WO1995031674A1 - Procede de vaporisation et dispositif chauffant associe - Google Patents

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WO1995031674A1
WO1995031674A1 PCT/FR1995/000656 FR9500656W WO9531674A1 WO 1995031674 A1 WO1995031674 A1 WO 1995031674A1 FR 9500656 W FR9500656 W FR 9500656W WO 9531674 A1 WO9531674 A1 WO 9531674A1
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liquid
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vaporization
flow
flow rate
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PCT/FR1995/000656
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Jacques Pistien
Jean-Louis Giazzi
Robert Desage
Philippe Deblay
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Gaz De France
Cogia
Superba
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/28—Methods of steam generation characterised by form of heating method in boilers heated electrically
    • F22B1/287—Methods of steam generation characterised by form of heating method in boilers heated electrically with water in sprays or in films
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F24F6/00—Air-humidification, e.g. cooling by humidification
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    • F24F6/04—Air-humidification, e.g. cooling by humidification by evaporation of water in the air using stationary unheated wet elements
    • F24F6/043—Air-humidification, e.g. cooling by humidification by evaporation of water in the air using stationary unheated wet elements with self-sucking action, e.g. wicks

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for vaporizing a liquid. It is known that, to vaporize a liquid, it is possible to use an electrical resistance immersed in a relatively large water depth. By this design, the heating time of the liquid necessary to vaporize it is relatively long and the vaporization yield is poor, especially in sequential regime. This is for example the case of a number of steam boilers using combustion gases.
  • At least one porous substrate that is to say with capillary property exposed to a determined ambient pressure
  • At least one energy source for heating at least one vaporization zone of said substrate located downstream of the upstream portion, and the liquid which charges it, so that at least part of this liquid is vaporized there,
  • FIG. 4 of this patent shows the advantage that there may be to use several feeding trays arranged at different elevation levels, the highest placing the substrate horizontally. Tests carried out with such a device however show that the yield remains poor, and that the quantity of liquid in the vaporization zone is quickly too low, that the time of arrival of the liquid in this vaporization zone is often too long.
  • the device of DE-C-158 050 is also bulky, not conducive to industrial achievements Today (high efficiency, compactness, low manufacturing cost for large series, reliability over time ).
  • the object of the invention is to provide a solution to many of the above-mentioned drawbacks and in particular proposes a process which can be industrially implemented under commercially attractive conditions, without exorbitant manufacturing and / or maintenance costs and also offers flexibility of use, performance and reliability adapted to current needs.
  • the solution of the invention consists in particular, for a given vaporization regime corresponding to determined energy supply conditions, in establishing in the substrate ("capillary") a liquid inlet flow rate greater than the inlet flow rate of liquid induced in the same substrate, in the position then assumed to be horizontal thereof, by the capillarity and vaporization of the liquid only, (the position of the first cited substrate not necessarily being horizontal).
  • the device of the invention provides that the means for supplying liquid to the substrate in question must include means for pressurizing the liquid in order to establish a pressure therein greater than ambient pressure.
  • FIG. 1 we have shown in FIG. 1 the manner in which we will advantageously proceed to measure the induced flow rate as indicated above, "in the same substrate, by capillarity and vaporization only (of course for the same conditions of supply of energy), in the position then assumed to be horizontal of the substrate ".
  • the knowledge, for a given time interval, of the quantity Q 2 or of the weight of liquid which has entered the substrate (and which therefore has left the container) will make it possible to have the "induced flow" of liquid entering the substrate.
  • Another solution can also consist:
  • the additional pressure can in particular be created by a pump.
  • this substrate has a porosity of between approximately 5% and 90%, and a substrate will be used comprising empty volumes of liquid retention, so that this liquid can occupy between approximately 5% and 100% of said volumes empty.
  • the use of a substrate which is almost like a thin porous film offers the advantage that the heat flux generated does not face it.
  • a characteristic of the invention also provides for increasing the flow rate range of liquid to be vaporized, by supersaturating the substrate in such a way that part of the liquid s 'flows on a free external surface thereof, being held against this substrate by interfacial tension.
  • a simple way to adjust the flow rate of liquid in the substrate is to tilt it relative to the horizontal. We can then create, as indicated above, a water column in the substrate area directly exposed to the heating flow and possibly above it, in order to take advantage of the effect of gravity. When the liquid flow rate is greater than the density of the thermal flow, the excess liquid flowing out of the lower part of the substrate can be recovered, to reinject it into its upper part.
  • Another means of supplying liquid consists in injecting it under pressure into all or part of the passage section of the substrate. It is thus possible to arrange the substrate so that it bathes at two opposite ends (between which the liquid to vaporize flows along it), in a tube where said liquid will be brought by means of forced circulation. This could also be the case, for example, if the device was operated with substrates then arranged horizontally.
  • drop-by-drop means for example taking advantage of capillary pumping by immersing an additional porous body in a suitable reservoir.
  • a spray nozzle which sends the liquid to be vaporized onto the substrate, or even immerse the porous substrate directly, at least part of which receives the flow of heating energy, in a sheet of water which can be vary the level.
  • a pump to circulate the liquid under pressure in a locally bent pipe between two of the branches of which the porous substrate has been previously disposed, so that its ends are immersed in the liquid of the tube.
  • the vaporization of the liquid contained in the substrate can be obtained in particular by all or part of the following three heat transfer modes: radiation, conduction or convection originating both from combustion gases and from an electrical source, for example, this under operating conditions which can be both at lower pressure and at pressure greater than or equal to atmospheric pressure, the vaporization of a number of different liquids, such as water, alcohol, liquid petroleum or the like being able to be considered.
  • porous substrate of the invention could be produced from cotton fibers or threads, or even mineral fibers, such as for example glass or quartz fibers, or even metallic fibers, such as for example steel wires.
  • mineral fibers such as for example glass or quartz fibers
  • metallic fibers such as for example steel wires.
  • a substrate formed like a canvas permeable flexible fibrous fabric, or a plate with a more rigid structure.
  • the device of the invention may advantageously comprise two hollow boxes delimiting between them a chimney in which the combustion products of the burner will then circulate, these boxes each containing at least one substrate.
  • FIG. 2 shows a possible structure of the substrate in accordance with the invention
  • FIG. 3 is a perspective view of an assembly for measuring the flow rate in porous substrate, as a function of the height of its supply water body
  • FIG. 4 is a diagram showing the variation of the water flow rate of a porous substrate according to the invention as a function of the height of its water level
  • FIG. 5 is a side view (arrow V) of the generator shown in partial perspective, with cutaway
  • Figure 6 Figure 7 is a diagram showing, for an installation of the type of that of Figures 5 and 6, the variation of the vaporization yield as a function of the heating power generated , this for several heights of water available and for two different thicknesses of porous substrates
  • FIG. 1 is a perspective view of an assembly for measuring the flow rate in porous substrate, as a function of the height of its supply water body
  • FIG. 4 is a diagram showing the variation of the water flow rate of a porous substrate according to the invention as a function of the height of its water level
  • FIG. 8 is a diagram showing, as a function of the power injected, the influence of the thickness of the substrate on the outlet temperature of the gases for a e installation still in accordance with that of FIGS. 5 and 6,
  • FIG. 9 is a perspective view with cutaway of a steam boiler using an electrical resistance of cartridge type
  • FIGS. 10 and 11 are sectional views (respectively according to lines XI-XI and XX) of an electric vaporization device equipped with two porous substrates bathing locally in a pipe where circulates water to vaporize injected by means of a pump
  • FIG. 12 is a partial perspective view with cutaway of the drip feed of a device according to the invention
  • FIG. 13 is also a partial perspective view with cutaway of another generator producing vapor by thermal radiation of a resistance.
