EP2457629B1 - Dispositif d'évaporation comprenant une pompe capillaire - Google Patents

Dispositif d'évaporation comprenant une pompe capillaire Download PDF

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EP2457629B1
EP2457629B1 EP11188935.8A EP11188935A EP2457629B1 EP 2457629 B1 EP2457629 B1 EP 2457629B1 EP 11188935 A EP11188935 A EP 11188935A EP 2457629 B1 EP2457629 B1 EP 2457629B1
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EP
European Patent Office
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liquid
capillary
wetting
vaporized
porous
Prior art date
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EP11188935.8A
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German (de)
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EP2457629A1 (fr
Inventor
Jean-Maxime Roux
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01B—BOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
    • B01B1/00—Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
    • B01B1/005—Evaporation for physical or chemical purposes; Evaporation apparatus therefor, e.g. evaporation of liquids for gas phase reactions

Definitions

  • the present invention relates to an evaporation device comprising an improved capillary pump for the production of steam for a variety of applications and, more particularly, a device for the vaporization of a liquid, comprising a reservoir capable of containing a liquid to vaporizing, a heating element capable of heating liquid in order to vaporize it, and a capillary pump capable of pumping liquid contained in said reservoir towards said heating element by capillary pumping.
  • International demand WO 2005/049185 describes such a vaporization device comprising a capillary pump for producing and emitting pressurized and non-pressurized steam from a liquid to be vaporized.
  • international demand WO 2005/049185 discloses a device using a capillary pump having for capillary pumping a wetting porous medium for passively pumping a liquid to be vaporized from a reservoir to a heating or heated element.
  • this device comprises a liquid inlet to vaporize, a porous vaporization element and an element for thermal transfer.
  • an insulating element such as an insulating element, an element for preheating the liquid to be sprayed, a liquid supply tank and / or a supply system, an integrated or associated heating element, a storage chamber for steam, a heat distributor, an orifice and / or a steam emission element, can also be associated or integrated with this device.
  • the vaporization devices comprising a capillary pump according to the prior art have numerous drawbacks.
  • the capillary pumping carried out by the capillary pump provided in the device according to the international application WO 2005/049185 is independent of the orientation of said device, a leak will take place and the liquid contained in the tank will flow in the case where the device is used upside down, that is to say with the supply tank in liquid flipped over the capillary pump.
  • Such leakage will occur because the wetting porous medium performing said capillary pump may limit flow rate, but it can not stop it.
  • the purpose of the present invention is therefore to overcome these disadvantages by providing a device for the vaporization of a liquid comprising a capillary pump capable of operating without leakage regardless of the orientation of the pump while consuming a minimum electrical power during its operation.
  • the document DE 198 60 227 discloses a fuel cell micro-pump for supplying a fluid (2) from a reservoir (1) to a utilization zone (4) connected by a capillary conduit (5) formed by a beam hollow fibers.
  • the document US 6,347,936 discloses a vaporization module using a porous element having a low thermal conductivity and a small, substantially uniform pore size.
  • a substantially vapor impermeable barrier facilitates the build-up and pressurization of vapor that is released from the module as a pressurized steam jet.
  • the devices for vaporizing a liquid according to the present invention are provided for the emission of vapor produced from a liquid to be vaporized.
  • a liquid to be vaporized generally having a first temperature and being provided in a low pressure liquid supply tank, is sucked by a capillary pump through capillary forces.
  • the liquid thus sucked is transported to an area of the device serving as a vaporizer.
  • This zone is provided with a capillary barrier, impervious to the liquid and permeable to vapor, thus defining a liquid / vapor or liquid / gas interface.
  • the liquid migrating to this interface is heated to a second temperature, higher than the first temperature and vaporizes.
  • the capillary barrier impervious to liquid and permeable to the vapor allows the expulsion of the latter from the device.
  • the devices for vaporizing a liquid to be vaporized comprise a reservoir capable of containing a liquid to be vaporized, a heating element capable of heating liquid in order to vaporize it, a capillary pump capable of pumping liquid. contained in said reservoir to said heating element by capillary pumping, and a capillary barrier disposed in a direction of capillary pumping of the liquid to be vaporized downstream of the capillary pump, said capillary barrier being able to prevent non-vaporized liquid from escaping of the device.
  • the present invention thus makes it possible to propose compact devices, allowing a strong integration, and preventing leakage of liquid regardless of the orientation of the devices when in use.
  • said capillary barrier comprises at least one non-wetting porous component.
  • the at least one non-wetting porous component is preferably impervious to said vapor permeable liquid generated from said liquid to be vaporized.
  • a desired seal of the devices according to the present invention can be achieved by using a simple and inexpensive component.
  • Said at least one non-wetting porous component preferably comprises a membrane of polymeric material.
  • said at least one non-wetting porous component is comparatively little heat conductor required for the vaporization of said liquid to be vaporized.
  • said at least one porous non-wetting component is adapted to withstand temperatures higher than the vaporization temperature of the liquid, for example 100 ° C for water at atmospheric pressure, and / or comprises a thermally insulating material.
  • the present invention thus provides the capillary barrier close to the heating element, allowing a strong integration of the device for the vaporization of a liquid to vaporize and the provision of a compact device, resistant and solid.
  • Said capillary barrier is preferably arranged in a removable manner.
  • the capillary barrier can be exchanged or cleaned easily and quickly thus allowing improved healthiness of the device.
  • the capillary barrier may be located inside the system. analysis and in contact with the air to be treated, while being exchangeable between two successive analyzes thanks to its removability.
  • the risk of a contamination of the analysis system that could distort the results obtained can easily and effectively be ruled out.
  • said reservoir, said capillary pump and said capillary barrier are provided in the form of stacked disks.
  • at least said capillary pump may be provided in cylindrical form and said capillary barrier in annular form, said capillary barrier surrounding said capillary pump at least partially.
  • Said tank, said capillary pump and said capillary barrier are preferably arranged in an external support.
  • Said outer support preferably comprises glass, ceramic and / or plastic adapted to withstand the heat required for the vaporization of said liquid to be vaporized.
  • such materials have a low thermal conductivity, which minimizes thermal energy losses: the energy consumption of the device is then minimized.
  • an inexpensive external support can be proposed, adapted to maintain the constituent components of the device for the vaporization of a liquid to be vaporized according to the present invention in a predefined structure in a safe and solid manner.
  • said heating element comprises at least one stainless material.
  • said heating element is disposed in a capillary pumping direction of said liquid to be vaporized between said capillary pump and said capillary barrier.
  • said heating element may be disposed in a capillary pumping direction of said liquid to be vaporized downstream of said capillary barrier.
  • the present invention thus provides a reliable heating element at a location of the device for the vaporization of a liquid to vaporize, in the vicinity of which the vaporization of the liquid will take place.
  • the heat required for the vaporization can be produced exactly at the point of vaporization, thus allowing a minimized consumption of electrical power by the heating element and, therefore, by the device during its operation.
  • Said heating element is preferably provided in the form of an electrically conductive grid.
  • said capillary pump comprises at least one porous wetting component permeable to said liquid to be vaporized.
  • the porosity of said at least one non-wetting porous component may be greater than the porosity of said at least one porous wetting component. This allows easy evacuation of steam. But the porosity of said at least one non-wetting porous component may also be lower than the porosity of said at least one porous wetting component. This will be particularly the case if it is desired that the non-wetting porous component constitutes a barrier preventing pollution of the device by the external environment, for example a bacteriological pollution.
  • the at least one porous wetting component may be provided with a porosity gradient, or comprise at least a first porous component and a second porous component, the porosity of said first porous component being greater than the porosity of said second porous component. It is known that a decreasing porosity gradient, obtained by a reduction of the pore diameters, according to the pumping direction of the liquid, increases the pumping pressure.
