CA1108211A - Dispositif generateur de vapeur, surchauffee - Google Patents

Abstract

Dispositif générateur de vapeur surchauffée, à partir d'une source de liquide, caractérisé par le fait qu'il comprend dans une enveloppe une paire d'électrodes cylindriques ou prismatiques concentriques placées aux bornes d'une source d'énergie électrique, un matériau poreux disposé entre lesdites électrodes, ledit matériau poreux étant électriquement isolant, présentant une faible inertie thermique, et étant chimiquement inerte vis-à-vis du liquide à vaporiser, un moyen de pompage pour amener dans l'enveloppe une quantité déterminée de liquide à vaporiser dans le matériau poreux, et un moyen pour faire sortir de ladite enveloppe la vapeur produite.

Description

La présente invention est relative à un dispositif générateur de vapeur surchauffée à partir d'une source de liquide.
Dans le nombreuses applications il est souhaitable de disposer de vapeur surchauffée, produite instantanément en quantité prédéterminéeO A titre d'application particulière on peut citer par exemple les appareils destinés ~ traiter les cheveux à la vapeur surchauffée, notamment pour réaliser des mises en plis, tels que les appareils décrits par la société
dépo~ante dans la demande de brevet canadien N 228,872 déposée le 9 juin 1975.
Dans cette demande de brevet il est décrit plusieurs formes de réalisation de tels appareils comportant divers types d'éléments chauffants permettant de produire instantané-ment de la vapeur surchauffée.
Il existe déjà par ailleurs des dispositifs de production de vapeur, notamment dans des appareils pour enlever les faux plis sur les habits ou dans les humidificateurs d'air ambiant dans lesquels la vapeur est obtenue grâce à des électro-des plongées en permanence dans le réservoir contenant le liquide. De tels dispositifs ne permettent toutefois pas d'assurer avec précision la fourniture commandée, instantanée, d'une quantité prédéterminée de vapeur, et en particulier ne permettent pas d'obtenir de la vapeur surchauffée.
Au sens de la présente invention on entend par vapeur surchauffée de la vapeur sortant du dispositif à la pression atmosphérique en ~état de surchauffe à une température supérieure à 105C.
La présente invention est relative à un nouveau dispositif générateur de vapeur surchauffée dans lequel c'est le liquide a vaporiser lui-même qui agit comme élément de fermeture du circuit électrique et comme élément de régulation, * Maintenant brevet canadien No. 1,059,001, d~livré le 24 juillet 1979.

. ' : ' ' puisque c'est la plus ou moins grande quantité de liquide introduit qui détermine la grandeur du courant et la puissance électrique nécessaire instantanément. On assure ainsi une - économie d'energie dans la mesure où, bien que le dispositif puisse être branché en permanence il ne se produit une consomma-tion d'.énergie qu'au moment où l'on introduit la quantit~ de liquide à vaporiser, ce qui permet en particulier d'obtenir une puissance instantanée importante pour un faible volume du dis-positif.
La présente invention, telle que revendiquée ici, est essentiellement un dispositif générateur de vapeur à partir d'un liquide, comportant: une première extrémite en materiau isolant et une seconde extrémité également en matériau isolant:
une electrode tubulaire interne s'etendant entre ces deux extre-mites de même qu'une électrode tubulaire externe entourant l'électrode interne et s'étendant également entre lesdites extré-mités de fac,on à ce que soit délimité, entre les électrodes, un espace annulaire compris entre la surface intérieure de l'élec-trode externe et la surface extérieure de l'électrode interne;
cet espace annulaire ayant une entrée près d'une desdites extré-mités et une sortie près de l'autre extrémité; des moyens reliant lesdites électrodes en série à une source d'électricité; un .
matériau poreux disposé dans ledit espace annulaire entre les électrodes, ce matériau poreux étant électriquement isolant, ayant une faible inertie thermique et étant chimiquement inerte vis-a-vis du liquide à vaporiser; des moyens permettant d'intro- ~
duire un liquide a vaporiser dans l'entrée de l'espace annu- ~:
laire; des moyens, à l'intérieur de l'électrode interne, délimi- .:~
tant un passage le long de ladite électrode interne et comportant une surface interne de ladite électrode interne, ce passage étant relié à la sortie de l'espace annulaire et s'étendant le long d'une partie substantielle de l'électrode interne dans une ; 2 ~.............................................................. .

