EP0597748A1 - Générateur de vapeur instantané - Google Patents

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EP0597748A1
EP0597748A1 EP93402618A EP93402618A EP0597748A1 EP 0597748 A1 EP0597748 A1 EP 0597748A1 EP 93402618 A EP93402618 A EP 93402618A EP 93402618 A EP93402618 A EP 93402618A EP 0597748 A1 EP0597748 A1 EP 0597748A1
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EP
European Patent Office
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cavity
steam generator
generator according
vicinity
connector
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EP93402618A
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German (de)
English (en)
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EP0597748B1 (fr
Inventor
Claude Brenot
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Superba SAS
Original Assignee
Superba SAS
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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
    • F22B1/288—Instantaneous electrical steam generators built-up from heat-exchange elements arranged within a confined chamber having heat-retaining walls

Definitions

  • the present invention relates to an instantaneous steam generator, comprising a metal body defining an elongated cavity constituting a vaporization chamber, at least one heating member disposed in said body in the vicinity of the cavity, a first connector for injecting liquid in the cavity, a second connector for the extraction of the vapor formed in the cavity, and a static means made of heat conducting material arranged in the cavity to increase the degree of vaporization of the liquid introduced into the cavity.
  • the present invention aims to remedy the drawbacks of the previous year and to allow the production at a low cost, of a steam generator which guarantees, with good efficiency, the production of steam free of water droplets, and facilitates descaling operations.
  • a steam generator of the type defined at the head of the description characterized in that the static means comprises a lining consisting of a set of calibrated metal balls in contact with each other. the others and in that the cavity has a dimension in the transverse direction between 1.1d and 2d, where d represents the diameter of the calibrated metal balls.
  • the lining of metal balls according to the present invention ensures both excellent concentration of heat, without risk of adhesion or clogging between the balls, and maximum division of the path of the water to be transformed into vapor. All the interstices between the balls can communicate with each other without a direct path being possible for the steam. Furthermore, the particular dimensioning of the cavity ensures that at least half of the balls are in contact direct with the metal body in which the heating element is incorporated, which maintains a high temperature for all of the metal balls during operation and guarantees both a low time constant when the device is started up and steam production with good yield.
  • calibrated metal balls for example made of stainless steel, having a diameter of between approximately 2 and 5 mm.
  • a steam generator according to the invention only comprises static elements and can operate with a simple injection of water under pressure, without it being essential to spray it.
  • the heating element can be constituted by an electrical resistance in the form of a central core embedded in the body.
  • This electrical heating resistor can also be made in the shape of a U, be located substantially in an axial plane of the cavity and be embedded in a housing produced by molding.
  • first and second fittings can be located on the same side of the cavity, or be arranged at the two opposite ends of the cavity.
  • one of the first and second fittings is arranged laterally with respect to the cavity while the other of the first and second fittings is arranged axially in the vicinity of one of the ends of the cavity.
  • the cavity of the steam generator can advantageously have an elongated shape with rectangular section, with U-shaped section or even with annular section.
  • the operational safety of the steam generator can be further improved, in particular for appliances for general public use, thanks to a particular embodiment, in which the cavity comprises at least first and second separate elementary cavities which extend in the vicinity of the heating element and are placed in communication at one of their ends to define vaporization chambers operating in series.
  • the first and second connections are arranged in the vicinity of the same front face of the generator, the first connection opens in the vicinity of a first axial end of the first elementary cavity, the second connector opens in the vicinity of a first axial end of the second elementary cavity located near said first axial end of the first elementary cavity, and the first and second elementary cavities are in communication with each other by a channel communication disposed in the vicinity of second axial ends of said first and second elementary cavities.
  • the first connector comprises a central liquid inlet which opens laterally into the cavity through an annular groove.
  • the second connector includes a central steam outlet which is in contact through an annular groove with the cavity.
  • the body comprises a central core having a reduced section along the cavity and an outer tubular casing which is attached around the central core and defines the external wall of the annular cavity.
  • the steam generator according to the invention is entirely suitable for intermittent and instantaneous operation.
  • the steam generator comprises a thermostat mounted on the body in the coldest zone in the vicinity of which the first connector is also located.
  • the invention relates to an instant steam generator which can find a wide variety of applications, for example, and in a nonlimiting manner, in irons or steam ironing presses, wallpaper peelers, devices for removing fatty substances for fabrics. , steam cooking appliances, vending machines for hot drinks.
  • a steam generator 10 which comprises a metal body 11, 18 in which is formed an elongated cavity 12, whose shape is of revolution and defined essentially by two walls cylindrical coaxial of the body 11, 18.
  • the body 11, 18 can be produced using, on the one hand, a central metallic body of revolution 18, which can be produced by molding and having a central portion of reduced section to define the internal wall of the cavity 12, and on the other hand an external tube 11 which is attached around the central body 18 to form the external wall of the cavity 12.
  • O-rings 18A, 18B are interposed between the central body 18 and the outer tube 11 to seal the cavity 12 relative to the outside.
  • Tubes constituting connections 15 and 16 can be attached directly to the outer tube 11 and communicate with the cavity 12 by annular portions of section smaller than that of the cavity 12.
  • the outer tube 11 can be metallic or, if necessary, made of plastic.
  • An electrical resistance 14 which can be constituted by a standard central rectilinear element on which the central body 18 is overmolded, ensures the heating of the central body 18 and thereby of the cavity 12.
  • the electrical resistance 14 can have a power by example of the order of 1000 to 2000 watts. Its length can be for example between 150 and 300 mm and its diameter can be for example from 6 to 7 mm.
  • the central body 18 may itself have a diameter of the order of 15 to 20 mm in its narrowest part defining the internal wall of the cavity 12.
