EP0317444B1 - Générateur de vapeur - Google Patents

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EP0317444B1
EP0317444B1 EP88402908A EP88402908A EP0317444B1 EP 0317444 B1 EP0317444 B1 EP 0317444B1 EP 88402908 A EP88402908 A EP 88402908A EP 88402908 A EP88402908 A EP 88402908A EP 0317444 B1 EP0317444 B1 EP 0317444B1
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EP
European Patent Office
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liquid
enclosure
level
steam
resistance
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Expired - Lifetime
Application number
EP88402908A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP0317444A1 (fr
Inventor
Henri Renon
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Association pour la Recherche et le Developpement des Methodes et Processus Industriels
Original Assignee
Association pour la Recherche et le Developpement des Methodes et Processus Industriels
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/28—Methods of steam generation characterised by form of heating method in boilers heated electrically
    • F22B1/284—Methods of steam generation characterised by form of heating method in boilers heated electrically with water in reservoirs

Definitions

  • the present invention relates to a steam generator comprising an enclosure containing a liquid to be vaporized and, inside this enclosure, a rapid vaporization block comprising at least one electrical heating resistance housed in a porous body immersed in the liquid to be vaporized, or located near this porous body to heat it by radiation.
  • these devices include systems which automatically and periodically provide cycles for cleaning the chambers in which the sludge accumulates and moreover cycles for removing the limescale which is fixed on the surface of the resistance body and which is broken. by overheating of these when there is no water.
  • Steam production is controlled by a hygrometric probe controlling all or nothing the operation of the boiler, by means of a device ensuring the passage of electric current through the resistance.
  • Such known devices mainly have the drawbacks of having a relatively long steam setting-up time when cold or after the cleaning and limescale elimination cycles, of having a response time which does not provide good regulation of the steam flow while producing a vapor containing water droplets in suspension and requiring a sophisticated control system and high quality resistances when destroying the limestone sheath.
  • the transfer times would then be considerably increased by the presence of a large volume of water with low and medium operating power of the heating resistor.
  • These devices are also relatively expensive to manufacture and operate, while producing a poor quality of vapor due to its humidity, with very long response times.
  • the present invention relates to improvements made to devices of the latter type with the aim of improving their performance, by a better way of producing steam, by reducing the times for obtaining it, by producing the quantity of steam which is just necessary for use, improving the regulation of the steam flow while obtaining a vapor practically free of water droplets, and significantly increasing the operating time between two limescale removal cycles.
  • this steam generator comprising an enclosure containing a liquid to be vaporized and, inside this enclosure, a rapid vaporization block comprising at least one electrical heating resistor housed in a porous body immersed in the liquid or located nearby of this porous body, is characterized in that it comprises means for varying the level of the liquid in the enclosure as a direct function of the vapor flow rate to be supplied, that is to say to lower the level when the steam flow must be reduced and vice versa, and means for correlatively adjusting the electrical energy supplied to the heating resistor.
  • the steam generator according to an exemplary embodiment of the invention which is shown in Figure 1, comprises a boiler 1 whose operation is controlled by several external elements.
  • This boiler 1 comprises an enclosure 2 closed at its upper part by a cover 3 from which is vertically suspended a block 4 for rapid vaporization of a liquid 5, such as water, contained in the enclosure 2 of the boiler 1.
  • the rapid spray block 4, as shown in Figure 2 has one or more electric heating resistors 6 in the form of a hairpin.
  • the electrical resistance 6 is housed inside a porous body of parallelepiped shape, consisting of two half-shells 7,8 joined together.
  • the porous body is made, for example, of semi-rigid rock wool which has been previously cut to the desired dimensions in a mattress.
  • Resistor 6 can have a power of 1kW, a cross section having a diameter of 10mm and a developed length of 60cm, as well as a center distance, when formed as a hairpin, of 30mm.
  • This porous body has, for example, a density of 108 kg / m3 and the rock fibers which compose it, can have, in this example, dimensions which are mainly about 1.5 to 5 micrometers in diameter and about 1, 5 to 15mm in length. These fibers are deposited in a direction of stratification and they are placed on the resistance so that the vapor flow takes place vertically.
  • the porous body formed by the two half-shells 7, 8 advantageously comprises a binder promoting its impregnation and the capillary rise of the liquid to be vaporized.
  • the two half-shells 7.8 have, for example, a length of 30 cm, exceeding 2 cm on the side of the rounded lower end part of the resistance, a horizontal dimension or width of 8 cm and a thickness, each of 3 cm. These two half-shells thus cover the resistance by the same distance around its periphery, while being kept compressed by the mesh 9 with large meshes.
  • the porous body 4 is also pierced in its upper central part with vertical blind holes 10 constituting chimneys for the release of the vapor produced.
  • the rapid vaporization block 4 constituted by the resistor 6 and the two half-shells 7, 8 of the porous body, is suspended inside the enclosure 2, from the cover 3 , and it extends downwards to a certain distance from the bottom of the enclosure 2.
  • the upper ends of the two branches of the resistor 6 in hairpin are respectively connected to two insulating bushings 11,12 doors by the cover 3 and they are electrically connected to two supply conductors 13,14 from an electrical energy metering circuit 15.