  • devices for spraying a liquid spray according to the present invention can vaporize any type of liquid, provided that it can be vaporized under appropriate conditions, for example a required heat of vaporization and an associated boiling point.
  • Sprayable liquids may include water, ethanol, perfume compounds, crop treatments, insect repellants and / or attractants, antiseptics, inhalants, and other medical compositions, as well as other liquids for which the Spraying is desirable and / or necessary in order, for example, to accurately measure a vapor such as in a process of producing or depositing a chemical vapor.
  • the advantages of using devices for spraying a liquid spray according to the present invention for vaporizing liquids are that the steam can be produced from the top to the bottom of the device and driven by the airflow.
  • the reservoir containing the liquid can be located above an associated evaporation zone, so that the hydrostatic pressure is substituted for the mechanical pumps and pressurization systems.
  • the wetting porous components provide uniform supply of the heating element if the device is inclined.
  • the outer body of the device is of simple geometry so that it is easy to clean.
  • An exemplary embodiment and application of a device for vaporizing a liquid to be vaporized according to the present invention as described above is a counter and / or collector of particles included in a gas to be treated, such as air, for example a meter and / or particle collector by semi-wet electrostatic collection.
  • a gas to be treated such as air
  • the air to be treated is sometimes enriched, or even saturated, with steam so as to cause a magnification of the particles by nucleation, either for meters for counting by optical means, or for collectors for collection purposes.
  • the present invention can be integrated in such devices and improve them by its advantages on the devices of the state of the prior art.
  • An electrostatic collecting device is for example described in the application WO 2007/012447 .
  • the generator The steam according to the invention can be used as a means for producing steam from such an electrostatic collector.
  • the use of the device for the vaporization of a liquid to be sprayed according to the present invention for the production of a counter and / or particle collector has only been described for illustration without limiting the device to such use.
  • a use of the device in many different applications is conceivable, such as for example a use for the production of an apparatus for treatment of the respiratory tract with humidified air.
  • the figure 1 shows a counter and / or particle collector by semi-wet electrostatic collection 150 comprising a device for the vaporization of a liquid spray 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • An exemplary configuration of a counter and / or particle collector by semi-wet electrostatic collection is described in the international application WO 2007/012447 , the content of which is explicitly referred to and considered to be an integral part of this application.
  • the meter and / or collector 150 is different from the meter and / or collector of the international application WO 2007/012447 essentially by the constitution of its device for the vaporization of a liquid spray 100. Thus, thereafter only the device 100 is described in greater detail, for the sake of brevity and simplicity of the description.
  • the device for vaporizing a liquid to be vaporized 100 comprises, by way of example, a configuration in the form of stacked disks. During operation of the device 100, a liquid is sucked by one or more capillary pumping layers and then vaporized. The vapor produced is expelled or emitted under pressurized or essentially non-pressurized conditions and can be used directly.
  • the device 100 is hereinafter also designated as "evaporation device".
  • the evaporation device 100 comprises for the illustration a reservoir 101 capable of containing a liquid to be vaporized 111, a heating element 105 capable of heating liquid in order to vaporize it, a capillary pump 110 capable of pumping liquid contained in the reservoir 101 to the heating element 105 by capillary pumping, and a capillary barrier 106 disposed in a capillary pumping direction 102 of the liquid to be vaporized 111 downstream of the capillary pump 110.
  • the capillary barrier 106 is capable of preventing non-vaporized liquid from escaping from the device 100 and preferably comprises at least one non-wetting porous component 116.
  • the capillary pump 110 is permeable to the liquid to be vaporized 111 and has at least one wetting porous component 103, 104.
  • the pore diameter of this wetting porous component 103, 104 may be larger than the pore diameter of the non-wetting porous component.
  • the capillary pump 110 comprises a first porous component 103 and a second porous component 104.
  • the porosity of the first porous component 103 is greater than the porosity of the second porous component 104.
  • the pores of the second Wet porous component 104 is preferably much smaller than that of the first wetting porous component 103.
  • the first porous wetting component 103 is preferably thick with respect to the second wetting porous component 104 to provide good thermal insulation between the heating element 105. and the reservoir 101 of the liquid to be vaporized 111.
  • the pumping function of the liquid 111 can be ensured by capillarity p provided that the capillaries or pores of the porous wetting components 103, 104 are of a sufficiently small diameter, preferably less than a millimeter, of a few tenths of a micron to a few hundred microns.
  • the first wetting porous component 103 is provided with a porosity of a few tens of microns or even hundreds of microns and the second porous wetting component 104 is provided with a porosity of a few tenths of a micron to a few microns.
  • the second wetting porous component 104 is purely optional.
  • the evaporation device 100 can therefore be produced according to an embodiment of the present invention without the second wetting porous component 104.
  • the first wetting porous component 103 constitutes, for example, in itself only the capillary pump 110 according to the invention. the present invention and is then preferably provided with a porosity gradient.
  • the first wetting porous component 103 and the second wetting porous component 104 provide a capillary pumping of the spraying liquid 111 from the reservoir 101.
  • a liquid path is established in the direction of the arrow 102, and a heat circulation path is established in the zone comprising the heating element 105.
  • the evaporation device 100 operates passively with respect to capillary pumping and without any leakage regardless of its orientation in use.
  • a wetting porous medium can not stop the flow of a liquid.
  • the evaporation device 100 is turned over, the liquid reservoir 101 then being above the wetting porous components 103, 104, the tank 101 would be emptied drop by drop.
  • the wetting porous components 103, 104 would only serve to limit the flow rate by introducing a high pressure drop.
  • the evaporation device 100 according to the present invention comprises the non-wetting porous component 116.
  • This non-wetting porous component 116 is impervious to said vapor-permeable liquid 111 generated from said liquid to be vaporized. 111. In this configuration, a liquid / vapor or liquid / air interface is blocked at the interface between the two wetting porous media 103, 104 and non-wetting 116.
  • a material is said to be "wetting" when a drop placed on it leads to a contact angle of the triple line less than 90 ° according to a commonly accepted definition.
  • a wetting and porous material is permeable to a liquid, for example the spraying liquid 111.
  • the term “hydrophilic” is reserved for wetting materials with respect to water.
  • a material is said to be “non-wetting” when a drop placed on it leads to a contact angle of the triple line greater than 90 °.
  • a non-wetting material is generally impermeable (or poorly permeable) to a liquid, for example the spraying liquid 111, and may be vapor permeable if porous.
  • hydrophobic is reserved for non-wetting materials with respect to water.
  • the non-wetting porous component 116 comprises a membrane made of a polymer material, such as, for example, Teflon.
  • the non-wetting porous component 116 is comparatively little heat conductor required for the vaporization of said liquid spray 111 and adapted to withstand the vaporization temperatures, for example 100 ° C for water.
  • the non-wetting porous component 116 may comprise a thermally insulating material.
  • the heating element 105 Located between the first wetting porous component 103 and the nonwetting porous component 116, the heating element 105 directly heats the liquid / vapor or liquid / air interface.
  • the liquid / vapor interface is not necessarily located at the level of the heating element, but can move in the porous medium 103, 104 to the tank 101.
  • the heating element 105 located at this interface or in the immediate vicinity of this interface, can vaporize the pumped liquid to this interface.
  • This heating element 105 is advantageously a grid, electrically conductive and preferably made of a stainless material.
  • the heating element 105 may be provided with and electrically connected to a power source (not shown).
  • the heating element 105 may for example consist of a grid consisting of stainless steel son diameter 100 microns, the distance between each wire being of the order of magnitude of the diameter, powered by a voltage of a few volts.