  • the external tube 11 may itself have an outside diameter of the order of 35 to 40 mm and an internal diameter of the order of 25 to 30 mm, the thickness of the wall of the tube possibly being of the order of 2 mm.
  • the steam generator 10 of Figures 1 and 2 can thus be very compact.
  • the cavity 12 constituting the generator vaporization chamber 10 is filled with a lining of calibrated metal balls 13, for example made of stainless steel.
  • the size of the balls 13 can be adapted to the applications and to the size of the generator 10.
  • balls 13 having a diameter between 2 and 5 mm are very suitable.
  • the balls 13 do not need to have a surface condition comparable to that of the balls for bearings for example, since these balls 13 only play a purely static role. Balls such as those used to polish the material, for example, are well suited.
  • the role of the balls 13 is crucial insofar as these ensure a high concentration of heat, unlike wired elements for example, and define a very long divided path with broken lines between the various interstices arranged in staggered rows, this which promotes heat exchange. Furthermore, the beads do not stick to each other like mineral particles for example.
  • connections 15, 16 can be provided with strainers to prevent the exit of the balls 13, or else elements in the form of a baffle or labyrinth as will be explained later with reference to particular examples of connections.
  • the dimension e of the annular cavity 12 in the radial direction is such that this dimension is between 1.1d and 2d where d represents the diameter of the calibrated balls 13.
  • d represents the diameter of the calibrated balls 13.
  • the balls 13 maintain a temperature sufficient to continue to play their role in heating the new water introduced and steam can continue to form, unlike in the case where the cavity has a larger section in which the path is longer between the heating body and the balls furthest from this heating body.
  • the transverse dimension e of the cavity 12 must be sufficient to allow the introduction of the balls 13 with play, but must remain less than twice the diameter of the balls to prevent more than two balls from being interposed between the central body 18 and the tube external 11.
  • the transverse dimension j of the grooves formed in the central body 18 at the connections 15, 16 must itself remain smaller than the diameter d of the balls 13 to prevent them from escaping through the connections 15, 16.
  • FIGS. 1 and 2 The embodiment of Figures 1 and 2 is particularly simple to perform, but can be the subject of many variants.
  • Figure 3 we have shown an annular cavity 12 divided into two elementary cavities 12A, 12B by longitudinal partitions 19 oriented along a radius and connecting the central body 18 to the outer tube 11.
  • the elementary cavities 12A, 12B can be mounted in parallel or so as to define a serial path as will be explained for example in the embodiment of FIGS. 4 and 5.
  • FIGS 4 and 5 show another embodiment of a steam generator 10 according to the invention, in which two cavities 121, 122 of U-shaped section are juxtaposed around an electrical resistance 14 which itself has a U-shaped and is advantageously located in a median axial plane of the body 11 which also constitutes a plane of symmetry for the cavities 121, 122.
  • the connections 15, 16 for introducing water and for discharging steam are located in the vicinity of a first front face of the steam generator, the connection 15 serving for the introduction of water into the cavity 121 and the connector 16 used for extracting steam from the cavity 122.
  • the cavities 121 and 122 are themselves in communication in the vicinity of the second front face of the generator 10 by a channel 50.
  • the second front face of the generator 10 may include a flange 11A delimiting the channel 50 and a cover 11B which can be fixed on the flange 11A with the interposition of a seal 11C and constitutes the external wall of the connecting channel 50.
  • the cavities 121, 122 connected in series are filled with calibrated balls and the transverse dimension e of the cavities 221, 122 as well as of the connecting duct 50 is between 1, 1d and 2d where d represents the diameter of the balls 13.
  • Figures 7 and 8 show another possible embodiment in which the metal body 11 is made in one piece by overmolding the heating resistor 14 in a U shape placed in a median axial plane of the cavity 12, around that -this.
  • the cavity 12, which has a flattened rectangular section, is lined with balls as in all the embodiments previously described, and the small dimension e of the rectangular section of the cavity 12 has a value between 1.1d and 2d where d represents the diameter of the balls.
  • the connector 15 ′ comprises a nozzle 22 defining a blind central channel 23 which opens out through one or more lateral orifices 29 in an annular groove 26 which communicates with the cavity 12 by a peripheral annular passage 28 of width less than the diameter of the balls 13 (for example having a width of the order of 1.5 mm if the biles have a diameter of 2 mm) .
  • the connector 15 ′ comprises a front part 20 in the form of a plate which is fixed for example by screws 21A to the part 11A of the body 11, and a cylindrical part which penetrates into an opening formed at one end of the cavity 12.
  • the part cylindrical of the connector 15 ′ comprises portions 21, 24, 27 of different diameters to define with the cylindrical wall of the cavity 12 the peripheral annular passages 26, 28 for injecting liquid.
  • a seal 25 can be interposed between the connector 15 'and the orifice of the cavity 12.
  • FIGS. 7 and 8 also show an example of a steam extraction connection 16 ′ arranged on the side opposite to the water injection connection 15 ′.
  • the connector 16 ′ comprises a nozzle 32 pierced with a central orifice 33, a stop collar 31 coming to bear against an end wall of the body 11A with the interposition of a seal 35, and a cylindrical body 34, which can be screwed in an orifice formed at the end of the cavity 12, on the side opposite the connector 15 '.
  • the cylindrical body 34 is closed by a wall 37 at its free end so that the central channel 33 does not open axially into the cavity 12.
  • One or more slots 39 are formed in the end part of the body 34 which is in the vicinity of the cavity 12 to ensure introduction of the steam into the central channel 33. This embodiment prevents balls from being expelled through the connector 16 ′, the thickness of the slots 39 being naturally less than the diameter of the balls 13.