  • FIG. 2 represents an example of design of a porous "film” 1 with capillary property, made of cotton, type “honeycomb” with square mesh 2 of approximately 30 to 50 mm.
  • the latter therefore has a structure integrating empty volumes for retaining the liquid to be vaporized, these volumes being here constituted by the spaces between the wires of the mesh and by the structural empty volumes of the wires themselves same.
  • the central part of the substrate 1 illustrated is a weaving of threads of different thicknesses according to the choice of the desired flow capacity. Peripherally, this substrate here consists of wicks three times thicker than those of the central part. Thus, a peripheral buffer for the reserve and diffusion of water is created towards the central parts of the mesh.
  • the choice of the permeable substrate is important. In what follows, it will be seen that its thickness will always be between approximately 0.05 mm and 5 mm, with a porosity to the liquid to be vaporized between approximately 5 and 90%.
  • FIG. 3 is an example of an experimental device for feeding by pumping a fine porous substrate in the height of a body of water.
  • This device makes it possible to adjust the flow rate of the liquid flowing through the effect of gravity right out of the feed tray. It consists of a balance 3, a container 5 for collecting the water flowing from the porous "film” 7 and a water tank 9 in which the upper part 7a of the porous substrate is immersed. To obtain a constant and free flow throughout the width of the passage section of the porous film, the film was cut at 11 at its bottom.
  • the flow measurement consists in varying the height h of the water level of the tank 9.
  • the table below indicates the characteristics of use of three thicknesses of porous substrates which may be square mesh of the type illustrated in FIG. 2.
  • Type of substrate thickness of storage capacity Density of the porous flow in cotton substrate of saturated water (g / cm2) for heating the substrate (W / cm2)
  • FIG. 4 is a diagram which indicates the flow of water flowing in a vertical porous film with small meshes (that is to say of thickness ⁇ 1 mm, for a unitary surface of mesh of the order of 0, 05 mm 2 ) depending on the height of the water body.
  • Curve (A) measures the flow of water which flows freely to the lower part of the substrate.
  • Curve (B) measures the water flow when the same porous film is immersed at its bottom in 2 cm of water.
  • Curve (C) measures the flow rate when the film is pressed against a metal wall without being immersed in its lower part.
  • the flow rate of the liquid flowing therein can be varied in a ratio of 1 to 8 depending on the curve (A), in a ratio from 1 to 5, curve (B), and close to the latter, curve (C), when the porous film is pressed against an exchange wall.
  • the steam boiler presented vaporizes water contained in porous films pressed against heat exchange walls 21.
  • the heat transfer can take place, as well from a gas train type burner, such as 19, with atmospheric air supply, or with supply air, only from one or more radiant burners.
  • the heat transfer is mainly carried out by convection, while in the second it is mainly carried out by radiation.
  • each partition 21 has been internally fitted with three porous films 7a, 7b, 7c extending in perspective over approximately half the height of the exchange wall, over 3/4 of the remaining height, and on the 1/4 of the highest part.
  • a mesh 33 with large open meshes at a rate of 90% with a mesh surface of 4 cm 2 to, on the one hand, ensure good thermal contact with the substrates and, on the other hand, leave a passage for the steam produced.
  • Each enclosure 29 is also equipped with an upper tank 34 in which is immersed an "upstream" portion of the three porous films which are here of the same thickness. It will be noted that the porous film 7a, in order to reach the top part up to the tank 34, is kept apart from that marked 7b (space d).
  • the entire column of water Cl stored on the thermally protected upper part of the film 7a will be used to feed under suitable pressure (higher than the ambient pressure prevailing in the enclosure considered) its lower part pressed against the partition 21, therefore fully active in terms of heat exchange and vaporization capacity. It is also the same for the film 7b, but with a column C2 of lesser height practically the entire column being here exposed to the heating flow.
  • the water collected in an appropriate lower reservoir is shown, when the flow rate in the films is greater than that vaporizable by the heat flow. When this excess water reaches a predetermined level, it can be reinjected by a pump into the tanks 34.
  • FIG. 7 is a diagram which shows the influence of the number of substrates and the height of water on the vaporization yield as a function of the power injected, with either a single porous film of the aforementioned type "with small meshes" replacing the two substrates 7a, 7b, or these substrates themselves.
  • the measure consists in varying the height of the water level of the tank 34, it being specified that the tank has in this case been placed approximately 4/5 of the height of the exchange walls.
  • the vaporization yield goes from 0.6 g / Wh to 0.8 g / Wh, ie a gain of 30% on the efficiency of the boiler. This gain is obtained when the water height is varied from H-2 mm to H-4 mm, then to H-9 mm.
  • FIG. 8 shows the influence of the thickness of the substrate (s) on the temperature of the gases leaving the boiler, this depending on of the variation of its power.
  • a porous film with "small meshes” gives a temperature difference of 120 ° C to 400 ° C while this difference is only from 300 ° C to 370 ° C for a porous mesh film thick.
  • Figure 9 is a cutaway and perspective view of an alternative embodiment of a steam generator using an electrical resistance.
  • a cartridge resistor 37 on the outside surface of which a fibrous substrate is applied and clamped, presenting itself as a flexible sleeve 39 sewn at 41 and 43 to form two half-surfaces 45a, 45b which extend towards the lower part of the enclosure 47 while being partially submerged in water in the upper part in an upper tank 49 the level of which could be varied (by a feed pump) and in the lower part in a lower collection tank 51.
  • the enclosure 47 is also equipped at its upper part with an outlet for steam 53. With this type of electric resistance boiler, the same kinds of measurements were made as on the gas boiler in FIGS. 5 and 6.
  • Each of the tables below shows, at constant water flow rate, the vaporization yield by varying the density of thermal flux for four thicknesses of porous film.
  • Vaporization efficiency 0.85 1.02 1.10 1.11 1.10 1.08
  • the vaporization yield 20% for a thickness of 0.2 mm, of 40% for a thickness of 1 mm, of 30% for a thickness of 2 mm and 25% for a thickness of 4 mm.
  • the vaporization means comprise a rectangular resistor 59 with a power of 270 Watts. On the resistance is applied and tightened a fabric forming a woven film 61 sewn at 63 and 65 to form a sleeve extending downward, housed and integral with the interior of the lower part 67 of the pipe 69. This sleeve s 'also extends inside the upper part 71 of the same pipe 69.
  • the resistance is housed in an enclosure 73 of vaporization.
  • the vaporization enclosure comprises an outlet tube 75 for the vapor and a tube 77 for evacuating the excess water when the flow of circulating water is too high and a flange 79 integral with the resistance to be fixed in 81 at the enclosure.
  • the circulation of water is ensured by a pump 84 whose flow rate can be adjusted.
  • the outlet 85 of the pipe is provided with a tap 86. This can ensure a slight overpressure in the pipe so that the liquid preferentially flows into the porous film.
