FR3116603A1 - Automatic tempered water dosing without draining - Google Patents
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Abstract
Le but de ce brevet est un procédé permettant à partir de deux sources d’eau (une chaude – une froide) d’obtenir un volume d’eau donné à une température donnée compris entre les températures des deux sources d’eau. Ce procédé utilise les instruments suivants : Sur la source d’eau chaude il doit y avoir un débitmètre, une sonde de température, une vanne automatique. Sur la source d’eau froide, il doit y avoir un débitmètre, une sonde de température, une vanne automatique. L’ensemble des équipements doivent être piloté par un automate. Une fois qu’un opérateur indique un volume donné et une température donnée à l’automate et lui enclenche l’ordre de fonctionner, l’automate peut alors dérouler son programme et permettre à l’installation d’obtenir le volume d’eau demandé à la température demandée. Pour ce faire, les deux vannes automatiques s’ouvrent et libèrent chacune l’eau chaude et l’eau froide. Le programme donne alors l’ordre de fermer la vanne d’eau chaude quand il estime qu’il y en a assez. Le programme donne aussi l’ordre de fermer la vanne d’eau froide quand il estime qu’il y en a assez. L’estimation de ces quantités par le programme est la partie compliquée qui est expliqué dans le chapitre description et qui est repris dans le chapitre revendication.The purpose of this patent is a process allowing from two water sources (one hot – one cold) to obtain a given volume of water at a given temperature between the temperatures of the two water sources. This process uses the following instruments: On the hot water source there must be a flow meter, a temperature sensor, an automatic valve. On the source of cold water there must be a flow meter, a temperature sensor, an automatic valve. All equipment must be controlled by a PLC. Once an operator indicates a given volume and a given temperature to the automaton and gives it the order to operate, the automaton can then run its program and allow the installation to obtain the requested volume of water. at the required temperature. To do this, the two automatic valves open and each release hot and cold water. The program then gives the order to close the hot water valve when it considers that there is enough. The program also gives the order to close the cold water valve when it thinks there is enough. The estimation of these quantities by the program is the complicated part which is explained in the description chapter and which is taken up in the claim chapter.
Description
Le domaine de l’application est dans le secteur industriel, notamment dans le process liquide, et plus particulièrement dans le dosage d’une certaine quantité d’eau à une certaine température.The field of application is in the industrial sector, in particular in the liquid process, and more particularly in the dosing of a certain quantity of water at a certain temperature.
Etat de la technique antérieurState of the prior art
Actuellement, les dosages d’eau tempérée sont réalisé à l’aide d’un thermostat, on jette à l’égout l’eau jusqu’à l’obtention de la température voulu. Une fois que l’on a la température que l’on souhaite, on compte la quantité d’eau voulu et on obtient ainsi le bon volume d’eau à la bonne température. La méthode actuelle nécessite de jeter l’eau à l’égout pour faire un dosage d’eau tempérée.Currently, the dosages of temperate water are carried out using a thermostat, the water is thrown into the drain until the desired temperature is obtained. Once you have the temperature you want, you count the amount of water you want and you get the right volume of water at the right temperature. The current method requires throwing the water down the drain to make a temperate water dosage.
Problématique rencontrée permettant le développement de ce brevetProblem encountered allowing the development of this patent
Un site agro-industriel voulait un dosage d’une quantité d’eau donnée à une température donnée, sans mise à l’égout dans le cadre des économies d’énergies, et avec une source d’eau froide et une source d’eau chaude dont les températures peuvent varier lors du dosage.An agro-industrial site wanted a dosage of a given quantity of water at a given temperature, without draining in the context of energy savings, and with a source of cold water and a source of water hot, the temperatures of which may vary during dosing.
Actuellement, pour obtenir une certaine quantité d’eau à une certaine température, la méthode utilisée chez les industriels est celle d’un mitigeur qui jette à l’égout le mélange des deux eaux jusqu’à l’obtention de la bonne température, une fois la température désirée obtenue, le mélange d’eau est alors dirigé vers le batch pour obtenir la bonne quantité à la bonne température. Cette méthode est efficace, toutefois elle engendre une mise à l’égout du mélange des deux eaux avant l’obtention de la température demandée.Currently, to obtain a certain quantity of water at a certain temperature, the method used by manufacturers is that of a mixing valve which throws the mixture of the two waters down the drain until the right temperature is obtained, a Once the desired temperature has been obtained, the water mixture is then directed to the batch to obtain the right quantity at the right temperature. This method is effective, however it causes the mixture of the two waters to be drained before the required temperature is reached.
