EP0962695B1 - Générateur de vapeur à plateau à évaporation directe - Google Patents

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EP0962695B1
EP0962695B1 EP19990401245 EP99401245A EP0962695B1 EP 0962695 B1 EP0962695 B1 EP 0962695B1 EP 19990401245 EP19990401245 EP 19990401245 EP 99401245 A EP99401245 A EP 99401245A EP 0962695 B1 EP0962695 B1 EP 0962695B1
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EP
European Patent Office
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plate
steam generator
plates
housing
generator according
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP19990401245
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German (de)
English (en)
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EP0962695A1 (fr
Inventor
Claude Brenot
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DOMENA
Original Assignee
DOMENA
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Publication date
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/28Methods of steam generation characterised by form of heating method in boilers heated electrically
    • F22B1/288Instantaneous electrical steam generators built-up from heat-exchange elements arranged within a confined chamber having heat-retaining walls

Definitions

  • the subject of the present invention is a steam generator with direct evaporation tray comprising a box inside which are arranged at least a first plate equipped with a resistance electric heater and a second plate kept applied against a first main face of the first plate by means of elastic return, means being provided for introducing water under pressure in the center of the steam generator in the interface between the first and second trays, and at least one steam outlet being housed in the housing.
  • the present invention aims to remedy the aforementioned drawbacks and to make an improved tray steam generator which both compact and easy to manufacture and use and improves performance and safety of the steam generator.
  • a steam generator with a direct evaporation plate comprising a box inside of which are disposed at least a first plate equipped with an electrical heating resistance and a second plate maintained applied against a first main face of the first plate by elastic return means, means being provided for introducing pressurized water into the center of the steam generator in the interface between the first and second plates, and at least one steam outlet orifice being provided in The box, characterized in that it comprises a third plate maintained applied against a second main face of the first plate by said elastic return means, which interact between the second and third plates between which the first plate is sandwiched to constitute a mechanically closed system on itself and in that the means for introducing pressurized water also open into the interface between the first and third plates.
  • the two main faces of the first plate fixed forming heating bodies are used to cause a direct primary evaporation, which helps improve yield and minimizes radiation losses.
  • all of the first, second and third trays is thermally insulated from the housing by a porous insulating material lining which is vapor permeable while constituting a trap for residual water.
  • a porous body such as rock wool around of the central module thus contributes not only to isolate the housing outside in relation to the central steam generator module and focus heat energy, but also to retain and contribute also evaporate any residual water droplets.
  • the second and third trays are kept pressed against the first heating plate by flange systems cooperating with said return means elastic.
  • the first heating plate basically has the shape of a disc and the second and third trays have geometric shapes that extend slightly beyond the heating plate to form at least part flange systems.
  • Flange systems can be incorporated into the second and third trays or may include first and second stirrups located outside the second and third plates.
  • the means for introducing pressurized water include an external connector in which is fixed an injector which is arranged essentially inside the housing, crosses the wall thereof by an orifice thermally insulated by a seal and, is fixed in the first tray to be in communication by a conduit with a central orifice application of pressurized water in the interfaces between the first tray and respectively the second and third trays.
  • a thermostat for controlling the heating resistance of the first plate is disposed on the body of said external connector water supply.
  • thermostat makes it possible to anticipate the switching on the heating when cold water is injected and increases the amount of steam produced compared to others arrangements where the thermostat cooperates with the heating body by example.
  • all of the first, second and third trays equipped with the heating element and an injector water supply constitutes a modular assembly removable by report to the housing.
  • the water supply injector can play the role of positioner of the removable modular assembly relative to the housing.
  • the housing has a prismatic shape with two main planar faces and faces flat side panels of low height on which the fittings are located power supply to the heating element, the fitting water supply and a removable cover for the introduction or removal of all of the first, second and third trays.
  • the central plate 30 can be produced for example in the form of a disc having two main faces 31, 32 which can be flat, as shown in the drawings, to increase the compactness, but can also be slightly curved if necessary having a spherical or conical shape so as to increase the exchange surface.
  • the fixed central plate 30 is equipped with a resistance electric 60 integrated by overmolding. Electric resistance 60 has connection ends 61, 62 which pass through the material porous 90 and sections 117, 116 of the side wall of the housing 110 in being isolated from the housing 110 for example by silicone tubes 63, 64 which help to ensure not only electrical insulation but above all a seal preventing steam from escaping from the housing 110 at level of these electrical connections 61, 62, or comes into contact with the connection pins.
  • Pressurized water E can be injected in the center of the tray central 30 by an injector 80 which includes a fitting element disposed outside the housing 110, at a lateral face 117, and comprising a body 81 and a fitting proper 82.
  • the injector itself, an example of which is illustrated on the Figure 7, comprises a body 85 provided with a collar 85a, extended by side by a threaded tubular part 84 intended to be fixed in the body 81 of the connector, and on the other side by a threaded tubular part 86 which is screwed into the central plate 30 and is extended by a channel 87 which is formed in this central plate 30 and opens into an orifice central 88 cooperating with recesses 88a, 88b allowing a injection of pressurized water on either side of the central plate 30 (see Figures 1 and 2).
  • a seal 83 also playing the role of insulator, which can be for example PTFE, provides insulation of the injector 80 relative to the housing 110 and prevents steam leakage at the or
  • the injector 80 makes it possible to position the central plate 30 by compared to the housing 110 without there being any other contact between these two elements that the seal 83 or the insulating tubes 63, 64 arranged around the electrical connections 61, 62 of the resistor 60.