  • the vapor extraction connector 16 is arranged perpendicular to the axis of the cavity 12, and is located laterally in the hottest zone of the cavity 12.
  • the cylindrical body 34 of the connector 16 of Figure 7 is simply screwed into a side channel which opens into the cavity 12 perpendicular to the axis thereof.
  • the end of the body 34 in which the slots 39 or equivalent lateral orifices are formed, may have a reduced section to define an annular groove 36 for collecting steam at the base of said lateral channel, in cases where the body 34 must not not penetrate too far into the cavity 12.
  • FIG. 7 shows a thermostat 40 which can be placed in the coldest zone on the side of the body 11 in the vicinity of the water inlet connector 15, and makes it possible to control the supply of the heating resistor 14.
  • the steam generator according to the invention has a simple structure which both facilitates manufacture and improves the operation of the device and its reliability while allowing, if necessary, a very convenient descaling, the balls 13 constituting robust elements and inexpensive which can be easily removed from the cavity 12 for cleaning or exchange.
  • the invention avoids the use of movable elements such as valves, valves, springs.
  • the generator according to the invention is suitable for domestic or professional uses, with vapor flow rates which can be of the order of 60 g / mm, and can be either used as a separate annex element, or, because of its compactness, incorporated into a device such as an iron.
  • the steam generator according to the invention can advantageously be produced according to an embodiment, as illustrated in FIGS. 9 and 10, or 11 and 12, in which the cavity 12 comprises first and second separate flat individual cavities 121, 122 superimposed and placed in communication at one of their ends by a communication channel 50 resp. 150 to define two vaporization chambers operating in series.
  • the two superimposed elementary cavities 121, 122 each have an essentially rectangular section whose small dimension e is between 1.1d and 2d where d represents the diameter of the balls 13 and can be produced in a molded body 11, as in the case of the embodiment of Figures 7 and 8, with a resistor 14 in U embedded in the body 11, so that the size of the steam generator 10 can remain reduced.
  • the lower cylindrical cavity 121 is supplied with water at its front end opposite to the curvature of the U-shaped resistor 14, through a connector 15 'which can be similar to the connector 15' described with reference to FIG. 8.
  • a communication channel 50 perpendicular to the axis of the steam generator provides communication between the two cylindrical cavities 121, 122 in the vicinity of their end situated on the side of the curvature of the U-shaped resistor 14.
  • a connector 16 'for steam extraction can be similar to the connector 16 in Figure 7 and can be arranged axially at the front end of the upper cylindrical cavity 122 immediately above of the water injection fitting 15 '.
  • connections 15 'and 16' which can be produced for example under the plugs closing the opening of the superimposed elementary cavities 121, 122, are located at the same front end of the steam generator 10, which can simplify the production, the electrical connection of the resistor 14 can also be made on this same front end in the vicinity of which it is also advantageously possible to place the thermostat 40.
  • the upper elementary cavity 122 is filled with calibrated metal balls 13 like the cavities 12 of the previous embodiments.
  • the lower elementary cavity 121 which serves as an airlock trapping any excess water supply relative to the heating power of the resistor 14, is also filled with calibrated metal balls 13.
  • Figures 11 and 12 is very similar to that of Figures 9 and 10 and differs only in the type of fitting used.
  • a single plate 60 carrying the connections 15 'and 16' of water supply and steam extraction is attached to the front end of the steam generator 10 opposite the curvature of the resistance in U 14, and fixed to the body 11 by connecting means 61 such as screws.
  • the nozzles 22 and 32 of the connections 15 ′ and 16 ′ for injecting water and extracting steam consist of tubes extending inside the elementary cavities 121 and 122 respectively until they reach the end of the steam generator opposite the plate 60. Furthermore, the communication channel 150 between the lower elementary cavity 121 and the upper elementary cavity 122 is itself located on the side of the front plate 60.
  • the water introduced by the tube 22 opens into the lower cavity 121 in the vicinity of the curved part of the resistor 14, having already been slightly heated, the vapor formed in the lower cavity 121 passes into the upper cavity 122 through the passage 150 which is located near the plate 60, but without direct communication with the tubes 22, 32, and the vapor is finally extracted from the upper cavity 122 through the tube 32 which originates in the vicinity of e the hottest area of the cavity 122 located near the curvature of the resistor 14, and is extracted through the part of the tube 32 forming a nozzle.
  • the various embodiments of the invention are very easy to manufacture and do not require precision machining.
  • the filling or emptying of the cavity 12 or of the cavities 121, 122 into balls 13 can be done simply from the orifices provided for the fittings 15, 16.

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Abstract

Le générateur de vapeur comprend un corps métallique (11) définissant une cavité (12) constituant une chambre de vaporisation, un organe chauffant (14) disposé dans le corps (11) au voisinage de la cavité (12), un premier raccord (15) pour l'injection de liquide dans la cavité (12), un deuxième raccord (16) pour l'extraction de la vapeur formée dans la cavité (12), et un garnissage constitué d'un ensemble de billes métalliques calibrées (13) en contact les unes avec les autres et disposées dans toute la section de la cavité (12) pour accroître le degré de vaporisation du liquide introduit dans la cavité (12). Application aux générateurs de vapeur instantanée, notamment pour fer ou presse à repasser. <IMAGE>

Description

  • La présente invention a pour objet un générateur de vapeur instantané, comprenant un corps métallique définissant une cavité allongée constituant une chambre de vaporisation, au moins un organe chauffant disposé dans ledit corps au voisinage de la cavité, un premier raccord pour l'injection de liquide dans la cavité, un deuxième raccord pour l'extraction de la vapeur formée dans la cavité, et un moyen statique en matériau conducteur de la chaleur disposé dans la cavité pour accroître le degré de vaporisation du liquide introduit dans la cavité .