  • the enclosure 2 of the boiler 1 is connected, at its upper part, to a pipe 16 to which are connected in parallel a solenoid valve 17 for the evacuation of the steam and a solenoid valve 18 for bringing in the cleaning-rinsing water. in the enclosure from a supply line 19.
  • the lower part of the enclosure is equipped with a pipe to which is connected a solenoid valve 20 for evacuating the cleaning-rinsing water and which is also connected, by means of a solenoid valve 21 for metering the water entering for its vaporization, at the supply line 19.
  • the steam generator control installation further comprises an operating and programming circuit 22 which is connected to the electrical supply network 23 by supplying, according to the required program, the energy metering device 15 with conductors 24, a metering-comparator 25 for the admission of water to be vaporized by conductors 24a, the solenoid valves 17, 18 and 20 by respective conductors 24b, 24c, and 24d.
  • the solenoid valve 21 is supplied electrically from the metering-comparator 25 by a conductor 26.
  • the control installation also comprises level sensors passing through the cover 3 and extending to varying depths inside the boiler 1.
  • the steam generator comprises a device 27 for detecting the level of the liquid to be vaporized in the enclosure 2.
  • This device 27 comprises as many level sensors as there are levels of liquid and consequently of the steam flow rates to be supplied.
  • the device comprises three level sensors 27a, 27b, 27c which extend lower and lower in this order in the boiler 1, in order to respectively determine the presence of a level of upper liquid a , an intermediate liquid level b and a lower liquid level c .
  • the three level sensors 27a, 27b, 27c are connected to the comparator-metering circuit 25, via respective electrical conductors 29.
  • This comparator-metering circuit 25 is also connected to the electrical energy metering circuit 15, by the intermediate of an electrical conductor 31, to the solenoid valve 20 by a conductor 32 and to the circuit 22 by a conductor 33.
  • the operation of the steam generator which has just been described is as follows: at the start the circuit 22 for starting and programming controls the opening of the solenoid valve 21 by the conductor 26 of the metering-comparator circuit 25 so that water can enter the enclosure 2 of the boiler 1 until its level reaches the upper level a . At this time, the upper level sensor 27a intervenes, via the metering-comparator circuit 25, to close the solenoid valve 21 for water intake.
  • the rapid heating and steaming block 4 is thus impregnated with water over practically its entire height, up to the upper level a and above this level as a result of the effect of capillarity.
  • the programming of the circuit 22 controls, by the conductors 24, the interruption of the heating control circuit 15 and, by the conductors 24a and 26, the closing of the solenoid valve 21 for admission of water to be vaporized as well as the solenoid valve 17, by the conductor 24b. Then the solenoid valves 20 and 18 open, via the respective conductors 24d and 24c, which makes it possible, for a required period, to remove the sludge and the limescale which have accumulated at the bottom of the tank and in the spray element.
  • the steam generator according to the invention makes it possible to obtain a very rapid vaporization phase, compared to a boiler whose bare resistance is immersed in an equivalent quantity of water.
  • the diagram in Figure 3 highlights this effect.
  • the quantity of steam produced in grams / hour, is plotted on the ordinate while time t , in minutes, is plotted on the abscissa. From this diagram, it can be seen that the time required to get into the vapor phase to reach a constant flow rate is approximately 6 minutes in the case of a steam generator according to the invention (curve I), while it is 23 minutes for a conventional steam generator (curve II).
  • FIG. 4 illustrates the variations in the steam flow rate obtained with a steam generator according to the invention when an external probe imposes an operating cycle on the energy metering circuit 15.
  • This external probe is shown diagrammatically at 34 on the Figure 1 and it is connected to the energy metering circuit 15.
  • the vapor flow Q is expressed as a percentage of the maximum flow on the ordinate.
  • On the abscissa is plotted the time t in minutes.
  • the instantaneous flow of steam Q corresponds to the power of the resistance associated with the porous body. From the diagram in FIG. 4, it can be seen that the vapor flow rate is kept constant at 90% (flow rate Qa) of the maximum flow rate for 5 minutes.
  • the resistor 6 has a power equal to 90% of its maximum power and the steam generator operates with water at the level above a in the enclosure 2.
  • the probe 34 requires a reduction in the energy dissipated by the resistor 6 to achieve a power of this resistor equal to 50% of the maximum power and therefore a vapor flow Qb equal to 50% of the maximum flow.
  • the energy metering circuit 15 sends, by the conductor 31, a signal to the metering-comparator circuit 25. The latter then commands, by the conductor 26, the closing of the water intake solenoid valve 21, in order to make lower the water level in enclosure 2 by exhaustion.
  • This drop in level can also be obtained by draining the water: in this case the metering-comparator circuit 25 emits a signal on the conductor 32 which opens the solenoid valve 20 connected to the water drain pipe. Operation at 50% of the maximum vapor flow rate is obtained with a level of water stabilized at the intermediate level b in the enclosure 2, which is detected by the intermediate level sensor 27b. In other words, from this moment the steam generator operates with a power of the electrical heating resistance 6 equal to 50% of the maximum power and a water level lowered to the intermediate level b . After 20 minutes the probe 34 imposes a further reduction in the steam flow which must fall to the minimum value Qc.