  • a heating element that can be heated by electrical energy can be used to provide the heating element 105 to provide the thermal energy required for vaporization.
  • Heating elements based on electrical resistors or having a thermistor or other resistive heating material suitable and suitable for heating, when traversed by an electric current, may be used.
  • the resistive heating material may be designed as a wire, a porous material, a perforated plate or a disc, or may be deposited as a thin or thick film.
  • it is incorporated so that the vapor permeability at the vapor emission surface of the vaporizer component, i.e., non-wetting porous component 116, is substantially maintained.
  • the heat can be applied directly to the surface of the non-wetting porous component 116 by means of a resistive heating material in direct contact with or deposited directly on the porous non-wetting component 116.
  • the constituent components of the evaporation device 100 described above are sufficiently aligned to produce and maintain the liquid flow pathways so that liquid and vapor can travel in or on associated surfaces of different components by capillary pumping.
  • the various wetting porous components 103, 104 constituting the pump are in contact with each other, and are also in contact with the tank 101. In some embodiments, each of the surfaces of the various components comes into close contact with one another. adjacent surface substantially without gaps or voids.
  • the relative thickness, or the volume, of the different components depends on the function that the component provides and the application for capillary pumping.
  • the components constituting the evaporation device 100 according to the present invention described above may be selected from different materials.
  • the wetting porous components 103, 104 are preferably made using materials with low heat conductivity such as, for example, a glass sinter, glass beads, glass fibers, sintered or porous stainless steel.
  • Other exemplary porous materials that may be used include porous ceramic, such as alumina grinding material (as provided, for example, by Abrasives Unlimited Inc., San Leandro, Calif.).
  • Other types of absorbents and / or porous materials including cotton, fiberglass (such as EI Dupont de Nemours & Co., Nomextm, Wilmington, Delaware) and the like, known to those skilled in the art, can alternatively be used. These materials have a maximum thermal conductivity of about 0.03 to 3 W / m-K.
  • the figure 2 shows a sectional view of a second embodiment of the invention of an evaporation device 200.
  • the evaporation device 200 is essentially identical to that described in FIG. figure 1 and comprises a reservoir 201 capable of containing a vaporizing liquid 211, a capillary pump 210 having a first porous wetting component 203 and a second wetting porous component 204, a heating element 206 and a capillary barrier 205 having a porous non-wetting component 215.
  • a capillary pumping associated up to the capillary barrier 205 is designated by an arrow 202.
  • the difference between the device 200 and the device 100 of the figure 1 consists in arranging the non-wetting porous component 215 below the heating element 206.
  • the non-wetting porous component 215 is positioned just above the second wetting porous component 204 and between the latter and the element heating 206.
  • the arrangement according to the figure 2 allows the heating element 206 to be used to mechanically maintain the various layers of the evaporation device 200 in the form of disks, established by the various constituent components of the device 200, between them.
  • the heating element 206 mechanically holds the reservoir 201, the first wetting porous component 203, the second wetting porous component 204 and the non-wetting porous component 205.
  • the figure 3 shows a sectional view of an evaporation device 300 according to a third embodiment of the present invention.
  • the device 300 consists of an assembly of materials in the form of stacked disks, as illustrated in FIG. figure 1 , and comprises for example a reservoir 301 capable of containing a liquid to vaporize 311.
  • the reservoir 301 is arranged adjacent to a capillary pump 310 having a first wetting and thermally insulating porous medium 304 itself arranged by adjacent to a second wetting and thermally insulating porous medium 305.
  • the capillary pump 310 is arranged below a heating element 307 which is covered by a non-wetting porous component 316 forming a capillary barrier 306. Pumping associated capillary to the capillary barrier 306 is designated by an arrow 302.
  • the assembly is held by a support 308.
  • the latter comprises an annular upper support 309 (illustrated in FIG. figure 3 on the right and left sides of the device 300 above the porous non-wetting component 316) and an annular lower support 303 (illustrated at the bottom of the figure 3 between the reservoir 301 and the first wetting porous component 304).
  • the figure 4 shows a sectional view of an evaporation device 400 according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the device 400 consists of an assembly of materials and components in a cylindrical geometry and comprises by way of example a reservoir 401 capable of containing a liquid to be sprayed 411, a capillary pump 410 with a first wetting and thermally insulating porous component 403 and a second wetting and thermally insulating porous component 407, a heating element 408 and a capillary barrier 409, which includes, by way of example, a non-wetting porous component 419.
  • Associated capillary pumping to the capillary barrier 409 is designated by arrows 402 and 406.
  • the first wetting porous component 403 has a cylindrical shape and is held with the cylindrical reservoir 401 by an annular support 404, and a disc-shaped support 405.
  • the reservoir 401 is held by the support 404, which has an annular configuration and illustratively surrounds the end of the reservoir 401.
  • the first wetting porous component 403 is covered by the disc-shaped support 405.
  • first wetting porous component 403 is surrounded by the second wetting porous component 407 having as an example a tube shape and also held by the support 404, 405.
  • the second wetting porous component 407 is surrounded by the element 408, provided in the form of a spiral and which can serve to maintain the arrangement of the figure 4 in a cylindrical geometry.
  • the heating element 408 is surrounded by the non-wetting porous component 419 in the form of a tube.
  • the figure 5 shows a sectional view of a particle analysis system 550 having an evaporation device 500 according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the device 500 consists of an assembly of materials in the form of stacked disks, as illustrated in FIG. figure 3 but in comparison with it, turned upside down.
  • the device 500 comprises, by way of example, a tank 501 capable of containing a liquid to be vaporized 521, the tank 501 being arranged in the figure 5 above a first wetting and thermally insulating porous component 504, which is itself arranged in the figure 5 on top of a second porous wetting and thermally insulating component 505.
  • the two wetting porous components 504, 505 provide for illustration a capillary pump 520, arranged in the figure 5 above a heating element 506 preferably provided in the form of a grid.
  • first annular lower support 509 and a second annular lower support 507 in the form of a flange illustrated in FIG. figure 5 on the right and left sides of the device 500 below the heating element 506)
  • annular medium support 503 illustrated in the middle of the figure 5 between the reservoir 501 and the first wetting porous component 504
  • annular upper support 512 having an orifice 511 and being placed or fixed on the device 500 as a cover.
  • the second symmetrical lower support 507 is provided to hold the reservoir 501, the first and second wetting porous components 504, 505 and the heating element 506 in the form of stacked disks, as illustrated in FIG. figure 3 . Between this second symmetrical lower support 507 and the first symmetrical lower support 509 is provided a removable non-wetting porous component 518 producing a capillary barrier 508.
  • a capillary pumping associated up to the capillary barrier 508 is designated by an arrow 502.
  • the first symmetrical lower support 509 is removable and allows quick and easy replacement and / or cleaning of the removable non-wetting porous component 518, while the other components are maintained during these replacement operations and / or cleaning the component 518 by the second symmetrical lower support 507.
  • the non-wetting porous component 518 is located inside the analysis system 550 is in contact with the air to be treated.
  • the porous non-wetting component 518 is changeable and / or cleanable between two analyzes.
  • the invention may for example be achieved by stacking various components, described above with reference to the figure 1 in a support that is both thermally and electrically insulating and capable of withstanding a temperature of use greater than 100 ° C.
  • a support comprising polycarbonate can be made, resistant to operating temperatures up to approximately 130 ° C max.
  • the first wetting porous component 103 consists of a 1 mm thick glass sinter and a porosity of about 100 to 200 ⁇ m.
  • the second wetting porous component 104 consists of a 260 ⁇ m thick fiberglass filtration membrane having a filtration threshold of 1.6 ⁇ m.
