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La présente invention est relative à un dispositif
générateur de vapeur surchauffée à partir d'une source de
liquide.
Dans le nombreuses applications il est souhaitable
de disposer de vapeur surchauffée, produite instantanément
en quantité prédéterminéeO A titre d'application particulière
on peut citer par exemple les appareils destinés ~ traiter les
cheveux à la vapeur surchauffée, notamment pour réaliser des
mises en plis, tels que les appareils décrits par la société
dépo~ante dans la demande de brevet canadien N 228,872
déposée le 9 juin 1975.
Dans cette demande de brevet il est décrit plusieurs
formes de réalisation de tels appareils comportant divers
types d'éléments chauffants permettant de produire instantané-
ment de la vapeur surchauffée.
Il existe déjà par ailleurs des dispositifs de
production de vapeur, notamment dans des appareils pour enlever
les faux plis sur les habits ou dans les humidificateurs d'air
ambiant dans lesquels la vapeur est obtenue grâce à des électro-
des plongées en permanence dans le réservoir contenant le
liquide. De tels dispositifs ne permettent toutefois pas
d'assurer avec précision la fourniture commandée, instantanée,
d'une quantité prédéterminée de vapeur, et en particulier
ne permettent pas d'obtenir de la vapeur surchauffée.
Au sens de la présente invention on entend par
vapeur surchauffée de la vapeur sortant du dispositif à la
pression atmosphérique en ~état de surchauffe à une température
supérieure à 105C.
La présente invention est relative à un nouveau
dispositif générateur de vapeur surchauffée dans lequel c'est
le liquide a vaporiser lui-même qui agit comme élément de
fermeture du circuit électrique et comme élément de régulation,
-- 1 --
* Maintenant brevet canadien No. 1,059,001, d~livré le
24 juillet 1979.
. ' : ' '
puisque c'est la plus ou moins grande quantité de liquide
introduit qui détermine la grandeur du courant et la puissance
électrique nécessaire instantanément. On assure ainsi une
- économie d'energie dans la mesure où, bien que le dispositif
puisse être branché en permanence il ne se produit une consomma-
tion d'.énergie qu'au moment où l'on introduit la quantit~ de
liquide à vaporiser, ce qui permet en particulier d'obtenir une
puissance instantanée importante pour un faible volume du dis-
positif.
La présente invention, telle que revendiquée ici, est
essentiellement un dispositif générateur de vapeur à partir
d'un liquide, comportant: une première extrémite en materiau
isolant et une seconde extrémité également en matériau isolant:
une electrode tubulaire interne s'etendant entre ces deux extre-
mites de même qu'une électrode tubulaire externe entourant
l'électrode interne et s'étendant également entre lesdites extré-
mités de fac,on à ce que soit délimité, entre les électrodes, un
espace annulaire compris entre la surface intérieure de l'élec-
trode externe et la surface extérieure de l'électrode interne;
cet espace annulaire ayant une entrée près d'une desdites extré-
mités et une sortie près de l'autre extrémité; des moyens reliant
lesdites électrodes en série à une source d'électricité; un .
matériau poreux disposé dans ledit espace annulaire entre les
électrodes, ce matériau poreux étant électriquement isolant,
ayant une faible inertie thermique et étant chimiquement inerte
vis-a-vis du liquide à vaporiser; des moyens permettant d'intro- ~
duire un liquide a vaporiser dans l'entrée de l'espace annu- ~:
laire; des moyens, à l'intérieur de l'électrode interne, délimi- .:~
tant un passage le long de ladite électrode interne et comportant
une surface interne de ladite électrode interne, ce passage étant
relié à la sortie de l'espace annulaire et s'étendant le long
d'une partie substantielle de l'électrode interne dans une
; 2
~.............................................................. .
direction allant de ladite sortie vers ladite entrée, et des
moyens tubulaires de sortie communiquant avec ledit passage en
un endroit éloigné de ladite sortie de l'espace annulaire pour
permettre l'échappement, dudit dispositif, de liquide vaporisé.
Ainsi, selon l'invention revendiquée ci-dessus et
pour accroître la sécurité électrique, en particulier lors d'une
rupture d'un des fils d'alimentation, l'on augmente le trajet
de circulation du liquide a vaporiser dans le dispositif et de
la vapeur produite, en délimitant a l'intérieur du dispositif
un conduit de passage isolé électriquement de section r~duite
et en forme de labyrinthe.
En variante, il est possible de prévoir dans le moyen
de sortie de vapeur un organe électriquement conducteur, notam-
ment métallique mis à la masse.