  • trays mobile evaporators 10, 20 are arranged on either side of the plate central 30 and are kept applied against the two main faces 31, 32 of the central plate 30 by the action of springs such as 71, 72, against the pressure of the water injected through the orifice 88 and the recesses 88a, 88b at level of the interfaces between the central heating plate 30 and the plates evaporators 10, 20.
  • the sides of the evaporator plates 10, 20 facing the central plate 30 have geometric shapes complementary to those of the main faces 31, 32 of the plate central, that is to say are planar if the main faces 31, 32 are planar, and concave if the main faces 31, 32 are convex, so that ensure a laminar flow of water in the interfaces between the trays 10, 30 and 20, 30.
  • the presence of evaporator trays 10, 20 sandwiching the central heating plate 30 allows use at maximum heat energy supplied by the central plate 30 using all this heat energy to effect a primary evaporation of the water injected into the center of the steam generator and preventing the central plate 30 radiates towards the housing 110.
  • the presence of the lining 90 made of porous material and the absence of contact between on the one hand the evaporator plates 10, 20 and their elastic return means 71, 72 and on the other hand the box 110, allows to increase the quantity of steam produced with reduced power for example of the order of 2 kW which is suitable for household appliances.
  • the housing 110 which is without direct contact with the evaporator module consisting of the three plates 10, 20, 30, is not not subjected to excessive temperature and can be made in one economical material, such as metallic material such as aluminum or a molded plastic. Safe operation of the steam generator can thus be improved while the cost of manufacturing is reduced.
  • the evaporator plates 10, 20 can be made for example of aluminum.
  • the water injected into the center of the steam generator through orifice 88 is distributed on each main face of the central plate 30, so that the amount of water to be evaporated on each side is not not excessive, which limits the risk of residual water being present in the steam produced.
  • any residual water appearing by example at the end of use when the temperature of the heating body 30 decreases, is trapped by the porous material 90 which absorbs by capillary water not evaporated and thus serves as a filter allowing only steam, so that even after use, the steam generator can produce unsaturated vapor free from water droplets.
  • the water droplets trapped in the porous material 90 also end up being vaporized within this porous material 90 whose temperature is intermediate between that of the evaporator module 10, 20, 30 and that of the housing 110.
  • a thermostat 89 is arranged on the room water supply 80 thermally insulated from the housing 110.
  • the thermostat 89 can thus be arranged for example on the metal body 81 of the fitting 81, 82 into which the injector body 85 is screwed.
  • the thermostat 89 controls the supply of the resistor 60 as soon as water is injected, so that the heating of the central tray 30 is started done early, which increases the amount of steam produced.
  • the thermostat 89 remains sensitive, via the metal injector 80, to variations in temperature of the central plate 30, and can thus control the power supply of resistor 60 to maintain sufficient heat production at the tray heating 30.
  • the housing 110 comprises two main faces 111, 112 advantageously flat. Face 111 can be used as a lower face constituting the base of the generator while the upper face 112 is provided with one or more steam outlet orifices 91. Box 110 may for example have a prismatic shape with faces flat side 113 and 118 of low height on some of which (faces 116 and 117 for example) are located the connections 61, 62 electric supply of the heating resistor 60 and the connector 81, 82 water supply. In the embodiment shown in the drawing, one of the flat side faces (face 115) has an opening 122 closed by a cover 119 fixed for example by engaged screws in nuts 121 integral with the circumference of the face 115.
  • the opening 122 allows the insertion and removal of the removable assembly consisting of trays 10, 20, 30 and the injector 80, as well as the introduction or the exchange of porous material 90.
  • a flat seal simple to arrange and of relatively short length, is interposed between the flat cover 119 and the periphery of the flat face 115 around opening 122.
  • Other embodiments without removable module evaporator are possible as will be explained below.
  • the evaporator trays mobile 10, 20 which enclose the central heating plate 30 fixed are kept applied against the main faces 31, 32 of the central plate against the force exerted by the pressurized water introduced by the orifice 88, under the action of at least two springs 71, 72 which act directly between the two evaporator plates 10, 20, so as to cause a crushing of water droplets in laminar flow at the level interfaces between the plates 30, 10 and 30, 20 and thus cause a primary evaporation reducing the risk of heat build-up.
  • the central plate 30 is produced in the form of a circular disc whose peripheral part is inscribed in a square.
  • Trays evaporators 10, 20 are produced in the form of plates, the polygonal outline also fits into the same square.
  • Each evaporator plate 10, 20 thus essentially has the form of a square plate with two large cut sides 11, 12 respectively 21, 22 in the vicinity of two angles located at a diagonal of the square.
  • the other two angles of each square plate 10, 20 can if necessary also present a small cutaway 17, 18 27, 28 respectively but essentially define two ears 13, 14 respectively 23, 24 drilled with an orifice 15, 16 respectively 25, 26.
  • the plates forming the evaporator plates 10, 20 are identical but are superimposed with an offset of 90 ° so that the large cut sides 11, 12 respectively 21, 22 of a tray 10 respectively 20 are located in the vicinity of the ears 23, 24 respectively 13, 14 of the other plate 20 respectively 10.
  • a bracket 40, respectively 50 is arranged on the outside of each evaporator plates 10, 20 so as to form flanges cooperating with the ears 23, 24 respectively 13, 14 of the other plate evaporator 20, 10.
