FR2731772A1 - Dispositif et procede d'evaporation de liquides dans un echangeur de chaleur chauffe electriquement - Google Patents
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Abstract
Dispositif d'évaporation de liquides dans un échangeur de chaleur chauffé électriquement, dans lequel la paroi de l'échangeur de chaleur (1) est constituée dans un matériau conduisant l'électricité et est reliée à une source de courant électrique (3) pour un chauffage direct. Application au chauffage rapide de liquides destinés à être transformés en vapeur.
Description
L'invention concerne un dispositif et un procédé d'évaporation de liquides
dans un échangeur de chaleur
chauffé électriquement.
Un dispositif de ce type est décrit dans le document US-2 086 140. Le dispositif connu sert à faire évaporer des anesthésiques, et est constitué essentiellement d'un tube auquel on a donné une forme hélicoïdale, qui est entouré d'un dispositif de chauffage
régulé en température.
Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre dans un dispositif de production de brouillard selon le principe de l'évaporateur. Ce type de brouillard est utilisé, par exemple, pour rendre visibles les déplacements d'air, de gaz ou de vapeurs, et est également
employé dans le domaine du cinéma et des arts scéniques.
Les liquides destinés à être transformés en vapeur sont
habituellement constitués d'un mélange d'alcools et d'eau.
Ce mélange est poussé, au moyen d'une pompe, à travers un
échangeur de chaleur tempéré entre 250 et 340 C.
Par condensation, les gaz qui s'échappent forment
du brouillard.
Les échangeurs de chaleur classiques sont
construits de la façon suivante.
Au moyen d'un chauffage ohmique (cartouche chauffante, corps chauffant tubulaire), une masse accumulatrice thermique (fer, aluminium, cuivre), dans laquelle ou sur laquelle se trouvent les canaux conduisant les liquides destinés à être transformés en vapeur, est chauffée. Les échangeurs de chaleur sont maintenus en permanence à la température d'évaporation, ce qui exige un apport continuel de chaleur. Pour réduire ces pertes de chaleur, les échangeurs de chaleur sont isolés à l'aide de
matériau isolant (laine minérale, laine de céramique).
Globalement parlant, le rapport entre la capacité thermique et la puissance de chauffage est élevé, ce qui donne des temps de chauffage allant de cinq à vingt minutes. L'encombrement d'un échangeur de chaleur isolé thermiquement est situé entre 800 millilitres et plusieurs litres. Il pèse entre 400 grammes et plusieurs kilogrammes. L'invention a pour but de proposer un dispositif et un procédé d'évaporation de liquides permettant un chauffage rapide des liquides destinés à être transformés
en vapeur.
A cet effet, dans le dispositif suivant l'invention, la paroi de l'échangeur de chaleur est constituée dans un matériau conduisant l'électricité et est reliée à une source de courant électrique pour un
chauffage direct.
En outre, le courant de chauffage est réglé en fonction de la température actuelle de l'échangeur de température. Suivant une autre caractéristique de l'invention, au moins une section de l'échangeur de chaleur est conformée en résistance de chauffage présentant de faibles coefficients de température et sert directement de résistance de mesure pour la température de l'échangeur de chaleur. Avantageusement, entre l'échangeur de chaleur et la source de courant, est située une résistance de mesure ainsi qu'un système électronique d'évaluation, monté en parallèle, et en ce que la sortie du système électronique d'évaluation est montée directement sur la source de courant. En outre, l'échangeur de chaleur se présente sous la forme d'un tube rond d'un diamètre intérieur situé entre 0,3 et 1 millimètre, présentant une épaisseur de paroi de 0,1 à 0,3 millimètre et une longueur de 120 à
1000 millimètres.
Suivant un mode de mise en oeuvre du procédé d'évaporation, la température actuelle de l'échangeur de chaleur est détectée par sections, grâce à une mesure de la résistance électronique, et en ce que le courant de chauffage est également régulé par sections, en fonction
de la résistance électrique mesurée.
L'avantage essentiel apporté par l'invention réside dans le fait qu'on dispose d'un dispositif compact pour l'évaporation de liquides, permettant un chauffage rapide immédiatement pour l'utilisation, ce qui signifie que le rapport entre la capacité thermique du dispositif et sa puissance de chauffage est faible. Il est ainsi possible d'atteindre la température d'évaporation en très peu de temps et il est ainsi possible de ne chauffer l'échangeur de chaleur que pendant le processus de nébulisation. Ceci représente un avantage pour une utilisation mobile, c'est-à-dire pour un fonctionnement autonome. La construction compacte permet une économie considérable en poids et en volume, de telle sorte qu'il est possible d'envisager de nouvelles possibilités d'utilisation dans le domaine de la miniaturisation de machines de nébulisation et dans celui de leur mise en place directe dans des champs d'essai ou dans des lieux
d'utilisation difficiles d'accès.