direction allant de ladite sortie vers ladite entrée, et des moyens tubulaires de sortie communiquant avec ledit passage en un endroit éloigné de ladite sortie de l'espace annulaire pour permettre l'échappement, dudit dispositif, de liquide vaporisé.
Ainsi, selon l'invention revendiquée ci-dessus et pour accroître la sécurité électrique, en particulier lors d'une rupture d'un des fils d'alimentation, l'on augmente le trajet de circulation du liquide a vaporiser dans le dispositif et de la vapeur produite, en délimitant a l'intérieur du dispositif un conduit de passage isolé électriquement de section r~duite et en forme de labyrinthe.
En variante, il est possible de prévoir dans le moyen de sortie de vapeur un organe électriquement conducteur, notam-ment métallique mis à la masse.
La quantité déterminée de liquide à vaporiser, et donc la quantité déterminée de vapeur produite, peuvent être obtenues notamment en injectant des quantités dosées de liquide, obtenues par pompage depuis une source de liquide, les moyens de pompage permettant de préférence de communiquer au liquide une surpression par exemple supérieure a 0,5 bars (de pression relative).
Comme matériau poreux présentant les caractéristiques exposées ci-dessus, on peut citer par exemple diverses matières minérales ou organiques naturelles ou synthétiques fibreuses, granulaires, frittées, telles que par exemple de l'amiante, de la laine de verre du P.T.F.E., des fi~res de cellulose, du feutre de laine, de la silice, sans que cette énumération ne soit en aucune manière limitative.
Si l`on utilise un matériau fibreux, il est souhai-table que la taille des fibres soit inf~rieure ~ 500~ . Enoutre, il est ~galement souhaitable que dans le matériau poreux introduit dans le dispositif, le rapport entre le volume d'air ... .

et le volume total du matériau poreux soit inférieur ou égal à
50%.
Le liquide utilisé sera fonction des applications envisagées. Il convient toutefois que la conductivité du liquide soit inférieure ou égale à 3x10 5~ lcm 1. On peut ,- :
toutefois citer a titre d'exemple comme liquides vaporisables, dans le dispositif selon l'invention l'eau distillée, l'eau déminéralisée, des mélanges eau-alcool, sans que cette liste ne soit également limitative.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention le dispositif comprend en outre une résistance électrique montée en série avec lesdites électrodes aux bornes de la source d'~nergie électrique. -La distance entre ces électrodes, c'est-a-dire la dimension de l'espace dans lequel est introduit le matériau poreux, est naturellement fonction du liquide, de la tension du courant électrique qui est utilisé, de la surface des électrodes et de la puissance désirée.
Ainsi par exemple pour un dispositif utilisable dans la pratique d'une longueur de 4,5 cm alimenté sous 220 V et donnant une puissance comprise entre environ 100 watts et 400 watts la distance entre les électrodes est comprise entre , 0,9 mm et 4 mm.
On doit également choisir la longueur des électrodes, de telle maniere que toute la quantité de liquide introduite soit vaporisée dans le materiau poreux entre les electrodes même s'il se produit une certaine condensation entre les élec-trodes, le matériau étant tel qu'on obtienne une bonne réparti-tion du liquide dans le matériau, une bonne homogénéisation de ~0 la vapeur, une surpression permettant d'obtenir de la vapeur surchauffée ainsi que des turbulences au sein de la masse du matériau.

," - 4 ....