  • the stirrups 40, 50 are thus arranged in the two diagonals of the square in which the evaporator plates 10 are inscribed, 20.
  • FIGS 3 and 4 show more particularly the stirrup 40 comprising a main branch 41 flattened on the plate evaporator 10, two portions 42, 44 folded at 90 ° and two legs end forming flanges 43, 45 pierced with orifices 46, 47 which come superimpose on the ears 23, 24 forming flanges of the evaporator plate 20.
  • Return springs 71, 72 cooperating with screw-nut systems 73, 74 respectively 75, 76, keep the flanges 43, 45 tight the stirrup 40 against the ears 23, 24 of the plate 20 so that the two plates 10, 20 are kept assembled against the central plate 30.
  • the stirrup 50 is produced in a manner identical to the stirrup 40.
  • four return springs 71, 72 are thus arranged at vicinity of the ears 13, 14 and 23, 24 of the evaporator plates 10, 20 in the vicinity of the four angles of the square delimiting the evaporator module 10, 20, 30, and outside the central plate 30 inscribed in said square.
  • the spring systems 71, 72 are essentially located in the thickness of the evaporator module 10, 20, 30 ( Figure 4) and thus allow to make a very compact steam generator.
  • Plating force trays 10, 20 on the heating body 30 may for example be around 20 to 30kg.
  • the number of springs can naturally vary according to the embodiments. In general, a number of springs between 2 and 4 is satisfactory.
  • the thickness of the evaporator module 10, 20, 30 can be between about 20 and 40 mm and the thickness of the case between 40 and 60 mm.
  • the diameter of the central heating plate 30 is adapted to the needs.
  • a steam generator domestic according to the invention may include a central tray 30 of 160 mm in diameter and 12 mm thick and evaporator trays 10, 20 of the type described above, inscribed in a 160 mm square of side and each having a thickness of the order of 6 mm.
  • the outer housing 110 may have main faces 111, 112 inscribed in a rectangle of for example 200 x 225 mm.
  • the planar flange 115 of the side face of the housing 110 defining the opening 122 and receiving the cover 119 is provided with a flat seal.
  • This joint simple in shape and reduced in length is located in one area of the housing exterior little subject to thermal shock, which improves safety.
  • the only other generator sealing elements are the seal 83 located at the level of the water injector 80 and the insulating means such as silicone tubes 63, 64 located at the pins of connection 61, 62 of the electrical resistance 60.
  • the overall construction is therefore very simple.
  • stirrups 40, 50 could be integrated into the plates 10, 20 respectively.
  • the flanges such as 43, 45 of the caliper 40 and the portions 42, 44 would be formed in one piece with the plate evaporator 10, and the corresponding parts of the stirrup 50 would be formed in one piece with the plate 20.
  • the shape of the evaporator trays 10, 20 and that of the tray heater 30 may also be different from those described previously.
  • a heating plate 30 in the form of a pancake circular and evaporator plates 10, 20 covering the entire heating plate 30 and extending beyond only to form spring clamps 71, 72, outside the heating plate 30 and depending on the thickness of the evaporator module 10, 20, 30, allows have excellent compactness while keeping systems away from return spring 71, 72 from both the outer housing 110 and the plate heating 30.
  • the steam generator according to the invention lends itself well to a series production with a housing 110 which can be produced in plastic material.
  • the housing 110 can be fully sealed by welding or bonding for example, after the introduction of the module evaporator 10, 20, 30 and porous material 90, which gives a maximum tightness while facilitating manufacturing at lower cost.
  • an external housing 110 in plastic material molded allows a simple and reliable device to be produced in a simple manner expensive whose forms can be very diverse and can particular be essentially rounded.
  • the number of games to assembling can be very reduced especially in the case where the housing 110 is for example made in two sealed parts free of screws, when the injector 80 comprises a body 84, 85 which is not screwed into the heating plate 30, by a threaded tubular part 86 but is formed in one piece with this plate 30, and when the fixing flanges of the springs 71, 72 are formed in one piece with the plates evaporators 10, 20.

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Description

La présente invention a pour objet un générateur de vapeur à plateau à évaporation directe comprenant un boítier à l'intérieur duquel sont disposés au moins un premier plateau équipé d'une résistance électrique de chauffage et un deuxième plateau maintenu appliqué contre une première face principale du premier plateau par des moyens de rappel élastique, des moyens étant prévus pour introduire de l'eau sous pression au centre du générateur de vapeur dans l'interface entre les premier et deuxième plateaux, et au moins un orifice de sortie de vapeur étant ménagé dans le boítier.
On connaít déjà, notamment par le document EP-A-0 023 855, des générateurs de vapeur à évaporation directe dans lesquels du liquide à évaporer est injecté sous pression pour créer un écoulement laminaire de très faible épaisseur entre les faces en regard d'un premier plateau chauffant fixe et d'un deuxième plateau évaporateur mobile qui coopère avec des moyens de rappel élastique visant à maintenir le deuxième plateau à faible distance du plateau chauffant.
Les générateurs de vapeur à plateau de ce type présentent toutefois un rendement qui n'est pas optimisé et par suite impliquent des précautions particulières d'utilisation, notamment au niveau du boítier extérieur, compte tenu des déperditions de chaleur notamment par rayonnement.