  • the substrate can also be oversaturated with liquid, by creating a film of water maintained on the surface by the interfacial tension of the liquid on the faces of the porous film.
  • FIG. 12 is an example of a drip device for supplying a vaporization apparatus comparable to that of FIG. 8.
  • a drip device for supplying a vaporization apparatus comparable to that of FIG. 8.
  • a double woven substrate 111a, 111b surrounds, in pendant, a tubular electrical resistance 113, in the lower part of an evaporation enclosure 115.
  • the upper part of the substrate is flared in "V" shape and rests on two supports. Its supply of liquid to be evaporated is therefore ensured by a drip, by means of two fine rectangular woven substrates 117, 119, hanging vertically and ending at their free lower end with fringes 120 favoring the drip and a good distribution of the liquid.
  • the substrates 117, 119 are immersed in a liquid supply tank 121, of variable liquid height, filled with a supply not shown.
  • a chimney 123 allows the steam to escape.
  • FIG. 13 shows a device for vaporizing liquid using at least one 1 mm thick sintered stainless steel plate.
  • the liquid is vaporized by thermal radiation from an electrical resistance.
  • this vaporization element can also be supplied by the drip device of FIG. 12.
  • the process of the invention and its exemplary embodiments find their applications in particular in products from the craft sectors, the general public, DIY as well as in the processing and agro-food industries.
  • steam generators ranging from a few kg of steam / hour to more than a ton / hour.
  • These generators can be used, for example, in catering ovens, in bakeries, in consumer gas cookers, in the biscuit and pre-baking industry, in the textile industry for fiber processing, or even, for example, for steam pressing plants, or even in biology laboratories for sterilization. It is also possible, for example, to produce steam generators for individual irons or with a steam generator, or even for floor and wall cleaning devices.
  • the device of the invention to operate both at atmospheric pressure and at overpressure or under vacuum, only the pressurization of the liquid having to be provided to ensure the flow conditions sought in the substrate.

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Abstract

Il s'agit de vaporiser un liquide par un dispositif comprenant au moins un substrat poreux (7a, 7b) exposé à une pression ambiante déterminée, des moyens (34) d'alimentation en liquide du substrat pour qu'il se charge en liquide, par circulation dudit liquide dans le substrat à partir d'une portion amont, au moins une source (19) d'énergie pour chauffer le substrat, de sorte qu'une partie au moins de ce liquide y soit vaporisée. Selon l'invention, lesdits moyens d'alimentation en liquide du substrat comprennent des moyens (C1, C2) de mise en pression du liquide, pour mettre ce liquide à une pression supérieure à la pression ambiante, de sorte à créer un débit supérieur au seul débit induit par la capillarité et la vaporisation du liquide, en position alors supposée horizontale du substrat. Application à la réalisation d'appareils de vaporisation d'eau notamment, à source d'énergie électrique ou gazeuse.

Description

"PROCEDE DE VAPORISATION ET DISPOSITIF CHAUFFANT ASSOCIE"
La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la vaporisation d'un liquide- Il est connu que, pour vaporiser un liquide, on peut utiliser une résistance électrique immergée dans une hauteur d'eau relativement importante. Par cette conception, le temps de chauffage du liquide nécessaire pour le vaporiser est relativement long et le rendement de vaporisation est médiocre, surtout en régime séquentiel. C'est par exemple le cas d'un certain nombre de chaudières vapeurs utilisant des gaz de combustion.
Par le brevet français FR 78 08 201, on connaît toutefois un générateur de vapeur qui, bien qu'utilisant une résistance électrique de chauffage d'un corps poreux immergé à sa base dans une nappe d'eau, a la particularité de vaporiser relativement rapidement l'eau contenue dans ce corps poreux. Le renouvellement de l'eau est assuré par la capacité de pompage du corps poreux. Pour obtenir un optimum de rendement, on règle la hauteur du plan d'eau en fonction de la densité de flux thermique transmis au corps, ceci en fonction de sa capacité de pompage. Ce procédé est applicable à toutes sortes d'énergies, telles que par exemples les gaz de combustion.
Si l'utilisation de la capacité de pompage d'un corps poreux peut donc dans certain cas améliorer les performances des chaudières vapeurs, des limites existent, puisque la quantité de liquide contenue dans le corps est décroissante avec la hauteur de pompage. Ce phénomène a pour première conséquence de limiter en pratique à quelques cm la hauteur d'un corps poreux et, pour seconde conséquence, d'entretenir un faible différentiel de variation de hauteur de liquide, si l'on veut obtenir une optimisation de rendement en fonction de la densité du flux de chauffage. On peut d'une certaine manière considérer que le brevet DE-C-158 050 est une illustration de ce type de chaudière à vapeur.
Ainsi, dans ce brevet allemand, il est en particulier connu de pourvoir le dispositif de vaporisation de liquide décrit :
- au moins un substrat poreux (c'est-à-dire à propriété capillaire) exposé à une pression ambiante déterminée, - des moyens d'alimentation en liquide du substrat pour qu'il se charge en liquide, par circulation dudit liquide dans le substrat à partir d'une portion amont,
- au moins une source d'énergie pour chauffer au moins une zone de vaporisation dudit substrat située en aval de la portion amont, et le liquide qui la charge, de sorte qu'une partie au moins de ce liquide y soit vaporisée,
Toutefois, dans ce brevet, on utilise comme substrat plusieurs mèches alimentées "par l'effet de la force d'aspiration" c'est-à-dire de pompage capillaire desdites mèches.
Dans la mesure où, comme indiqué ci-avant, le débit d'une mèche alimentée par pompage capillaire diminue avec la hauteur du plan d'eau d'alimentation, la figure 4 de ce brevet montre l'intérêt qu'il peut y avoir à utiliser plusieurs bacs d'alimention disposés à différents niveaux d'élévation, le plus haut plaçant le substrat à l'horizontale. Des essais menés avec un tel dispositif montrent toutefois que le rendement demeure médiocre, et que la quantité de liquide dans la zone de vaporisation est rapidement trop faible, que le temps d'arrivée du liquide à cette zone de vaporisation étant souvent trop long. Le dispositif de DE-C-158 050 est en outre encombrant, peu propice à des réalisations industrielles d'aujourd'hui (rendement élevé, compacité, coût de fabrication peu élevé pour la grande série, fiabilité dans le temps... ) .
L'invention a pour objet d'apporter une solution à nombre des inconvénients sus-mentionnés et propose en particulier un procédé pouvant être industriellement mis en oeuvre dans des conditions commercialement intéressantes, sans coûts de fabrication et/ou de maintenance exorbitants et offre également offir une souplesse d'utilisation, une performance et une fiabilité adaptées aux nécessités actuelles.
La solution de l'invention consiste en particulier, pour un régime de vaporisation donné correspondant à des conditions de fourniture d'énergie déterminées, à établir dans le substrat ("capillaire") un débit d'entrée de liquide supérieur au débit d'entrée de liquide induit dans le même substrat, en position alors supposée horizontale de celui-ci, par la capillarité et la vaporisation du liquide, seulement, (la position du substrat premier cité n'étant pas nécessairement horizontale) .
Pour obtenir cela, le dispositif de l'invention prévoit que les moyens d'alimentation en liquide du substrat considéré devront comprendre des moyens de mise en pression du liquide pour y établir une pression supérieure à la pression ambiante.