Description de la solution apportéeDescription of the solution provided
Le concept développé dans ce brevet est la transformation d’une arrivée d’eau froide et d’une arrivée d’eau chaude avec variation de température pour les deux arrivées d’eau, à l’aide de 2 débitmètres, 2 sondes de température, 2 vannes de dosage, en l’obtention d’une quantité d’eau prédéfinie à une température prédéfinie, et ce sans mise à l’égout lors du mélange des deux eaux.The concept developed in this patent is the transformation of a cold water inlet and a hot water inlet with temperature variation for the two water inlets, using 2 flow meters, 2 temperature sensors , 2 dosing valves, obtaining a predefined quantity of water at a predefined temperature, without draining when mixing the two waters.
L’innovation technique est présente dans la manière de calculer la quantité d’eau chaude et la quantité d’eau froide à mettre pour obtenir le volume et la quantité voulue. Avant de rentrer dans les formules mathématiques, il est bon de prendre le temps de comprendre la figure [1]Technical innovation is present in the way of calculating the quantity of hot water and the quantity of cold water to put in to obtain the desired volume and quantity. Before going into the mathematical formulas, it is good to take the time to understand the figure [1]
Le but du procédé est d’obtenir un volume d’eau donné à une température donnée sans mise à l’égout, à partir d’une arrivée d’eau chaude et d’une arrivée d’eau froide, avec des variations de température pour les deux arrivées avec un ensemble d’équipement constitué de deux vannes automatiques, deux sondes de température, deux débitmètres, et un automate gérant l’ensemble des équipements.The purpose of the process is to obtain a given volume of water at a given temperature without draining, from a hot water inlet and a cold water inlet, with temperature variations for the two arrivals with a set of equipment consisting of two automatic valves, two temperature sensors, two flow meters, and a PLC managing all the equipment.
Le procédé repose alors sur deux principes :The process is therefore based on two principles:
- Premier principe lié à la conservation de l’énergie en supposant que la température de l’eau froide et de l’eau chaude ne varie pas au cours du tempsFirst principle related to the conservation of energy assuming that the temperature of cold water and hot water do not vary over time
- Vtot : Volume total demandéVtot: Total volume requested
- Ttot : Température du volume totale demandéeTtot: Total volume temperature requested
- Vc : volume d’eau chaude à température Tc, supposée constante au cours du tempsVc: volume of hot water at temperature Tc, assumed to be constant over time
- Tc : Température d’eau chaude, supposée constante, du volume VcTc: Hot water temperature, assumed to be constant, of the volume Vc
- Vf : Volume d’eau froide à température Tf, supposée constante au cours du tempsVf: Volume of cold water at temperature Tf, assumed to be constant over time
- Tf : Température d’eau froide, supposée constante, du volume VfTf: Cold water temperature, assumed to be constant, of the volume Vf
Il faut ajouter à cette équation de conservation d’énergie, la notion de calcul par itération, nous allons donc réaliser ce calcul à chaque pulse émis par les débitmètres, nous pourrons alors différencier l’énergie de l’eau chaude passée (Vc1*Tc1), l’énergie de l’eau froide passée (Vf1*Tf1), l’énergie de l’eau chaude future (Vc2*Tc2) et l’énergie de l’eau froide future (Vf2*Tc2). A noter que dans les calculs, j’ai supposé que la capacité calorifique de l’eau Cp= 4,18KJ/Kg/K étant constant sur les plages de température utilisées, je ne l’ai donc pas fait apparaître dans les différentes formules mathématiques.We must add to this energy conservation equation, the notion of calculation by iteration, we will therefore carry out this calculation at each pulse emitted by the flowmeters, we will then be able to differentiate the energy of the past hot water (Vc1*Tc1 ), past cold water energy (Vf1*Tf1), future hot water energy (Vc2*Tc2) and future cold water energy (Vf2*Tc2). Note that in the calculations, I assumed that the heat capacity of water Cp= 4.18KJ/Kg/K being constant over the temperature ranges used, so I did not show it in the different formulas math.
Il est alors important d’identifier les valeurs inconnues et les valeurs connues dans l’équation [Math 2]It is then important to identify the unknown values and the known values in the equation [Math 2]
- Vtot et Ttot sont les consignes que l’on souhaite obtenir à la fin, elles sont par conséquent connues.Vtot and Ttot are the instructions that we want to obtain at the end, they are therefore known.
- Vc1 est le volume d’eau chaude passée au moment de la pulse, le débitmètre sur l’eau chaude peut donc nous donner cette information.Vc1 is the volume of hot water passed at the time of the pulse, the hot water flow meter can therefore give us this information.