On a encore proposé, par le document EP-A-0 651 202, un générateur de vapeur à plateau impliquant une évaporation en deux étapes. Suite à une évaporation principale réalisée par l'injection d'eau sous pression au centre du générateur de vapeur, au niveau de l'interface entre le plateau chauffant fixe et le plateau évaporateur mobile, le flux de vapeur primaire créé au niveau de l'interface entre les plateaux et les gouttelettes d'eau résiduelles contenues dans ce flux sont renvoyés dans un espace libre annulaire extérieur aux plateaux puis projetés sur la deuxième face du plateau chauffant afin de créer un système secondaire d'évaporation complémentaire qui contribue à réduire les pertes thermiques par rayonnement. Une telle réalisation présente cependant une certaine complexité du fait du processus d'évaporation en deux étapes, et n'optimise le générateur de vapeur ni du point de vue du rendement, ni du point de vue de l'encombrement ou de la facilité de fabrication ou d'utilisation.
On connaít encore par le document FR-A-2 581 442 un générateur de vapeur à évaporation directe dans lequel on utilise un empilement de plateaux évaporateurs mobiles. L'eau débouche au centre de la pile de plateaux mobiles qui sont percés en leur centre et sont appliqués l'un contre l'autre en appui sur la face intérieure d'une enveloppe externe, par l'intermédiaire d'un plateau non percé et d'un moyen de rappel élastique. Une résistance électrique est noyée dans l'enveloppe externe. L'éloignement de la résistance électrique par rapport aux plateaux n'optimise pas la transmission de l'énergie et limite les performances. Par ailleurs, un générateur de vapeur de ce type manque de compacité.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités et à réaliser un générateur de vapeur à plateau amélioré qui à la fois soit compact et facile à fabriquer et utiliser et améliore le rendement et la sécurité du générateur de vapeur.
Ces buts sont atteints grâce à un générateur de vapeur à plateau à évaporation directe comprenant un boítier à l'intérieur duquel sont disposés au moins un premier plateau équipé d'une résistance électrique de chauffage et un deuxième plateau maintenu appliqué contre une première face principale du premier plateau par des moyens de rappel élastique, des moyens étant prévus pour introduire de l'eau sous pression au centre du générateur de vapeur dans l'interface entre les premier et deuxième plateaux, et au moins un orifice de sortie de vapeur étant ménagé dans le boítier,
caractérisé en ce qu'il comprend un troisième plateau maintenu appliqué contre une deuxième face principale du premier plateau par lesdits moyens de rappel élastique, qui interagissent entre les deuxième et troisième plateaux entre lesquels le premier plateau est pris en sandwich pour constituer un système mécaniquement refermé sur lui-même et en ce que les moyens d'introduction d'eau sous pression débouchent également dans l'interface entre les premier et troisième plateaux.
Grâce à la présence de plateaux évaporateurs mobiles de part et d'autre du corps de chauffe, les deux faces principales du premier plateau fixe formant corps de chauffe sont utilisées pour provoquer une évaporation primaire directe, ce qui contribue à améliorer le rendement et réduit au maximum les pertes par rayonnement.
Le fait que l'ensemble des trois plateaux du module central de production de vapeur intègre des moyens de rappel élastique agissant entre les deuxième et troisième plateaux évite un contact de ces moyens de rappel avec le boítier externe de sorte que la fabrication de celui-ci est simplifiée et la sécurité est renforcée lors de l'utilisation.
De préférence, l'ensemble des premier, deuxième et troisième plateaux est isolé thermiquement du boítier par un matériau poreux isolant de garnissage qui est perméable à la vapeur tout en constituant un piège pour l'eau résiduelle.
La présence d'un corps poreux tel que de la laine de roche autour du module central contribue ainsi non seulement à isoler le boítier extérieur par rapport au module central de production de vapeur et à concentrer l'énergie calorifique, mais également à retenir et contribuer également à faire évaporer toute gouttelette d'eau résiduelle.
Selon un mode de réalisation particulier, les deuxième et troisième plateaux sont maintenus plaqués contre le premier plateau chauffant par des systèmes de brides coopérant avec lesdits moyens de rappel élastique.
Selon un exemple de réalisation, le premier plateau chauffant présente essentiellement la forme d'un disque et les deuxième et troisième plateaux présentent des formes géométriques qui s'étendent légèrement au-delà du plateau chauffant pour former au moins une partie des systèmes de brides.
Les systèmes de brides peuvent être incorporés aux deuxième et troisième plateaux ou peuvent comprendre des premier et deuxième étriers situés à l'extérieur des deuxième et troisième plateaux.
Selon une caractéristique particulière du générateur de vapeur selon l'invention, les moyens d'introduction en eau sous pression comprennent un raccord extérieur dans lequel est fixé un injecteur qui est disposé essentiellement à l'intérieur du boítier, traverse la paroi de celui-ci par un orifice isolé thermiquement par un joint et, est fixé dans le premier plateau pour être en communication par un conduit avec un orifice central d'application d'eau sous pression dans les interfaces entre le premier plateau et respectivement les deuxième et troisième plateaux.
Un thermostat de commande de la résistance de chauffage du premier plateau est disposé sur le corps dudit raccord extérieur d'alimentation en eau.
Cette disposition particulière du thermostat permet d'anticiper la mise en route du chauffage lorsque de l'eau froide est injectée et augmente la quantité de vapeur produite par rapport à d'autres dispositions où le thermostat coopère avec le corps de chauffe par exemple.