La quantité déterminée de liquide à vaporiser, et
donc la quantité déterminée de vapeur produite, peuvent être
obtenues notamment en injectant des quantités dosées de liquide,
obtenues par pompage depuis une source de liquide, les moyens
de pompage permettant de préférence de communiquer au liquide
une surpression par exemple supérieure a 0,5 bars (de pression
relative).
Comme matériau poreux présentant les caractéristiques
exposées ci-dessus, on peut citer par exemple diverses
matières minérales ou organiques naturelles ou synthétiques
fibreuses, granulaires, frittées, telles que par exemple de
l'amiante, de la laine de verre du P.T.F.E., des fi~res de
cellulose, du feutre de laine, de la silice, sans que cette
énumération ne soit en aucune manière limitative.
Si l`on utilise un matériau fibreux, il est souhai-
table que la taille des fibres soit inf~rieure ~ 500~ . Enoutre, il est ~galement souhaitable que dans le matériau poreux
introduit dans le dispositif, le rapport entre le volume d'air
- 3 -
... .
et le volume total du matériau poreux soit inférieur ou égal à
50%.
Le liquide utilisé sera fonction des applications
envisagées. Il convient toutefois que la conductivité du
liquide soit inférieure ou égale à 3x10 5~ lcm 1. On peut
,- :
toutefois citer a titre d'exemple comme liquides vaporisables,
dans le dispositif selon l'invention l'eau distillée, l'eau
déminéralisée, des mélanges eau-alcool, sans que cette liste
ne soit également limitative.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention
le dispositif comprend en outre une résistance électrique montée
en série avec lesdites électrodes aux bornes de la source
d'~nergie électrique. -
La distance entre ces électrodes, c'est-a-dire la
dimension de l'espace dans lequel est introduit le matériau
poreux, est naturellement fonction du liquide, de la tension du
courant électrique qui est utilisé, de la surface des électrodes
et de la puissance désirée.
Ainsi par exemple pour un dispositif utilisable dans
la pratique d'une longueur de 4,5 cm alimenté sous 220 V et
donnant une puissance comprise entre environ 100 watts et
400 watts la distance entre les électrodes est comprise entre ,
0,9 mm et 4 mm.
On doit également choisir la longueur des électrodes,
de telle maniere que toute la quantité de liquide introduite
soit vaporisée dans le materiau poreux entre les electrodes
même s'il se produit une certaine condensation entre les élec-
trodes, le matériau étant tel qu'on obtienne une bonne réparti-
tion du liquide dans le matériau, une bonne homogénéisation de
~0 la vapeur, une surpression permettant d'obtenir de la vapeur
surchauffée ainsi que des turbulences au sein de la masse du
matériau.
," - 4
....
1~8Z:l~
A titre d'application particulière du dispositif
selon l'invention on peut citer les appareils décrits par la
Societe deposante dans le brevet canadien précité, ces appa-
reils étant caractérisés par le fait qu'ils comportent comme
élement de vaporisation un dispositif selon l'invention, et un
mécanisme de pompage permettant de prélever dans un réservoir
une quantit~ déterminée d'un liquide a vaporiser, et un injecteur
ou un corps tubulaire perfore permettant d'amener au contact des
cheveux la vapeur surchauffée produite dans l'élément de vapori-
sation.
De nombreuses autres applications du dispositif selon
l'invention peuvent ~galement être envisag8es.
On peut en particulier citer la r~alisation de fers
a repasser, sans semelle métallique, eventuellement sans
résistance électrique et de faible inertie thermique. Vn tel
.
82~L1
fer à repasser est très léger, se prète à une utilisation
domestique et est très pratique notamment pour le repassage
de tissus délicats.
On peut également envisager comme application les
carburateurs de véhicules à moteur à combustion interne, ou
les brûleurs à mazout, dans lesquels il est souhaitable
d'introduire de la vapeur d'eau en des quantités faibles, avec
un temps de réponse très court dans l'air servant à la combus-
tion. - ;
~'autres avantages et caractéristiques de l'invention
apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes
de réalisation particuliers du dispositif selon l'invention en
se référant au dessin annexé dans lequel :
- la figure 1 est une vue schématique d'un premier
mode de réalisation du dispositif selon l'invention, -~
- la figure 2 est une vue schématique d'un second
mode de réalisation du dispositif selon l'invention,
- la figure 3 représente en coupe un dispositif
selon le premier mode de réalisation schématisé dans la figure
1,
- la figure 4 représente à titre d'application un
appareil injecteur de vapeur comportant le dispositif de la
figure 3.
- la figure 5 représente une variante de réalisation
du dispositif selon la figure 3,
- la figure 6 représente une autre variante de
réalisation du dispositif selon la figure 3.