- Tc1 est la température de l’eau chaude passée, la sonde de température peut nous donner cette information.Tc1 is the past hot water temperature, the temperature sensor can give us this information.
- Vc2 est le volume d’eau chaude qui nous reste à mettre, cela est une inconnue.Vc2 is the volume of hot water that remains to be added, this is an unknown.
- Tc2 est la température de l’eau chaude qui nous reste à mettre, cela est en absolue une inconnue, toutefois, on peut supposer, au vue du temps de variation de température, et au temps émis par la pulse que Tc2 = Tc1Tc2 is the temperature of the hot water that remains to be put, this is absolutely an unknown, however, we can assume, in view of the time of temperature variation, and the time emitted by the pulse that Tc2 = Tc1
- Vf1 est le volume d’eau froide passée au moment de la pulse, le débitmètre sur l’eau froide peut donc nous donner cette information.Vf1 is the volume of cold water passed at the time of the pulse, the cold water flowmeter can therefore give us this information.
- Tf1 est la température de l’eau froide passée, la sonde de température sur l’eau froide peut donc nous donner cette information.Tf1 is the past cold water temperature, so the cold water temperature sensor can give us this information.
- Vf2 est le volume d’eau froide qui nous reste à mettre, cela est une inconnue.Vf2 is the volume of cold water that remains to be added, this is an unknown.
- Tf2 est la température de l’eau froide qui nous reste à mettre, cela est en absolue une inconnue, toutefois, on peut supposer, au vue du temps de variation de température, et au temps émis par la pulse que Tc2 = Tc1Tf2 is the temperature of the cold water that remains to be set, this is an absolute unknown, however, we can assume, in view of the temperature variation time, and the time emitted by the pulse that Tc2 = Tc1
Nous avons donc 2 inconnues, il nous faut une deuxième équation.So we have 2 unknowns, we need a second equation.
- Deuxième principe : conservation de la matièreSecond principle: conservation of matter
Dans cette équation, les inconnues sont encore Vc2 et Vf2. On a alors un système de deux équations [Math 2] et [Math 3] à deux inconnus Vc2 et Vf2, pouvant être résolu facilement.In this equation, the unknowns are again Vc2 and Vf2. We then have a system of two equations [Math 2] and [Math 3] with two unknowns Vc2 and Vf2, which can be solved easily.
Après résolution du système de deux équations à deux inconnus définis ci-dessus, on obtient la formule pour Vc2 et Vf2. Toutefois, pour pouvoir prendre les variations de température en compte, il est important dans le calcul de l’énergie de l’eau froide passée [Math 4]
- Vc1i : volume de la ième pulse d’eau chaude donné par le débitmètre sur le circuit eau chaudeVc1i: volume of the ith hot water pulse given by the flow meter on the hot water circuit
- Tcl1 : température de la ième pulse d’eau chaude indiqué par la sonde de température sur le circuit d’eau chaudeTcl1: temperature of the ith hot water pulse indicated by the temperature sensor on the hot water circuit
- Vf1i : Volume de la ième pulse d’eau froide donné par le débitmètre sur le circuit eau froideVf1i: Volume of the ith cold water pulse given by the flow meter on the cold water circuit
- Tf1i : Température de la ième pulse d’eau froide indiqué par la sonde de température sur le circuit d’eau froideTf1i: Temperature of the ith cold water pulse indicated by the temperature sensor on the cold water circuit
Voici les résultats obtenus de Vf2 et de Vf1 après calcul :Here are the results obtained from Vf2 and Vf1 after calculation:
Nous sommes capables alors de réaliser une installation avec deux débitmètres, deux sondes de température, deux vannes de dosage, un automate gérant l’ensemble selon le calcul ci-dessus pour obtenir une quantité donnée d’eau à une température donnée, sans mise à l’égout de l’eau au préalable. Il suffit alors d’ouvrir en même temps les deux vannes automatiques, et quand le volume Vc2 tend vers 0, il suffit de fermer la vanne sur le circuit d’eau chaude. De même, quand le volume Vf2 tend vers 0, il suffit de fermer la vanne d’eau froide.We are then able to create an installation with two flowmeters, two temperature probes, two dosing valves, an automaton managing the assembly according to the calculation above to obtain a given quantity of water at a given temperature, without the water drain beforehand. It is then sufficient to open the two automatic valves at the same time, and when the volume Vc2 tends towards 0, it is sufficient to close the valve on the hot water circuit. Similarly, when the volume Vf2 tends towards 0, it suffices to close the cold water valve.