  • On connait déjà, notamment par les documents EP-A-0 302 125 et DE-A-31 03529, divers générateurs de vapeur de ce type dans lesquels de la vapeur peut être produite de façon instantanée dans une chambre de vaporisation.
  • Les générateurs de vapeur instantanés sont généralement de petite taille et présentent des difficultés de fonctionnement dans la mesure où, par suite du phénomène de caléfaction, des gouttelettes d'eau sont en général encore présentes dans la vapeur à la sortie de la chambre de vaporisation. L'entartrage relativement rapide de ce genre de générateur de vapeur constitue un autre problème difficile à résoudre.
  • La présente invention vise à remédier aux inconvénients de l'an antérieur et à permettre la réalisation à un faible coût, d'un générateur de vapeur qui garantisse, avec un bon rendement, la production de vapeur exempte de gouttelettes d'eau, et facilite les opérations de détartrage.
  • Ces buts sont atteints, conformément à l'invention, grâce à un générateur de vapeur du type défini en tête de la description, caractérisé en ce que le moyen statique comprend un garnissage constitué d'un ensemble de billes métalliques calibrées en contact les unes avec les autres et en ce que la cavité présente dans le sens transversal une dimension comprise entre 1,1d et 2d, où d représente le diamètre des billes métalliques calibrées.
  • Contrairement au cas de générateurs de vapeur connus qui comprennent à l'intérieur de la chambre de vaporisation des éléments en hélice ou en fibre qui ne peuvent pas garantir l'absence totale de gouttelettes en sortie de la chambre, le garnissage de billes métalliques selon la présente invention assure à la fois une excellente concentration de la chaleur, sans risque d'adhérence ou de colmatage entre les billes, et une division maximale du trajet de l'eau devant être transformée en vapeur. Tous les interstices entre les billes peuvent communiquer entre eux sans qu'un trajet direct soit possible pour la vapeur. Par ailleurs, le dimensionnement particulier de la cavité garntit qu'au moins la moitié des billes sont en contact direct avec le corps métallique dans lequel est incorporé l'organe chauffant, ce qui maintient une température élevée pour l'ensemble des billes métalliques en cours de fonctionnement et garantit à la fois une faible constante de temps lors de la mise en route du dispositif et une production de vapeur avec un bon rendement.
  • Des résultats tout-à-fait satisfaisants ont été obtenus avec des billes métalliques calibrées, par exemple en acier inoxydable, présentant un diamètre compris entre environ 2 et 5mm.
  • On notera également qu'un générateur de vapeur selon l'invention ne comprend que des éléments statiques et peut fonctionner avec une simple injection d'eau sous pression, sans qu'il soit indispensable de pulvériser celle-ci.
  • L'organe chauffant peut être constitué par une résistance électrique sous la forme d'une âme centrale noyée dans le corps.
  • Cette résistance électrique de chauffage peut encore être réalisée en forme de U, être située sensiblement dans un plan axial de la cavité et être noyée dans un boîtier réalisé par moulage.
  • Le générateur de vapeur selon l'invention offre la possibilité de réalisations variées. Ainsi, les premier et deuxième raccords peuvent être situés sur un même côté de la cavité, ou être disposés aux deux extrémités opposées de la cavité.
  • Selon encore un autre mode de réalisation possible, l'un des premier et deuxième raccords est disposé latéralement par rapport à la cavité tandis que l'autre des premier et deuxième raccords est disposé axialement au voisinage de l'une des extrémités de la cavité .
  • La cavité du générateur de vapeur peut avantageusement présenter une forme allongée à section rectangulaire, à section en forme de U ou encore à section annulaire.
  • La sécurité de fonctionnement du générateur de vapeur peut encore être améliorée, notamment pour les appareils à usage grand public, grâce à un mode particulier de réalisation, dans lequel la cavité comprend au moins des première et deuxième cavités élémentaires distinctes qui s'étendent au voisinage de l'organe chauffant et sont mises en communication à l'une de leurs extrémités pour définir des chambres de vaporisation fonctionnant en série.
  • Dans ce cas, de préférence, les premier et deuxième raccords sont disposés au voisinage d'une même face frontale du générateur, le premier raccord débouche au voisinage d'une première extrémité axiale de la première cavité élémentaire, le deuxième raccord débouche au voisinage d'une première extrémité axiale de la deuxième cavité élémentaire située près de ladite première extrémité axiale de la première cavité élémentaire, et les première et deuxième cavités élémentaires sont en communication l'une avec l'autre par un canal de communication disposé au voisinage de deuxièmes extrémités axiales desdites première et deuxième cavités élémentaires.
  • Ce mode particulier de réalisation à plusieurs chambres de vaporisation fonctionnant en série, garnies chacune de billes métalliques calibrées, garantit qu'en cas d'envoi d'une trop grande quantité d'eau par rapport à la puissance de la résistance, cette eau en excès reste dans la première cavité élémentaire et ne perturbe pas immédiatement la sortie de vapeur à partir de la deuxième cavité élémentaire.
  • Selon une caractéristique préférentielle le premier raccord comprend une arrivée centrale de liquide qui débouche latéralement dans la cavité à travers une gorge annulaire.
  • De même, le deuxième raccord comprend une sortie centrale de vapeur qui est en contact à travers une gorge annulaire avec la cavité .