  • the signal emitted by the probe 34 causes a further reduction in the energy supplied by the metering circuit 15 to the resistor 6 whose power then falls to 20% of its maximum power.
  • the metering circuit 15 controls by the conductor 31, the metering-comparator circuit 25 to further lower the level in the enclosure 2, by exhaustion or emptying, until the lower level c is reached, which is detected by the lower level sensor 27c. From this moment, that is to say substantially from the 30th minute, the steam generator produces a steam flow equal to 20% of the maximum flow, from the water maintained at the lower level c in enclosure 2. From the 35th minute the probe 34 imposes a steam flow rate of 85%.
  • the electrical energy metering circuit 15 then supplies more electrical energy to the resistor 6, so that it operates at a power equal to 85% of the maximum power. Simultaneously the metering-comparator circuit 25 opens the solenoid valve 21 again to raise the water level in the enclosure 2. It can be seen from the diagram in FIG. 4 that the steam flow rate then increases very rapidly. The apparatus following the inversion therefore makes it possible to very quickly follow any law of variation of the vapor flow rate, whether this law is automatically imposed by a probe 34 or whether it is applied by direct manual control of the energy metering device 15 .
  • FIG. 5 is an electrical diagram of a cyclic energy metering circuit 15 of the electrothermal type commercially available under the name of "Simmerstat".
  • This device makes it possible to vary the energy supplied between 0 and 100%.
  • This type of device can be used when it is desired to manually vary the steam flow. It can be made automatic by an electronic servo system. In the manually controlled type, the periodicity is obtained by adjusting a variable resistor 35 increasing or decreasing the electric current supplying a heating resistor 36 secured to a bimetallic strip 37.
  • This bimetallic strip 37 cuts, for a more or less long duration, by inertia thermal, an electrical contact 38 connected in series with the resistor 6 of the steam generator and that of the heating resistor 36 in relation to the thermal inertia of the bimetallic strip 37.
  • the voltage of the electrical supply sector is applied between the terminals 39 and 40 respectively connected to the bimetallic strip 37, itself in series with the contact 38, and to one end of the variable resistor 35 which is in series with the heating resistor 36, these two resistors being themselves connected in parallel to the resistor 6 of the steam generator.
  • the simple and robust cyclic energy metering device which is shown in FIG. 5, can be made automatic by using an electronic control as shown in FIG. 6.
  • the heating resistor 36 of the bimetallic strip 37 is connected to a transistor amplifier 41 itself controlled by a time base 42 connected to a humidity probe 43. This makes it possible to control the steam flow rate of an ambient air humidification boiler as a function of the degree hydrometric of air, by slaving of the energy metering circuit 15.
  • the vaporization body 4 extends horizontally inside a boiler which itself operates horizontally.
  • the rapid vaporization block 4 comprises three hairpin resistors 6, parallel to each other, respectively housed in adjoining hollow bodies and which are carried together by the same vertical plate 44 closing one end of the boiler .
  • This plate 44 is fixed, with an intermediate seal, on a flange 45 welded to the tubular enclosure 46 of the horizontal boiler.
  • This boiler is provided with a water inlet tube 47 at its lower part, a steam outlet tube 48 at its upper part and three vertical level sensors 27a, 27b, 27c, to ensure the heights water required.
  • porous body based on natural or artificial material which, by transformation, has channels, cells or capillary cavities.
  • the porous body may include such a wall on its periphery slightly protruding at the top and going to its bottom so that the water immersing the device is forced to enter through the bottom.
  • resistors it is possible to use a resistance of any type other than a hairpin, for example of the cartridge type. Diffusion fins can also be added to this resistance to distribute the heat flows. In these cases the required water heights are adjusted compatible with the desired steam flow range.
  • the water height can also be adjusted progressively, in relation to the steam flow rates used, by slaving the measurement of the resistivity of a column of water located in the supply volume of the device.
  • any electromechanical or electronic metering device serving any form of electrical current with suitable cycles can be used.
  • the steam generator according to the invention can be used with any boiler already in operation or to be created to vaporize any liquid and it can be used in assemblies or installations making it possible to improve the heat transfer times , space and energy consumption when using electrical resistors.

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Description

  • La présente invention concerne un générateur de vapeur comprenant une enceinte contenant un liquide à vaporiser et, à l'intérieur de cette enceinte, un bloc de vaporisation rapide comprenant au moins une résistance électrique chauffante logée dans un corps poreux plongé dans le liquide à vaporiser, ou située à proximité de ce corps poreux pour le chauffer par rayonnement.