  • the heating element 105 is a wire cloth made of stainless steel wires 97 ⁇ m in diameter, and spaced a distance close to this diameter. These stainless steel son are traversed by an electric current and thus constitute the heating element 105.
  • the porous non-wetting component 116 consists of a teflon filtration membrane having a filtration threshold of 20pm.
  • the membranes used may be, for example, commercially available filters. Their diameters are commonly 25, 47 or 90 mm. The diameter of the evaporation devices is generally between 3 and 20 cm, and their height is between 2 and 20 cm.

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Description

    DISPOSITIF D'ÉVAPORATION
  • La présente invention concerne un dispositif d'évaporation comportant une pompe capillaire améliorée pour la production de vapeur destinée à une variété d'applications et, plus particulièrement, un dispositif pour la vaporisation d'un liquide, comportant un réservoir susceptible de contenir un liquide à vaporiser, un élément chauffant susceptible de chauffer du liquide afin de le vaporiser, et une pompe capillaire susceptible de pomper du liquide contenu dans ledit réservoir vers ledit élément chauffant par pompage capillaire.
    • DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR
  • La demande internationale WO 2005/049185 décrit un tel dispositif de vaporisation comportant une pompe capillaire destinée à la production et l'émission de vapeur pressurisée et non pressurisée à partir d'un liquide à vaporiser. Plus particulièrement, la demande internationale WO 2005/049185 décrit un dispositif utilisant une pompe capillaire ayant pour le pompage capillaire un milieu poreux mouillant permettant de pomper de façon passive un liquide à vaporiser depuis un réservoir jusqu'à un élément chauffant ou chauffé. Dans sa forme la plus simple, ce dispositif comporte une entrée de liquide à vaporiser, un élément de vaporisation poreux et un élément pour le transfert thermique.
  • D'autres éléments tels qu'un élément isolant, un élément permettant le préchauffage du liquide à vaporiser, un réservoir d'alimentation en liquide et/ou un système d'alimentation, un élément chauffant intégré ou associé, une chambre d'accumulation de vapeur, un répartiteur de chaleur, un orifice et/ou un élément d'émission de vapeur, peuvent aussi être associés ou intégrés à ce dispositif.
  • Néanmoins les dispositifs de vaporisation comportant une pompe capillaire selon l'art antérieur présentent de nombreux inconvénients. Par exemple, même si le pompage capillaire effectué par la pompe capillaire prévu dans le dispositif selon la demande internationale WO 2005/049185 est indépendant de l'orientation dudit dispositif, une fuite aura lieu et le liquide contenu dans le réservoir s'écoulera dans le cas où le dispositif est utilisé à l'envers, c'est-à-dire avec le réservoir d'alimentation en liquide retourné au-dessus de la pompe capillaire. Une telle fuite aura lieu car le milieu poreux mouillant réalisant ladite pompe capillaire peut limiter le débit de l'écoulement, mais il ne peut pas l'arrêter.
  • Le but de la présente invention est donc de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif pour la vaporisation d'un liquide comportant une pompe capillaire susceptible de fonctionner sans fuite quelque soit l'orientation de la pompe tout en consommant une puissance électrique minimisée lors de son fonctionnement.
  • Le document DE 198 60 227 décrit une micro-pompe à pile à combustible pour l'alimentation d'un fluide (2) à partir d'un réservoir (1) vers une zone d'utilisation (4) reliés par un conduit capillaire (5) formé par un faisceau de fibres creuses.
  • Le document US 6 347 936 décrit un module de vaporisation utilisant un élément poreux ayant une conductivité thermique faible et une petite taille sensiblement uniforme des pores. Une barrière sensiblement imperméable à la vapeur facilite l'accumulation et la mise en pression de la vapeur qui est libérée à partir du module sous forme de jet de vapeur sous pression.
    • RÉSUMÉ DE L'INVENTION
  • Les dispositifs pour la vaporisation d'un liquide selon la présente invention sont prévus pour l'émission de vapeur produite à partir d'un liquide à vaporiser. Lors du fonctionnement d'un tel dispositif, un liquide à vaporiser, ayant généralement une première température et étant prévu dans un réservoir d'alimentation en liquide de basse pression, est aspiré par une pompe capillaire par le biais de forces capillaires. Le liquide ainsi aspiré est transporté vers une zone du dispositif servant de vaporisateur. Cette zone est pourvue d'une barrière capillaire, imperméable au liquide et perméable à la vapeur, définissant alors une interface liquide/vapeur ou liquide/gaz. Le liquide migrant vers cette interface est chauffé à une deuxième température, plus élevée que la première température et se vaporise. La barrière capillaire imperméable au liquide et perméable à la vapeur permet l'expulsion de cette dernière du dispositif.
  • Plus particulièrement, les dispositifs pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon la présente invention comportent un réservoir susceptible de contenir un liquide à vaporiser, un élément chauffant susceptible de chauffer du liquide afin de le vaporiser, une pompe capillaire susceptible de pomper du liquide contenu dans ledit réservoir vers ledit élément chauffant par pompage capillaire, et une barrière capillaire disposée selon une direction de pompage capillaire du liquide à vaporiser en aval de la pompe capillaire, ladite barrière capillaire étant susceptible d'empêcher du liquide non vaporisé de s'échapper du dispositif.
  • La présente invention permet ainsi de proposer des dispositifs compacts, permettant une forte intégration, et empêchant toute fuite de liquide indépendamment de l'orientation des dispositifs lors de leur utilisation.
  • Selon un mode d'exécution, ladite barrière capillaire comporte au moins un composant poreux non mouillant. Ledit au moins un composant poreux non mouillant est préférablement imperméable au dit liquide à vaporiser et perméable à la vapeur générée à partir dudit liquide à vaporiser.
  • Ainsi, une étanchéité désirée des dispositifs selon la présente invention peut être obtenue en utilisant un composant simple et peu onéreux.
  • Ledit au moins un composant poreux non mouillant comporte préférablement une membrane en matériau polymère.
  • Ainsi, un composant poreux non mouillant robuste et fiable peut être proposé.
  • Selon un mode d'exécution, ledit au moins un composant poreux non mouillant est comparativement peu conducteur de chaleur requise pour la vaporisation dudit liquide à vaporiser. De préférence, ledit au moins un composant poreux non mouillant est adapté à résister aux températures supérieures à la température de vaporisation du liquide , par exemple 100°C pour l'eau à la pression atmosphérique, et/ou comporte un matériau thermiquement isolant.
  • La présente invention permet ainsi de disposer la barrière capillaire proche de l'élément chauffant, permettant alors une forte intégration du dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser et la mise à disposition d'un dispositif compact, résistant et solide.
  • Ladite barrière capillaire est préférablement disposée de manière amovible.
  • Ainsi, la barrière capillaire peut être échangée ou nettoyée facilement et rapidement permettant alors une salubrité améliorée du dispositif. Plus en détail, lors d'une utilisation du dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon la présente invention par exemple dans un système d'analyse d'air, la barrière capillaire peut être située à l'intérieur du système d'analyse et au contact de l'air à traiter, tout en étant échangeable entre deux analyses successives grâce à son amovibilité. Ainsi, le risque d'une contamination du système d'analyse qui pourrait fausser des résultats obtenus peut facilement et efficacement être écarté.
  • Selon un mode d'exécution, ledit réservoir, ladite pompe capillaire et ladite barrière capillaire sont prévus sous forme de disques empilés. Alternativement, au moins ladite pompe capillaire peut être prévue sous forme cylindrique et ladite barrière capillaire sous forme annulaire, ladite barrière capillaire entourant ladite pompe capillaire au moins partiellement.
  • Ainsi, un dispositif compact et rigide pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser peut être obtenu.