Avantageusement, l'ensemble des premier, deuxième et troisième plateaux équipé de la résistance chauffante et d'un injecteur d'alimentation en eau constitue un ensemble modulaire amovible par rapport au boítier.
Dans ce cas, l'injecteur d'alimentation en eau peut jouer le rôle de positionneur de l'ensemble modulaire amovible par rapport au boítier.
Selon un mode de réalisation particulier, le boítier présente une forme prismatique avec deux faces principales planes et des faces latérales planes de faible hauteur sur lesquelles sont situés les raccords d'alimentation électrique de la résistance chauffante, le raccord d'alimentation en eau et un couvercle amovible pour l'introduction ou le retrait de l'ensemble des premier, deuxième et troisième plateaux.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
  • la figure 1 est une vue en coupe selon la ligne I-I de la figure 2, d'un exemple de générateur de vapeur à plateau selon l'invention,
  • la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne ll-ll de la figure 1,
  • la figure 3 est une vue de dessus d'un étrier coopérant avec les plateaux évaporateurs selon un mode de réalisation de l'invention,
  • la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 1, d'un module évaporateur incorporé dans le générateur de vapeur de la figure 1,
  • la figure 5 est une vue de dessus d'un exemple de plateaux évaporateurs superposés selon l'invention et destinés à recevoir entre eux un plateau chauffant,
  • la figure 6 est une vue d'une face latérale du boítier d'un exemple de générateur de vapeur selon l'invention, la face présentant une ouverture d'introduction d'un module évaporateur, et
  • la figure 7 est une vue de détail montrant un exemple d'injecteur d'eau pouvant être utilisé dans un générateur de vapeur selon l'invention.
Si l'on se réfère essentiellement aux figures 1, 2 et 4, on voit un exemple de générateur de vapeur à plateau à évaporation directe conforme à l'invention comprenant un boítier extérieur 110 à l'intérieur duquel est placé, sans contact direct avec ce boítier 110, un ensemble modulaire d'évaporation comprenant essentiellement un plateau central ou corps de chauffe 30 pris en sandwich entre deux plateaux évaporateurs 10, 20. L'ensemble modulaire 10, 20, 30 est isolé du boítier 110 par un garnissage d'un matériau poreux isolant thermique 90, tel que de la laine de roche qui empêche la chaleur de rayonner vers le boítier 110.
La plateau central 30 peut être réalisé par exemple sous la forme d'un disque présentant deux faces principales 31, 32 qui peuvent être planes, comme représenté sur les dessins, pour augmenter la compacité, mais pouvant aussi le cas échéant être légèrement bombées en présentant une forme sphérique ou conique de manière à accroítre la surface d'échange. Le plateau central 30 fixe est équipé d'une résistance électrique 60 intégrée par surmoulage. La résistance électrique 60 possède des extrémités de connexion 61, 62 qui traversent le matériau poreux 90 et des tronçons 117, 116 de paroi latérale du boítier 110 en étant isolé du boítier 110 par exemple par des tubes en silicone 63, 64 qui contribuent à assurer non seulement une isolation électrique mais surtout une étanchéité empêchant que la vapeur s'échappe du boítier 110 au niveau de ces connexions électriques 61, 62, ou vienne en contact avec les broches de connexion.
De l'eau E sous pression, peut être injectée au centre du plateau central 30 par un injecteur 80 qui comprend un élément formant raccord disposé à l'extérieur du boítier 110, au niveau d'une face latérale 117, et comprenant un corps 81 et un raccord proprement dit 82. L'injecteur proprement dit, dont un exemple de réalisation est illustré sur la figure 7, comprend un corps 85 muni d'une collerette 85a, prolongé d'un côté par une partie tubulaire filetée 84 destinée à venir se fixer dans le corps 81 du raccord, et de l'autre côté par une partie tubulaire filetée 86 qui vient se visser dans le plateau central 30 et est prolongée par un canal 87 qui est ménagé dans ce plateau central 30 et débouche dans un orifice central 88 coopérant avec des chambrages 88a, 88b permettant une injection d'eau sous pression de part et d'autre du plateau central 30 (voir figures 1 et 2). Un joint d'étanchéité 83 jouant également le rôle d'isolateur, qui peut être par exemple en PTFE, assure une isolation de l'injecteur 80 par rapport au boítier 110 et empêche les fuites de vapeur au niveau de l'orifice de passage de l'injecteur 80 à travers le boítier 110.
L'injecteur 80 permet de positionner le plateau central 30 par rapport au boítier 110 sans qu'il y ait d'autre contact entre ces deux éléments que le joint d'étanchéité 83 ou les tubes isolants 63, 64 disposés autour des connexions électriques 61, 62 de la résistance 60.