- la figure 7 représente une variante de réalisation
de l'appareil selon la figure 4.
Le dispositif représenté sur la figure 1 comprend
une enveloppe 1 comportant une entrée de liquide schématisée
en 2 depuis un moyen de pompage P et une sortie de vapeur
_ 5 _
.
82~
schématisée en 3.
A l'intérieur de l'enveloppe 1, et disposées aux
bornes A, B d'une source d'énergie électrique se trouvent deux
électrodes 4 et 5 par exemple en acier inoxydable ou en carbone
entre lesquelles se trouve disposée une masse d'un matériau
poreux, électriquement isolant 6, présentant une faible inertie
thermique et chimiquement inerte vis-à-vis du liquide ~ vapori-
ser. Lorsque le liquide est de l'eau distillée ou déminéra- -
lisée on peut par exemple utiliser de la laine de verre.
10Le mode de réalisation de la figure 2 se distingue
uniquement du mode de réalisation de la figure 1 par la présence
d'une résistance électrique 7 disposée en série avec les
électrodes 4 et 5 aux bornes A, B de la source d'énergie
électrique.
Lorsque l'on introduit par la tubulure 2 une quantité
de liquide, celui-ci pénètre dans la masse de matériau poreux
6 entre les électrodes 4 et 5, et du fait que ces dernières
sont alimentées en énergie électrique il se produit par effet
Joule un échauffement assurant la vaporisation de l'eau et la
production de vapeur qui s'échappera ensuite de l'enveloppe 1
par la tu~ulure de sortie 3 en vue de son utilisation.
Le matériau poreux étant isolant, on comprend que
c'est le liquide à vaporiser qui agit comme élément de ~ermeture
du circuit électrique, c'est-à-dire que c'est l'introduction
du liquide qui déclenche le passage du courant et c'est sa
disparition qui le coupe. Le liquide agit également comme
élément chauffant, les calories étant produites par effet
Joule au sein même du liquide contenu dans les pores du
matériau 6. C'est également le liquide qui sert d'élément
de régulation, dans la mesure où c'est la plus ou moins grande
quantité de liquide introduit qui détermine 1a puissance
electrique nécessaire instantanément. On comprend ainsi que
- 6 -
2~1
l'appareil ne consomme qu'une très faible quantité d'énergie,
uniquement pendant les courts moments où s'effectue la vaporisa-
tion, l'enveloppe 1 du dispositif n'ayant pas tendance à
s'échauffer ce qui permet à l'utilisateur de tenir dans sa
main sans risque d'échauffement excessif le dispositif selon
l'invention.
La figure 3 représente un dispositif selon l'inven- -
tion réalisé selon le principe schématisé dans la figure 1.
Le dispositif comprend deux électrodes concentriques 4 et 5,
réalisées par exemple en acier inoxydable et contenant entre-
elles comme matériau poreux 6 de la laine de verre.
Dans un exemple particulier de cette réalisation on
utilise des électrodes présentant une longueur de 3cm, écartées
l'une de l'autre de 3mm, la surface des électrodes étant de
6cm .
On peut également adjoindre en série aux électrodes
une résistance de chauffage qui peut par exemple être de 60 Ohms.
Avec une tension d'alimentation alternative de 220 volts et
une intensité du courant d'alimentation de 0,5 Ampères on
obtient avec une quantité injectée de 0,2cm3 d'eau distillée
une puissance instantanée de 110 watts et la production de
vapeur surchauffée.
On a représenté sur la figure 4 ~ titre d'applica-
tion du dispositif selon la figure 3 son utilisation dans un
appareil injecteur de vapeur du type décrit dans le brevet
canadien précité de la société déposante. Cet appareil comporte
une enveloppe externe 8 munie à sa partie avant d'un élément
en forme de dôme, réalise de préférence en caoutchouc souple
9 à l'intérieur duquel passe une aiguille d'injection creuse 10.
L'appareil comporte comme élément de vaporisation
le dispositif selon l'invention représenté ~ la figure 3.
L'aiguille d'injection 10 est reliée à la sortie de vapeur 3,
~,,; .
~82~1
l'entrée de liquide en 2 s'effectuant par l'intermédiaire
d'une aiguille creuse 11 plongeant dans un réservoir souple
amovible 12 disposé a l'arrière de l'appareil. Pour faire
fonctionner le dispositif il suffit de presser la cartouche
12 pour vaporiser la quantité correspondante de liquide, la
vapeur s'échappant par l'aiguille d'injection 10. On doit
comprendre que la figure 4 ne représente qu'une forme d'applica-
tion possible du dispositif selQn l'invention , un tel disposi-
tif pouvant être utilisé comme él~ment de vaporisation dans
l'un quelconque des appareils décrits dans le
brevet canadien précité, ainsi que comme élément de vaporisa-
tion dans de nombreuses applications dont quelques unes ont
été énumérés dans la présente demande.