  • En général la plupart des générateurs de vapeur fonctionnant dans les secteurs ménager et industriel ne sont utilisés en moyenne que dans une plage allant de 20 à 50% de leur débit nominal. Tel est par exemple le cas des humidificateurs ménagers ou industriels. Les appareils utilisés dans ce dernier secteur comprennent généralement une enceinte contenant le liquide à vaporiser généralement de l'eau, que l'on maintient à un niveau constant par un niveau de régulation, de telle façon que la résistance soit constamment immergée dans l'eau à vaporiser. On connaît ainsi par le brevet CH-A-656203 des générateurs de vapeur à chauffage par résistance électrique, dans lesquels on maintient constant le niveau du liquide à vaporiser dans une enceinte au moyen d'électrodes de détection de niveau commandant des moyens d'arrivée d'eau dans l'enceinte. En général ces appareils comportent des systèmes assurant automatiquement et périodiquement des cycles de nettoyage des enceintes dans lesquelles s'accumulent les boues et par ailleurs des cycles d'élimination du calcaire qui se fixe sur la surface du corps des résistances et que l'on brise par surchauffe de celles-ci lorsqu'il y a absence d'eau. La production de vapeur est pilotée par une sonde hygrométrique commandant par tout ou rien le fonctionnement de la chaudière, par l'intermédiaire d'un dispositif assurant le passage du courant électrique dans la résistance.
  • De tels appareils connus présentent principalement les inconvénients d'avoir un temps de mise en régime de production de vapeur relativement long à froid ou après les cycles de nettoyage et d'élimination du calcaire, d'avoir un temps de réponse n'assurant pas une bonne régulation du débit de vapeur tout en produisant une vapeur contenant des gouttelettes d'eau en suspension et de nécessiter un systéme de commande sophistiqué et des résistances de haute qualité lorsque l'on détruit la gaine de calcaire. De plus, si de tels appareils étaient équipés de doseurs d'énergie, les temps de transfert seraient alors considérablement accrus par la présence d'un grand volume d'eau à faible et moyenne puissance de fonctionnement de la résistance de chauffage. Ces appareils sont également d'un prix de revient relativement élevé à la fabrication et en exploitation, tout en produisant une qualité médiocre de vapeur du fait de son humidité, avec des temps de réponse très longs.
  • Par ailleurs on sait que l'accumulation de calcaire et la dureté de ce calcaire déposé sur la surface d'une résistance abrégent la durée de vie de celle-ci et introduit des retards dans les temps de transfert thermique ainsi qu'une perte de rendement énergétique. Par contre, en associant des corps poreux à la surface de la résistance, on observe que le calcaire se dépose non plus sur une surface, comme dans le cas de la surface de la résistance lorsque cette dernière est utilisée seule, mais dans le volume à trois dimensions que constitue le corps poreux, et que ce calcaire a une consistance spongieuse ne présentant pas une grande dureté, pour une même durée de fonctionnement, ce qui n'entraîne alors que très faiblement les inconvénients précités. On connaît également le pouvoir d'absorption des corps poreux, leur capacité de pompage et de montée capillaire, ainsi que la répartition volumique des liquides en fonction de la hauteur de pompage. On sait également qu'en associant des corps poreux à des sources chaudes on augmente considérablement les coefficients d'échange et on obtient un temps de réponse relativement court. Ainsi qu'il est décrit dans les brevets FR-A-2 341 340 et FR-A-2 420 731 il a déjà été envisagé d'utiliser des corps poreux que l'on fait fonctionner, dans des dispositifs générateurs de vapeur, en plongeant un corps poreux, équipé d'une résistance électrique interne, dans une nappe d'eau permanente.
  • La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux appareils de ce dernier type dans le but d'améliorer leurs performances, par une meilleure façon de produire la vapeur, en réduisant les temps d'obtention de celle-ci, en produisant la quantité de vapeur qui est juste nécessaire pour l'utilisation, en améliorant la régularisation du débit de vapeur tout en obtenant une vapeur pratiquement exempte de gouttelettes d'eau, et en accroissant notablement la durée de fonctionnement entre deux cycles d'élimination du calcaire.
  • A cet effet ce générateur de vapeur comportant une enceinte contenant un liquide à vaporiser et, à l'intérieur de cette enceinte, un bloc de vaporisation rapide comprenant au moins une résistance électrique chauffante logée dans un corps poreux plongeant dans le liquide ou située à proximité de ce corps poreux, est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire varier le niveau du liquide dans l'enceinte en fonction directe du débit de vapeur devant être fourni, c'est-à-dire pour faire baisser le niveau lorsque le débit de vapeur doit être réduit et vice versa, et des moyens pour ajuster corrélativement l'énergie électrique fournie à la résistance chauffante.
  • On décrira ci-après, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel :
    • La figure 1 est un schéma synoptique d'un générateur de vapeur comportant un bloc de vaporisation rapide plongeant verticalement dans le liquide à vaporiser, suivant l'invention.
    • La figure 2 est une vue en perspective d'un bloc de de vaporisation rapide utilisable dans le générateur de vapeur représenté sur la figure 1.
    • Les figures 3 et 4 sont des diagrammes illustrant le fonctionnement du générateur de vapeur suivant l'invention.
    • La figure 5 est un schéma électrique d'un doseur cyclique d'énergie électrique utilisé dans le générateur de vapeur suivant l'invention.
    • La figure 6 est un schéma synoptique d'une variante d'exécution du doseur d'énergie électrique.
    • La figure 7 est une vue en coupe verticale d'une chaudière dans laquelle le bloc de vaporisation rapide fonctionne horizontalement.
    • La figure 8 est une vue en coupe faite suivant la ligne VIII-VIII de la figure 7.