Selon un aspect important de la présente invention, des plateaux évaporateurs mobiles 10, 20 sont disposés de part et d'autre du plateau central 30 et sont maintenus appliqués contre les deux faces principales 31, 32 du plateau central 30 par l'action de ressorts tels que 71, 72, contre la pression de l'eau injectée par l'orifice 88 et les chambrages 88a, 88b au niveau des interfaces entre le plateau central chauffant 30 et les plateaux évaporateurs 10, 20. Les faces des plateaux évaporateurs 10, 20 tournées vers le plateau central 30 présentent des formes géométriques complémentaires de celles des faces principales 31, 32 du plateau central, c'est-à-dire sont planes si les faces principales 31, 32 sont planes, et concaves si les faces principales 31, 32 sont convexes, de manière à assurer un écoulement laminaire de l'eau dans les interfaces entre les plateaux 10, 30 et 20, 30. La présence de plateaux évaporateurs 10, 20 prenant en sandwich le plateau central chauffant 30 permet d'utiliser au maximum l'énergie calorifique fournie par le plateau central 30 en utilisant toute cette énergie calorifique pour effectuer une évaporation primaire de l'eau injectée au centre du générateur de vapeur et en évitant que le plateau central 30 rayonne vers le boítier 110. La présence du garnissage 90 en matériau poreux et l'absence de contact entre d'une part les plateaux évaporateurs 10, 20 et leurs moyens élastiques de rappel 71, 72 et d'autre part le boítier 110, permet d'accroítre la quantité de vapeur produite avec une puissance réduite par exemple de l'ordre de 2 kW qui est adaptée à des appareils à usage domestique.
D'une manière générale, le boítier 110, qui est sans contact direct avec le module évaporateur constitué des trois plateaux 10, 20, 30, n'est pas soumis à une température excessive et peut être réalisé en un matériau économique, tel qu'une matière métallique comme l'aluminium ou une matière plastique moulée. La sécurité du fonctionnement du générateur de vapeur peut ainsi être améliorée tandis que le coût de fabrication est réduit. Les plateaux évaporateurs 10, 20 peuvent être réalisés par exemple en aluminium.
Par ailleurs, l'eau injectée au centre du générateur de vapeur à travers l'orifice 88 se répartit sur chaque face principale du plateau central 30, de telle sorte que la quantité d'eau à évaporer sur chaque face n'est pas excessive, ce qui limite les risques de présence d'eau résiduelle dans la vapeur produite. De plus, l'éventuelle eau résiduelle, apparaissant par exemple en fin d'utilisation lorsque la température du corps chauffant 30 diminue, se trouve piégée par le matériau poreux 90 qui absorbe par capillarité l'eau non évaporée et sert ainsi de filtre ne laissant passer que la vapeur, de sorte que même en fin d'utilisation, le générateur de vapeur peut produire de la vapeur non saturée exempte de gouttelettes d'eau. Par ailleurs, les gouttelettes d'eau piégées dans le matériau poreux 90 finissent également par être vaporisées au sein de ce matériau poreux 90 dont la température est intermédiaire entre celle du module évaporateur 10, 20, 30 et celle du boítier 110.
Avantageusement, un thermostat 89 est disposé sur la pièce d'amenée d'eau 80 isolée thermiquement du boítier 110. Le thermostat 89 peut ainsi être disposé par exemple sur le corps métallique 81 du raccord 81, 82 dans lequel est vissé le corps d'injecteur 85. Le thermostat 89 commande l'alimentation de la résistance 60 dès que de l'eau est injectée, de sorte que la mise en route du chauffage du plateau central 30 s'effectue de façon anticipée, ce qui augmente la quantité de vapeur produite. Au cours du fonctionnement du générateur de vapeur, le thermostat 89 reste sensible, par l'intermédiaire de l'injecteur métallique 80, aux variations de température du plateau central 30, et peut ainsi commander une régulation de l'alimentation de la résistance 60 pour maintenir une production de chaleur suffisante au niveau du plateau chauffant 30.
Le boítier 110 comprend deux faces principales 111, 112 avantageusement planes. La face 111 peut servir de face inférieure constituant la base du générateur tandis que la face supérieure 112 est munie d'un ou plusieurs orifices 91 de sortie de vapeur. Le boítier 110 peut présenter par exemple une forme prismatique avec des faces latérales planes 113 et 118 de faible hauteur sur certaines desquelles (faces 116 et 117 par exemple) sont situés les raccords 61, 62 d'alimentation électrique de la résistance chauffante 60 et le raccord 81, 82 d'alimentation en eau. Dans l'exemple de réalisation représenté sur le dessin, une des faces latérales planes (face 115) présente une ouverture 122 obturée par un couvercle 119 fixé par exemple par des vis engagées dans des écrous 121 solidaires du pourtour de la face 115. L'ouverture 122 permet l'insertion et le retrait de l'ensemble amovible constitué des plateaux 10, 20, 30 et de l'injecteur 80, ainsi que l'introduction ou l'échange du matériau poreux 90. Un joint d'étanchéité plan, simple à agencer et de relativement faible longueur, est interposé entre le couvercle plan 119 et le pourtour de la face plane 115 autour de l'ouverture 122. D'autres modes de réalisation sans amovibilité du module évaporateur sont possibles comme cela sera explicite plus loin.
Selon un aspect important de l'invention, les plateaux évaporateurs mobiles 10, 20 qui enserrent le plateau chauffant central 30 fixe sont maintenus appliqués contre les faces principales 31, 32 du plateau central contre l'effort exercé par l'eau sous pression introduite par l'orifice 88, sous l'action d'au moins deux ressorts 71, 72 qui agissent directement entre les deux plateaux évaporateurs 10, 20, de manière à provoquer un écrasement des gouttelettes d'eau en écoulement laminaire au niveau des interfaces entre les plateaux 30, 10 et 30, 20 et ainsi provoquer une évaporation primaire réduisant les risques de caléfaction.
Le fait que les plateaux évaporateurs 10, 20 soient pressés contre le plateau chauffant central 30 sans qu'aucun ressort prenne appui sur le boítier extérieur 110 facilite la fabrication et évite des ponts thermiques entre le module évaporateur central 10, 20, 30 et le boítier 110, de sorte que l'isolation thermique par le garnissage en matériau poreux 90 peut être pleinement efficace.
