WO2002068748A1 - Fer a repasser a vapeur pulsee - Google Patents

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WO2002068748A1
WO2002068748A1 PCT/IB2002/000448 IB0200448W WO02068748A1 WO 2002068748 A1 WO2002068748 A1 WO 2002068748A1 IB 0200448 W IB0200448 W IB 0200448W WO 02068748 A1 WO02068748 A1 WO 02068748A1
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WO
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steam
iron
valve
water
vaporization chamber
Prior art date
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PCT/IB2002/000448
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English (en)
Inventor
Ernst-Otto GÖHRE
Axel Wehrwein
Norbert Voss
Original Assignee
Rowenta Werke Gmbh
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Priority to AT02711149T priority patent/ATE291118T1/de
Priority to US10/469,120 priority patent/US6807756B2/en
Priority to JP2002567640A priority patent/JP4067968B2/ja
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F75/00—Hand irons
    • D06F75/08—Hand irons internally heated by electricity
    • D06F75/10—Hand irons internally heated by electricity with means for supplying steam to the article being ironed
    • D06F75/14—Hand irons internally heated by electricity with means for supplying steam to the article being ironed the steam being produced from water in a reservoir carried by the iron
    • D06F75/18—Hand irons internally heated by electricity with means for supplying steam to the article being ironed the steam being produced from water in a reservoir carried by the iron the water being fed slowly, e.g. drop by drop, from the reservoir to a steam generator

Definitions

  • the present invention relates to steam irons where the vaporization of water is almost instantaneous.
  • Steam irons are generally known comprising a water reservoir, a heated vaporization chamber for rapidly evaporating the water which reaches it drop by drop from the reservoir, a heated soleplate comprising the ironing surface, steam outlet holes being arranged in the sole.
  • the simplest irons have an adjustable flow valve through which water falls from the tank into the vaporization chamber under the effect of gravity.
  • the steam produced leaves the iron to the atmosphere through channels and outlet holes constituting a steam exhaust circuit.
  • the vapor occupies a large volume and travels through the exhaust system at high speed.
  • pressure of the vapor in the vaporization chamber increases.
  • the steam outlet through the holes in the soleplate is hindered and the pressure in the vaporization chamber increases further.
  • This internal pressure in the vaporization chamber prevents the passage of water through the adjustable flow valve, which significantly reduces the next quantity of steam produced.
  • the internal overpressure cannot exceed a value corresponding to the height of the water column between the water outlet of the valve and the water level in the tank, generally a few centimeters. Therefore the amount of steam varies greatly during ironing, depending on the fabrics and the ironing support.
  • the pressure drops being proportional to the square of the speed of the steam in the circuit, the speed is limited, in particular the speed of exit through the holes in the soleplate, which can be a disadvantage for the penetration of steam into the fabrics.
  • Patent JP01262899 describes an iron comprising an over-steam valve, the control rod of which is controlled by an electromagnet.
  • the valve is actuated periodically to produce an excess of steam so as to clean the steam chamber. Overpressure occurs when the valve closes.
  • this device is not intended to continuously obtain a powerful vapor.
  • the object of the invention is achieved by an iron comprising a reservoir of water at atmospheric pressure, the water in the reservoir flowing through a nozzle between this reservoir and a heated and regulated vaporization chamber, a soleplate comprising the ironing surface, steam outlet holes being made in the soleplate, remarkable in that the iron comprises means bringing into resonance or relaxation vibration the water and steam circuit, the cyclic variation of the pressure of steam being self-sustaining at an average pressure higher than that corresponding to the water column available in iron.
  • Figure 1 in the appendix shows how a surprisingly such an iron is obtained.
  • This figure is a graph of the mass flow rate Q of steam in grams per minute as a function of the total section S in square millimeters of the steam outlet orifices, for different diameters of passage of the nozzle of a prototype. The diameters are marked on each curve.
  • the phenomenon is not clearly explained. Partly, one can think that the vapor chamber behaves with the exit holes like a resonant Helmholtz cavity which would be excited by the vaporization of water. In part, one might think that the implosions of steam in the tank just above the valve force the water forcefully into the chamber like a pump would. As the vaporization chamber is a cavity which is not designed to have a low resonance frequency from the acoustic point of view, one can think that the phenomena combine and that when enough energy can be maintained in the resonator thus constituted , it oscillates while generating significant overpressures which cause high average pressure.
  • the overpressure is obtained for a value of the steam outlet section less than a critical value.
  • the start of the described operating mode is obtained by a jolt or a sudden opening of the nozzle. Operation can then have instability, which can be explained by an excessive loss of energy through the outlet holes, or by great difficulty in converting the pressure energy into sufficient kinetic energy. This energy is normally responsible for creating a temporary depression in the room and for sucking water through the nozzle.
  • m is between 1.5 and 3.5, preferably 2.5 n is between 2 and 4.5, preferably 3, 5 p is between 1 and 2, preferably 1.25 q is between 7 and 10, preferably 8.
  • the nozzle consists of the passage of an adjustable flow valve.
  • the steam outlet section is chosen to suit a wide range of valve openings, so as to maintain flow control easily possible in the operating mode described.
  • the iron has a non-return valve between the reservoir and the vaporization chamber.
  • the non-return valve has the advantage of preventing steam from returning to the water tank, and therefore its slow heating.