  • Le générateur de vapeur suivant un exemple de réalisation de l'invention qui est représenté sur la figure 1, comprend une chaudière 1 dont le fonctionnement est commandé par plusieurs éléments externes. Cette chaudière 1 comprend une enceinte 2 fermée à sa partie supérieure par un couvercle 3 auquel est suspendu verticalement un bloc 4 de vaporisation rapide d'un liquide 5, tel que de l'eau, contenu dans l'enceinte 2 de la chaudière 1. Le bloc de vaporisation rapide 4, comme indiqué sur la figure 2 comporte une ou plusieurs résistances de chauffage électrique 6 en forme d'épingle à cheveux. La résistance électrique 6 est logée à l'intérieur d'un corps poreux de forme parallélépipédique, constitué de deux demi-coquilles 7,8 accolées. Le corps poreux est réalisé, par exemple, en laine de roche semi-rigide qui a été préalablement découpée aux dimensions désirées dans un matelas. Ce corps poreux est maintenu comprimé sur la résistance interne 6 par un grillage externe 9 à larges mailles. La résistance 6 peut avoir une puissance de 1kW, une section droite ayant un diamètre de 10mm et une longueur développée de 60cm, ainsi qu'un entr'axe, lorsqu'elle est formée en épingle à cheveux, de 30mm. Ce corps poreux a, par exemple, une masse volumique de 108kg/m³ et les fibres de roche qui le composent, peuvent avoir, dans cet exemple, des dimensions qui ont majoritairement environ 1,5 à 5 micromètres de diamètre et environ de 1,5 à 15mm de longueur. Ces fibres sont déposées en formant un sens de stratification et elles sont mises en place sur la résistance de façon que le flux de vapeur s'effectue verticalement. Le corps poreux formé par les deux demi-coquilles 7,8 comporte avantageusement un liant favorisant son imprégnation et la montée capillaire du liquide à vaporiser. Les deux demi-coquilles 7,8 on par exemple, une longueur de 30cm, en dépassant de 2cm du côté de la partie extrême inférieure arrondie de la résistance, une dimension horizontale ou largeur de 8cm et une épaisseur, chacune, de 3cm. Ces deux demi-coquilles recouvrent ainsi la résistance de la même distance sur son pourtour, en étant maintenues comprimées par le grillage 9 à large mailles. Le corps poreux 4 est par ailleurs percè dans sa partie centrale supérieure de trous borgnes verticaux 10 constituant des cheminées pour le dégagement de la vapeur produite.
  • Comme on peut le voir sur la figure 1 le bloc de vaporisation rapide 4 constitué par la résistance 6 et les deux demi-coquilles 7,8 du corps poreux, est suspendu à l'intérieur de l'enceinte 2, à partir du couvercle 3, et il s'étend vers le bas jusqu'à une certaine distance du fond de l'enceinte 2. Les extrémités supérieures des deux branches de la résistance 6 en épingle à cheveux sont respectivement raccordées à deux traversées isolantes 11,12 portes par le couvercle 3 et elles sont reliées électriquement à deux conducteurs d'alimentation 13,14 issus d'un circuit doseur d'énergie électrique 15.
  • L'enceinte 2 de la chaudière 1 est raccordée, à sa partie haute, à une canalisation 16 sur laquelle sont branchées en parallèle une électrovanne 17 pour l'évacuation de la vapeur et une électrovanne 18 pour faire entrer l'eau de nettoyage-rinçage dans l'enceinte en provenance d'une canalisation d'alimentation 19.
  • La partie basse de l'enceinte est équipée d'une canalisation sur laquelle est raccordée une électrovanne 20 d'évacuation de l'eau de nettoyage-rinçage et qui est reliée par ailleurs, par l'intermédiaire d'une électrovanne 21 de dosage de l'eau entrant pour sa vaporisation, à la canalisation d'alimentation 19.
  • L'installation de commande du générateur de vapeur comprend, en outre, un circuit de mise en fonctionnement et de programmation 22 qui est relié au réseau d'alimentation électrique 23 en alimentant, suivant le programme requis, le doseur d'énergie 15 par des conducteurs 24, un doseur-comparateur 25 d'admission d'eau à vaporiser par des conducteurs 24a, les électrovannes 17,18 et 20 par des conducteurs respectifs 24b,24c, et 24d. L'électrovanne 21 est alimentée électriquement à partir du doseur-comparateur 25, par un conducteur 26.
  • L'installation de commande comprend par ailleurs des capteurs de niveau traversant le couvercle 3 et s'étendant jusqu'à des profondeurs variables à l'intérieur de la chaudière 1. Dans la forme d'exécution non limitative représentée le générateur de vapeur comprend un dispositif 27 de détection du niveau du liquide à vaporiser dans l'enceinte 2. Ce dispositif 27 comporte autant de capteurs de niveau que de niveaux de liquide et par conséquent de débits de vapeur devant être fournis. Dans la forme d'exécution non limitative décrite présentement le dispositif comprend trois capteurs de niveaux 27a,27b,27c qui s'étendent de plus en plus bas dans cet ordre dans la chaudière 1, afin de déterminer respectivement la présence d'un niveau de liquide supérieur a, d'un niveau de liquide intermédiaire b et d'un niveau de liquide inférieur c. Les trois capteurs de niveau 27a,27b,27c sont connectés au circuit comparateur-doseur 25, par l'intermédiaire de conducteurs électriques respectifs 29. Ce circuit comparateur-doseur 25 est également relié au circuit doseur d'énergie électrique 15, par l'intermédiaire d'un conducteur électrique 31, à l'électrovanne 20 par un conducteur 32 et au circuit 22 par un conducteur 33.