Selon un mode particulier de réalisation, illustré sur les figures 1 à 5, le plateau central 30 est réalisé sous la forme d'un disque circulaire dont la partie périphérique s'inscrit dans un carré. Les plateaux évaporateurs 10, 20 sont réalisés sous la forme de plaques dont le contour polygonal s'inscrit également dans le même carré. Chaque plateau évaporateur 10, 20 présente ainsi essentiellement la forme d'une plaque carrée munie de deux pans coupés importants 11, 12 respectivement 21, 22 au voisinage de deux angles situés selon une diagonale du carré. Les deux autres angles de chaque plaque carrée 10, 20 peuvent le cas échéant présenter également un petit pan coupé 17, 18 respectivement 27, 28 mais définissent essentiellement deux oreilles 13, 14 respectivement 23, 24 percées d'un orifice 15, 16 respectivement 25, 26. Les plaques formant les plateaux évaporateurs 10, 20 sont identiques mais sont superposées avec un décalage de 90 ° de telle sorte que les grands pans coupés 11, 12 respectivement 21, 22 d'un plateau 10 respectivement 20 soient situés au voisinage des oreilles 23, 24 respectivement 13, 14 de l'autre plateau 20 respectivement 10.
Un étrier 40, respectivement 50 est disposé à l'extérieur de chacun des plateaux évaporateurs 10, 20 de manière à former des brides coopérant avec les oreilles 23, 24 respectivement 13, 14 de l'autre plateau évaporateur 20, 10. Les étriers 40, 50 sont ainsi disposés selon les deux diagonales du carré dans lequel s'inscrivent les plateaux évaporateurs 10, 20.
On a représenté sur les figures 3 et 4 plus particulièrement l'étrier 40 comportant une branche principale 41 plaquée sur le plateau évaporateur 10, deux portions 42, 44 rabattues à 90° et deux pattes d'extrémité formant brides 43, 45 percées d'orifices 46, 47 qui viennent se superposer aux oreilles 23, 24 formant brides du plateau évaporateur 20. Des ressorts de rappel 71, 72 coopérant avec des systèmes vis-écrou 73, 74 respectivement 75, 76, maintiennent serrées les brides 43, 45 de l'étrier 40 contre les oreilles 23, 24 du plateau 20 de sorte que les deux plateaux 10, 20 sont maintenus assemblés contre le plateau central 30. L'étrier 50 est réalisé d'une manière identique à l'étrier 40. Dans l'exemple représenté, quatre ressorts de rappel 71, 72 sont ainsi disposés au voisinage des oreilles 13, 14 et 23, 24 des plateaux évaporateurs 10, 20 au voisinage des quatre angles du carré délimitant le module évaporateur 10, 20, 30, et à l'extérieur du plateau central 30 inscrit dans ledit carré. Les systèmes de ressort 71, 72 sont essentiellement situés dans l'épaisseur du module évaporateur 10, 20, 30 (figure 4) et permettent ainsi de réaliser un générateur de vapeur très compact. La force de placage des plateaux 10, 20 sur le corps de chauffe 30 peut être par exemple de l'ordre de 20 à 30kg. Le nombre de ressorts peut naturellement varier selon les modes de réalisation. En général, un nombre de ressorts compris entre 2 et 4 s'avère satisfaisant.
A titre d'exemple, l'épaisseur du module évaporateur 10, 20, 30 peut être comprise entre environ 20 et 40 mm et l'épaisseur du boítier comprise entre 40 et 60 mm. Le diamètre du plateau central chauffant 30 est adapté aux besoins. A titre d'exemple, un générateur de vapeur domestique selon l'invention peut comprendre un plateau central 30 de 160 mm de diamètre et 12 mm d'épaisseur et des plateaux évaporateurs 10, 20 du type décrit précédemment, inscrits dans un carré de 160 mm de côté et présentant chacun une épaisseur de l'ordre de 6 mm. Dans ce cas, le boítier extérieur 110 peut présenter des faces principales 111, 112 inscrites dans un rectangle de par exemple 200 x 225 mm.
Dans la version représentée sur les figures 1, 2 et 6, la bride plane 115 de la face latérale du boítier 110 définissant l'ouverture 122 et recevant le couvercle 119 est munie d'un joint d'étanchéité plat. Ce joint de forme simple et de longueur réduite est situé dans une zone du boítier extérieur peu soumise aux chocs thermiques, ce qui améliore la sécurité. Les seuls autres organes d'étanchéité du générateur sont constitués par le joint 83 situé au niveau de l'injecteur d'eau 80 et les moyens isolants tels que des tubes en silicone 63, 64 situés au niveau des broches de connexion 61, 62 de la résistance électrique 60. La réalisation d'ensemble est donc très simple.
Naturellement diverses modifications et adjonctions peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits.
Ainsi, les étriers 40, 50 pourraient être intégrés aux plateaux 10, 20 respectivement. Dans ce cas, les brides telles que 43, 45 de l'étrier 40 et les portions 42, 44 seraient formées d'une seule pièce avec le plateau évaporateur 10, et les parties correspondantes de l'étrier 50 seraient formées d'une seule pièce avec le plateau 20.