  • Le générateur de vapeur selon l'invention peut être réalisé de façon très simple. Selon un mode particulier de réalisation, le corps comprend une âme centrale comportant une section réduite le long de la cavité et un carter tubulaire extérieur qui est rapporté autour de l'âme centrale et définit la paroi externe de la cavité annulaire.
  • Le générateur de vapeur selon l'invention est tout-à-fait adapté à un fonctionnement intermittent et instantané.
  • Selon un mode de mise en oeuvre avantageux, le générateur de vapeur comprend un thermostat monté sur le corps dans la zone la plus froide au voisinage de laquelle est également situé le première raccord .
  • L'invention concerne un générateur de vapeur instantané pouvant trouver des applications très variées, par exemple, et de façon non limitative, dans des fers ou presses à repasser à vapeur, des décolleuses de papiers-peints, des dispositifs détacheurs de corps gras pour tissus, des appareils de cuisson à la vapeur, des distributeurs de boissons chaudes.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
    • la figure 1 montre en coupe axiale, selon la ligne I-I de la figure 2, un premier exemple de générateur de vapeur conforme à l'invention, comportant une cavité annulaire et une âme chauffante centrale,
    • la figure 2 est une vue en coupe dans un plan radial selon la ligne II-II de la figure 1,
    • la figure 3 est une variante de la vue en coupe de la figure 2,
    • la figure 4 est une vue en coupe axiale, selon la ligne IV-IV de la figure 5, d'un deuxième mode de réalisation de l'invention comprenant deux cavités en série en forme de U,
    • la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 4,
    • la figure 6 est une section d'une partie de la cavité des figures 1 à 4, montrant la localisation des billes dans la cavité,
    • la figure 7 est une vue en coupe selon la ligne VII-VII de la figure 8, montrant un générateur de vapeur monobloc et un exemple de raccord d'extraction de vapeur,
    • la figure 8 est une vue en coupe axiale selon la ligne VIII-VIII de la figure 7 montrant un générateur de vapeur monobloc selon l'invention et un exemple de raccord d'injection de liquide.
    • la figure 9 est une vue en coupe selon la ligne IX-IX de la figure 10, montrant un deuxième exemple particulier de générateur de vapeur comportant deux cavités élémentaires superposées, en série,
    • la figure 10 est une vue en coupe axiale selon la ligne X-X de la figure 9 montrant ledit deuxième exemple particulier de générateur de vapeur à deux cavités élémentaires,
    • la figure 11 est une vue d'extrémité d'un troisième exemple de générateur de vapeur comportant deux cavités élémentaires superposées, en série, et
    • la figure 12 est une vue en coupe axiale selon la ligne XII-XII de la figure 11 montrant ledit troisième exemple de générateur de vapeur à deux cavités élémentaires en série.
  • On voit sur les figures 1 et 2 un premier exemple de générateur de vapeur 10 selon l'invention, qui comprend un corps métallique 11, 18 dans lequel est ménagé une cavité allongée 12, dont la forme est de révolution et définie essentiellement par deux parois cylindriques coaxiales du corps 11, 18. Des raccords 15 et 16 respectivement pour l'injection d'un liquide tel que de l'eau dans la cavité 12, et pour l'extraction de vapeur, sont formés sur un côté du générateur de vapeur 10.
  • Dans le cas du mode de réalisation des figures 1 et 2, le corps 11, 18 peut être réalisé à l'aide d'une part d'un corps métallique central de révolution 18, pouvant être réalisé par moulage et présentant une portion centrale de section réduite pour définir la paroi interne de la cavité 12, et d'autre part d'un tube extérieur 11 qui est rapporté autour du corps central 18 pour former la paroi externe de la cavité 12. Des joints toriques 18A, 18B sont interposés entre le corps central 18 et le tube externe 11 pour assurer une étanchéité de la cavité 12 par rapport à l'extérieur. Des tubulures constituant des raccords 15 et 16 peuvent être rapportées directement sur le tube extérieur 11 et communiquent avec la cavité 12 par des portions annulaires de section inférieure à celle de la cavité 12. Le tube extérieur 11 peut être métallique ou, le cas échéant, en matière plastique.
  • Une résistance électrique 14, qui peut être constituée par un élément rectiligne central standard sur lequel le corps central 18 est surmoulé, assure le chauffage du corps central 18 et par là-même de la cavité 12. La résistance électrique 14 peut présenter une puissance par exemple de l'ordre de 1000 à 2000 watts. Sa longueur peut être par exemple comprise entre 150 et 300 mm et son diamètre peut être par exemple de 6 à 7 mm.
  • Le corps central 18 peut lui-même présenter un diamètre de l'ordre de 15 à 20 mm dans sa partie la plus étroite définissant la paroi interne de la cavité 12. A titre d'exemple, le tube externe 11 peut lui-même présenter un diamètre extérieur de l'ordre de 35 à 40 mm et un diamètre interne de l'ordre de 25 à 30 mm, l'épaisseur de la paroi du tube pouvant être de l'ordre de 2 mm. Le générateur de vapeur 10 des figures 1 et 2 peut ainsi être très compact.
  • Selon une caractéristique essentielle de la présente invention, la cavité 12 constituant la chambre de vaporisation de générateur 10 est remplie d'un garnissage de billes métalliques calibrées 13, par exemple en acier inoxydable. La taille des billes 13 peut être adaptée aux applications et à la taille du générateur 10. Pour un générateur de vapeur 10 dont la longueur hors tout serait par exemple de l'ordre de 150 mm et la section présenterait un diamètre de l'ordre de 40 mm, avec une cavité 12 dont la section annulaire présente dans le sens radial une épaisseur e de l'ordre de 3 à 6 mm, des billes 13 présentant un diamètre compris entre 2 et 5mm conviennent bien. On notera que les billes 13 n'ont pas besoin de présenter un état de surface comparable à celui des billes pour roulements par exemple, puisque ces billes 13 ne jouent qu'un rôle purement statique. Des billes telles que celles utilisées pour polir la matière, par exemple, conviennent bien.