Le dispositif représenté sur la figure 5 se distingue
du dispositif représenté sur la figure 3 par la présence dans
la tubulure de sortie de vapeur 3 d'une bague électriquement
conductrice, notamment métallique, 13, fixée à la tubulure par
un organe de fixation tel qu'une vis 14. Cette bague 13 est
mise ~ la masse par une ligne 15. En outre un matériau de
bourrage électriquement conducteur, notamment fritté, 16, est
disposé dans le conduit de sortie de vapeur dans la tubulure
3. On obtient ainsi une sécurité électrique évitant à l'utili-
sateur de recevoir une décharge de courant en manipulant
l'appareil lorsque par accident l'un des fils d'alimentation
électrique se trouve rompu.
Une variante de la réalisation du dispositif selon
l'invention permettant également d'obtenir une sécurité
électrique accrue est représentée sur la figure 6.
Dans cette figure le dispositif comporte comme celui
des figures 3 et 5 une tubulure d'amenée de liquide ~ vaporiser
2 depuis un moyen de pompage P, une tubulure de sortie de
vapeur 3 et deux électrodes concentriques 4 et 5 entre les-
-- 8 --
2~L3L
quelles est disposée une masse de matériau poreux électrique- ~:
ment isolant 6 présentant les caractéristiques exposées
précédemment. L'électrode externe 4 qui comme on le remarque
sur la figure 6 fait fonction d'enveloppe externe est montée
dans des flasques d'extrémité en matériau isolant 17. Le
dispositif comporte du côté alimentation en liquide à vaporiser ~
une soupape 18 constituée d'une bille rappelée par ressort et : ;
permettant l'accès du liquide à vaporiser au dispositif
lorsque le liquide est amené depuis le moyen de pompage P
avec une surpression suffisante pour faire reculer la bille
contre l'action du ressort. Le liquide traverse ainsi un ou
plusieurs orifices 19 et pénètre dans un conduit de faible
section en forme de labyrinthe 20 jusqu'à la masse de matériau :-
poreux 6 d'où il sort par un autre conduit en labyrinthe 21
et passe par un ou plusieurs orifices 22 dans une chambre
allongée 23 depuis laquelle il est amené vers la tubulure de
sortie 3. On comprend qu'un tel trajet en labyrinthe à l'inte-
rieur du dispositif, augmenté de la longueur de la tubulure
de sortie 3 communique au liquide à vaporiser et à la vapeur
produitedans le dispositif un trajet dans un conduit de grande
longueur pour une section faible, ce qui augmente la résistance
électrique due au liquide dans l'appareiL et ainsi réduit
dans une très large mesure l'intensité de la décharge de courant
que pourrait recevoir un utilisateur de l'appareil dans le
cas d'une rupture d'un des fils d'alimentation des électrodes.
A titre d'exemple on a réalisé un dispositif selon
la figure 6 présentant une longueur de 45 mm, le rayon de
l'électrode interne étant de 4 mm, celui de l'électrode externe
de 6 mm. On obtient ainsi entre les électrodes un écartement
de 2 mm pour une surface d'électrodes de ll cm2.
Pour un volume d'eau distillée de l cm3 contenue
dans le matériau poreux disposé entre les électrodes, on obtient,
., _ g _
1~ 32~1
, ,
~ .
sous une tension d'alimentation de 220 V. et une intensité
de courant d'alimentation de 1 Ampère, une puissance instan- -~
tanée de 220 watts et la production de vapeur surchauffée.
On a représènté sur la figure 7 une variante de
réalisation d'appareil injecteur de vapeur surchauffée dans
la même représentation que celle de la figure 4.
L'appareil se distingue de celui de la figure 4 par
le fait que l'alimentation s'effectue à partir d'une prise de
terre comportant un fil de masse M relié à l'enveloppe 1 du
dispositif qui se trouve ainsi mise à la terre.
L'aiguille d'injection 10 qui est réalisée en un
matériau électriquement conducteur, en particulier en métal
ou en matière plastique chargée de carbone est fixée à
l'enveloppe 1 par un embout fileté 10a. On comprend qu'ainsi
l'aiguille d'injection se trouve également à la masse ce qui
augmente la sécurité électrique.
En outre, bien que l'invention ait été décrite en
liaison avec des modes de réalisation particuliers, il est
bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut
lui apporter toutes modifications souhaitables sans pour
autant sortir ni de son cadre ni de son esprit. -
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