L'idée qui est au coeur de l'invention est le chauffage électrique direct de l'échangeur de chaleur; selon un mode de réalisation préféré, l'échangeur de chaleur lui-même sert de capteur de mesure pour sa température et, en fonction de signaux de mesure appropriés et à l'aide d'un système électronique d'évaluation adapté, on assiste à une régulation extrêmement rapide de la température de chauffage et/ou du courant de chauffage. Ceci est particulièrement souhaitable pour l'évaporation de fluides à nébuliser, car celle-ci s'opère dans une plage de températures relativement étroite: si la température est trop basse, le fluide à nébuliser ressort sous forme liquide ou seulement partiellement évaporée. Si la température est trop élevée, les composants du fluide sont détruits thermiquement, et on peut se trouver par conséquent en présence de produits dangereux pour la santé. On utilise généralement des capteurs de température qui, en fonction de leur type et de leur taille, ne suivent la température à mesurer qu'après un temps de réaction correspondant, et qui possèdent eux- mêmes une capacité thermique supplémentaire. Grâce à l'invention, chaque modification de la température est détectée comme modification de la résistance, sans délai, et il n'y a plus besoin de masses à chauffer de façon supplémentaire, se présentant sous la
forme de capteurs.
Deux exemples d'exécution de l'invention sont
représentés sur les deux figures du dessin.
La figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif selon l'invention et la figure 2 représente une variante de l'invention. Dans la structure 10 de la figure 1, le fluide à nébuliser est introduit, par l'ouverture d'introduction 2, dans le sens de la flèche, dans un tube métallique 1 à parois fines, par exemple au moyen d'une pompe à piston appartenant à un réservoir. Cependant, il est possible d'envisager d'autres formes de transport, par exemple en utilisant de l'air comprimé ou la gravité. Le matériau constituant le tube est, de préférence, de l'acier spécial, mais il est possible d'utiliser d'autres
matériaux conduisant l'électricité.
Le courant délivré par la source de courant 3 chauffe le tube métallique 1, le fluide à nébuliser évaporé sortant par l'ouverture 4 forme, après condensation, un nuage de brouillard 5. L'écoulement à travers le tube métallique 1 à parois fines et à travers la résistance de mesure 6 entraîne, au niveau de la résistance de mesure 6, une chute de tension qui est mesurée dans un système électronique de mesure 7 et qui
sert à commander la source de courant 3.
En fonction du coefficient de température du matériau constituant le tube, il est possible d'associer, à chaque chute de tension au niveau de la résistance de mesure 6, une certaine température du tube 1. Le système électronique de réglage 7 peut ainsi régler le courant passant à travers le tube métallique 1 sur une valeur qui est nécessaire pour atteindre une température souhaitée pour l'évaporation du fluide à nébuliser. Conformément à la construction illustrée à la figure 1, il est également envisageable de partager le tube métallique 1 en zones régulées de façon séparée. Dans ce cas, on peut disposer d'un chauffage plus régulier sur la longueur, car des sections du tube 1 sont, chacune, chauffées
électriquement, mesurées et régulées.
Le tube métallique 1 présente un diamètre intérieur situé entre 0,3 et 1 millimètre, une épaisseur de paroi située entre 0,1 et 0,3 millimètres et une
longueur allant de 120 à 1000 millimètres.
La variante 20 illustrée à la figure 2 représente la construction d'une section de tube 8 servant de résistance de chauffage 8 présentant un coefficient de température très réduit, constituée par exemple en constantan. Ceci présente l'avantage que la section de tube 8 marquée peut être utilisée directement comme résistance de mesure. Ceci a pour conséquence que la chaleur de déperdition au niveau de la résistance de mesure peut être utilisée pour chauffer le fluide et que la tension de mesure sélectionnée peut être relativement élevée, ce qui simplifie et optimise le circuit d'évaluation.
Claims (6)
1. Dispositif d'évaporation de liquides dans un échangeur de chaleur chauffé électriquement, caractérisé en ce que la paroi de l'échangeur de chaleur (1) est constituée dans un matériau conduisant l'électricité et est reliée à une source de courant électrique (3) pour un
chauffage direct.
2. Dispositif d'évaporation de liquides selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une section (8) de l'échangeur de chaleur (1) est conformée en résistance de chauffage présentant de faibles coefficients de température et sert directement de résistance de mesure
pour la température de l'échangeur de chaleur (1).
3. Dispositif d'évaporation de liquides selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'entre l'échangeur de chaleur (1) et la source de courant (3), est située une résistance de mesure (6) ainsi qu'un système électronique d'évaluation (7), monté en parallèle, et en ce que la sortie du système électronique d'évaluation (7) est montée
directement sur la source de courant (3).
4. Dispositif d'évaporation de liquides selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (1) se présente sous la forme d'un tube rond d'un diamètre intérieur situé entre 0,3 et 1 millimètre, présentant une épaisseur de paroi de 0,1 à 0,3 millimètre
et une longueur de 120 à 1000 millimètres.
5. Procédé d'évaporation de liquides au moyen d'un
dispositif selon les revendications 1 à 4, caractérisé en
ce que le courant de chauffage est réglé en fonction de la
température actuelle de l'échangeur de température (1).
6. Procédé d'évaporation de liquides selon la revendication 5, caractérisé en ce que la température actuelle de l'échangeur de chaleur (1) est détectée par sections, grâce à une mesure de la résistance électronique, et en ce que le courant de chauffage est également régulé par sections, en fonction de la
résistance électrique mesurée.
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