FR3116603A1

FR3116603A1 - Dosage d’eau tempérée automatique sans mise à l’égout

Info

Publication number: FR3116603A1
Application number: FR2011990A
Authority: FR
Inventors: Pierre Auvray
Original assignee: Gucinski Patrick
Current assignee: Gucinski Patrick
Priority date: 2020-11-23
Filing date: 2020-11-23
Publication date: 2022-05-27

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.

Description

Dosage d’eau tempérée automatique sans mise à l’égout

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.

Etat de la technique antérieur

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.

Problématique rencontrée permettant le développement de ce brevet

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.

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.

Description de la solution apportée

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.

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]

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.

Le procédé repose alors sur deux principes :

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 temps

Vtot : Volume total demandé
Ttot : Température du volume totale demandée
Vc : volume d’eau chaude à température Tc, supposée constante au cours du temps
Tc : Température d’eau chaude, supposée constante, du volume Vc
Vf : Volume d’eau froide à température Tf, supposée constante au cours du temps
Tf : Température d’eau froide, supposée constante, du 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.

Il est alors important d’identifier les valeurs inconnues et les valeurs connues dans l’équation [Math 2]

Vtot et Ttot sont les consignes que l’on souhaite obtenir à la fin, elles sont par conséquent connues.
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.
Tc1 est la température de l’eau chaude passée, la sonde de température peut nous donner cette information.
Vc2 est le volume d’eau chaude qui nous reste à mettre, cela est une inconnue.
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 = 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.
Tf1 est la température de l’eau froide passée, la sonde de température sur l’eau froide peut donc nous donner cette information.
Vf2 est le volume d’eau froide qui nous reste à mettre, cela est une inconnue.
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 = Tc1

Nous avons donc 2 inconnues, il nous faut une deuxième équation.

Deuxième principe : conservation de la matière

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.

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] et dans le calcul de l’énergie de l’eau chaude passée [Math 5] de le faire pour chaque pulse, ainsi si la température varie d’une pulse à une autre, cela est pris en compte dans les calculs.

Vc1i : volume de la ième pulse d’eau chaude donné par le débitmètre sur le circuit eau chaude
Tcl1 : température de la ième pulse d’eau chaude indiqué par la sonde de température sur le circuit d’eau chaude

Vf1i : Volume de la ième pulse d’eau froide donné par le débitmètre sur le circuit eau froide
Tf1i : Température de la ième pulse d’eau froide indiqué par la sonde de température sur le circuit d’eau froide

Voici les résultats obtenus de Vf2 et de Vf1 après calcul :

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.

Le principe étant défini ci-dessus, nous ne sommes pas figés dans le choix du matériel

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.

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 demandé

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.

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 traité

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.

Nous nous réservons le choix de l’automate et de la rédaction du programme pour répondre au mieux au besoin du client.

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.

Le nom pour l’ensemble de la méthode de calcul : le « Doz’Eco »

Listing de l’ensemble des abréviations utilisées dans la description :

Vtot : Volume total demandé
Ttot : Température du volume totale demandée
Vc : volume d’eau chaude à température Tc, supposée constante au cours du temps
Tc : Température d’eau chaude, supposée constante, du volume Vc
Vf : Volume d’eau froide à température Tf, supposée constante au cours du temps
Tf : Température d’eau froide, supposée constante, du volume Vf
Vc1 : Volume de l’eau chaude passé
Tc1 : Température de l’eau chaude passée
Vc2 : Volume d’eau chaude futur
Tc2 : Température de l’eau chaude passée
Vf1 : Volume de l’eau froide passée
Tf1 : Température de l’eau froide passée
Vf2 : Volume de l’eau froide future
Tf2 : Température de l’eau froide future
Vc1i : volume d’eau chaude passée relatif à la ième pulse émis par le débitmètre sur l’arrivée d’eau chaude
Tc1i : Température de la ième pulse sur le débitmètre d’eau chaude, c’est-à-dire, c’est la température de Vc1i
Vf1i : volume d’eau froide passée relatif à la ième pulse émis par le débitmètre sur l’arrivée d’eau froide

Tf1i : Température de la ième pulse sur le débitmètre d’eau froide, c’est-à-dire, c’est la température de Vf1i

Claims

Procédé de dosage d’un volume d’eau Vtot à une certaine température Ttot à partir d’une arrivée d’eau chaude et d’une arrivée d’eau froide pouvant varier en température. Le dit procédé nécessite deux débitmètres, deux sondes de température, deux vannes automatiques, un automate gérant l’ensemble
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]
[Math 7]

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.
Procédé selon la revendication 1 comportant une troisième vanne percée en série sur le circuit d’eau froide et une quatrième vanne percée en série sur le circuit d’eau chaude permet une amélioration de la précision lors de la fermeture des vannes via les étapes suivantes, réalisées par l’automate.
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.
Procédé selon la revendication 1, dans lequel les expressions de Vc2 et de Vf2 sont calculées à l’aide de la conservation de l’énergie [Math 1], le principe de calcul par itération [Math 2] et la conservation de la matière [Math 3].