  • the valve and the adjustable valve can advantageously be combined to form only one sub-assembly. In this version, the operation seemed at first to be much more critical with the known vaporization chambers and steam circuits. In fact, the non-return valve eliminates the small implosions described above.
  • the steam circuit has elongated passages where the steam circulates at high speed which constitute with the valve and the vaporization a stable oscillating vapor circuit.
  • the operating frequency is not equal to the acoustic resonance frequency of the steam circuit because the high pressure lasts until the water suddenly admitted is not completely evaporated. Also it is enough that the circuit has enough energy to open the valve at the end of evaporation for the system to work.
  • the drip followed by a valve comprises a module closing a large passage intended to let a large flow of water pass more quickly and pierced with the orifice proper of the drip.
  • the orifice is gradually released by a needle rod in the first part of its control stroke and the greatest water and vapor flow rates are obtained in a second part of the stroke of the rod or the module is gradually raised.
  • the presence of the valve increases the curvature to the left and at the bottom of a curve A similar to that visible in FIG. 1, and decreases the flow rate with equal orifice section and steam outlet. , so that operation at low flow Q does not allow self-ignition of the oscillations.
  • the presence of the valve therefore requires larger openings at equal flow rate than the first version described. It also moves the upper part of the stability curve A to the right of the diagram. Stability is improved for large orifice openings and high flow rates, which can be explained by the absence of return and therefore of energy losses in the tank.
  • the steam outlet section S may be larger.
  • the iron comprises a valve with a fixed passage acting as a nozzle between the reservoir and the vaporization chamber.
  • the iron further comprises a valve for adjusting the steam flow located on the steam circuit.
  • FIG. 1 is, as we have already seen, a diagram of the characteristic curves of the mass flow rate of steam of an iron according to the invention as a function of the steam outlet.
  • FIG. 2 is a diagram of the characteristic curves of the mass flow rate of steam of an iron according to the invention as a function of the steam outlet in the vicinity of the operation at constant steam outlet S0.
  • FIG. 3 is the diagram of the characteristic curve of the mass vapor flow rate of an iron according to the invention having a maximum and constant water inlet passage as well as a variable steam outlet section.
  • Figure 4 is a longitudinal sectional view of an iron according to a first version of the invention.
  • Figure 5 is a section showing the drip and the valve of an iron according to a second version of the invention.
  • Figure 6 is a longitudinal sectional view of an iron according to a second version of the invention.
  • Figure 7 is a detail view in longitudinal section of an iron according to a third version of the invention.
  • Figure 8 is a longitudinal sectional view of an iron according to a third version of the invention.
  • FIG. 9 is a diagram of the characteristic curves of a variant of an iron according to the invention representing the mass flow rate of steam as a function of the steam outlet.
  • Figure 10 is a section showing the drip and the valve of a variant of the invention.
  • the iron 1 comprises a water tank 2, a soleplate 3 in thermal connection with a heating body 4 including a vaporization chamber 5 closed by a plate 6 and provided with a heating element 7.
  • the body 4 is regulated in temperature by a thermostat 22.
  • a drip device 8 provides a passage for water from the reservoir 2 to the vaporization chamber 5.
  • the drip has an orifice 9 whose section can be reduced by a needle 10.
  • the vapor produced in the instantaneous vaporization chamber 5 is collected by passages or channels 11. It escapes into the atmosphere by one or more calibrated passages 12.
  • the vapor is then distributed under the sole 3 by a distribution chamber 13 from which it escapes through the holes 14 of the sole to the fabric to be ironed.
  • FIG. 1 corresponding to the prototype, it can be seen that by reducing the cross-section S of the orifices 12 sufficiently, operating modes are obtained which include a pulsating component and correspond both to maximum steam and pressure flow rates. internal vapor average. These regimes have a spontaneous and stable functioning when the values are chosen to the left of the dashed curve A on the diagram.
  • the point M then represents the operation where the vaporization is maximum.
  • the section S0 is chosen in relation to the curve C0 so that this point M is located in the stability zone.
  • the section S0 is chosen to be equal to 13 mm 2 and the drip has a maximum passage section of 1, 5 mm 2 , the spontaneous oscillatory operation being obtained in this construction for values of S0 less than 24 mm2.
  • the operating point m moves on the diagram of figure 2 leaving vertically the curve C0 to approach the x-axis parallel to the ordinate axis.
  • the section S0 is chosen so that in this operation the displacement of the operating point cuts a maximum of characteristic curves in the stability zone to allow adjustment without risk.
  • valve to the water inlet orifice as indicated in FIG. 5.
  • the valve is for example constituted by a ball 15 arranged in a bore in tip of the nozzle 9. Normally opened by the weight of the ball, the valve lets water pass from the reservoir 2 as long as the pressure in the chamber 5 is low, and then closes.
  • the channels 11 are elongated and calibrated with the same care as the outlet orifices 12 so that the high speeds of movement relate to more steam.
  • the system At the end of evaporation of the water previously admitted into the chamber, the system then has more energy to create a vacuum in the chamber 5 and open the valve.
  • the channels 11 then have their inlet 16 remote from the outlet through the orifices 12.
  • the length of the channels 11 can be further increased, for example by a tube 17 wound and having an inlet in the chamber 5, as can be seen in Figure 7.
  • the iron is an iron similar to that of FIG. 4 but equipped with a drip with a wide passage and with a valve 15 visible in FIG. 10.