Pour éviter toute ambiguité, on a représenté sur la figure 1 la manière dont on procédera avantageusement pour mesurer le débit induit comme indiqué ci-dessus, "dans le même substrat, par la capillarité et la vaporisation seulement (bien entendu pour les mêmes conditions de fourniture d'énergie), en position alors supposée horizontale du substrat".
Ainsi, on placera tout d'abord à l'horizontale le substrat 7A considéré avec son environnement pour que puisse être négligé en particulier l'effet de la gravité sur les forces de capillarité.
Ensuite, on fera baigner une extrémité 7k^ de ce substrat dans un récipient 5A contenant une quantité Q-^ de liquide à vaporiser (bien entendu, il s'agira d'un liquide "libre" : simplement une quantité suffisante comme de liquide dont on a rempli un récipient) .
On exposera alors le substrat à une énergie de chauffage donnée fournie par des moyens 19A appropriés, "cette énergie de chauffage" :
- devant permettre la vaporisation (au moins partielle) du liquide qui aura entre temps "migré" depuis le récipient 5A dans le substrat, suivant la flèche 6,
- et devant également être reproductible à 1•identique sur le dispositif de 1•invention y compris la paroi d'échange thermique 21A, si on doit en utiliser une pour réaliser l'invention (si on employé une résistance électrique, on doit utiliser, pour la comparaison, la même résistance alimentée avec la même intensité ; pour le gaz, on doit employer le même brûleur et l'alimenter dans les mêmes conditions) .
Ayant placé le substrat 7A "sec" dans le récipient, la connaissance, pour un intervalle de temps donné, de la quantité Q2 ou du poids de liquide qui est entrée dans le substrat (et qui a donc quittée le récipient) va permettre de disposer du "débit induit" d'entrée de liquide dans le substrat.
On notera que le "débit de liquide sous pression" propre maintenant à l'invention sera favorablement obtenu par l'utilisation de substrats fins (pouvant être avantageusement de l'ordre ou inférieurs à 2 mm d'épaisseur), ce qui ne peut que favoriser l'évacuation de la vapeur. Cette solution est en outre avantageuse en terme de rapidité de mise en phase vapeur du liquide et plus généralement de rendement. Dans la présente invention, pour obtenir l'écoulement souhaité du liquide dans le substrat, on pourra en particulier utiliser le poids d'une colonne de liquide, ou encore forcer le liquide dans le substrat, par exemple par une pompe.
Une autre solution peut également consister :
- à incliner le substrat par rapport à l'horizontale,
- à créer ladite colonne de liquide dans le substrat, et
- à créer un surcroît de pression dans cette colonne.
Le surcroît de pression peut en particulier être créé par une pompe. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, il est conseillé de réaliser le substrat du présent dispositif de vaporisation avec une épaisseur comprise entre environ 0,05 mm et 5 mm, et de préférence inférieure à 2 mm. En outre, avantageusement, ce substrat présente une porosité comprise entre environ 5 % et 90 %, et on utilisera un substrat comprenant des volumes vides de rétention du liquide, de telle sorte que ce liquide puisse occuper entre environ 5 % et 100 % desdits volumes vides. Ainsi, contrairement aux mèches très épaisses propres aux dispositifs de vaporisation utilisant (très essentiellement) le pompage capillaire, l'utilisation d'un substrat se présentant quasiment comme un film mince poreux offre l'avantage que le flux thermique généré ne trouve face à lui, dans ou en surface du substrat, qu'une faible épaisseur de liquide à vaporiser, avec pour conséquence un passage en phase vapeur particulièrement rapide, pouvant être de quelques secondes, avec un rendement pouvant être particulièrement élevé. En particulier, en combinant un substrat réalisé comme un film mince et un débit de liquide répondant aux exigences précitées de l'invention, on a constaté que pour une densité de flux de chauffage constant, il y avait variation du rendement de vaporisation en même temps que l'on faisait varier le débit d'écoulement du liquide dans le substrat. Inversement, à débit de liquide constant, il y avait variation de ce même rendement de vaporisation en même temps que l'on faisait varier la densité de flux thermique. On a également pu obtenir un maximum de rendement de vaporisation pour un état d'équilibre entre le débit de liquide vaporisable entrant dans le "film" constituant le substrat poreux et le débit du flux de chauffage de ce substrat, avec alors une vapeur pratiquement exempte d'humidité.
Il est par ailleurs apparu que, pour couvrir une large gamme de densités de flux de chauffage, il fallait utiliser différentes épaisseurs de films poreux constituant le substrat, tout en respectant très avantageusement les caractéristiques sus-mentionnées. Pour chacune de ces épaisseurs, et selon la nature de la matière poreuse, il a en particulier été constaté que l'on pouvait obtenir une plage d'utilisation du débit de liquide à vaporiser entre un minimum contenu en transit et la quantité maximale de liquide saturant (voire sursaturant) le film poreux. Lorsqu'on ne recherche pas particulièrement un très bon rendement de vaporisation, une caractéristique de l'invention prévoit d'ailleurs d'augmenter la plage de débit de liquide à vaporiser, en sursaturant le substrat de telle manière qu'une partie du liquide s'écoule sur une surface extérieure libre de celui-ci, en étant maintenue contre ce substrat par tension interfaciale.
Un moyen simple de réglage du débit d'écoulement de liquide dans le substrat consiste à l'incliner par rapport à l'horizontale. On peut alors créer, comme indiqué ci-avant, une colonne d'eau dans la zone du substrat directement exposée au flux de chauffage et éventuellement au-dessus d'elle, afin de profiter de l'effet de la pesanteur. Lorsque le débit d'écoulement du liquide est supérieur à la densité du flux thermique, on peut récupérer l'excédent de liquide s'écoulant hors de la partie basse du substrat, pour le réinjecter dans sa partie haute.
Lorsque l'effet de la pesanteur n'est pas directement utilisé, un autre moyen d'alimentation en liquide consiste à l'injecter sous pression dans tout ou partie de la section de passage du substrat. On peut ainsi disposer le substrat de manière qu'il baigne à deux extrémités opposées (entre lesquels le liquide à vaporiser coule le long de lui) , dans un tube où ledit liquide sera amené par des moyens de circulation forcée. Ce pourrait être également le cas, par exemple, si l'on faisait fonctionner le dispositif avec des substrats alors disposés à l'horizontale. A ce sujet, ce qui suit montre d'abord l'influence de la pression d'une colonne de liquide sur le débit de ce dernier dans le substrat poreux, puis l'influence de l'inclinaison du subtrat sur le même débit de liquide, ceci dans le cas d'espèce d'un substrat poreux constitué par un film par exemple en coton tissé de 0,2 mm d'épaisseur et de 120 mm de largeur.