  • Ledit réservoir, ladite pompe capillaire et ladite barrière capillaire sont préférablement disposés dans un support extérieur. Ledit support extérieur comporte préférablement du verre, de la céramique et/ou du plastique adaptés à résister à la chaleur requise pour la vaporisation dudit liquide à vaporiser. De plus, de tels matériaux présentent une conductivité thermique faible, ce qui minimise les pertes d'énergie thermiques: on minimise alors la consommation énergétique du dispositif.
  • Ainsi, un support extérieur peu coûteux peut être proposé, adapté à maintenir les composants constitutifs du dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon la présente invention dans une structure prédéfinie de manière sûre et solide.
  • Selon un mode d'exécution, ledit élément chauffant comporte au moins un matériau inoxydable. De préférence, ledit élément chauffant est disposé dans une direction de pompage capillaire dudit liquide à vaporiser entre ladite pompe capillaire et ladite barrière capillaire. Alternativement, ledit élément chauffant peut être disposé dans une direction de pompage capillaire dudit liquide à vaporiser en aval de ladite barrière capillaire.
  • La présente invention permet ainsi de disposer un élément chauffant fiable à un endroit du dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser, au voisinage duquel la vaporisation du liquide aura lieu. Ainsi, la chaleur requise pour la vaporisation peut être produite exactement à l'endroit de la vaporisation, permettant alors une consommation minimisée en puissance électrique par l'élément chauffant et, donc, par le dispositif lors de son fonctionnement.
  • Ledit élément chauffant est préférablement prévu sous forme d'une grille électriquement conductrice.
  • Ainsi, un élément chauffant simple et efficace peut être réalisé.
  • Selon un mode d'exécution, ladite pompe capillaire comporte au moins un composant poreux mouillant perméable au dit liquide à vaporiser. La porosité dudit au moins un composant poreux non mouillant peut être plus grande que la porosité dudit au moins un composant poreux mouillant. Cela permet une évacuation facilitée de la vapeur. Mais la porosité dudit au moins un composant poreux non mouillant peut aussi être plus faible que la porosité dudit au moins un composant poreux mouillant. Cela sera notamment le cas si on souhaite que le composant poreux non mouillant constitue une barrière prévenant une pollution du dispositif par l'environnement extérieur, par exemple une pollution bactériologique.
  • Ainsi, une pompe capillaire fonctionnelle et fiable peut être proposée.
  • Ledit au moins un composant poreux mouillant peut être pourvu d'un gradient de porosité, ou comporte au moins un premier composant poreux et un second composant poreux, la porosité dudit premier composant poreux étant plus grande que la porosité dudit second composant poreux. On sait qu'un gradient de porosité décroissant, obtenu par une réduction des diamètres des pores, selon la direction de pompage du liquide, augmente la pression de pompage.
  • Ainsi, un composant poreux mouillant simple, robuste et efficace peut être réalisé.
  • Il est à noter que les dispositifs pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon la présente invention peuvent vaporiser n'importe quel type de liquide, pourvu qu'il puisse être vaporisé dans des conditions appropriées, par exemple une chaleur de vaporisation requise et un point d'ébullition associé. Des liquides à vaporiser peuvent comprendre l'eau, l'éthanol, des composés de parfum, des traitements de récolte, des produits répulsifs et/ou attractants d'insectes, des antiseptiques, des inhalants et autres compositions médicales, ainsi que d'autres liquides pour lesquels la vaporisation est désirable et/ou nécessaire afin de permettre par exemple de doser précisément une vapeur telle que dans un processus de production ou de dépôt d'une vapeur chimique. Les avantages d'une utilisation des dispositifs pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon la présente invention pour vaporiser des liquides, sont que la vapeur peut être produite du haut vers le bas du dispositif et entraînée par l'écoulement d'air. Ainsi, le réservoir contenant le liquide peut être situé au-dessus d'une zone d'évaporation associée, si bien que la pression hydrostatique se substitue aux pompes mécaniques et systèmes de pressurisation. De plus, les composants poreux mouillants assurent l'alimentation uniforme de l'élément chauffant si le dispositif est incliné. Finalement, le corps externe du dispositif est d'une géométrie simple si bien qu'il est facile à nettoyer.
  • Un exemple de réalisation et d'application d'un dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon la présente invention tel que décrit ci-dessus est un compteur et/ou collecteur de particules comprises dans un gaz à traiter, tel que l'air, par exemple un compteur et/ou collecteur de particules par collection électrostatique semi-humide. Dans de tels compteurs et/ou collecteurs, l'air à traiter est parfois enrichi, voire même saturé, en vapeur de façon à provoquer un grossissement des particules par nucléation, soit pour des compteurs à des fins de comptage via des moyens optiques, soit pour des collecteurs à des fins de collecte. La présente invention peut être intégrée dans de tels appareils et les améliorerait par ses avantages sur les appareils de l'état de l'art antérieur. Un dispositif collecteur électrostatique est par exemple décrit dans la demande WO 2007/012447 . Le générateur de vapeur selon l'invention peut être utilisé en tant que moyen de production de vapeur d'un tel collecteur électrostatique.
  • Par exemple, un collecteur de particules semi-humide requiert l'enrichissement de l'air en vapeur d'eau pour:
    • faire grossir des particules à collecter et ainsi faciliter leur collecte dans un champ électrique intense,
    • former un film liquide sur une paroi, qui s'écoule par gravité et entraîne des particules à collecter vers un système d'analyse.
  • En associant un dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon la présente invention tel que décrit ci-dessus avec un tel collecteur de particules semi-humide, il serait possible d'exploiter l'écoulement de l'air pour forcer l'écoulement du film liquide sur la paroi et donc orienter le collecteur différemment. Autrement dit, au lieu d'avoir un flux d'air et de vapeur du bas vers le haut, il serait possible d'orienter les flux d'air et de vapeur du haut vers le bas en utilisant un dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon la présente invention.
  • Il est néanmoins à noter, que l'utilisation du dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon la présente invention pour la réalisation d'un compteur et/ou collecteur de particules a seulement été décrit pour l'illustration sans vouloir restreindre le dispositif à une telle utilisation. Au contraire, une utilisation du dispositif dans de nombreuses différentes applications est envisageable, telle que par exemple une utilisation pour la réalisation d'un appareil de traitement des voies respiratoires par de l'air humidifié.
    • DESCRIPTION BRÈVE DES FIGURES
    • La figure 1 est un diagramme schématique en vue de côté illustrant un compteur et/ou collecteur de particules par collection électrostatique semi-humide comportant un dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon un mode de réalisation de la présente invention.
    • La figure 2 est un diagramme schématique en vue de côté illustrant un dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser comportant une pompe capillaire selon un autre mode de réalisation de la présente invention.
    • La figure 3 est un diagramme schématique en vue de côté illustrant un dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser comportant une pompe capillaire selon encore un autre mode de réalisation de la présente invention avec un assemblage de composants sous forme de disques.
    • La figure 4 est un diagramme schématique en vue de côté illustrant un dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser comportant une pompe capillaire selon encore un autre mode de réalisation de la présente invention avec un assemblage de composants ayant une géométrie cylindrique.
    • La figure 5 est un diagramme schématique en vue de côté illustrant un système d'analyse de particules comportant un dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon la présente invention.
    DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
  • La figure 1 montre un compteur et/ou collecteur de particules par collection électrostatique semi-humide 150 comportant un dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser 100 selon un premier mode d'exécution de la présente invention. Une configuration exemplaire d'un compteur et/ou collecteur de particules par collection électrostatique semi-humide est décrite dans la demande internationale WO 2007/012447 , le contenu de laquelle est explicitement référé et considéré comme faisant intégralement partie de la présente demande. Le compteur et/ou collecteur 150 se différencie du compteur et/ou collecteur de la demande internationale WO 2007/012447 essentiellement par la constitution de son dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser 100. Ainsi, par la suite seul le dispositif 100 est décrit en plus grand détail, par souci de brièveté et simplicité de la description.