  • the outlet section of steam, marked S0 on an equivalent of FIG. 2 is reduced only so that the spontaneous initiation of the oscillations is obtained for an average opening of the orifice 9 of the drip.
  • the silicone elastomer valve 15 placed in series with the drip is advantageously very light. It has a large surface, facing the vaporization chamber, on which the vapor pressure can be applied to close it easily.
  • the drip can, as an option, comprise a module 25 carrying the orifice 9, said module lifting up at the end of the opening stroke of the needle 10, to release more quickly a greater passage to the water from the reservoir.
  • the section S0 is chosen equal to 40 mm 2 and the drip has a maximum passage section of 1, 8 mm2 while the module is in its seat, and 25 mm 2 when the module is completely raised.
  • the oscillation operation is spontaneous for a section of the steam passages S0 which can be up to 60 mm 2 .
  • the user sets the steam flow to a low level.
  • the operating point is located between the points MO and M1.
  • the iron then operates in a conventional manner, without pressure oscillations.
  • she wants to iron difficult fabrics, with a lot of very energetic steam she increases the flow with the bushel control.
  • the iron then changes its speed, the operating point m crosses the limit line for stability and self-priming A at point M1, and is located between points M1 and M in the diagram in Figure 9.
  • At most the operating point m is located at M on the curve C0 corresponding to the maximum opening of the valve orifice.
  • the iron works with oscillations whose frequency is around 20 to 30 pulsations per minute for a prototype produced.
  • the steam exiting at high speed is very penetrating and effective.
  • the prototype thus equipped with a large water inlet orifice and a valve, delivers 35 grams of steam per minute when the iron is lifted, and another 32 grams per minute when it is applied to the fabric to be ironed.
  • the vapor flow therefore varies greatly little with the ironing conditions.
  • the steam circuit is provided with a steam flow control 20 consisting for example of a needle or a valve acting at the junction of the channels 11 with the orifices 12.
  • the passage of water in the orifice 9 being constant, only one of the characteristic curves similar to those previously described is used, for example the curve C0 in FIG. 3 corresponding to the maximum of the vaporization possibilities.
  • the adjusting device 20 being in full opening, it corresponds to point Sm of the characteristic of the output and to point M of operation.
  • the channels 11 are calibrated so that this operating point at full power is located in the stability zone.

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  • Textile Engineering (AREA)
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Abstract

L'invention concerne un fer à repasser (1) comprenant un réservoir d'eau (2) à la pression atmosphérique, l'eau du réservoir s'écoulant par un ajutage entre ce réservoir (2) et une chambre de vaporisation (5) chauffée et régulée, une semelle (3) comportant la surface de repassage, des trous (12) de sortie de la vapeur étant ménagés dans la semelle (3), caractérisé en ce que le fer (1) comprend des éoxens mettant en résonance ou vibration de relaxation le circuit d'eau et de vapeur, la variation cyclique de la pression de vapeur étant auto entretenue à une pression moyenne supérieure à celle qui correspond à la colonne d'eau disponible dans le fer.

Description

FER A REPASSER AVAPEUR PULSEE
La présente invention concerne les fers à vapeur où la vaporisation de l'eau est quasi instantanée.
On connaît les fers à vapeur comprenant généralement un réservoir d'eau, une chambre de vaporisation chauffée pour évaporer rapidement l'eau qui lui parvient goutte à goutte du réservoir, une semelle chauffée comportant la surface de repassage, des trous de sortie de la vapeur étant ménagés dans la semelle. Les fers les plus simples comportent une vanne à débit réglable par où l'eau chute du réservoir dans la chambre de vaporisation sous l'effet de la gravité. La vapeur produite sort du fer vers l'atmosphère par des canaux et des trous de sortie constituant un circuit d'échappement de la vapeur. Mais la vapeur occupe un gros volume et parcourt le circuit d'échappement à vitesse élevée. Par suite des pertes de charge de ce circuit, la pression de la vapeur dans la chambre de vaporisation augmente. Par ailleurs, lorsque le fer à repasser est appliqué sur l'étoffe repassée, la sortie de vapeur par les trous de la semelle est contrariée et la pression dans la chambre de vaporisation augmente encore.
Cette pression interne à la chambre de vaporisation s'oppose au passage de l'eau dans la vanne à débit réglable, ce qui diminue sensiblement la quantité suivante de vapeur produite. La surpression interne ne peut pas dépasser une valeur correspondante à la hauteur de la colonne d'eau comprise entre la sortie d'eau de la vanne et le niveau d'eau dans le réservoir, généralement de quelques centimètres. De ce fait la quantité de vapeur varie fortement pendant le repassage, suivant les étoffes et le support de repassage. Les pertes de charge étant proportionnelles au carré de la vitesse de la vapeur dans le circuit, la vitesse est limitée, en particulier la vitesse de sortie par les trous de la semelle, ce qui peut être un inconvénient pour la pénétration de la vapeur dans les étoffes. De plus on ne peut pas utiliser la vapeur dans un pulvérisateur, lequel nécessite beaucoup trop de pression pour son fonctionnement.
Ces inconvénients justifient l'emploi, dans des fers plus élaborés, d'une pompe qui force le passage de l'eau depuis le réservoir jusqu'à la chambre de vaporisation, la pression délivrée par la pompe étant très supérieure à celle qui est générée par les pertes de charges. Mais cette solution augmente le prix du fer pour la valeur d'une pompe, de sa mise en place et de son dispositif d'alimentation si elle est électrique.