. Influence de la hauteur du film poreux sur le débit de liquide :
Hauteur du substrat poreux par mm 30 60 90 130 180
Débit d'eau en millilitre par minute 2,3 6,6 11 16 31
. Influence de l'inclinaison du film poreux sur le débit de liquide :
Angle d'inclinaison par rapport à la verticaie..0° 15° 65° 75° 90° Débit d'eau en millilitre par minute 5,5 1,7 1,2 0,5 0,3
Pour alimenter le substrat du dispositif de l'invention avec le débit de liquide souhaité, on peut, conformément à une autre caractéristique de l'invention, utiliser des moyens de goutte à goutte, en profitant par exemple pour cela du pompage capillaire de l'immersion d'un corps poreux supplémentaire dans un réservoir approprié. On peut également songer à utiliser une buse de pulvérisation qui envoit le liquide à vaporiser sur le substrat, ou encore immerger directement le substrat poreux dont une partie au moins reçoit le flux d'énergie de chauffage, dans une nappe d'eau dont on peut faire varier le niveau. On peut encore songer à utiliser une pompe pour faire circuler sous pression le liquide dans une canalisation localement coudée entre deux des branches de laquelle le substrat poreux aura préalablement été disposé, de telle manière que ses extrémités baignent dans le liquide du tube. On notera également que la vaporisation du liquide contenu dans le substrat peut être obtenue en particulier par tout ou partie des trois modes de transfert thermiques suivants : rayonnement, conduction ou convection provenant tant de gaz de combustion que d'une source électrique, par exemple, ceci dans des conditions de fonctionnement qui peuvent être tant à pression inférieure qu'à pression supérieure ou égale à la pression atmosphérique, la vaporisation de nombre de liquides différents, tels que l'eau, l'alcool, le pétrole liquide ou autres pouvant être envisagée.
Concernant le substrat poreux de l'invention, on notera également qu'il pourrait être réalisé à partir de fibres ou de fils de coton, ou encore de fibres minérales, telles que par exemple des fibres de verre ou de quartz, ou encore métalliques, telles par exemple que des fils d'acier. On peut également envisager réaliser le substrat à partir de matériaux poreux et perméables obtenus par frittage de poudres métalliques.
En pratique deux types de substrat pourront être privilégiés : un substrat formé comme une toile perméable en tissu souple fibreux, ou encore une plaque à structure plus rigide.
Dans ce qui précède, on a toujours fait référence à l'utilisation d'un seul substrat. Toutefois, l'utilisation de plusieurs substrats est tout à fait prévue. En particulier, on pourra dans un certain nombre de cas tirer avantage à remplacer un substrat unique d'une surface déterminée par plusieurs substrats de dimensions moindres ayant comme surface totale celle dudit substrat unique, chaque substrat de dimensions réduites pouvant en particulier être alimenté par ses propres moyens d'alimentation en liquide, créant ainsi autant de zones de vaporisation pouvant potentiellement être optimisées individuellement. Si on utilise plusieurs substrats, on pourra dans certaines applications, prévoir en particulier de disposer ces substrats dans une position inclinée par rapport à l'horizontale et les faire se chevaucher en partie, de manière qu'ils soient écartés les uns des autres sur une partie au moins de leur surface, pour laisser entre eux un espace favorable notamment à la circulation de la vapeur.
Egalement, si on utilise au moins deux substrats, on pourra tirer avantage à ce que ces substrats s'étendent de part et d'autre de la source de chauffage en l'encadrant.
Avant de décrire plus en détail l'invention en relation avec différentes figures d'accompagnement, on notera encore qu'en particulier dans le cas où la source d'énergie comprendra au moins un brûleur à gaz, le dispositif de l'invention pourra avantageusement comprendre deux caissons creux délimitant entre eux une cheminée dans laquelle circuleront alors les produits de combustion du brûleur, ces caissons renfermant chacun au moins un substrat. Concernant maintenant les dessins joint, en plus de la figure 1, à titre d'exemples non limitatifs, ceux-ci s'organisent comme suit :
La figure 2 montre une structure possible de substrat conforme à l'invention, la figure 3 est une vue en perspective d'un montage pour mesurer le débit dans substrat poreux, en fonction de la hauteur de son plan d'eau d'alimentation, la figure 4 est un diagramme montrant la variation du débit d'eau d'un substrat poreux conforme à l'invention en fonction de la hauteur de son plan d'eau, la figure 5 est une vue de côté (flèche V) du générateur de vapeur illustré en perspective partielle, avec arrachement, sur la figure 6, la figure 7 est un diagramme montrant, pour une installation du type de celle des figures 5 et 6, la variation du rendement de vaporisation en fonction de la puissance du chauffage générée, ceci pour plusieurs hauteurs d•eau disponibles et pour deux épaisseurs différentes de substrats poreux, la figure 8 est un diagramme montrant, en fonction de la puissance injectée, l'influence de l'épaisseur du substrat sur la température de sortie des gaz pour une installation toujours conforme à celle des figures 5 et 6, la figure 9 est une vue en perspective avec arrachement d'une chaudière à vapeur utilisant une résistance électrique de type cartouche, les figures 10 et 11 sont des vues en coupe (respectivement suivant les lignes XI-XI et X-X) d'un dispositif de vaporisation électrique équipé de deux substrats poreux baignant localement dans une canalisation où circule de l'eau à vaporiser injectée par l'intermédiaire d'une pompe, la figure 12 est une vue en perspective partielle avec arrachement de l'alimentation par goutte à goutte d'un dispositif conforme à l'invention, et la figure 13 est une vue également en perspective partielle avec arrachement d'un autre générateur produisant de la vapeur par rayonnement thermique d'une résistance.
Dans ce qui suit, on ne fera référence qu'à la vaporisation d'eau bien que d'autres liquides pourraient être vaporisés par les mêmes dispositifs.
La figure 2 représente un exemple de conception d'un "film" poreux 1 à propriété capillaire, en coton, type "nid d'abeille" à mailles 2 carrées d'environ 30 a 50 mm . Comme tous les substrats compatibles avec l'invention, celui-ci présente donc une structure intégrant des volumes vides de rétention du liquide à vaporiser, ces volumes étant ici constitués par les espaces entre les fils du maillage et par les volumes vides structuraux des fils eux mêmes. La partie centrale du substrat 1 illustré est un tissage de fils de différentes épaisseurs selon le choix de la capacité d'écoulement désirée. Périphériquement, ce substrat est ici constitué de mèches trois fois plus épaisses que celles de la partie centrale. Ainsi on crée un tampon périphérique de réserve et de diffusion de l'eau vers les parties centrales du maillage.
Dans l'invention, le choix du substrat perméable est important. Dans ce qui suit, on pourra constater que son épaisseur sera toujours comprise entre environ 0,05 mm et 5 mm, avec une porosité au liquide à vaporiser comprise entre environ 5 et 90 %.
Pour mieux comprendre les modes de fonctionnement des exemples de réalisation qui vont suivre, la figure 3 est un exemple d'un dispositif expérimental d'alimentation par pompage d'un fin substrat poreux dans la hauteur d'un plan d'eau. Ce dispositif permet d'ajuster le débit du liquide qui s'écoule par l'effet de la pesanteur dès la sortie du bac d'alimentation. Il se compose d'une balance 3, d'un récipient 5 pour recueillir l'eau s'écoulant du "film" poreux 7 et d'un bac 9 à eau dans lequel est immergé la partie haute 7a du substrat poreux. Pour obtenir un débit constant et libre dans toute la largeur de la section de passage du film poreux, on a échancré en 11 le film à sa partie basse. La mesure de débit consiste à faire varier la hauteur h du plan d'eau du bac 9. Le tableau ci-après indique les caractéristiques d'utilisation de trois épaisseurs de substrats poreux pouvant être à mailles carrées du type illustré sur la figure 2.