  • Le dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser 100 comporte à titre d'exemple une configuration sous forme de disques empilés. Lors du fonctionnement du dispositif 100, un liquide est aspiré par une ou plusieurs couches à pompage capillaire et ensuite vaporisé. La vapeur produite est expulsée ou émise dans des conditions pressurisées ou essentiellement non pressurisées et peut être utilisée directement. Pour la simplicité de la description ci-après, le dispositif 100 est par la suite aussi désigné comme « dispositif d'évaporation ».
  • Le dispositif d'évaporation 100 comporte pour l'illustration un réservoir 101 susceptible de contenir un liquide à vaporiser 111, un élément chauffant 105 susceptible de chauffer du liquide afin de le vaporiser, une pompe capillaire 110 susceptible de pomper du liquide contenu dans le réservoir 101 vers l'élément chauffant 105 par pompage capillaire, et une barrière capillaire 106 disposée dans une direction 102 de pompage capillaire du liquide à vaporiser 111 en aval de la pompe capillaire 110. Selon l'invention, la barrière capillaire 106 est susceptible d'empêcher du liquide non vaporisé de s'échapper du dispositif 100 et comporte préférablement au moins un composant poreux non mouillant 116.
  • La pompe capillaire 110 est perméable au liquide à vaporiser 111 et comporte au moins un composant poreux mouillant 103, 104. Le diamètre des pores de ce composant poreux mouillant 103, 104 peut être plus grand que le diamètre des pores du composant poreux non mouillant 116. A titre d'exemple, la pompe capillaire 110 comporte un premier composant poreux 103 et un second composant poreux 104. La porosité du premier composant poreux 103 est plus grande que la porosité du second composant poreux 104. Autrement dit, les pores du second composant poreux mouillant 104 sont préférablement bien plus petits que ceux du premier composant poreux mouillant 103. De plus, le premier composant poreux mouillant 103 est préférablement épais par rapport au second composant poreux mouillant 104 pour assurer une bonne isolation thermique entre l'élément chauffant 105 et le réservoir 101 du liquide à vaporiser 111. La fonction de pompage du liquide 111 peut être assurée par capillarité pourvu que les capillaires ou pores des composants poreux mouillants 103, 104 soient d'un diamètre suffisamment petit, préférablement inférieur au millimètre, de quelques dixièmes de micron à quelques centaines de microns. Ainsi, dans un mode d'exécution préféré de l'invention, le premier composant poreux mouillant 103 est pourvu d'une porosité de quelques dizaines de microns voire centaines de microns et le second composant poreux mouillant 104 est pourvu d'une porosité de quelques dixièmes de micron à quelques microns.
  • Il est néanmoins à noter que le second composant poreux mouillant 104 est purement optionnel. Le dispositif d'évaporation 100 peut donc être réalisé selon un mode d'exécution de la présente invention sans le second composant poreux mouillant 104. Dans ce cas, le premier composant poreux mouillant 103 constitue par exemple en lui seul la pompe capillaire 110 selon la présente invention et est alors, préférablement, pourvu d'un gradient de porosité.
  • Lors du fonctionnement du dispositif d'évaporation 100, le premier composant poreux mouillant 103 et le second composant poreux mouillant 104 assurent un pompage capillaire du liquide à vaporiser 111 depuis le réservoir 101. Une voie liquide est établie dans la direction de la flèche 102, et une voie de circulation de chaleur est établie dans la zone comportant l'élément chauffant 105.
  • Comme il a été précisé auparavant, un des avantages du dispositif d'évaporation 100 est qu'il fonctionne de façon passive en ce qui concerne le pompage capillaire et sans fuite quelconque indépendamment de son orientation lors de l'utilisation. Cependant, comme il a été mentionné plus haut, un milieu poreux mouillant ne peut arrêter l'écoulement d'un liquide. Dans la situation où le dispositif d'évaporation 100 est retourné, le réservoir de liquide 101 se trouvant alors au-dessus des composants poreux mouillants 103, 104, le réservoir 101 se viderait goutte à goutte. Dans une telle situation, les composants poreux mouillants 103, 104 ne serviraient qu'à limiter le débit d'écoulement en introduisant une forte perte de charge. Pour pallier à ce problème, le dispositif d'évaporation 100 selon la présente invention comporte le composant poreux non mouillant 116. Ce composant poreux non mouillant 116 est imperméable au dit liquide à vaporiser 111 et perméable à la vapeur générée à partir dudit liquide à vaporiser 111. Dans cette configuration, une interface liquide/vapeur ou liquide/air est bloquée à l'interface entre les deux milieux poreux mouillants 103, 104 et non mouillant 116.
  • Dans le contexte de la présente invention, un matériau est dit « mouillant » lorsqu'une goutte posée dessus conduit à un angle de contact de la ligne triple inférieur à 90° selon une définition communément admise. Ainsi, un matériau mouillant et poreux est perméable à un liquide, par exemple le liquide à vaporiser 111. Le terme « hydrophile » est réservé aux matériaux mouillants vis-à-vis de l'eau. Un matériau est dit « non mouillant » lorsqu'une goutte posée dessus conduit à un angle de contact de la ligne triple supérieur à 90°. Un matériau non mouillant est généralement imperméable (ou peu perméable) à un liquide, par exemple le liquide à vaporiser 111, et peut être perméable à la vapeur s'il est poreux. Le terme « hydrophobe » est réservé aux matériaux non mouillants vis-à-vis de l'eau.
  • Selon un mode d'exécution, le composant poreux non mouillant 116 comporte une membrane en matériau polymère, comme par exemple le téflon. De préférence, le composant poreux non mouillant 116 est comparativement peu conducteur de chaleur requise pour la vaporisation dudit liquide à vaporiser 111 et adapté à résister aux températures de vaporisation, par exemple 100°C pour de l'eau. Pour ce faire, le composant poreux non mouillant 116 peut comporter un matériau thermiquement isolant.
  • Situé entre le premier composant poreux mouillant 103 et le composant poreux non mouillant 116, l'élément chauffant 105 chauffe directement l'interface liquide/vapeur ou liquide/air. Précisons que l'interface liquide/vapeur n'est pas nécessairement située au niveau de l'élément chauffant, mais peut se déplacer, dans le milieu poreux 103, 104 vers le réservoir 101. Plus en détail, l'élément chauffant 105, situé au niveau de cette interface ou bien dans le voisinage immédiat de cette interface, permet de vaporiser le liquide pompé vers cette interface. Cet élément chauffant 105 est avantageusement une grille, électriquement conductrice et préférablement constituée d'un matériau inoxydable. L'élément chauffant 105 peut être pourvu de, et électriquement lié à, une source d'énergie (non montrée). Traversé par un courant électrique de cette source, il s'échauffe par effet Joule et chauffe l'interface liquide/vapeur ou liquide/air où il se trouve. L'énergie fournie est ainsi transmise directement et uniquement à l'endroit où elle est nécessaire. De plus, en choisissant des composants poreux 103, 104 et/ou 116 dans des matériaux faiblement conducteurs de la chaleur, les pertes d'énergie thermique sont très faibles. L'élément chauffant 105 peut par exemple être constitué d'une grille constituée de fils d'acier inoxydable de diamètre de 100 µm, la distance entre chaque fil étant de l'ordre de grandeur du diamètre, alimenté par une tension de quelques Volts.