On connaît aussi des dispositifs utilisant les variations de la pression de vapeur dans la chambre de vaporisation entre les périodes où le fer est posé sur le tissu et celles où il ne l'est pas, ceci afin de forcer le passage de l'eau. Un tel dispositif est décrit par exemple dans le brevet FR2626901. Mais ces dispositifs sont également coûteux et délicats.
Le brevet JP01262899 décrit un fer comprenant une valve de sur vapeur dont la tige de commande est pilotée par un électroaimant. La valve est actionnée périodiquement pour produire un excès de vapeur de façon à nettoyer la chambre de vapeur. Une surpression se produit à la fermeture de la valve. Mais ce dispositif n'est pas prévu pour obtenir en continu une vapeur puissante.
La vapeur peut aussi être mise sous pression élevée, ce qui résout ces problèmes. C'est le cas lorsque le fer comprend - ou est associé à - un générateur de vapeur ayant un bouilleur fermé dans lequel une masse d'eau bout lentement. Mais ces systèmes sont d'un prix élevé. L'objet de l'invention ci après est de pallier à ces inconvénients en proposant un fer économique dans lequel la pression moyenne de la vapeur générée est suffisamment élevée pour s'affranchir des surpressions dues au repassage et/ou pour permettre des vitesses de sortie de vapeur élevées et/ou pour permettre l'utilisation de la vapeur dans un pulvérisateur. Le but de l'invention est atteint par un fer à repasser comprenant un réservoir d'eau à la pression atmosphérique, l'eau du réservoir s'écoulant par un ajutage entre ce réservoir et une chambre de vaporisation chauffée et régulée, une semelle comportant la surface de repassage, des trous de sortie de la vapeur étant ménagés dans la semelle, remarquable en ce que le fer comprend des moyens mettant en résonance ou vibration de relaxation le circuit d'eau et de vapeur, la variation cyclique de la pression de vapeur étant auto entretenue à une pression moyenne supérieure à celle qui correspond à la colonne d'eau disponible dans le fer.
La figure 1 en annexe montre comment on obtient de manière étonnante un tel fer à repasser. Cette figure est un graphique du débit massique Q de vapeur en grammes par minute en fonction de la section totale S en millimètres carrés des orifices de sortie de la vapeur, pour différents diamètres de passage de l'ajutage d'un prototype. Les diamètres sont repérés sur chaque courbe.
Le prototype équipé à l'origine d'un ajutage dont le diamètre était de 0,95mm avait une section initiale de sortie de vapeur de 80mm2. Des trous de sortie de vapeur ont été progressivement supprimés pour diminuer la section de sortie. Dans cette opération, jusqu'à une section de 25mm2 environ, on a vu le débit de vapeur diminuer lentement sans surprise. Puis en continuant la diminution, le fer a produit de manière surprenante de plus en plus de vapeur, jusqu'à 24 grammes par minute avec une section de sortie de vapeur de seulement environ 10 mm2, et avec une vitesse de sortie élevée. Simultanément on constate que le fer émet un bruit et que la pression moyenne dans la chambre de vaporisation augmente de façon très importante pour dépasser largement la valeur correspondante à la hauteur de la colonne d'eau alimentant l'ajutage. On constate avec satisfaction que la vapeur a alors une grande vitesse et un bon effet de pénétration dans les étoffes repassées, sans que l'application du fer sur l'étoffe diminue sensiblement le débit de vapeur. On constate que la pression varie de façon périodique. On constate aussi des refoulements de vapeur à travers l'ajutage. La vapeur se re-condense aussitôt dans le réservoir d'eau en provoquant de petites implosions à une cadence rapide.
Le phénomène n'est pas clairement expliqué. Pour partie, on peut penser que la chambre de vapeur se comporte avec les trous de sortie comme une cavité résonante de Helmholtz qui serait excitée par la vaporisation de l'eau. Pour partie on peut penser que les implosions de la vapeur dans le réservoir juste au dessus de la vanne propulsent l'eau avec force dans la chambre comme le ferait une pompe. Comme la chambre de vaporisation est une cavité qui n'est pas dessinée pour avoir une fréquence de résonance basse du point de vue acoustique, on peut penser que les phénomènes se conjuguent et que lorsque assez d'énergie peut être maintenue dans le résonateur ainsi constitué, il oscille en générant d'importantes surpressions qui entraînent une pression moyenne élevée.
Ceci s'obtient quand on ajuste correctement le passage de sortie de vapeur avec le passage dans l'ajutage. Par rapport aux fers connus il faut diminuer sensiblement la sortie de vapeur et augmenter le passage dans l'ajutage, ce qui, sans l'effet précédemment décrit, aurait pu faire craindre que la surpression de vapeur due à l'abondance de l'eau empêche le fonctionnement.
La surpression est obtenue pour une valeur de la section de sortie de vapeur inférieure à une valeur critique. Pour des sections de sortie supérieures proches de cette valeur critique, le démarrage du mode de fonctionnement décrit s'obtient par un ébranlement ou une ouverture brutale de l'ajutage. Le fonctionnement peut alors présenter une instabilité, ce qu'on peut tenter d'expliquer par une perte d'énergie excessive par les trous de sortie, ou par une grande difficulté à transformer l'énergie de pression en une énergie cinétique suffisante. Cette énergie se charge normalement de créer une dépression temporaire dans la chambre et d'aspirer l'eau par l'ajutage.