1~8Z:l~

A titre d'application particulière du dispositif selon l'invention on peut citer les appareils décrits par la Societe deposante dans le brevet canadien précité, ces appa-reils étant caractérisés par le fait qu'ils comportent comme élement de vaporisation un dispositif selon l'invention, et un mécanisme de pompage permettant de prélever dans un réservoir une quantit~ déterminée d'un liquide a vaporiser, et un injecteur ou un corps tubulaire perfore permettant d'amener au contact des cheveux la vapeur surchauffée produite dans l'élément de vapori-sation.
De nombreuses autres applications du dispositif selon l'invention peuvent ~galement être envisag8es.
On peut en particulier citer la r~alisation de fers a repasser, sans semelle métallique, eventuellement sans résistance électrique et de faible inertie thermique. Vn tel .

82~L1 fer à repasser est très léger, se prète à une utilisation domestique et est très pratique notamment pour le repassage de tissus délicats.
On peut également envisager comme application les carburateurs de véhicules à moteur à combustion interne, ou les brûleurs à mazout, dans lesquels il est souhaitable d'introduire de la vapeur d'eau en des quantités faibles, avec un temps de réponse très court dans l'air servant à la combus-tion. - ;
~'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation particuliers du dispositif selon l'invention en se référant au dessin annexé dans lequel :
- la figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention, -~
- la figure 2 est une vue schématique d'un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention, - la figure 3 représente en coupe un dispositif selon le premier mode de réalisation schématisé dans la figure 1, - la figure 4 représente à titre d'application un appareil injecteur de vapeur comportant le dispositif de la figure 3.
- la figure 5 représente une variante de réalisation du dispositif selon la figure 3, - la figure 6 représente une autre variante de réalisation du dispositif selon la figure 3.
- la figure 7 représente une variante de réalisation de l'appareil selon la figure 4.
Le dispositif représenté sur la figure 1 comprend une enveloppe 1 comportant une entrée de liquide schématisée en 2 depuis un moyen de pompage P et une sortie de vapeur _ 5 _ .

82~

schématisée en 3.
A l'intérieur de l'enveloppe 1, et disposées aux bornes A, B d'une source d'énergie électrique se trouvent deux électrodes 4 et 5 par exemple en acier inoxydable ou en carbone entre lesquelles se trouve disposée une masse d'un matériau poreux, électriquement isolant 6, présentant une faible inertie thermique et chimiquement inerte vis-à-vis du liquide ~ vapori-ser. Lorsque le liquide est de l'eau distillée ou déminéra- -lisée on peut par exemple utiliser de la laine de verre.
10Le mode de réalisation de la figure 2 se distingue uniquement du mode de réalisation de la figure 1 par la présence d'une résistance électrique 7 disposée en série avec les électrodes 4 et 5 aux bornes A, B de la source d'énergie électrique.
Lorsque l'on introduit par la tubulure 2 une quantité
de liquide, celui-ci pénètre dans la masse de matériau poreux 6 entre les électrodes 4 et 5, et du fait que ces dernières sont alimentées en énergie électrique il se produit par effet Joule un échauffement assurant la vaporisation de l'eau et la production de vapeur qui s'échappera ensuite de l'enveloppe 1 par la tu~ulure de sortie 3 en vue de son utilisation.
Le matériau poreux étant isolant, on comprend que c'est le liquide à vaporiser qui agit comme élément de ~ermeture du circuit électrique, c'est-à-dire que c'est l'introduction du liquide qui déclenche le passage du courant et c'est sa disparition qui le coupe. Le liquide agit également comme élément chauffant, les calories étant produites par effet Joule au sein même du liquide contenu dans les pores du matériau 6. C'est également le liquide qui sert d'élément de régulation, dans la mesure où c'est la plus ou moins grande quantité de liquide introduit qui détermine 1a puissance electrique nécessaire instantanément. On comprend ainsi que

