudre conductrice et éventuellement d'autres additifs. La base polymère thermoplastique du matériau constituant la résistance chauffante 234 fait que, après mise en forme de ce matériau, la résistance chauffante 234 est mise à disposition sous forme d'un corps tubulaire 234! rigide ou semi-rigide, apte à être rapporté par assemblage mécanique au reste de la cartouche chauffante C200. En particulier, ce corps tubulaire 234! est emmanché entre des parties terminales 233i et 2352 du tube 233 et de la tige 235. En pratique, cet emmanchement peut être réalisé d'abord autour de la partie terminale 2352 de la tige 235, la partie terminale 233i du tube
233 étant ensuite emmanchée autour du corps tubulaire 234i de la résistance chauffante
234, ou inversement. Par ailleurs, chacun de ces deux emmanchements peut être réalisé soit de manière serrante, en mettant à profit une capacité de déformation élastique, notamment radiale, du corps 234i de la résistance chauffante 234, soit avec interposition radiale d'une pâte conductrice.
L'extrémité libre 233A de la partie terminale 233i du tube 233 est fermée de manière étanche par un fond 239 formant un bouchon électriquement isolant. Diverses possibilités de réalisation de ce fond formant bouchon 239 sont envisageables : une colle isolante, telle qu'une colle époxy, peut être appliquée à l'intérieur de l'extrémité 233A du tube 233, cette colle assurant, après polymérisation, à la fois une liaison mécanique avec le tube et une isolation électrique entre le tube et les extrémités correspondantes respectives de la tige 235 et du corps tubulaire 234! de la résistance chauffante 234, recouvertes par la colle. En variante, le fond formant bouchon 239 est une pièce en matériau isolant, rapportée de manière étanche, par exemple par sertissage, dans l'extrémité 233A du tube 233.
L'un des intérêts d'utiliser une base polymérique thermoplastique pour le matériau constituant la résistance chauffante 234 est lié à la possibilité de, avant d'assembler le corps tubulaire 234i de cette résistance chauffante au reste de la cartouche chauffante C200, revêtir ce corps d'une fine couche électriquement conductrice, typiquement d'une couche métallique, notamment en argent, c'est-à-dire, plus généralement, d'une couche conductrice dont la conductivité est égale ou supérieure à celle du tube 233 et de la tige
235. De la sorte, le contact électrique entre, d'une part, le tube 233 et la tige 235 et, d'autre part, la cartouche chauffante 234 ainsi revêtue est amélioré, en étant particulièrement fiable.
A l'inverse, le fait d'assembler mécaniquement la résistance chauffante 234 au reste de la cartouche chauffante C200 nécessite des opérations d'assemblage ad hoc et oblige à prévoir le fond formant bouchon 239.
On notera que cette forme de réalisation de la résistance chauffante 234 permet, comme pour les formes de réalisation des résistances 34 et 134, d'intégrer la sonde de température 250, qui est alors agencée au contact du corps tubulaire 234! , ainsi que d'obtenir, en fonction de la nature et de la proportion de la ou des poudres conductrices mélangées au polymère thermoplastique, que la résistivité électrique du mélange obtenu soit constante ou augmentant en fonction de la température, au moins dans une certaine plage de température correspondant à la plage de service de la cartouche chauffante C200.
A titre de variante non représentée, le tube 233 de la cartouche chauffante C200 peut présenter, à son extrémité 233A, la même structure que celle du tube 133 de la cartouche chauffante C100.
Selon une autre variante non représentée de la cartouche chauffante C200, le matériau constituant la résistance chauffante 234 n'est pas un mélange à base de polymère, mais est une céramique conductrice présentant une certaine résistivité. C'est notamment le cas des céramiques polycrystallines dopées, à base de titanate de baryum. Une telle céramique peut notamment être choisie pour présenter des caractéristiques de résistance à coefficient de température positive. En pratique, eu égard à la rigidité d'un tel matériau résistif à base de céramique, la résistance chauffante 234 qui en est constituée est assemblée et connectée au reste de la cartouche chauffante C200 de manière similaire à ce qui vient d'être décrit en regard de la figure 6.
Enfin, en plus de ce qui précède, divers aménagements et variantes aux cartouches chauffantes C1 , C100 et C200, ainsi qu'à la vanne thermostatique 1 décrite jusqu'ici sont par ailleurs envisageables. En particulier, on notera que, dans les exemples de réalisation considérés sur les figures, le tube 33, 133 ou 233 de la cartouche chauffante C1 , C100 ou C200, dans lequel est agencée la résistance chauffante 34, 134 ou 234, constitue le piston de l'élément thermostatique 30 : toutefois, pour d'autres géométries de constructions de vanne thermostatique, ce tube de la cartouche chauffante et le piston de l'élément thermostatique, dont la matière thermodilatable est chauffée par la résistance chauffante appartenant à la cartouche, peuvent consister en deux pièces distinctes. Dans ce cas, généralement, le tube de la cartouche chauffante s'étend à travers le fond de la coupelle de l'élément thermostatique, à l'opposé du piston de cet élément, la coupelle étant alors fixe par rapport au boîtier, tandis que le piston porte un obturateur pour commander l'ouverture et la fermeture de ce dernier vis-à-vis du boîtier.