On a tracé sur la figure 1 différentes courbes d'un prototype relatives à des ajutages dont le diamètre de passage est différent. La zone ou le mode de fonctionnement cherché est stable et démarre spontanément est limitée vers la droite par une courbe A en trait tireté. Cette courbe représente les solutions d'une fonction f(S,Q)=0 qui peut être interpolée par un polynôme dans la zone utile. A titre d'exemple dans le cas particulier du prototype de la figure 1 cette fonction s'écrit:
F(S,Q)=0.00027Q3-0.035Q2+1.258Q-S+8.18.
Avec S exprimé en millimètre carré et Q en grammes de vapeur produite par minute. La fonction F(S,Q) est nulle pour les points choisis sur la courbe en trait tireté, positive si on choisit un point M(S1 ,Q1 ) de fonctionnement stable et négative si le fonctionnement est instable.
De préférence les passages dans les trous de sortie de vapeur et le diamètre de l'ajutage sont ajustés de telle sorte que la fonction F(S,Q)=m10"4Q3-n10"2Q2+pQ-S +q soit positive, dans laquelle Q est le débit massique de vapeur (en g/min) S est la section totale des orifices (en mm2).
Pour ce qui concerne le prototype décrit, avec un type d'arrangement et de semelle déterminé, m est compris entre 1 ,5 et 3,5 , de préférence 2,5 n est compris entre 2 et 4,5 , de préférence 3,5 p est compris entre 1 et 2 , de préférence 1 ,25 q est compris entre 7 et 10 , de préférence 8.
Cependant les paramètres varient avec la construction du fer et d'autres plages de valeur doivent être calculées pour représenter fidèlement le comportement d'autres constructions.
On ajuste donc les passages dans les trous pour se trouver dans la zone où la fonction F(S,Q) décrite est positive, c'est à dire située à gauche du trait tireté dans le cas particulier de la figure 1. On peut non seulement ajuster la section des passages mais aussi leur longueur afin d'ajuster les effets d'inertie de la vapeur circulant dans ces passages à vitesse élevée.
De préférence l'ajutage est constitué du passage d'une vanne à débit réglable.
La section de sortie de vapeur est choisie pour convenir à une large gamme d'ouvertures de la vanne, de façon à maintenir un réglage de débit aisément possible dans le mode de fonctionnement décrit. Dans une deuxième version, le fer comporte un clapet anti-retour entre le réservoir et la chambre de vaporisation.
Une température trop élevée de l'eau du réservoir nuit au bon fonctionnement des oscillations. Le clapet anti-retour a l'avantage d'empêcher les retours de vapeur dans le réservoir d'eau, et donc son réchauffement lent. Le clapet et la vanne réglable peuvent avantageusement être combinés pour ne faire qu'un sous ensemble. Dans cette version le fonctionnement a tout d'abord semblé beaucoup plus critique avec les chambres de vaporisation et les circuits de vapeur connus. En effet le clapet anti-retour supprime les petites implosions décrites plus haut. Utilement, le circuit de vapeur comporte des passages allongés où la vapeur circule à grande vitesse qui constituent avec le clapet et la chambre de vaporisation un circuit de vapeur oscillant stable.
On retrouve ainsi la stabilité de fonctionnement, même à des débits de vapeur modestes. La vapeur est contrainte, avant de s'échapper, de parcourir à grande vitesse un ou des passages relativement longs et de faible section par rapport aux circuits de vapeur connus. De ce fait une grande masse de vapeur est mise en vitesse dans les passages pendant la vaporisation et acquiert de l'énergie cinétique transformant ainsi l'énergie de pression générée dans la chambre de vaporisation. Lorsque la vaporisation de l'eau introduite dans la chambre se termine, cette énergie cinétique contribue à vider la chambre de sa vapeur restante pendant un laps de temps suffisant, provoquant l'ouverture du clapet, une nouvelle admission d'eau, une nouvelle vaporisation, et le cycle recommence. La fréquence de fonctionnement n'est pas égale à la fréquence de résonance acoustique du circuit de vapeur car la haute pression dure tant que l'eau admise brutalement n'est pas toute évaporée. Aussi il suffit que le circuit ait assez d'énergie pour ouvrir le clapet en fin d'évaporation pour que le système fonctionne.
On retrouve un fonctionnement caractéristique similaire à celui décrit en figure 1 si on remplace en abscisse la section S par un produit comprenant la section et l'inverse de la longueur du circuit de sortie. L'ensemble peut donc être ajusté pour obtenir les oscillations spontanées et stables.
Dans une variante de réalisation utilisant un clapet, on retrouve un fonctionnement oscillatoire stable en augmentant sensiblement les dimensions de l'orifice, pour compenser l'absence des petites implosions, et en utilisant un clapet très léger, en série avec le goutte à goutte, sans pour autant modifier la conception générale classique du circuit de vapeur de la semelle. Dans ce régime pulsatoire, le débit obtenu est important, avantageux pour le repassage de pièces difficiles.