  • Le rôle des billes 13 est capital dans la mesure où celles-ci assurent une forte concentration de la chaleur, contrairement à des éléments filaires par exemple, et définissent un trajet divisé très long avec des lignes brisées entre les différents interstices disposés en quinconce, ce qui favorise les échange de chaleur. Par ailleurs, les billes ne se collent pas les unes aux autres comme des particules minérales par exemple.
  • Les raccords 15, 16 peuvent être munis de crépines pour empêcher la sortie des billes 13, ou encore d'éléments en forme de chicane ou labyrinthe comme cela sera explicité plus loin en référence à des exemples particuliers de raccords.
  • Selon une caractéristique essentielle de la présente invention, la dimension e de la cavité annulaire 12 dans le sens radial est telle que cette dimension est comprise entre 1,1d et 2d où d représente le diamètre des billes calibrées 13. De la sorte, et comme cela est montré sur la vue de détail de la figure 6, il ne peut jamais y avoir plus d'une bille 13 dans le sens transversal de la cavité 12 et au moins la moitié des billes sont directement en contact avec la paroi du corps interne 18 chauffé par la résistance 14. Ainsi, même quand de l'eau froide introduite par la raccord 15 a déjà circulé dans la cavité 12 pour se transformer en vapeur évacuée par le raccord 16, les billes 13 conservent dans leur ensemble une température suffisante pour continuer de jouer leur rôle de chauffage de l'eau nouvelle introduite et de la vapeur peut continuer de se former contrairement au cas où la cavité présenterait une section plus importante dans laquelle le trajet serait plus long entre le corps chauffant et les billes les plus éloignées de ce corps chauffant.
  • La dimension transversale e de la cavité 12 doit être suffisante pour permettre l'introduction des billes 13 avec jeu, mais doit rester inférieure au double du diamètre des billes pour éviter que plus de deux billes ne soient interposées entre le corps central 18 et le tube externe 11. La dimension transversale j des gorges formées dans le corps central 18 au niveau des raccords 15, 16 doit elle-même rester inférieure au diamètre d des billes 13 pour éviter que celles-ci ne s'échappent à travers les raccords 15, 16.
  • Le mode de réalisation des figures 1 et 2 est particulièrement simple à réaliser, mais peut faire l'objet de nombreuses variantes. Ainsi, sur la figure 3, on a montré une cavité annulaire 12 divisée en deux cavités élémentaires 12A, 12B par des cloisons longitudinales 19 orientées selon un rayon et reliant le corps central 18 au tube extérieur 11. Les cavités élémentaires 12A, 12B peuvent être montées en parallèle ou de manière à définir un trajet en série comme cela sera explicité par exemple dans le mode de réalisation des figures 4 et 5.
  • Les figures 4 et 5 montrent un autre exemple de réalisation de générateur de vapeur 10 conforme à l'invention, dans lequel deux cavités 121, 122 à section en forme de U sont juxtaposées autour d'une résistance électrique 14 qui présente elle-même une forme de U et se trouve avantageusement située dans un plan axial médian du corps 11 qui constitue également un plan de symétrie pour les cavités 121, 122.
  • Les raccords 15, 16 d'introduction d'eau et d'évacuation de la vapeur sont situés au voisinage d'une première face frontale du générateur de vapeur, le raccord 15 servant à l'introduction d'eau dans la cavité 121 et le raccord 16 servant à l'extraction de vapeur hors de la cavité 122. Les cavités 121 et 122 sont elles-mêmes en communication au voisinage de la deuxième face frontale du générateur 10 par un canal 50. La seconde face frontale du générateur 10 peut comprendre une bride 11A délimitant le canal 50 et un couvercle 11B qui peut venir se fixer sur la bride 11A avec interposition d'un joint d'étanchéité 11C et constitue la paroi externe du canal de liaison 50.
  • Comme dans le cas du premier mode de réalisation des figures 1 et 2, les cavités 121, 122 connectées en série sont remplies de billes calibrées et la dimension transversale e des cavités 221, 122 ainsi que du conduit de liaison 50 est comprise entre 1,1d et 2d où d représente le diamètre des billes 13.
  • Les figures 7 et 8 montrent un autre mode de réalisation possible dans lequel le corps métallique 11 est réalisé en une seule pièce par surmoulage de la résistance de chauffage 14 en forme de U placée dans un plan axial médian de la cavité 12, autour de celle-ci. La cavité 12, qui présente une section rectangulaire aplatie, est garnie de billes comme dans tous les modes de réalisation précédemment décrits, et la petite dimension e de la section rectangulaire de la cavité 12 présente une valeur comprise entre 1,1d et 2d où d représente le diamètre des billes.
  • On décrira maintenant plus en détail un exemple de raccord 15' d'injection d'eau représenté sur la figure 8. Le raccord 15' comprend un ajutage 22 définissant un canal central 23 borgne qui débouche par un ou plusieurs orifices latéraux 29 dans une gorge annulaire 26 qui communique avec la cavité 12 par un passage annulaire périphérique 28 de largeur inférieure au diamètre des billes 13 (par exemple présentant une largeur de l'ordre de 1,5 mm si les biles présentent un diamètre de 2 mm). Le raccord 15' comprend une partie frontale 20 en forme de plaque qui est fixée par exemple par des vis 21A sur la partie 11A du corps 11, et une partie cylindrique qui pénètre dans une ouverture formée à une extrémité de la cavité 12. La partie cylindrique du raccord 15' comprend des portions 21, 24, 27 de différents diamètres pour définir avec la paroi cylindrique de la cavité 12 les passages annulaires périphériques 26, 28 d'injection de liquide. Un joint 25 peut être interposé entre le raccord 15' et l'orifice de la cavité 12.