  • Le fonctionnement du générateur de vapeur qui vient d'être décrit est le suivant : au départ le circuit 22 de mise en fonctionnement et de programmation commande l'ouverture de l'électrovanne 21 par le conducteur 26 du circuit doseur-comparateur 25 si bien que l'eau peut pénétrer dans l'enceinte 2 de la chaudière 1 jusqu'à ce que son niveau atteigne le niveau supérieur a. A ce moment le capteur de niveau supérieur 27a intervient, par l'intermédiaire du circuit doseur-comparateur 25, pour fermer l'électrovanne 21 d'admission d'eau. Le bloc de chauffe et de vaporisation rapide 4 se trouve ainsi imprégné d'eau sur pratiquement la totalité de sa hauteur, jusqu'au niveau supérieur a et au-dessus de ce niveau par suite de l'effet de la capillarité. Le fait que le niveau supérieur a a été atteint se traduit par un signal transmis par le circuit doseur-comparateur 25 au circuit 22 de mise en fonctionnement et de programmation, par le conducteur 33. Le circuit 22 commande alors la mise en service du circuit doseur d'énergie 15, lequel commande à son tour l'alimentation électrique de la résistance de chauffage 6. Cette résistance transmet sa chaleur à l'eau contenue dans le corps poreux 7,8 qui contient dans sa partie haute, au-dessus du niveau d'eau supérieur a, une faible quantité d'eau qui se trouve être ainsi vaporisée très rapidement. La vapeur s'évacuant dans cette zone se trouve remplacée par de l'eau de la partie basse du corps poreux, sous l'effet de la capillarité. Les trous verticaux ou cheminées 10 facilitent l'évacuation de la vapeur en évitant les surpressions localisées. La vapeur produite est évacuée à travers la canalisation 16 et l'électrovanne 17 en direction du lieu de l'utilisation.
  • Lorsqu' après une certaine période de fonctionnement il est nécessaire de nettoyer l'enceinte de vaporisation 2, la programmation du circuit 22 commande, par les conducteurs 24 l'interruption du circuit 15 de commande de chauffage et, par les conducteurs 24a et 26, la fermeture de l'électrovanne 21 d'admission d'eau à vaporiser ainsi que l'électrovanne 17, par le conducteur 24b. Ensuite les électrovannes 20 et 18 s'ouvrent, par l'intermédiaire des conducteurs respectifs 24d et 24c, ce qui permet, pendant une durée requise, d'éliminer les boues et le calcaire qui se sont accumulés au fond de la cuve et dans l'élément de vaporisation.
  • Le générateur de vapeur suivant l'invention permet d'obtenir une mise en phase vapeur très rapide, comparativement à une chaudière dont la résistance nue est immergée dans une quantité d'eau équivalente. Le diagramme de la figure 3 met en évidence cet effet. Sur ce diagramme la quantité de vapeur produite, en grammes/heure, est portée en ordonnée tandis que le temps t, en minutes, est porté en abscisse. D'après ce diagramme on peut voir que le temps de mise en phase vapeur pour parvenir à un débit constant est de 6 minutes environ dans le cas d'un générateur de vapeur suivant l'invention (courbe I), tandis qu'il est de 23 minutes pour un générateur de vapeur conventionnel (courbe II).
  • Le diagramme de la figure 4 illustre les variations du débit de vapeur obtenu avec un générateur de vapeur suivant l'invention lorsqu'une sonde externe impose un cycle opératoire au circuit doseur d'énergie 15. Cette sonde externe est indiquée schématiquement en 34 sur la figure 1 et elle est connectée au circuit doseur d'énergie 15. Dans le diagramme de la figure 4 le débit de vapeur Q est exprimé en pourcent du débit maximal en ordonnée. En abscisse est porté le temps t en minutes. Au débit instantanné de vapeur Q correspond la puissance de la résistance associée au corps poreux. D'après le diagramme de la figure 4 on peut voir que le débit de vapeur est maintenu constant à 90% (débit Qa) du débit maximal pendant 5 minutes. Durant cette période la résistance 6 a une puissance égale à 90% de sa puissance maximale et le générateur de vapeur fonctionne avec de l'eau au niveau supérieur a dans l'enceinte 2. Au bout de la première période de 5 minutes la sonde 34 impose une réduction de l'énergie dissipée par la résistance 6 pour parvenir à une puissance de cette résistance égale à 50% de la puissance maximale et par conséquent un débit de vapeur Qb égal à 50% du débit maximal. Le circuit doseur d'énergie 15 envoie, par le conducteur 31, un signal au circuit doseur-comparateur 25. Ce dernier commande alors, par le conducteur 26, la fermeture de l'électrovanne d'admission d'eau 21, afin de faire baisser le niveau de l'eau dans l'enceinte 2 par épuisement. Cette baisse du niveau peut être également obtenue par vidange de l'eau : dans ce cas le circuit doseur-comparateur 25 émet un signal sur le conducteur 32 qui ouvre l'électrovanne 20 reliée à la canalisation de