Utilement, le goutte à goutte suivi d'un clapet comporte un module fermant un grand passage destiné à laisser plus rapidement passer un grand débit d'eau et percé de l'orifice proprement dit du goutte à goutte. L'orifice est libéré progressivement par une tige de pointeau dans une première partie de sa course de commande et les plus grands débits d'eau et de vapeur sont obtenus dans une deuxième partie de la course de la tige ou le module est progressivement soulevé.
En l'absence d'autres modifications, la présence du clapet augmente la courbure vers la gauche et en bas d'une courbe A semblable à celle visible en figure 1 , et diminue le débit à section d'orifice et de sortie de vapeur égale, de sorte que le fonctionnement à faible débit Q ne permet pas l'auto amorçage des oscillations. La présence du clapet nécessite donc de plus grandes ouvertures à débit égal que la première version décrite. Il déplace aussi la partie supérieure de la courbe de stabilité A à droite du diagramme. La stabilité est améliorée pour les grandes ouvertures d'orifice et les hauts débits, ce qu'on peut expliquer par l'absence de retour et donc de pertes d'énergie dans le réservoir. La section de sortie de vapeur S peut être plus importante.
Lorsque le pointeau dégage progressivement l'orifice, un débit de vapeur Q relativement faible, mais suffisant pour le repassage de pièces faciles à repasser est obtenu. La vapeur produite en faible quantité est incapable de faire s'élever la pression, de fermer le clapet et de faire osciller le fer. Lorsque l'ouverture de l'orifice est augmentée, pour une section S0 de sortie constante, le point de fonctionnement se déplace dans la zone où la vapeur produit spontanément les oscillations précédemment décrites. L'eau admise rapidement dans la chambre produit une bouffée de vapeur partiellement retenue par la sortie calibrée, la pression s'élève en fermant le clapet et l'admission d'eau, la vaporisation continue à forte pression jusqu'à épuisement de la quantité d'eau admise et évacuation de la vapeur, après quoi le clapet s'ouvre et le cycle recommence. Ce régime oscillatoire assure un débit et une pression de vapeur importants et efficaces pour repasser les articles difficiles. L'utilisatrice du fer dispose donc de deux régimes de fonctionnement du fer appropriés aux différentes difficultés du repassage.
Dans une troisième version de l'invention le fer à repasser comprend un clapet à passage fixe faisant office d'ajutage entre le réservoir et la chambre de vaporisation.
Cette version fonctionne comme la précédente, mais le débit de vapeur est limité par le circuit de sortie de la vapeur. De préférence le fer à repasser comporte en outre une vanne de réglage du débit de vapeur située sur le circuit de vapeur.
On limite le débit de vapeur en agissant sur le circuit de vapeur plutôt que sur le circuit d'eau comme dans la deuxième version. Par ailleurs le fonctionnement des oscillations est le même que dans cette deuxième version.
L'invention sera mieux comprise à la lecture des exemples ci après et des dessins annexés.
La figure 1 est, comme on a déjà pu le voir, un diagramme des courbes caractéristiques du débit massique de vapeur d'un fer selon l'invention en fonction de la sortie de vapeur.
La figure 2 est un diagramme des courbes caractéristiques du débit massique de vapeur d'un fer selon l'invention en fonction de la sortie de vapeur au voisinage du fonctionnement à sortie de vapeur S0 constante.
La figure 3 est le diagramme de la courbe caractéristique du débit massique de vapeur d'un fer selon l'invention ayant un passage d'admission d'eau maximal et constant ainsi qu'une section de sortie de vapeur variable.
La figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'un fer selon une première version de l'invention.
La figure 5 est une section montrant le goutte à goutte et le clapet d'un fer selon une deuxième version de l'invention.
La figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'un fer selon une deuxième version de l'invention.
La figure 7 est une vue de détail en coupe longitudinale d'un fer selon une troisième version de l'invention. La figure 8 est une vue en coupe longitudinale d'un fer selon une troisième version de l'invention.
La figure 9 est un diagramme des courbes caractéristiques d'une variante d'un fer selon l'invention représentant le débit massique de vapeur en fonction de la sortie de vapeur. La figure 10 est une section montrant le goutte à goutte et le clapet d'une variante de l'invention.
Dans une première version de l'invention représentée sur la figure 4, le fer 1 comporte un réservoir d'eau 2, une semelle 3 en liaison thermique avec un corps chauffant 4 incluant une chambre de vaporisation 5 fermée par une plaque 6 et muni d'un élément chauffant 7. Le corps 4 est régulé en température par un thermostat 22. Un dispositif de goutte à goutte 8 ménage un passage de l'eau du réservoir 2 vers la chambre de vaporisation 5. Le goutte à goutte a un orifice 9 dont la section peut être réduite par un pointeau 10. La vapeur produite dans la chambre de vaporisation instantanée 5 est recueillie par des passages ou canaux 11. Elle s'échappe dans l'atmosphère par un ou des passages calibrés 12. De préférence la vapeur est ensuite répartie sous la semelle 3 par une chambre de répartition 13 d'où elle s'échappe par les trous 14 de la semelle vers le tissu à repasser.