2~1 l'appareil ne consomme qu'une très faible quantité d'énergie, uniquement pendant les courts moments où s'effectue la vaporisa-tion, l'enveloppe 1 du dispositif n'ayant pas tendance à
s'échauffer ce qui permet à l'utilisateur de tenir dans sa main sans risque d'échauffement excessif le dispositif selon l'invention.
La figure 3 représente un dispositif selon l'inven- -tion réalisé selon le principe schématisé dans la figure 1.
Le dispositif comprend deux électrodes concentriques 4 et 5, réalisées par exemple en acier inoxydable et contenant entre-elles comme matériau poreux 6 de la laine de verre.
Dans un exemple particulier de cette réalisation on utilise des électrodes présentant une longueur de 3cm, écartées l'une de l'autre de 3mm, la surface des électrodes étant de 6cm .
On peut également adjoindre en série aux électrodes une résistance de chauffage qui peut par exemple être de 60 Ohms.
Avec une tension d'alimentation alternative de 220 volts et une intensité du courant d'alimentation de 0,5 Ampères on obtient avec une quantité injectée de 0,2cm3 d'eau distillée une puissance instantanée de 110 watts et la production de vapeur surchauffée.
On a représenté sur la figure 4 ~ titre d'applica-tion du dispositif selon la figure 3 son utilisation dans un appareil injecteur de vapeur du type décrit dans le brevet canadien précité de la société déposante. Cet appareil comporte une enveloppe externe 8 munie à sa partie avant d'un élément en forme de dôme, réalise de préférence en caoutchouc souple 9 à l'intérieur duquel passe une aiguille d'injection creuse 10.
L'appareil comporte comme élément de vaporisation le dispositif selon l'invention représenté ~ la figure 3.

L'aiguille d'injection 10 est reliée à la sortie de vapeur 3, ~,,; .

~82~1 l'entrée de liquide en 2 s'effectuant par l'intermédiaire d'une aiguille creuse 11 plongeant dans un réservoir souple amovible 12 disposé a l'arrière de l'appareil. Pour faire fonctionner le dispositif il suffit de presser la cartouche 12 pour vaporiser la quantité correspondante de liquide, la vapeur s'échappant par l'aiguille d'injection 10. On doit comprendre que la figure 4 ne représente qu'une forme d'applica-tion possible du dispositif selQn l'invention , un tel disposi-tif pouvant être utilisé comme él~ment de vaporisation dans l'un quelconque des appareils décrits dans le brevet canadien précité, ainsi que comme élément de vaporisa-tion dans de nombreuses applications dont quelques unes ont été énumérés dans la présente demande.
Le dispositif représenté sur la figure 5 se distingue du dispositif représenté sur la figure 3 par la présence dans la tubulure de sortie de vapeur 3 d'une bague électriquement conductrice, notamment métallique, 13, fixée à la tubulure par un organe de fixation tel qu'une vis 14. Cette bague 13 est mise ~ la masse par une ligne 15. En outre un matériau de bourrage électriquement conducteur, notamment fritté, 16, est disposé dans le conduit de sortie de vapeur dans la tubulure

3. On obtient ainsi une sécurité électrique évitant à l'utili-sateur de recevoir une décharge de courant en manipulant l'appareil lorsque par accident l'un des fils d'alimentation électrique se trouve rompu.
Une variante de la réalisation du dispositif selon l'invention permettant également d'obtenir une sécurité
électrique accrue est représentée sur la figure 6.
Dans cette figure le dispositif comporte comme celui des figures 3 et 5 une tubulure d'amenée de liquide ~ vaporiser 2 depuis un moyen de pompage P, une tubulure de sortie de vapeur 3 et deux électrodes concentriques 4 et 5 entre les-2~L3L