Type de substrat épaisseur du Capacité d'enmagasinage Densité du flux poreux en coton substrat d'eau à saturation (g/cm2) de chauffage du substrat (W/cm2)
à petites mailles 0,2 mm 0,104 de 1 à 2,5 à mailles moyennes 0,5 mm 0,142 de 2,5 à 4,5 à mailles épaisses 1 mm 0,196 de 4,5 à 10
La figure 4 est un diagramme qui indique le débit d'eau sécoulant dans un film poreux vertical à petites mailles (c'est-à-dire d'épaisseur < 1 mm, pour une surface unitaire de maille de l'ordre de 0,05 mm2) en fonction de la hauteur du plan d'eau. La courbe (A) mesure le débit d'eau qui s'écoule librement jusqu'à la partie basse du substrat. La courbe (B) mesure le débit d'eau lorsque le même film poreux est immergé à sa partie basse dans 2 cm d'eau. La courbe (C) mesure le débit lorsque le film est plaqué contre une paroi en métal sans être immergé à sa partie basse.
Ainsi, selon les conditions d'utilisation du substrat, on peut faire varier le débit du liquide qui y coule dans un rapport de 1 à 8 selon la courbe (A) , dans un rapport de 1 à 5, courbe (B) , et voisin de ce dernier, courbe (C) , quand le film poreux est plaqué contre une paroi d'échange.
Aux figures 5 et 6, la chaudière à vapeur présentée vaporise de l'eau contenue dans des films poreux plaqués contre des parois d'échange thermique 21. Dans ce type de chaudière, le transfert thermique peut se faire, aussi bien à partir d'un brûleur type rampe à gaz, tel que 19, à alimentation d'air atmosphérique, ou à air soufflé, qu'à partir d'un ou de plusieurs brûleurs radiants. Dans le premier cas, le transfert thermique s'effectue majoritairement par convection, tandis que dans le second il s'effectue majoritairement par rayonnement.
De préférence, on utilisera plusieurs substrats 7a, 7b...disposés dans deux chambres 23 distinctes définies chacune par deux caissons métalliques creux 29 de forme sensiblement parallelepipédique se dressant dans deux plans verticaux sensiblement parallèles, en étant écartés l'un de l'autre de manière à réserver entre eux un espace intermédiaire 31 utilisable comme cheminée pour l'évacuation des fumées pouvant être produites par le brûleur, lequel sera de préférence disposé en partie inférieure de l'espace 31, en un endroit où l'espace présente une forme en tronc de pyramide allant en convergeant dans le sens de l'évacuation des fumées. La cheminée est fermée latéralement par des parois (non représentées) .
En l'espèce, chaque cloison 21 a été intérieurement équipée de trois films poreux 7a, 7b, 7c s'étendant perspectivement sur environ la moitié de la hauteur de la paroi d'échange, sur les 3/4 de la hauteur restante, et sur le 1/4 de la partie la plus haute. Sur chaque film poreux est appliqué un grillage 33 à larges mailles ouvertes à un taux de 90 % avec une surface de mailles de 4 cm2 pour, d'une part, assurer un bon contact thermique aux substrats et, d'autre part, laisser un passage pour la vapeur produite. Chaque enceinte 29 est également équipée d'un bac supérieur 34 dans lequel est immergée une portion "amont" des trois films poreux qui sont ici de même épaisseur. On notera que le film poreux 7a, pour parvenir en partie haute jusqu'au bac 34, est maintenu écarté de celui repéré 7b (espace d) . Ainsi, toute la colonne d'eau Cl enmagasinée sur la partie haute thermiquement protégée du film 7a va servir à alimenter sous pression convenable (supérieure à la pression ambiante régnant dans l'enceinte considérée) sa partie inférieure plaquée contre la cloison 21, donc pleinement active en termes d'échange thermique et de capacité de vaporisation. Il en est d'ailleurs de même pour le film 7b, mais avec une colonne C2 de moindre hauteur pratiquement toute la colonne étant ici exposée au flux de chauffage. A la partie basse de chacune des enceintes, on a figuré en 35 l'eau recueillie dans un réservoir inférieur approprié, lorsque le débit d'écoulement dans les films est supérieur à celui vaporisable par le flux thermique. Lorsque cette eau exécendaire atteint un niveau prédéterminé, elle peut ère réinjectée par une pompe dans les bacs 34.
La figure 7 est un diagramme qui montre l'influence du nombre de substrats et de la hauteur d'eau sur le rendement de vaporisation en fonction de la puissance injectée, avec soit un seul film poreux du type précité "à petites mailles" remplaçant les deux substrats 7a, 7b, soit ces substrats eux mêmes. Pour chaque cas, la mesure consiste à faire varier la hauteur du plan d'eau du bac 34, étant précisé que le bac a en l'espèce été placé environ aux 4/5 de la hauteur des parois d'échange.
Sur 1•une des courbes, pour un corps poreux unique et en référence à une hauteur d'eau de H-9 mm par rapport à la hauteur maximale H autorisée jusqu'au bord supérieur du bac, on constate une augmentation de rendement de 0,30 g/ h à 0,8 g/Wh, puis une diminution de celui-ci jusqu'à 0,65 g/Wh, lorsque l'on fait varier la puissance injectée de 1,2 Kw à 2,4 Kw.
Lorsque l'on augmente encore la puissance, et que l'on augmente également la hauteur d'eau à H-4 mm, on observe une même forme de courbe (repéré par des losanges) , avec un rendement augmentant encore jusqu'à 3,2 Kw, puis une baisse de celui-ci à 3,4 Kw. Cette baisse de rendement est encore plus importante si l'on se place à H-2 mm, pour atteindre la valeur de 0,9 g/Wh. Par la mise en place de deux corps poreux, en ramenant la hauteur d'eau à H-9 mm, on augmente encore le rendement jusqu'à 1,10 g/Wh pour une puissance de 4 Kw, pour ensuite conserver un rendement voisin de cette puissance jusqu'à H-2 mm de hauteur d'eau. Ainsi, il faut ajuster la hauteur d'eau en fonction de la puissance de la source thermique lorsque l'on veut obtenir un optimum de rendement. Par contre, au- delà de cet optimum le rendement diminue lorsque l'on augmente la puissance, ceci du fait d'un débit trop faible de liquide dans le substrat. On constate encore que le rendement de vaporisation augmente lorsque l'on dispose deux substrats pour une même surface d'échange.
On constate encore, qu'à puissance pratiquement constante de 2,4 Kw, le rendement de vaporisation passe de 0,6 g/Wh à 0,8 g/Wh, soit un gain de 30 % sur le rendement de la chaudière. Ce gain est obtenu lorsque l'on fait varier la hauteur d'eau de H-2 mm à H-4 mm, puis à H-9 mm.