En se reportant à la figure 1 correspondant au prototype, on constate qu'en réduisant suffisamment la section S des orifices 12 on obtient des régimes de fonctionnement qui comprennent une composante pulsatoire et correspondent à la fois à des maximums de débit de vapeur et de pression moyenne interne de vapeur. Ces régimes ont un fonctionnement spontané et stable quand les valeurs sont choisies à gauche de la courbe A tiretée sur le diagramme. On choisit un passage maximal de l'orifice 9 du dispositif goutte à goutte 8 correspondant par exemple à la courbe C0 de la figure 2 et on choisit de calibrer la sortie de vapeur 12 avec une section S0, repérée en abscisse de la figure 2. Le point M représente alors le fonctionnement où la vaporisation est maximale. La section S0 est choisie en relation avec la courbe C0 pour que ce point M soit situé dans la zone de stabilité. Dans un mode de réalisation concret, pris à titre d'exemple non limitatif d'un fer ayant une puissance installée de 1900W, la section S0 est choisie égale à 13 mm2 et le goutte à goutte a une section de passage maximale de 1 ,5 mm2 , le fonctionnement oscillatoire spontané étant obtenu dans cette construction pour des valeurs de S0 inférieures à 24 mm2. Lorsque le pointeau se ferme et que le débit d'eau diminue, le point de fonctionnement m se déplace sur le diagramme de la figure 2 en quittant verticalement la courbe C0 pour se rapprocher de l'axe des abscisses parallèlement à l'axe des ordonnées. La section S0 est choisie pour que dans cette opération le déplacement du point de fonctionnement coupe un maximum de courbes caractéristiques dans la zone de stabilité pour permettre un réglage sans aléa. Dans ces conditions quand le fer est chaud et que l'utilisatrice met la vaporisation en marche, la vapeur est produite spontanément dans un régime pulsatoire dont elle ne perçoit pas les vibrations. La vapeur générée à haute pression franchit les passages de sortie étroits 12, dont la perte de charge est très supérieure aux pertes de charge que le repassage peut engendrer. La vapeur est émise avec force et traverse facilement les étoffes ce qui rend le repassage plus facile, ou nécessite moins de vapeur à travail égal. Ceci contribue à maintenir une ambiance de travail saine.
Par ailleurs on constate que les variations de pressions empêchent le tartre de se déposer sur les organes sensibles tels que le boisseau, et il devient pulvérulent pour une grande partie. Il s'évacue facilement avec la vapeur.
De ce fait on a pu, dans une deuxième version de l'invention, ajouter un clapet à l'orifice d'admission d'eau comme indiqué en figure 5. Le clapet est par exemple constitué par une bille 15 disposée dans un alésage en bout de l'ajutage 9. Normalement ouvert par le poids de la bille, le clapet laisse passer l'eau du réservoir 2 tant que la pression dans la chambre 5 est faible, et se ferme ensuite.
Dans une réalisation de cette version représentée en figure 6, les canaux 11 sont allongés et calibrés avec le même soin que les orifices de sortie 12 de façon à ce que les grandes vitesses de déplacement concernent plus de vapeur. En fin d'évaporation de l'eau préalablement admise dans la chambre, le système dispose alors de plus d'énergie pour créer une dépression dans la chambre 5 et ouvrir le clapet. Les canaux 11 ont alors leur entrée 16 éloignée de la sortie par les orifices 12. Au besoin, la longueur des canaux 11 peut encore être augmentée par exemple par un tube 17 enroulé et ayant une entrée dans la chambre 5, comme on peut le voir en figure 7. On constate que le fonctionnement présente beaucoup de similitudes avec le fonctionnement de la précédente version, avec l'avantage qu'il n'y a pas de refoulements dans le réservoir, lequel reste à une température ordinaire normale. Dans une variante préférentielle de l'invention utilisant un clapet, le fer est un fer semblable à celui de la figure 4 mais équipé d'un goutte à goutte à large passage et d'un clapet 15 visibles en figure 10. La section de sortie de vapeur, marquée S0 sur un équivalent de la figure 2, est réduite seulement pour que l'amorçage spontané des oscillations soit obtenu pour une ouverture moyenne de l'orifice 9 du goutte à goutte. Le clapet 15 en élastomère de silicone mis en série avec le goutte à goutte, est avantageusement très léger. Il présente une grande surface, tournée vers la chambre de vaporisation, sur laquelle la pression de vapeur peut s'appliquer pour le fermer facilement. Le goutte à goutte peut, en option, comporter un module 25 portant l'orifice 9, ledit module se soulevant en fin de course d'ouverture du pointeau 10, pour libérer plus rapidement un plus grand passage à l'eau du réservoir. Dans un mode de réalisation concret, pris à titre d'exemple non limitatif d'un fer ayant une puissance installée de 1900W, la section S0 est choisie égale à 40 mm2 et le goutte à goutte a une section de passage maximale de 1 ,8 mm2 tant que le module est sur son siège, et de 25 mm2 lorsque le module est complètement soulevé. Le fonctionnement en oscillations est spontané pour une section des passages de vapeur S0 pouvant aller jusqu'à 60 mm2.