vidange d'eau. Le fonctionnement à 50% du débit de vapeur maximal est obtenu avec un niveau d'eau stabilisé au niveau intermédiaire b dans l'enceinte 2, ce qui est détecté par le capteur de niveau intermédiaire 27b. Autrement dit à partir de ce moment le générateur de vapeur fonctionne avec une puissance de la résistance électrique de chauffage 6 égale à 50% de la puissance maximale et un niveau d'eau abaissé au niveau intermédiaire b. Au bout de 20 minutes la sonde 34 impose une nouvelle réduction du débit de vapeur qui doit tomber à la valeur minimale Qc. Le signal émis par la sonde 34 provoque une nouvelle réduction de l'énergie fournie par le circuit doseur 15 à la résistance 6 dont la puissance tombe alors à 20% de sa puissance maximale. Simultanément le circuit doseur 15 commande par le conducteur 31, le circuit doseur-comparateur 25 pour faire baisser davantage le niveau dans l'enceinte 2, par épuisement ou vidange, jusqu'à ce que le niveau inférieur c soit atteint, ce qui est détecté par le capteur de niveau inférieur 27c. A partir de ce momment, c'est-à-dire sensiblement à partir de la 30eme minute, le générateur de vapeur produit un débit de vapeur égal à 20% du débit maximal, à partir de l'eau maintenue au niveau inférieur c dans l'enceinte 2. A partir de la 35eme minute la sonde 34 impose un débit de vapeur de 85%. Le circuit doseur d'énergie électrique 15 fournit alors davantage d'énergie électrique à la résistance 6, pour qu'elle fonctionne à une puissance égale à 85% de la puissance maximale. Simultanément le circuit doseur-comparateur 25 ouvre à nouveau l'électrovanne 21 pour faire remonter le niveau d'eau dans l'enceinte 2. On voit d'après le diagramme de la figure 4 que le débit de vapeur augmente alors très rapidement. L'appareil suivant l'invertion permet donc de suivre très rapidement toute loi de variation du débit de vapeur, que cette loi soit imposée automatiquement par une sonde 34 ou bien qu'elle soit appliquée par une commande manuelle directe du doseur d'énergie 15.
  • La figure 5 est un schéma électrique d'un circuit doseur cyclique d'énergie 15 du type électrothermique disponible dans le commerce sous le nom de "Simmerstat". Ce dispositif permet de faire varier l'énergie fournie entre 0 et 100%. Ce type de dispositif peut être utilisé lorsque l'on désire faire varier manuellement le débit de vapeur. Il peut être rendu automatique par un système électronique d'asservissement. Dans le type à commande manuelle la périodicité est obtenue par le réglage d'une résistance variable 35 augmentant ou diminuant le courant électrique alimentant une résistance chauffante 36 solidaire d'un bilame 37. Ce bilame 37 coupe, pendant une durée plus ou moins longue, par inertie thermique, un contact électrique 38 branché en série avec la résistance 6 du générateur de vapeur et celle de la résistance chauffante 36 en relation avec l'inertie thermique du bilame 37. La tension du secteur d'alimentation électrique est appliquée entre les bornes 39 et 40 respectivement reliées au bilame 37, lui-même en série avec le contact 38, et à une extrémité de la résistance variable 35 qui est en série avec la résistance chauffante 36, ces deux résistances étant elles-mêmes branchées en parallèle sur la résistance 6 du générateur de vapeur.
  • Le doseur cyclique d'énergie simple et robuste qui est représenté sur la figure 5, peut être rendu automatique par utilisation d'une commande électronique ainsi qu'il est représenté sur la figure 6. Dans ce cas la résistance chauffante 36 du bilame 37 est connecté à un amplificateur à transistor 41 lui-même commandé par une base de temps 42 connectée à une sonde d'humidité 43. Ceci permet de commander le débit de vapeur d'une chaudière d'humidification de l'air ambiant en fonction du degré hydrométrique de l'air, par asservissement du circuit doseur d'énergie 15.
  • Dans la variante d'exécution de l'invention représentée sur les figures 7 et 8 le corps de vaporisation 4 s'étend horizontalement à l'intérieur d'une chaudière fonctionnant elle-même horizontalement. Dans cet exemple de réalisation le bloc de vaporisation rapide 4 comprend trois résistances en épingle à cheveux 6, parallèles les unes aux autres, logées respectivement dans des corps creux accolés et qui sont portés ensemble par une même platine verticale 44 fermant une extrémité de la chaudière. Cette platine 44 est fixée, avec un joint d'étanchéité intermédiaire, sur une collerette 45 soudée à l'enceinte tubulaire 46 de la chaudière horizontale. Cette chaudière est pourvue d'un tube d'entrée d'eau 47 à sa partie inférieure, d'un tube de sortie de vapeur 48 à sa partie supérieure et des trois capteurs de niveaux verticaux 27a,27b,27c, pour assurer les hauteurs d'eau requises.