  • Plus généralement, lorsqu'une source d'énergie électrique est disponible, un élément de chauffage pouvant être chauffé par l'énergie électrique peut être utilisé afin de réaliser l'élément chauffant 105 pour fournir l'énergie thermique requise pour la vaporisation. Les éléments de chauffage à base de résistances électriques ou comportant un thermistor ou toute autre matière résistive de chauffage appropriée et adaptée à se chauffer, lorsqu'ils sont traversés par un courant électrique, peuvent être utilisés. La matière résistive de chauffage peut être conçue comme un fil, une matière poreuse, une tôle perforée ou un disque, ou peut être déposée comme pellicule mince ou épaisse. Préférablement, elle est incorporée de façon à ce que la perméabilité par rapport à la vapeur à la surface d'émission de vapeur du composant vaporisateur, c'est-à-dire du composant poreux non mouillant 116, soit sensiblement maintenue. Alternativement, la chaleur peut être appliquée directement sur la surface du composant poreux non mouillant 116 à l'aide d'une matière résistive de chauffage, en contact direct avec ou déposée directement sur le composant poreux non mouillant 116.
  • Les composants constitutifs du dispositif d'évaporation 100 décrit ci-dessus sont suffisamment alignés pour produire et entretenir les voies d'écoulement de liquide afin que le liquide et la vapeur puissent voyager dans ou sur des surfaces associées de différents composants par pompage capillaire. Les différents composants poreux mouillants 103, 104 constituant la pompe sont en contact l'un avec l'autre, et sont également en contact avec le réservoir 101. Dans quelques modes de réalisation, chacune des surfaces des différents composants entre étroitement en contact avec une surface adjacente sensiblement sans lacunes ou vides. L'épaisseur relative, ou le volume, des différents composants dépend de la fonction que le composant fournit et de l'application pour le pompage capillaire.
  • Les composants constituant le dispositif d'évaporation 100 selon la présente invention décrits ci-dessus peuvent être choisis dans différents matériaux. Ainsi, les composants poreux mouillants 103, 104 sont de préférence réalisés en utilisant des matériaux peu conducteurs de la chaleur tels que par exemple un fritté en verre, des billes de verre, des fibres de verre, des frittés ou poreux d'acier inox. D'autres matières poreuses exemplaires qui peuvent être utilisées comprennent la céramique poreuse, telle que la matière de meule d'alumine (de la manière prévue, par exemple, par Abrasives Unlimited Inc., San Leandro, Californie). D'autres types d'absorbants et/ou matières poreuses comprenant le coton, la fibre de verre (telle que NOMEXTM d'E. I. Dupont de Nemours et Cie., Wilmington, Delaware) et semblables, connus par l'homme du métier, peuvent alternativement être utilisés. Ces matières ont une conductivité thermique maximale d'environ 0.03 à 3 W/m-K.
  • La figure 2 montre une vue en coupe d'un deuxième mode d'exécution de l'invention d'un dispositif d'évaporation 200. Le dispositif d'évaporation 200 est essentiellement identique à celui décrit dans la figure 1 et comporte un réservoir 201 susceptible de contenir un liquide à vaporiser 211, une pompe capillaire 210 ayant un premier composant poreux mouillant 203 et un second composant poreux mouillant 204, un élément chauffant 206 et une barrière capillaire 205 comportant un composant poreux non mouillant 215. Un pompage capillaire associé jusqu'à la barrière capillaire 205 est désigné par une flèche 202.
  • La différence entre le dispositif 200 et le dispositif 100 de la figure 1 consiste dans l'arrangement du composant poreux non mouillant 215 en dessous de l'élément chauffant 206. Plus en détail, le composant poreux non mouillant 215 est positionné juste au-dessus du second composant poreux mouillant 204 et entre ce dernier et l'élément chauffant 206.
  • L'arrangement selon la figure 2 permet d'utiliser l'élément chauffant 206 pour maintenir mécaniquement les différentes couches du dispositif d'évaporation 200 sous forme de disques, établies par les différents composants constitutifs du dispositif 200, entre elles. Autrement dit, dans le dispositif d'évaporation 200 l'élément chauffant 206 maintient mécaniquement le réservoir 201, le premier composant poreux mouillant 203, le second composant poreux mouillant 204 et le composant poreux non mouillant 205.
  • La figure 3 montre une vue en coupe d'un dispositif d'évaporation 300 selon un troisième mode d'exécution de la présente invention. Le dispositif 300 est constitué d'un assemblage de matériaux sous forme de disques empilés, tel qu'illustré dans la figure 1, et comporte à titre d'exemple un réservoir 301 susceptible de contenir un liquide à vaporiser 311. Le réservoir 301 est arrangé de manière adjacente par rapport à une pompe capillaire 310 ayant un premier milieu poreux mouillant et thermiquement isolant 304 lui-même arrangé de manière adjacente par rapport à un second milieu poreux mouillant et thermiquement isolant 305. La pompe capillaire 310 est arrangée en dessous d'un élément chauffant 307 qui est couvert par un composant poreux non mouillant 316 réalisant une barrière capillaire 306. Un pompage capillaire associé jusqu'à la barrière capillaire 306 est désigné par une flèche 302.
  • L'assemblage est maintenu par un support 308. Ce dernier comporte un support supérieur annulaire 309 (illustré dans la figure 3 sur les côtés droit et gauche du dispositif 300 au-dessus du composant poreux non mouillant 316) et un support inférieur annulaire 303 (illustré en bas de la figure 3 entre le réservoir 301 et le premier composant poreux mouillant 304).
  • La figure 4 montre une vue en coupe d'un dispositif d'évaporation 400 selon un quatrième mode d'exécution de la présente invention. Le dispositif 400 est constitué d'un assemblage de matériaux et composants selon une géométrie cylindrique et comporte à titre d'exemple un réservoir 401 susceptible de contenir un liquide à vaporiser 411, une pompe capillaire 410 avec un premier composant poreux mouillant et thermiquement isolant 403 et un second composant poreux mouillant et thermiquement isolant 407, un élément chauffant 408 et une barrière capillaire 409, qui comporte à titre d'exemple un composant poreux non mouillant 419. Un pompage capillaire associé jusqu'à la barrière capillaire 409 est désigné par des flèches 402 et 406.
  • Le premier composant poreux mouillant 403 a une forme cylindrique et est maintenu avec le réservoir cylindrique 401 par un support annulaire 404, et un support en forme de disque 405. Plus en détail, en bas de la figure 4, le réservoir 401 est maintenu par le support 404, qui a une configuration annulaire et entoure de manière illustrative l'extrémité du réservoir 401. En haut de la figure 4, le premier composant poreux mouillant 403 est couvert par le support en forme de disque 405.
  • De plus, le premier composant poreux mouillant 403 est entouré par le second composant poreux mouillant 407 possédant à titre d'exemple une forme de tube et également maintenu par le support 404, 405. Le second composant poreux mouillant 407 est entouré par l'élément chauffant 408, prévu sous forme de spirale et pouvant servir à maintenir l'arrangement de la figure 4 selon une géométrie cylindrique. Enfin, l'élément chauffant 408 est entouré par le composant poreux non mouillant 419 sous forme de tube.
  • La figure 5 montre une vue en coupe d'un système d'analyse de particules 550 comportant un dispositif d'évaporation 500 selon un cinquième mode d'exécution de la présente invention. Le dispositif 500 est constitué d'un assemblage de matériaux sous forme de disques empilés, tel qu'illustré dans la figure 3, mais en comparaison avec celle-ci, tourné à l'envers.
  • Le dispositif 500 comporte à titre d'exemple un réservoir 501 susceptible de contenir un liquide à vaporiser 521, le réservoir 501 étant arrangé dans la figure 5 au-dessus d'un premier composant poreux mouillant et thermiquement isolant 504, qui est lui-même arrangé dans la figure 5 au-dessus d'un second composant poreux mouillant et thermiquement isolant 505. Les deux composants poreux mouillants 504, 505 réalisent pour l'illustration une pompe capillaire 520, arrangée dans la figure 5 au-dessus d'un élément chauffant 506 de préférence prévu sous forme de grille.