Claims
1 .- Cartouche chauffante (C1 ; C100 ; C200) pour un élément thermostatique (30), comprenant :
- un tube (33 ; 133 ; 233), qui est à la fois thermiquement et électriquement conducteur et dont une première partie terminale (331 ; 133i ; 233i) est adaptée pour être plongée dans une matière thermodilatable (32) d'un élément thermostatique (30), et
- une résistance chauffante (34 ; 134 ; 234) qui est agencée à l'intérieur de la première partie terminale du tube,
caractérisée en ce que la cartouche chauffante (C1 ; C100 ; C200) comprend en outre une tige (35 ; 135 ; 235), qui est électriquement conductrice et qui s'étend au moins en partie à l'intérieur du tube (33 ; 133 ; 233) de manière sensiblement coaxiale,
en ce que la résistance chauffante (34 ; 134 ; 234) comprend un corps tubulaire (34! ; 1341 ; 234^, qui est constitué d'un matériau électriquement résistif et qui est radialement interposé entre une première partie terminale (35i ; 135i ; 235i ,) de la tige (35 ; 135 ; 235) et la première partie terminale (33i ; 133i ; 233i) du tube (33 ; 133 ; 233), en formant, à la fois, une interface cylindrique de contact électrique entre la tige et la face intérieure du corps tubulaire et une interface cylindrique de contact électrique entre le tube et la face extérieure du corps tubulaire,
et en ce que le tube (33 ; 133 ; 233) et la tige (35 ; 135 ; 235) incluent respectivement, à l'opposé de leur première partie terminale, des secondes parties terminales (332, 352 ; 1332, 1352 ; 2332, 2352) qui sont respectivement adaptées pour être connectées aux pôles d'une source de courant externe de manière à appliquer une tension électrique entre les faces intérieure et extérieure du corps tubulaire de la résistance chauffante.
2.- Cartouche chauffante suivant la revendication 1 , caractérisée en ce que le matériau constituant le corps tubulaire (34! ; 134! ; 234i) de la résistance chauffante (34 ; 134 ; 234) est un polymère chargé en au moins une poudre électriquement conductrice.
3. - Cartouche chauffante suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le polymère est un thermodurcissable adapté pour, avant polymérisation, être mis en place sous forme visqueuse entre la première partie (33i ; 133i) du tube (33 ; 133) et la première partie (35i ; 135i) de la tige (35 ; 135), en adhérant à ces premières parties terminales.
4. - Cartouche chauffante suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le polymère est un thermoplastique adapté pour, après mise en forme, rendre le corps tubulaire (234i) de la résistance chauffante (234) apte à être rapporté par assemblage mécanique au reste de la cartouche chauffante (C200).
5. - Cartouche chauffante suivant la revendication 1 , caractérisée en ce que le matériau constituant le corps tubulaire de la résistance chauffante est une céramique dopée, notamment à base de titanate de baryum.
6. - Cartouche chauffante suivant la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisée en ce que le corps tubulaire (234i) de la résistance chauffante (234) est emmanché entre la première partie terminale (233i) du tube (233) et la première partie terminale (235i) de la tige (235), de manière serrante et/ou avec interposition radiale de pâte électriquement conductrice.
7. - Cartouche chauffante suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que le corps tubulaire (234^ de la résistance chauffante (234) est revêtu, intérieurement et/ou extérieurement, d'une couche électriquement conductrice, dont la conductivité est égale ou supérieure à celle du tube (233) et de la tige (235), et qui, après assemblage de ce corps tubulaire au reste de la cartouche chauffante (C200), est en contact avec la première partie terminale (233i) du tube (233) et/ou la première partie terminale (235Ί) de la tige (235).
8. - Cartouche chauffante suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau constituant le corps tubulaire (34i ; 134i ; 234i) de la résistance chauffante (34 ; 134 ; 234) présente, en service, une résistivité sensiblement constante en fonction de sa température.
9.- Cartouche chauffante suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le matériau constituant le corps tubulaire (34i ; 134i ; 234i) de la résistance chauffante (34 ; 1234 ; 234) présente, en service, une résistivité qui augmente avec sa température.
10. - Cartouche chauffante suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le tube (33) est, à l'extrémité libre (33A) de sa première partie terminale (33i), axialement ouvert sur la résistance chauffante (34).
1 1 . - Cartouche chauffante suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que, à l'extrémité libre (133A ; 233A) de sa première partie terminale (133! ; 233^, le tube (133 ; 233) est fermé par un fond (139 ; 239), qui recouvre une extrémité axiale de la résistance chauffante (134 ; 234) et qui est soit venu de matière avec le reste du tube, soit rapporté de manière étanche dans cette extrémité libre du tube.
12. - Cartouche chauffante suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la cartouche (C100 ; C200) comprend en outre une sonde de température (150 ; 250), qui est intégrée entre le tube (133 ; 233) et la tige (135 ; 235) en étant agencée dans l'épaisseur ou au contact du corps tubulaire (134i ; 234i) de la résistance chauffante (134 ; 234), et dont le signal de sortie est transmis à l'extérieur de la cartouche chauffante par un élément de transmission (151 ) qui court entre la seconde partie terminale (1332) du tube (133) et la seconde partie terminale (1352) de la tige (135).
13.- Elément thermostatique (30), comportant une cartouche chauffante (C1 ; C100 ; C200) conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, et une coupelle (31 ) contenant une matière thermodilatable (32) dans laquelle est plongé le tube (33 ; 133 ; 233) de la cartouche chauffante.
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