La forme des plateaux évaporateurs 10, 20 et celle du plateau chauffant 30 peuvent également être différentes de celles décrites précédemment. Toutefois un plateau chauffant 30 en forme de galette circulaire et des plateaux évaporateurs 10, 20 recouvrant l'ensemble du plateau chauffant 30 et ne se prolongeant au-delà que pour former des brides de fixation des ressorts 71, 72, à l'extérieur du plateau chauffant 30 et selon l'épaisseur du module évaporateur 10, 20, 30, permet de disposer d'une excellente compacité tout en éloignant les systèmes de ressort de rappel 71, 72 à la fois du boítier extérieur 110 et du plateau chauffant 30.
Par ailleurs, le générateur de vapeur selon l'invention se prête bien à une réalisation en série avec un boítier 110 pouvant être réalisé en matière plastique.
Dans ce cas, le boítier 110 peut être entièrement scellé par soudage ou collage par exemple, après l'introduction du module évaporateur 10, 20, 30 et du matériau poreux 90, ce qui confère une étanchéité maximale tout en facilitant la fabrication à moindre coût.
La réalisation d'un boítier extérieur 110 en matière plastique moulée permet de réaliser de façon simple un appareil fiable et peu coûteux dont les formes peuvent être très diverses et peuvent en particulier être essentiellement arrondies. Le nombre de parties à assembler peut être très réduit notamment dans le cas où le boítier 110 est par exemple réalisé en deux parties scellées exemptes de vis, lorsque l'injecteur 80 comprend un corps 84, 85 qui n'est pas vissé dans le plateau chauffant 30, par une partie tubulaire filetée 86 mais est formé d'une seule pièce avec ce plateau 30, et lorsque les brides de fixation des ressorts 71, 72 sont formées d'une seule pièce avec les plateaux évaporateurs 10, 20.

Claims (10)

  1. Générateur de vapeur à plateau à évaporation directe comprenant un boítier (110) à l'intérieur duquel sont disposés au moins un premier plateau (30) équipé d'une résistance électrique de chauffage (60) et un deuxième plateau (10) maintenu appliqué contre une première face principale (31) du premier plateau (30) par des moyens de rappel élastique (71, 72), des moyens (80) étant prévus pour introduire de l'eau sous pression au centre du générateur de vapeur dans l'interface entre les premier et deuxième plateaux (30, 10), et au moins un orifice (91) de sortie de vapeur étant ménagé dans le boítier (110),
    caractérisé en ce qu'il comprend un troisième plateau (20) maintenu appliqué contre une deuxième face principale (32) du premier plateau (30) par lesdits moyens de rappel élastique (71, 72), qui interagissent entre les deuxième et troisième plateaux (10, 20) entre lesquels le premier plateau (30) est pris en sandwich pour constituer un système mécaniquement refermé sur lui-même et en ce que les moyens (80) d'introduction d'eau sous pression débouchent également dans l'interface entre les premier et troisième plateaux (30, 20).
  2. Générateur de vapeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble des premier, deuxième et troisième plateaux (30, 10, 20) est isolé thermiquement du boítier (110) par un matériau poreux isolant de garnissage (90) qui est perméable à la vapeur tout en constituant un piège pour l'eau résiduelle.
  3. Générateur de vapeur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les deuxième et troisième plateaux (10, 20) sont maintenus plaqués contre le premier plateau chauffant (10) par des systèmes de brides (40, 50) coopérant avec lesdits moyens de rappel élastique (71, 72).
  4. Générateur de vapeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier plateau chauffant (30) présente essentiellement la forme d'un disque, et en ce que les deuxième et troisième plateaux (10, 20) présentent des formes géométriques qui s'étendent légèrement au-delà du plateau chauffant (30) pour former au moins une partie des systèmes de brides (40, 50).
  5. Générateur de vapeur selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que les systèmes de brides (40,50) comprennent des premier et deuxième étriers situés à l'extérieur des deuxième et troisième plateaux (10,20).
  6. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens d'introduction en eau sous pression (80) comprennent un raccord extérieur (81, 82) dans lequel est fixé un injecteur (84, 85, 86) qui est disposé essentiellement à l'intérieur du boítier (110), traverse la paroi de celui-ci par un orifice isolé thermiquement par un joint (83) et, est fixé dans le premier plateau (30) pour être en communication par un conduit (87) avec un orifice central (88) d'application d'eau sous pression dans les interfaces entre le premier plateau (30) et respectivement les deuxième et troisième plateaux (10, 20).
  7. Générateur de vapeur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un thermostat (89) de commande de la résistance (60) de chauffage du premier plateau (30) est disposé sur le corps (81) dudit raccord extérieur (81, 82) d'alimentation en eau.
  8. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'ensemble des premier, deuxième et troisième plateaux (30, 10, 20) équipé de la résistance chauffante (60) et d'un injecteur (84, 85, 86) d'alimentation en eau constitue un ensemble modulaire amovible par rapport au boítier (110).
  9. Générateur de vapeur selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'injecteur (84, 85, 86) d'alimentation en eau joue le rôle de positionneur de l'ensemble modulaire amovible par rapport au boítier.
  10. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le boítier (110) présente une forme prismatique avec deux faces principales planes (111, 112) et des faces latérales planes de faible hauteur (113 à 118) sur lesquelles sont situés les raccords d'alimentation électrique de la résistance chauffante (60), le raccord (81, 82) d'alimentation en eau et un couvercle amovible (119) pour l'introduction ou le retrait de l'ensemble des premier, deuxième et troisième plateaux (30, 10, 20).
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