  • Les figures 7 et 8 montrent en outre un exemple de racccord 16' d'extraction de vapeur disposé du côté opposé au raccord 15' d'injection d'eau.
  • Le raccord 16' comprend un ajutage 32 percé d'un orifice central 33, une collerette d'arrêt 31 venant porter contre une paroi d'extrémité du corps 11A avec interposition d'un joint 35, et un corps cylindrique 34, pouvant être vissé dans un orifice formé à l'extrémité de la cavité 12, du côté opposé au raccord 15'. Le corps cylindrique 34 est fermé par une paroi 37 à son extrémité libre de sorte que le canal central 33 est non débouchant axialement dans la cavité 12. Une ou plusieurs fentes 39 sont ménagées dans la partie d'extrémité du corps 34 qui est au voisinage de la cavité 12 pour assurer une introduction de la vapeur dans le canal central 33. Cette réalisation évite que des billes soient expulsées par le raccord 16', l'épaisseur des fentes 39 étant naturellement inférieure au diamètre des billes 13.
  • Sur les figures 7 et 8, le raccord 16 d'extraction de vapeur est disposé perpendiculairement à l'axe de la cavité 12, et se trouve situé latéralement dans la zone la plus chaude de la cavité 12. Le corps cylindrique 34 du raccord 16 de la figure 7 est simplement vissé dans un canal latéral qui débouche dans la cavité 12 perpendiculairement à l'axe de celle-ci. L'extrémité du corps 34 dans laquelle sont formées les fentes 39 ou des orifices latéraux équivalents, peut présenter une section réduite pour définir une gorge annulaire 36 de collecte de vapeur à la base dudit canal latéral, dans les cas où le corps 34 ne doit pas pénétrer trop loin dans la cavité 12.
  • On a représenté sur la figure 7 un thermostat 40 qui peut être placé dans la zone la plus froide sur le côté du corps 11 au voisinage du raccord 15 d'arrivée d'eau, et permet de commander l'alimentation de la résistance de chauffage 14.
  • On notera que le générateur de vapeur selon l'invention présente une structure simple qui à la fois facilite la fabrication et améliore le fonctionnement du dispositif et sa fiabilité tout en permettant le cas échéant un détartrage très commode, les billes 13 constituant des éléments robustes et bon marché pouvant être facilement extraits de la cavité 12 pour être nettoyés ou échangés. En particulier, l'invention évite l'utilisation d'éléments mobiles tels que soupapes, clapets, ressorts.
  • Le générateur selon l'invention se prête à des utilisations domestiques ou professionnelles, avec des débits de vapeur pouvant être de l'ordre de 60 g/mm, et peut être soit utilisé comme élément annexe séparé, soit, du fait de sa compacité, incorporé à un appareil tel qu'un fer à repasser.
  • Pour les applications grand public en particulier, notamment dans le cas d'incorporation dans un fer à repasser, le générateur de vapeur selon l'invention peut avantageusement être réalisé selon un mode de réalisation, tel qu'illustré sur les figures 9 et 10, ou 11 et 12, dans lequel la cavité 12 comprend des première et deuxième cavités élémentaires distinctes aplaties 121, 122 superposées et mises en communication à l'une de leurs extrémités par un canal de communication 50 resp. 150 pour définir deux chambres de vaporisation fonctionnant en série.
  • Les deux cavités élémentaires superposées 121, 122 présentent chacune une section essentiellement rectangulaire dont la petite dimension e est comprise entre 1,1d et 2d où d représente le diamètre des billes 13 et peuvent être réalisées dans un corps moulé 11, comme dans le cas du mode de réalisation des figures 7 et 8, avec une résistance 14 en U noyée dans le corps 11, de sorte que l'encombrement du générateur de vapeur 10 peut rester réduit.
  • Dans le mode de réalisation des figures 9 et 10, la cavité cylindrique inférieure 121 est alimentée en eau à son extrémité frontale opposée à la courbure de la résistance en U 14, à travers un raccord 15' qui peut être semblable au raccord 15' décrit en référence à la figure 8. Un canal de communication 50 perpendiculaire à l'axe du générateur de vapeur assure une communication entre les deux cavités cylindriques 121, 122 au voisinage de leur extrémité située du côté de la courbure de la résistance en U 14. Un raccord 16' pour l'extraction de vapeur, non représenté sur les figures 9 et 10, peut être semblable au raccord 16 de la figure 7 et peut être disposé axialement à l'extrémité frontale de la cavité cylindrique supérieure 122 immédiatement au-dessus du raccord 15' d'injection d'eau. Dans ce mode de réalisation, les raccords 15' et 16', qui peuvent être réalisés par exemple sous la forme de bouchons obturant l'ouverture des cavités élémentaires superposées 121, 122, sont situés à une même extrémité frontale du générateur de vapeur 10, ce qui peut simplifier la réalisation, le raccordement électrique de la résistance 14 pouvant également s'effectuer sur cette même extrémité frontale au voisinage de laquelle on peut aussi avantageusement placer le thermostat 40.
  • Dans le mode de réalisation des figures 9 et 10, la cavité élémentaire supérieure 122 est remplie de billes métalliques calibrées 13 comme les cavités 12 des modes de réalisation précédents. La cavité élémentaire inférieure 121, qui sert de sas piégeant un éventuel apport en eau excessif par rapport à la puissance de chauffage de la résistance 14, est également remplie de billes métalliques calibrées 13.