  • Dans toutes les formes d'exécution de l'invention qui ont été décrites précédemment, on peut utiliser toute sorte de corps poreux à base de matière naturelle ou artificielle qui, par transformation, présente des canaux, des alvéoles ou des cavités à pouvoir capillaire. On peut disposer, à l'intérieur de ces corps poreux ou sur toute partie de leurs surfaces, des parois isolantes thermiquement. Par exemple le corps poreux peut comprendre une telle paroi sur son pourtour dépassant légèrement à la partie haute et allant jusqu'à sa partie basse de façon que l'eau immergeant le dispositif soit obligé d'entrer par la partie basse. De même on peut par exemple fermer la partie basse en ménageant une section d'entrée d'eau compatible avec le débit de vapeur suivant la plage recherchée.
  • En ce qui concerne les résistances on peut utiliser une résistance de n'importe quel type autre qu'une épingle à cheveux, par exemple du type cartouche. On peut également adjoindre à cette résistance des ailettes de diffusion pour répartir les flux de chaleur. Dans ces cas on régle les hauteurs d'eau requises compatibles avec la plage de débit de vapeur recherchée.
  • On peut également régler la hauteur d'eau progressivement, en rapport avec les débits de vapeur utilisés, par asservissement de la mesure de la résistivité d'une colonne d'eau localisée dans le volume d'alimentation du dispositif.
  • On peut employer, en tant que doseur d'énergie, n'importe quel doseur électromécanique ou électronique desservant toute forme de courant électrique à cycles appropriés.
  • Le générateur de vapeur suivant l'invention peut être utilisé avec n'importe quelle chaudière déjà en exploitation ou à créer pour vaporiser n'importe quel liquide et il peut être utilisé dans des montages ou installations en permettant d'améliorer les temps de transfert thermique, l'encombrement et la consommation d'énergie lorsqu'on utilise des résistances électriques.

Claims (7)

1. Générateur de vapeur comportant une enceinte (2) contenant un liquide à vaporiser et, à l'intérieur de cette enceinte (2), un bloc de vaporisation rapide (4) comprenant au moins une résistance électrique chauffante (6) logée dans un corps poreux (7,8) plongeant dans le liquide ou située à proximité de ce corps poreux (7,8) et comprenant des premiers moyens (21,25,27) pour faire varier le niveau du liquide dans l'enceinte (2) et des deuxièmes moyens (15) pour ajuster l'énergie électrique fournie à la résistance chauffante, caractérisé en ce que les premiers moyens (21,25,27) font varier le niveau du liquide dans l'enceinte (2) en fonction directe du débit de vapeur devant être fourni, c'est-à-dire pour faire baisser le niveau lorsque le débit de vapeur doit être réduit et vice versa et les deuxièmes moyens (15) ajustent corrélativement l'énergie électrique fournie à la résistance chauffante (6).
2. Générateur de vapeur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens pour faire varier le niveau du liquide dans l'enceinte (2) comprennent un dispositif (27) de détection du niveau du liquide à vaporiser, lequel comporte autant de capteurs de niveau (27a,27b,27b) que de niveaux de liquide et par conséquent de débits de vapeur devant être fournis, ces capteurs de niveau (27a,27b,27c) étant connectés à un circuit comparateur-doseur (25) qui commande le fonctionnement d'une électrovanne de dosage (21) pour l'admission de liquide dans l'enceinte (2), ainsi que d'une électrovanne (20) d'évacuation de l'eau excédentaire, et les moyens (15) ajustant l'énergie électrique fournie à la résistance (6) sont constitués par un circuit doseur d'énergie électrique qui est connecté au circuit comparateur-doseur (25).
3. Générateur de vapeur suivant la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comprend un circuit (22) de mise en fonctionnement et de programmation relié au réseau d'alimentation électrique (23) et qui est connecté au circuit doseur d'énergie électrique (15) et au circuit comparateur-doseur (25), ce circuit de mise en fonctionnement et de programmation (22) étant également connecté à une électrovanne (17) d'évacuation de la vapeur, à l'électrovanne (20) d'évacuation d'excédant d'eau ou pour le cycle de nettoyage et également à une électrovanne (18) pour l'alimentation en eau lors du cycle de nettoyage.
4. Générateur de vapeur suivant la revendication 3 caractérisé en ce qu'il comporte une sonde externe (34) connectée au circuit doseur d'énergie (15) pour imposer une variation du débit de vapeur produit.
5. Générateur de vapeur suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4 caractérisé en ce que le circuit doseur cyclique d'énergie (15) comprend un contact (38) branché en série avec la résistance de chauffage (6) et qui est commandé par un bilame (37) chauffé par une résistance (36).
6. Générateur de vapeur suivant la revendication 5 caractérisé en ce que le circuit doseur d'énergie (15) comprend une résistance variable (35), réglable manuellement, connectée en série avec la résistance (36) chauffant le bilame (37).
7. Générateur de vapeur suivant la revendication 5 caractérisé en ce que la résistance (36) de chauffage du bilame (37) est connectée à un amplificateur (41) commandé par une base de temps (42) connectée à une sonde d'humitidé (43) pour asservir le fonctionnement du circuit doseur d'énergie (15) et commander par conséquent le débit de vapeur fourni en fonction du degré hygrométrique de l'air.
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