Pour une chaudière à vapeur correspondant à celle des figures 5 et 6, le diagramme de la figure 8 montre l'influence de l'épaisseur du (des) substrat(s) sur la température des gaz en sortie de la chaudière, ceci en fonction de la variation de sa puissance. Dans ce genre de mesure du transfert thermique, un film poreux à "petites mailles" donne un écart de température de 120°C à 400°C tandis que cet écart est que de 300°C à 370°C pour un film poreux à mailles épaisses. La figure 9 est une vue avec arraché et en perspective d'une variante de réalisation d'un générateur de vapeur utilisation une résistance électrique. Il se compose d'une résistance à cartouche 37 sur la surface extérieur de laquelle est appliqué et serré un substrat fibreux se présentant comme un manchon souple 39 cousu en 41 et 43 pour former deux demi-surfaces 45a, 45b qui s'étendent vers la partie basse de l'enceinte 47 en étant immergées partiellement dans l'eau en partie haute dans un bac supérieur 49 dont on pourrait faire varier le niveau (par une pompe d'alimentation) et en partie basse dans un bac inférieur 51 de collecte. L'enceinte 47 est par ailleurs équipée à sa partie supérieure d'une sortie pour la vapeur 53. Avec ce type de chaudière à résistance électrique, on a réalisé le même genres de mesures que sur la chaudière à gaz des figures 5 et 6. Chacun des tableaux ci-après montre, à débit d'eau constant, le rendement de vaporisation en faisant varier la densité de flux thermique pour quatre épaisseurs de film poreux.
1) Film poreux épaisseur 0,2 mm Densité de flux en W/cm2 2,50 3,30 5,00 6,10 6,90 8 Rendement de vaporisation g/Wh 1,02 1,05 1,24 1,14
2) Film poreux épaisseur 1 mm Densité de flux en W/cm2 2,50 3,30 5,00 6,10 6,90 8 Rendement de vaporisation 0,89 1,04 1,16 1,20 1,24 1,28
3) Film à mèches parallèles épaisseur 2 mm
Densité de flux en W/cm2 2,50 3,30 5,00 6,10 6,90 8 Rendement de vaporisation 0,85 1,02 1,14 1,17 1,18 1,17
4) Film à mèches parallèles épaisseur 4 mm Densité de flux en W/cm2 2,50 3,30 5,00 6,10 6,90 8
Rendement de vaporisation 0,85 1,02 1,10 1,11 1,10 1,08 Ainsi, pour les mêmes variations de densité de flux thermique, on observe une variation du rendement de vaporisation de 20 % pour une épaisseur de 0,2 mm, de 40 % pour une épaisseur de 1 mm, de 30 % pour une épaisseur de 2 mm et de 25 % pour une épaisseur de 4 mm.
Dans le cas d'un substrat poreux de 1 mm d'épaisseur, à l'optimum de rendement de 1,28 W/cm2 , on observe qu'il n'y a pratiquement plus d'écoulement de liquide à la partie basse du substrat (en supposant celui- ci disposé verticalement) . Il y a alors équivalence entre la quantité de liquide vaporisable entrant dans le film poreux et le débit de la source thermique, pour une densité de flux de 8 W/cm2. Sur les figures 10 et 11, le film poreux est localement immergé dans l'eau à vaporiser qui circule en circuit fermé dans une canalisation. Ce genre de dispositif peut fonctionner dans différentes positions par l'utilisation d'une pompe et/ou d'un robinet de réglage ayant pour but d'assurer une alimentation sous pression du substrat en eau. Les moyens de vaporisation comprennent une résistance rectangulaire 59 d'une puissance de 270 Watts. Sur la résistance est appliquée et serrée une toile formant un film tissé 61 cousu en 63 et 65 pour former un manchon s'étendant vers le bas, logé et solidaire de l'intérieur de la partie basse 67 de la canalisation 69. Ce manchon s'étend également à l'intérieur de la partie haute 71 de la même canalisation 69. La résistance est logée dans une enceinte 73 de vaporisation. L'enceinte de vaporisation comporte un tube de sortie 75 de la vapeur et un tube 77 d'évacuation de l'eau excédentaire lorsque le débit d'eau de circulation est trop important et d'un flasque 79 solidaire de la résistance pour être fixé en 81 à l'enceinte. On a figuré le maillage d'une toile souple baignant en parties supérieure et inférieure dans l'eau à travers des fentes pratiquées dans le tube 69 où l'eau entre en 83 pour ressortir en 85 avant d'être recyclée. Des connexions 87 et 89 permettent par ailleurs l'alimentation de la résistance électrique.
Dans ce dispositif, la circulation de l'eau est assurée par une pompe 84 dont on peut régler le débit. La sortie 85 de la canalisation est munie d'un robinet 86. On peut assurer ainsi une légère surpression dans la canalisation pour que le liquide s'écoule préférentiellement dans le film poreux. Par le réglage du robinet, on peut également sursaturer le substrat en liquide, en créant un film d'eau maintenu en surface par la tension interfaciale du liquide sur les faces du film poreux.
Avec la pompe 84 et le robinet 86, on va ainsi disposer de moyens de mise du liquide à une pression supérieure à la pression ambiante dans l'enceinte 73, ceci en amont de la zone où le substrat 61 est exposé à la chaleur de la résistance 59, permettant ainsi d'obtenir les conditions déjà énoncées de débit dans le substrat. Le tableau ci-après montre des résultats obtenus avec cette installation à densité de flux constant de 4,7 W/cm2, lorsque l'on fait varier le débit d'eau d'alimentation et que l'on utilise un substrat "à petites mailles" du type déjà présenté.
Débit d'eau de circulation g/mn 7 15 22 30 40 50 57
Rendement de vaporisation g/Wh 1,31 1,32 1,30 1,26 1,16 1,12 1,10
Ainsi, le rendement de vaporisation dans le substrat poreux est de 20 % plus élevé lorsque l'on diminue le débit d'eau entrant de 57 g/mn à 15 g/mn. La figure 12 est un exemple de dispositif de goutte à goutte pour alimenter un appareil de vaporisation comparable à celui de la figure 8. Par l'utilisation de toute une gamme de corps poreux interchangeables établissant des débits de liquide constants, on peut alors obtenir une bonne répartition d'écoulement sur de grandes largeurs de substrats et pour de très faible débits. On peut en outre aisément adapter le débit de liquide à la source de vaporisation, voire sursaturer le film poreux. Ce dispositif peut également être utilisé comme piégeage de sels contenus dans de l'eau, ou bien encore comme filtre de liquide interchangeable.
Sur cette figure 12, un double substrat tissé 111a, 111b entoure, en pendant, une résistance électrique tubulaire 113, en partie basse d'une enceinte d'evaporation 115. La partie haute du substrat est évasée en "V" et repose sur deux supports. Son alimentation en liquide à évaporer est donc assurée par un goutte à goutte, par 1'intermédiaire de deux fins substrats tissés rectangulaires 117, 119, pendant verticalement et se terminant à leur extrémité inférieure libre par des franges 120 favorisant le goutte à goutte et une bonne répartition du liquide.
En partie haute, les substrats 117, 119 baignent dans un réservoir 121 d'alimentation en liquide, de hauteur de liquide variable, rempli par une alimentation non représentée. Une cheminée 123 permet à la vapeur de s'échapper.
La figure 13 montre un dispositif de vaporisation de liquide utilisant au moins une plaque en acier inoxydable fritte de 1 mm d'épaisseur. Dans cet exemple de réalisation, on vaporise le liquide par le rayonnement thermique d'une résistance électrique.