quelles est disposée une masse de matériau poreux électrique- ~:
ment isolant 6 présentant les caractéristiques exposées précédemment. L'électrode externe 4 qui comme on le remarque sur la figure 6 fait fonction d'enveloppe externe est montée dans des flasques d'extrémité en matériau isolant 17. Le dispositif comporte du côté alimentation en liquide à vaporiser ~
une soupape 18 constituée d'une bille rappelée par ressort et : ;
permettant l'accès du liquide à vaporiser au dispositif lorsque le liquide est amené depuis le moyen de pompage P
avec une surpression suffisante pour faire reculer la bille contre l'action du ressort. Le liquide traverse ainsi un ou plusieurs orifices 19 et pénètre dans un conduit de faible section en forme de labyrinthe 20 jusqu'à la masse de matériau :-poreux 6 d'où il sort par un autre conduit en labyrinthe 21 et passe par un ou plusieurs orifices 22 dans une chambre allongée 23 depuis laquelle il est amené vers la tubulure de sortie 3. On comprend qu'un tel trajet en labyrinthe à l'inte-rieur du dispositif, augmenté de la longueur de la tubulure de sortie 3 communique au liquide à vaporiser et à la vapeur produitedans le dispositif un trajet dans un conduit de grande longueur pour une section faible, ce qui augmente la résistance électrique due au liquide dans l'appareiL et ainsi réduit dans une très large mesure l'intensité de la décharge de courant que pourrait recevoir un utilisateur de l'appareil dans le cas d'une rupture d'un des fils d'alimentation des électrodes.
A titre d'exemple on a réalisé un dispositif selon la figure 6 présentant une longueur de 45 mm, le rayon de l'électrode interne étant de 4 mm, celui de l'électrode externe de 6 mm. On obtient ainsi entre les électrodes un écartement de 2 mm pour une surface d'électrodes de ll cm2.
Pour un volume d'eau distillée de l cm3 contenue dans le matériau poreux disposé entre les électrodes, on obtient, ., _ g _ 1~ 32~1 , , ~ .

sous une tension d'alimentation de 220 V. et une intensité
de courant d'alimentation de 1 Ampère, une puissance instan- -~
tanée de 220 watts et la production de vapeur surchauffée.
On a représènté sur la figure 7 une variante de réalisation d'appareil injecteur de vapeur surchauffée dans la même représentation que celle de la figure 4.
L'appareil se distingue de celui de la figure 4 par le fait que l'alimentation s'effectue à partir d'une prise de terre comportant un fil de masse M relié à l'enveloppe 1 du dispositif qui se trouve ainsi mise à la terre.
L'aiguille d'injection 10 qui est réalisée en un matériau électriquement conducteur, en particulier en métal ou en matière plastique chargée de carbone est fixée à
l'enveloppe 1 par un embout fileté 10a. On comprend qu'ainsi l'aiguille d'injection se trouve également à la masse ce qui augmente la sécurité électrique.
En outre, bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter toutes modifications souhaitables sans pour autant sortir ni de son cadre ni de son esprit. -

Claims (4)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Dispositif générateur de vapeur à partir d'un liquide, comportant:
une première extrémité en matériau isolant et une seconde extrémité également en matériau isolant;
une électrode tubulaire interne s'étendant entre ces deux extrémités de même qu'une électrode tubulaire externe entourant l'électrode interne et s'étendant également entre les-dites extrémités de façon à ce que soit délimité, entre les électrodes, un espace annulaire compris entre la surface inté-rieure de l'électrode externe et la surface extérieure de l'élec-trode interne; cet espace annulaire ayant une entrée près d'une desdites extrémités et une sortie près de l'autre extrémité;
des moyens reliant lesdites électrodes en série à une source d'électricité;
un matériau poreux disposé dans ledit espace annulaire entre les électrodes, ce matériau poreux étant électriquement isolant, ayant une faible inertie thermique et étant chimiquement inerte vis-à-vis du liquide à vaporiser;
des moyens permettant d'introduire un liquide à vapo-riser dans l'entrée de l'espace annulaire;
des moyens, à l'intérieur de l'électrode interne, délimitant un passage le long de ladite électrode interne et comportant une surface interne de ladite électrode interne, ce passage étant relié à la sortie de l'espace annulaire et s'éten-dant le long d'une partie substantielle de l'électrode interne dans une direction allant de ladite sortie vers ladite entrée, et des moyens tubulaires de sortie communiquant avec ledit passage en un endroit éloigné de ladite sortie de l'espace annulaire pour permettre l'échappement, dudit dispositif, de liquide vaporisé.

2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ce dispositif comporte un appareil générateur de vapeur sur-chauffée et où les électrodes sont inoxydables.

3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les électrodes sont en acier inoxydable.

4. Dispositif selon la revendication 1, comportant en plus une enveloppe entourant ladite électrode externe.