Le principe étant défini ci-dessus, nous ne sommes pas figés dans le choix du matérielThe principle being defined above, we are not fixed in the choice of material
Nous nous réservons le droit d’adapter la taille de la tuyauterie pour l’eau chaude et pour l’eau froide, et ce en fonction des plages des volumes d’eau demandés, des plages de température demandées, du temps autorisé pour faire le dosage et de la précision demandée.We reserve the right to adapt the size of the piping for hot water and for cold water, and this according to the ranges of the volumes of water requested, the temperature ranges requested, the time allowed to do the dosage and precision required.
Nous nous réservons le choix et la marque des débitmètres à installer pour l’installation. Il suffit juste que les débitmètres choisis émettent une pulse pour un volume suffisamment petit en fonction de la précision demandéWe reserve the choice and brand of flowmeters to be installed for the installation. It is enough that the chosen flowmeters emit a pulse for a sufficiently small volume according to the required precision
Nous nous réservons le choix pour les sondes de température à installer. Le critère principal pour la sonde étant la réactivité de l’élément résistif et du signal analogique lorsqu’il y a un changement de température au niveau soit de l’eau chaude, soit de l’eau froide.We reserve the choice for the temperature probes to be installed. The main criterion for the probe being the responsiveness of the resistive element and the analog signal when there is a change in temperature at the level of either hot or cold water.
Nous nous réservons le droit de choisir les types de vannes et la commande des vannes en fonction des volumes d’eau demandés et de la qualité de l’eau traitéWe reserve the right to choose the types of valves and the control of the valves according to the volumes of water requested and the quality of the water treated.
Le choix du matériel reste à notre charge, notamment pour répondre aux exigences du client, qui peuvent être dans le domaine pharma, agro-alimentaire, eau usées, régulation de température dans le bâtiment, boulanger, etc…. Nous prévoyons d’adapter l’ensemble du matériel en fonction des certifications demandées par le client.The choice of equipment remains at our expense, in particular to meet the requirements of the customer, which may be in the field of pharma, agri-food, waste water, temperature regulation in the building, bakery, etc…. We plan to adapt all the equipment according to the certifications requested by the client.
Nous nous réservons le choix de l’automate et de la rédaction du programme pour répondre au mieux au besoin du client.We reserve the choice of the automaton and the writing of the program to best meet the customer's needs.
Nous nous gardons le choix de réaliser des skids « prêt à être installé » chez des clients potentiels, ou nous ferons des installations uniques chez chaque client. La politique pour le développement de cette méthode de dosage n’est pas encore actée.We keep the choice to make skids "ready to be installed" at potential customers, or we will make unique installations at each customer. The policy for the development of this assay method has not yet been finalized.
Le nom pour l’ensemble de la méthode de calcul : le « Doz’Eco »The name for the entire calculation method: the “Doz’Eco”
Listing de l’ensemble des abréviations utilisées dans la description :List of all abbreviations used in the description:
- Vtot : Volume total demandéVtot: Total volume requested
- Ttot : Température du volume totale demandéeTtot: Total volume temperature requested
- Vc : volume d’eau chaude à température Tc, supposée constante au cours du tempsVc: volume of hot water at temperature Tc, assumed to be constant over time
- Tc : Température d’eau chaude, supposée constante, du volume VcTc: Hot water temperature, assumed to be constant, of the volume Vc
- Vf : Volume d’eau froide à température Tf, supposée constante au cours du tempsVf: Volume of cold water at temperature Tf, assumed to be constant over time
- Tf : Température d’eau froide, supposée constante, du volume VfTf: Cold water temperature, assumed to be constant, of the volume Vf
- Vc1 : Volume de l’eau chaude passéVc1: Volume of hot water passed
- Tc1 : Température de l’eau chaude passéeTc1: Past hot water temperature
- Vc2 : Volume d’eau chaude futurVc2: Future hot water volume
- Tc2 : Température de l’eau chaude passéeTc2: Past hot water temperature
- Vf1 : Volume de l’eau froide passéeVf1: Volume of cold water passed
- Tf1 : Température de l’eau froide passéeTf1: Past cold water temperature
- Vf2 : Volume de l’eau froide futureVf2: Volume of future cold water
- Tf2 : Température de l’eau froide futureTf2: Future cold water temperature
- Vc1i : volume d’eau chaude passée relatif à la ième pulse émis par le débitmètre sur l’arrivée d’eau chaudeVc1i: volume of hot water passed relative to the ith pulse emitted by the flow meter on the hot water inlet
- Tc1i : Température de la ième pulse sur le débitmètre d’eau chaude, c’est-à-dire, c’est la température de Vc1iTc1i: Temperature of the ith pulse on the hot water flowmeter, that is to say, it is the temperature of Vc1i
- Vf1i : volume d’eau froide passée relatif à la ième pulse émis par le débitmètre sur l’arrivée d’eau froideVf1i: volume of cold water passed relative to the ith pulse emitted by the flowmeter on the cold water inlet
Tf1i : Température de la ième pulse sur le débitmètre d’eau froide, c’est-à-dire, c’est la température de Vf1i
Tf1i: Temperature of the ith pulse on the cold water flowmeter, that is to say, it is the temperature of Vf1i
Claims (3)
Le dit procédé nécessite les étapes suivantes réalisées par l’automate :
Ouvrir les deux vannes automatiques. Cela va entrainer la diminution d’un volume Vf2 et d’un volume Vc2, au fur et à mesure que l’eau froide et l’eau chaude s’écoule. Les dits-volume sont définis par les formules suivantes :
[Math 6]
B.1 Le volume Vf2 va tendre vers zéro, une fois que la valeur Vf2 est suffisamment proche de zéro, fermer la vanne automatique présente sur le circuit d’eau froide.