Pour des repassages faciles, l'utilisatrice règle le débit de vapeur à un faible niveau. Sur le diagramme de la figure 9, le point de fonctionnement se situe entre les points MO et M1. Le fer fonctionne alors de façon classique, sans oscillations de pression. Lorsqu'elle veut repasser des tissus difficiles, avec beaucoup de vapeur très énergétique, elle augmente le débit avec la commande de boisseau. Le fer change alors de régime, le point de fonctionnement m franchit la ligne limite de stabilité et d'auto amorçage A au point M1 , et se situe entre les points M1 et M du diagramme de la figure 9. Au maximum le point de fonctionnement m se situe en M sur la courbe C0 correspondant à l'ouverture maximale de l'orifice de la valve. Le fer fonctionne avec des oscillations dont la fréquence est de l'ordre de 20 à 30 pulsations par minute pour un prototype réalisé. La vapeur sortant à grande vitesse est très pénétrante et efficace. Le prototype, ainsi équipé avec un grand orifice d'entrée d'eau et une valve, débite 35 grammes de vapeur par minute lorsque le fer est soulevé, et encore 32 grammes par minute quand il est appliqué sur l'étoffe à repasser. Le débit de vapeur varie donc très peu avec les conditions de repassage.
Une troisième version de l'invention visible en figure 8, dérivée de la variante utilisant un clapet représentée en figure 6, utilise un passage de l'eau du réservoir 2 dans la chambre 5 à travers un orifice calibré 9 et muni d'un clapet ayant une bille 15. Mais l'ajutage ainsi constitué de comporte pas d'organe de réglage de débit d'eau. Le circuit de vapeur est muni d'un réglage de débit de vapeur 20 constitué par exemple d'un pointeau ou d'un boisseau agissant à la jonction des canaux 11 avec les orifices 12.
Le passage de l'eau dans l'orifice 9 étant constant on utilise qu'une seule des courbes caractéristiques similaires à celles précédemment décrites, par exemple la courbe C0 de la figure 3 correspondant au maximum des possibilités de vaporisation. Le dispositif de réglage 20 étant en pleine ouverture, il correspond au point Sm de la caractéristique de la sortie et au point M de fonctionnement. On calibre les canaux 11 pour que ce point de fonctionnement à pleine puissance soit situé dans la zone de stabilité.
Lorsque le dispositif de réglage ferme la sortie, le point S'm se rapproche de l'origine des abscisses et le point de fonctionnement m suit la courbe C0 avec un débit de vapeur correspondant, en se rapprochant des origines du diagramme. Dans les essais réalisés, la courbe A délimitant la zone de stabilité est concave vers les origines, aussi cette variante de réalisation de l'invention donne plus de précision et de stabilité du fonctionnement oscillatoire à faibles débits, au prix d'un arrangement à peine plus complexe. A cette construction on peut aussi adjoindre un clapet 21 pour fermer le passage de l'eau vers la chambre 5 lorsque l'utilisatrice veut repasser à sec. Quelle que soit la version, la vapeur sort avec suffisamment de force pour pouvoir être utilisée dans un pulvérisateur. Il suffit pour cela d'aiguiller la sortie de vapeur par un commutateur vers un pulvérisateur plutôt que vers la chambre de distribution de vapeur 13.
De nombreuses variantes peuvent être conçues sans sortir du cadre de l'invention. On pourrait par exemple utiliser un organe de régulation du débit de vapeur dans la première version décrite. On peut aussi sans difficulté adapter l'invention à des semelles et des chambres de vapeur différentes de celles qui sont illustrées, entre autres l'adaptation peut concerner des fers à plusieurs éléments chauffants.

Claims

REVENDICATIONS
1. Fer à repasser (1 ) comprenant un réservoir d'eau (2) à la pression atmosphérique, l'eau du réservoir s'écoulant par un ajutage entre ce réservoir (2) et une chambre de vaporisation (5) chauffée et régulée, une semelle (3) comportant la surface de repassage, des trous (12) de sortie de la vapeur étant ménagés dans la semelle (3), caractérisé en ce que le fer (1 ) comprend des moyens mettant en résonance ou vibration de relaxation le circuit d'eau et de vapeur, la variation cyclique de la pression de vapeur étant auto entretenue à une pression moyenne supérieure à celle qui correspond à la colonne d'eau disponible dans le fer.
2. Fer à repasser selon la revendication précédente caractérisé en ce que les trous de sortie de vapeur (12) et le diamètre du passage (9) de la vanne (8) sont ajustés de telle sorte qu'un régime oscillatoire soit spontanément obtenu.
3. Fer à repasser selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'ajutage est constitué par le passage (9) d'une vanne (8) à débit réglable.
4. Fer à repasser selon l'une des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que le fer (1 ) comporte un clapet anti-retour (15, 9) entre le réservoir (2) et la chambre de vaporisation (5).
5. Fer à repasser selon la revendication précédente caractérisé en ce que le circuit de vapeur comporte des passages (11 ) allongés, où la vapeur circule à grande vitesse, qui constituent avec le clapet (15, 9) et la chambre de vaporisation (5) un circuit de vapeur oscillant spontanément et stable.
6. Fer à repasser selon la revendication 4 caractérisé en ce que le fer comporte un régime de fonctionnement sans oscillations et un régime de fonctionnement oscillant.
7. Fer à repasser selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le fer comprend un clapet à passage fixe (9) faisant office d'ajutage entre le réservoir (2) et la chambre de vaporisation (5).
8. Fer à repasser selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte en outre une vanne de réglage (20) du débit de vapeur située sur le circuit de vapeur.
9. Fer à repasser selon la revendication précédente caractérisé en ce que le circuit de vapeur comporte des passages (11 ) allongés, où la vapeur circule à grande vitesse, qui constituent avec le clapet et la chambre de vaporisation (5) un circuit de vapeur oscillant spontanément et stable.
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