  • Le mode de réalisation des figures 11 et 12 est très semblable à celui des figures 9 et 10 et ne diffère que par le type de raccord utilisé.
  • Dans le cas des figures 11 et 12, une plaque 60 unique portant les raccords 15' et 16' d'alimentation en eau et d'extraction de vapeur est rapportée à l'extrémité frontale du générateur de vapeur 10 opposée à la courbure de la résistance en U 14, et fixée au corps 11 par des moyens de liaison 61 tels que des vis.
  • Les ajutages 22 et 32 des raccords 15' et 16' d'injection d'eau et d'extraction de vapeur sont constitués par des tubes se prolongeant à l'intérieur respectivement des cavités élémentaires 121 et 122 jusqu'au voisinage de l'extrémité du générateur de vapeur opposée à la plaque 60. Par ailleurs, le canal de communication 150 entre la cavité élémentaire inférieure 121 et la cavité élémentaire supérieure 122 est lui-même situé du côté de la plaque frontale 60. De la sorte, l'eau introduite par le tube 22 débouche dans la cavité inférieure 121 au voisinage de la partie courbe de la résistance 14, en ayant déjà été un peu échauffée, la vapeur formée dans la cavité inférieure 121 passe dans la cavité supérieure 122 à travers le passage 150 qui est situé près de la plaque 60, mais sans communication directe avec les tubes 22, 32, et la vapeur est finalement extraite de la cavité supérieure 122 à travers le tube 32 qui prend naissance au voisinage de la zone la plus chaude de la cavité 122 située près de la courbure de la résistance 14, et est extraite à travers la partie du tube 32 formant ajutage.
  • On notera que les divers modes de réalisation de l'invention sont très faciles à fabriquer et ne nécessitent pas des usinages de précision. Ainsi, le remplissage ou le vidage de la cavité 12 ou des cavités 121, 122 en billes 13 peuvent se faire simplement à partir des orifices prévus pour les raccords 15, 16.

Claims (15)

  1. Générateur de vapeur instantané, comprenant un corps métallique (11) définissant une cavité (12) allongée constituant une chambre de vaporisation, au moins un organe chauffant (14) disposé dans ledit corps (11) au voisinage de la cavité (12), un premier raccord (15) pour l'injection de liquide dans la cavité (12), un deuxième raccord (16) pour l'extraction de la vapeur formée dans la cavité (12), et un moyen statique (13) en matériau conducteur de la chaleur disposé dans la cavité (12) pour accroître le degré de vaporisation du liquide introduit dans la cavité (12),
    caractérisé en ce que ledit moyen statique comprend un garnissage constitué d'un ensemble de billes métalliques calibrées (13) en contact les unes avec les autres et en ce que la cavité (12) présente dans le sens transversal une dimension (e) comprise entre 1,1d et 2d, où d représente le diamètre des billes métalliques calibrées (13).
  2. Générateur de vapeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les billes métalliques calibrées (13) présentent un diamètre compris entre environ 2 et 5 mm.
  3. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'organe chauffant (14) est constitué par une résistance électrique sous la forme d'une âme centrale noyée dans le corps (11).
  4. Générateur de vapeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la cavité (12) est essentiellement annulaire et coaxiale à l'organe chauffant (14).
  5. Générateur de vapeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la cavité (12) est divisée en plusieurs cavités élémentaires (12A, 12B) par des cloisons longitudinales radiales par rapport au corps (11).
  6. Générateur de vapeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la cavité (12) présente une forme allongée à section rectangulaire.
  7. Générateur de vapeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la cavité (12) présente une forme allongée à section en forme de U.
  8. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 6 et 7, caractérisé en ce que l'organe chauffant (14) est constitué par une résistance électrique en forme de U noyée dans le corps (11).
  9. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la cavité (12) comprend au moins des première et deuxième cavités élémentaires distinctes (121, 122) qui s'étendent au voisinage de l'organe chauffant (14) et sont mises en communication à l'une de leurs extrémités pour définir des chambres de vaporisation fonctionnant en série.
  10. Générateur de vapeur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les premier et deuxième raccords (15', 16') sont disposés au voisinage d'une même face frontale du générateur, en ce que le premier raccord (15') débouche au voisinage d'une première extrémité axiale de la première cavité élémentaire (121), en ce que le deuxième raccord (16') débouche au voisinage d'une première extrémité axiale de la deuxième cavité élémentaire (122) située près de ladite première extrémité axiale de la première cavité élémentaire (121), et en ce que les première et deuxième cavités élémentaires (121, 122) sont en communication l'une avec l'autre par un canal de communication (50; 150) disposé au voisinage de deuxièmes extrémités axiales desdites première et deuxième cavités élémentaires (121, 122).
  11. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le corps (11) comprend un boîtier moulé dans lequel est noyée une résistance électrique de chauffage (14) située sensiblement dans un plan axial de la cavité (12).
  12. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le premier raccord (15, 15') comprend une arrivée centrale de liquide qui débouche latéralement dans la cavité (12) à travers une gorge annulaire (26, 28).
  13. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le deuxième raccord (16, 16') comprend une sortie centrale de vapeur qui est en contact à travers une gorge annulaire (36) avec la cavité (12).
  14. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend un thermostat (40) monté sur le corps (11) dans la zone la plus froide au voisinage de laquelle est également situé le premier raccord (15, 15').
  15. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le corps (11) comprend une âme centrale (18) comportant une section réduite le long de la cavité (12) et un carter tubulaire extérieur qui est rapporté autour de l'âme centrale (18) et définit la paroi externe de la cavité annulaire (12).
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