B.2 Le volume Vc2 va tendre vers zéro, une fois que la valeur Vc2 est suffisamment proche de zéro, fermer la vanne automatique présente sur le circuit d’eau chaude.Method for metering a volume of water Vtot at a certain temperature Ttot from a hot water inlet and a cold water inlet which can vary in temperature. Said process requires two flowmeters, two temperature probes, two automatic valves, an automaton managing the whole
Said method requires the following steps carried out by the automaton:
Open the two automatic valves. This will lead to the reduction of a volume Vf2 and a volume Vc2, as the cold water and the hot water flow. The so-called volumes are defined by the following formulas:
[Math 6]
B.1 The volume Vf2 will approach zero, once the Vf2 value is sufficiently close to zero, close the automatic valve present on the cold water circuit.
B.2 The volume Vc2 will tend towards zero, once the value Vc2 is sufficiently close to zero, close the automatic valve present on the hot water circuit.
A.1 Quand le volume Vf2 est inférieur à une valeur positive paramétrable, fermer la troisième vanne percée en série sur le circuit d’eau froide. Le débit d’eau froide est alors ralenti grâce au trou dans cette troisième vanne. Une fois que la valeur Vf2 est suffisamment proche de zéro, fermer la vanne automatique restée ouverte présente sur le circuit d’eau froide.
A.2 Quand le volume Vc2 est inférieur à une valeur positive paramétrable, fermer la quatrième vanne percée en série sur le circuit d’eau chaude. Le débit d’eau chaude est alors ralenti grâce au trou dans cette quatrième vanne. Une fois que la valeur Vc2 est suffisamment proche de zéro, fermer la vanne automatique restée ouverte présente sur le circuit d’eau chaude.Method according to claim 1 comprising a third valve pierced in series on the cold water circuit and a fourth valve pierced in series on the hot water circuit allows an improvement in the precision when closing the valves via the following steps, performed by the automaton.
A.1 When the volume Vf2 is lower than a configurable positive value, close the third valve pierced in series on the cold water circuit. The flow of cold water is then slowed down thanks to the hole in this third valve. Once the Vf2 value is sufficiently close to zero, close the automatic valve that remained open on the cold water circuit.
A.2 When the volume Vc2 is lower than a configurable positive value, close the fourth valve pierced in series on the hot water circuit. The flow of hot water is then slowed down thanks to the hole in this fourth valve. Once the Vc2 value is sufficiently close to zero, close the automatic valve that remained open on the hot water circuit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2011990A FR3116603A1 (en) | 2020-11-23 | 2020-11-23 | Automatic tempered water dosing without draining |
Applications Claiming Priority (2)
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| FR2011990A FR3116603A1 (en) | 2020-11-23 | 2020-11-23 | Automatic tempered water dosing without draining |
| FR2011990 | 2020-11-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR3116603A1 true FR3116603A1 (en) | 2022-05-27 |
Family
ID=78212145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2011990A Withdrawn FR3116603A1 (en) | 2020-11-23 | 2020-11-23 | Automatic tempered water dosing without draining |
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| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3116603A1 (en) |
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2020
- 2020-11-23 FR FR2011990A patent/FR3116603A1/en not_active Withdrawn
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