En l'espèce, deux plaques 125, 127 en "S" d'un alliage fritte en acier inoxydable d'une porosité de 30 % ont été utilisées et disposées dos à dos pour former une voûte en "U" inversé autour de la résistance tubulaire 129. Ces plaques rigides sont accolées en partie supérieure où elles sont maintenues en 131 pour être engagée de manière étanche dans une canalisation 133 où circule le liquide 135 à vaporiser. Par cette disposition et par le fait d'une légère pression dans la canalisation (grâce, par exemple, à une pompe), le liquide va s'écouler dans les volumes vides renfermés par les deux plaques. Au centre de la voûte, et à 10 mm des deux parois, on a localisé la résistance électrique 129 qui s'étend sur toute la longueur de la voûte. En partie basse, on recueille en 137 l'excédent de liquide non vaporisé qui peut être réinjecté à l'entrée du tube 133 pour contribuer à alimenter les substrats.
Si on a immergé localement les parois poreuses 125, 127, le tube réservoir 133, on peut aussi alimenter cet élément de vaporisation par le dispositif de goutte à goutte de la figure 12.
Le procédé de l'invention et ses exemples de réalisation trouvent leurs applications notamment dans les produits des secteurs de l'artisanat, du grand public, du bricolage ainsi que dans les industries de transformation et de l'agro-alimentaire. Ainsi, en utilisant la combustion du gaz naturel ou l'énergie électrique, on peut créer des générateurs de vapeur allant de quelques kg de vapeur/heure à plus de la tonne/heure. Ces générateurs peuvent être utilisés, par exemple, dans des fours de restauration, de la boulangerie, dans des gaziniêres grand public, dans l'industrie de la biscuiterie et la pré-cuisson, dans l'industrie du textile pour le traitement des fibres, ou encore, par exemple, pour des centrales vapeur en pressing, voire dans des laboratoires de biologie pour la stérilisation. On peut également réaliser, par exemple, des générateurs de vapeur pour des fers à repasser individuels ou avec centrale vapeur, ou encore, pour des appareils de nettoyage de sols et de murs.
Concernant la gamme des densités de flux de chauffage utilisable dans le cadre de l'invention, on notera par ailleurs que l'on peut aller de quelques mW/cm2 à plusieurs dizaines de W/cm2.
Par ailluers, il doit être clair que le dispositif de l'invention pour fonctionner tant à pression atmosphérique qu'en surpression ou en dépression, seule la mise en pression du liquide devant être prévue pour assurer les conditions de débit rechechées dans le substrat.

Claims

REVENDICATIONS 1.- Procédé pour vaporiser un liquide, dans lequel :
- on alimente au moins un substrat poreux avec ledit liquide à vaporiser, pour que le substrat s'en charge,
- et on expose au moins une zone dudit substrat chargée en liquide à une énergie de chauffage, pour élever la température d'une partie au moins dudit liquide jusqu'à sa température de vaporisation, caractérisé en ce que, pour un régime de vaporisation donné correspondant à des conditions de fourniture d'énergie déterminées, on établit dans le substrat un débit d'entrée de liquide supérieur au débit d'entrée de liquide induit dans le même substrat, en position alors supposée horizontale de celui-ci, par la capillarité et la vaporisation du liquide, seulement.
2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on crée ledit débit de liquide dans le substrat par l'intermédiaire du poids d'une colonne dudit liquide.
3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on crée ledit débit de liquide dans le substrat en y injectant ledit liquide sous pression.
4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que :
- on incline le substrat par rapport à l'horizontale,
- on crée une colonne de liquide dans le substrat, et
- on crée un surcroît de pression dans ladite colonne de liquide.
5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que pour établir ledit débit d'entrée de liquide dans le substrat, on immerge une partie de ce substrat dans une source de liquide disposée au-dessus de ladite zone du substrat exposé au flux d'énergie de chauffage, et on crée la colonne de liquide dans le substrat.
6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on adapte l'un à l'autre le flux thermique de chauffage et le débit de liquide alimentant le substrat pour qu'une partie de la quantité de ce liquide s'écoule hors dudit substrat.
7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on alimente le substrat en liquide avec un débit légèrement supérieur à la capacité d'écoulement du liquide à l'intérieur du substrat, de manière qu'une partie de ce liquide s'écoule sur une surface libre dudit substrat, en étant maintenue contre par tension interfaciale.
8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à une seconde extrémité opposée à une première extrémité du substrat où on l'alimente en liquide pour que ce liquide y coule tout en s'y évaporant, on fait baigner ledit substrat dans un bain du même liquide et on utilise le liquide contenu dans le bain pour approvisionner ladite première extrémité du substrat.
9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on l'alimente en liquide à une première extrémité pour que pratiquement tout le liquide fourni au substrat soit évaporé avant d'avoir atteint une seconde extrémité dudit substrat.
10.- Dispositif pour vaporiser un liquide, en particulier pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant :
- au moins un substrat poreux exposé à une pression ambiante déterminée,
- des moyens d'alimentation en liquide du substrat pour qu'il se charge en liquide, par circulation dudit liquide dans le substrat à partir d'une portion amont,
- au moins une source d'énergie pour chauffer au moins une zone de vaporisation dudit substrat située en aval de la portion amont et le liquide qui la charge, de sorte qu'une partie au moins de ce liquide y soit vaporisée, caractérisé en ce que lesdits moyens d'alimentation en liquide du substrat comprennent des moyens de mise en pression du liquide, pour mettre ce liquide à une pression supérieure à la pression ambiante.
11.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits moyens de mise en pression comprennent au moins un réservoir de liquide disposé au- dessus de la zone chauffée du substrat.
12.- Dispositif selon la revendication 10 ou la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits moyens dé mise en pression comprennent une colonne de liquide crée dans le substrat.
13.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs substrats disposés dans une position inclinée par rapport à l'horizontale au moins pour l'essentiel de leur zone chauffée, lesdits substrats se chevauchant en partie en étant écartés les uns des autres sur une partie au moins de leur surface pour laisser entre eux un espace pour la circulation de la vapeur.
14.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que le(chaque) substrat est une toile perméable en tissu souple fibreux.
15.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que le(chaque) substrat est une plaque à structure rigide, telle que métallique.
16.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisé en ce que le(chaque) substrat comprend des fils de tissu de diamètres différents.
17.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 16, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en liquide d (de chaque) substrat comprennent en outre des moyens de goutte à goutte.
18.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 17, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux substrats ayant une largeur déterminée suivant au moins l'essentiel de laquelle ils sont alimentés en liquide, les deux substrats s'étendant de part et d'autre de la(des) source(s) d'énergie, laquelle s'étend sur au moins l'essentiel de la largeur des substrats.
19.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 18, caractérisé :
- en ce que ladite source d'énergie comprend au moins un brûleur à gaz,
- et en ce qu'il comprend en outre deux caissons creux délimitant entre eux une cheminée dans laquelle circulent les produits de combustion dudit brûleur, lesdits caissons renfermant chacun au moins un substrat.
20.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 19, caractérisé en ce que le(chaque) substrat baigne à deux extrémités opposées entre lesquelles le liquide coule le long de lui, dans un tube où ledit liquide est amené par des moyens de circulation forcée.
21.- Dispositif selon l'une des revendications
10 à 20, caractérisé en ce que : - le substrat présente une épaisseur comprise entre environ 0,05 mm et 5 mm, et de préférence inférieure à 2 mm.
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