  • Le réservoir 501, les premier et second composants poreux mouillants 504, 505 et l'élément chauffant 506 sont maintenus par un support 510. Ce dernier comporte un premier support inférieur annulaire 509 et un deuxième support inférieur annulaire 507 sous forme d'un rebord (illustré dans la figure 5 sur les côtés droit et gauche du dispositif 500 en dessous de l'élément chauffant 506), un support de milieu annulaire 503 (illustré au milieu de la figure 5 entre le réservoir 501 et le premier composant poreux mouillant 504) et un support supérieur annulaire 512 ayant un orifice 511 et étant posé ou fixé sur le dispositif 500 comme un couvercle.
  • Le deuxième support inférieur symétrique 507 est prévu pour maintenir le réservoir 501, les premier et second composants poreux mouillants 504, 505 et l'élément chauffant 506 sous forme de disques empilés, tel qu'illustré dans la figure 3. Entre ce deuxième support inférieur symétrique 507 et le premier support inférieur symétrique 509 est prévu un composant poreux non mouillant 518 amovible réalisant une barrière capillaire 508. Un pompage capillaire associé jusqu'à la barrière capillaire 508 est désigné par une flèche 502.
  • Selon un mode d'exécution, le premier support inférieur symétrique 509 est amovible et permet un remplacement et/ou un nettoyage facile et rapide du composant poreux non mouillant 518 amovible, tandis que les autres composants sont maintenus pendant ces opérations de remplacement et/ou nettoyage du composant 518 par le deuxième support inférieur symétrique 507. Comme déjà mentionné plus haut et comme visible dans la figure 5, le composant poreux non mouillant 518 est situé à l'intérieur du système d'analyse 550 est en contact avec l'air à traiter. Donc, pour écarter le risque d'une contamination du dispositif 500, le composant poreux non mouillant 518 est changeable et/ou nettoyable entre deux analyses.
  • La présente invention a été décrite ci-dessus en détail concernant des modes d'exécution et de réalisation spécifiques par rapport aux figures annexes. Ces modes spécifiques ne doivent pas être interprétés comme limitations de la portée de l'invention, mais en tant que modes d'exécution et de réalisation exemplaires. Il est à noter que des modifications et des substitutions peuvent être apportées aux dispositifs pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser, aussi bien qu'à des procédés de leur utilisation, sans s'écarter de la portée de l'invention.
    • EXEMPLES Description d'un mode de réalisation :
  • L'invention peut par exemple être réalisée par l'empilement de divers composants, décrits ci-dessus en faisant référence à la figure 1, dans un support à la fois thermiquement et électriquement isolant, capable de résister à une température d'utilisation supérieure à 100°C. A titre d'exemple, un support comportant du polycarbonate peut être réalisé, résistant à des températures d'utilisation jusqu'à approximativement 130°C max.
  • Dans un exemple de réalisation, le premier composant poreux mouillant 103 est constitué d'un fritté en verre d'1mm d'épaisseur et d'une porosité d'environ 100 à 200pm. Le second composant poreux mouillant 104 est constitué d'une membrane de filtration en fibre de verre épaisse de 260µm ayant un seuil de filtration de 1,6pm. L'élément chauffant 105 est une toile métallique constituée de fils en inox de 97pm de diamètre, et espacés d'une distance voisine de ce diamètre. Ces fils en inox sont parcourus par un courant électrique et constituent ainsi l'élément chauffant 105. Le composant poreux non mouillant 116 est constitué d'une membrane de filtration en téflon ayant un seuil de filtration de 20pm. Les membranes employées peuvent être par exemple des filtres disponibles dans le commerce. Leurs diamètres sont couramment de 25, 47 ou 90 mm. Le diamètre des dispositifs d'évaporation est généralement compris entre 3 et 20 cm, et leur hauteur est comprise entre 2 et 20 cm.

Claims (18)

  1. Dispositif (100) pour la vaporisation d'un liquide, ledit dispositif (100) comportant: un réservoir (101) susceptible de contenir un liquide à vaporiser (111), un élément chauffant (105) susceptible de chauffer du liquide afin de le vaporiser, et une pompe capillaire (110) susceptible de pomper du liquide contenu dans ledit réservoir (101) vers ledit élément chauffant (105) par pompage capillaire, caractérisé par une barrière capillaire (106) disposée dans une direction (102) de pompage capillaire du liquide à vaporiser (111) en aval de la pompe capillaire (110), ladite barrière capillaire (106) étant susceptible d'empêcher du liquide non vaporisé de s'échapper du dispositif (100), dans lequel ladite barrière capillaire (106) comporte au moins un composant poreux non mouillant (116).
  2. Le dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un composant poreux non mouillant (116) est imperméable au dit liquide à vaporiser (111) et perméable à la vapeur générée à partir dudit liquide à vaporiser (111).
  3. Le dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit au moins un composant poreux non mouillant (116) comporte une membrane en matériau polymère.
  4. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit au moins un composant poreux non mouillant (116) est comparativement peu conducteur de chaleur requise pour la vaporisation dudit liquide à vaporiser (111).
  5. Le dispositif selon la revendication 4, dans lequel ledit au moins un composant poreux non mouillant (116) est adapté à résister aux températures supérieures à 100°C.
  6. Le dispositif selon la revendication 4 ou 5, dans lequel ledit au moins un composant poreux non mouillant (116) comporte un matériau thermiquement isolant.
  7. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite barrière capillaire (106) est disposée de manière amovible.
  8. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit réservoir (101), ladite pompe capillaire (110) et ladite barrière capillaire (106) sont prévus sous forme de disques empilés.
  9. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel au moins ladite pompe capillaire (410) est prévue sous forme cylindrique et ladite barrière capillaire (409) est prévue sous forme annulaire, ladite barrière capillaire (409) entourant ladite pompe capillaire (410) au moins partiellement.
  10. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit réservoir (101), ladite pompe capillaire (110) et ladite barrière capillaire (106) sont disposés dans un support extérieur (308 ; 405).
  11. Le dispositif selon la revendication 10, dans lequel ledit support extérieur (308 ; 405) comporte du verre, de la céramique et/ou du plastique adaptés à résister à la chaleur requise pour la vaporisation dudit liquide à vaporiser (111).
  12. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit élément chauffant (105) comporte au moins un matériau inoxydable.
  13. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit élément chauffant (105) est disposé dans une direction (102) de pompage capillaire dudit liquide à vaporiser (111) entre ladite pompe capillaire (110) et ladite barrière capillaire (106).
  14. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel ledit élément chauffant (206) est disposé dans une direction (202) de pompage capillaire dudit liquide à vaporiser (211) en aval de ladite barrière capillaire (205).
  15. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit élément chauffant (105) est prévu sous forme d'une grille électriquement conductrice.
  16. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite pompe capillaire (110) comporte au moins un composant poreux mouillant (103, 104) perméable au dit liquide à vaporiser (111).
  17. Le dispositif selon la revendication 16, dans lequel la porosité dudit au moins un composant poreux non mouillant (116) est plus grande que la porosité dudit au moins un composant poreux mouillant (103, 104).
  18. Le dispositif selon la revendication 16 ou 17, dans lequel ledit au moins un composant poreux mouillant (103, 104) est pourvu d'un gradient de porosité, ou comporte au moins un premier composant poreux (103) et un second composant poreux (104), la porosité dudit premier composant poreux (103) étant plus grande que la porosité dudit second composant poreux (104).
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