Brevet FR2332503A1 — publié le 19770617

L'invention a pour objet un réchauffeur d'eau instantané pour cafetières automatiques ou d'autres appareils ménagers à chauffage électrique, dans lequel une petite partie de l'eau est vaporisée pour obtenir une propulsion par pression de vapeur. Dans les cafetières automatiques à chauffage électrique, l'eau part d'un réservoir pour passer dans un réchauffeur qui la chauffe au passage et qui est situé plus bas, l'eau remontant ensuite, après réchauffage, vers un orifice de sortie par l'intermédiaire d'un tube ascendant sous l'action de la pression de la vapeur qui se forme. L'orifice de sortie doit se trouver à un niveau supérieur au plus haut niveau possible de l'eau dans le réservoir, faute de quoi l'eau froide, non encore réchauffée, pourrait s'échapper par ledit orifice et se déverser, par exemple, sur la charge de café moulu. Toutefois, la différence de niveau que la pression de la vapeur doit surmonter n'est pas constante car, selon le degré de remplissage du réservoir ou à mesure que ce dernier se vide, la différence de pression augmente dans le liquide.Lorsque la quantité de vapeur produite est excessive, un échappement de ladite vapeur se produit, comme le montre la pratique, à travers l'orifice de sortie, réduisant ainsi le rendement de l'appareil. Cet échappement de vapeur n'est pas continu, mais saccadé, c'est-à-dire qu'il y a alternance entre des périodes sans expulsion d'eau et des périodes pendant lesquelles l'eau est éjectée de façon explosive. Au cours de ces dernières, l'échappement simultané de vapeur produit un bruit puissant, extrêmement désagréable, qui ressemble à un sifflement. Cet inconvénient augmenteen fonction de la charge de la surface de chauffe, ce qui conduit à limiter pratiquement la puissance absorbée par ces appareils à une valeur de 600 à 800 W. Exceptionnellement, la puissance peut atteindre 1000 W. De ce fait, la quantité de café ou de thé produite par unité de temps reste limitée. Le but de l'invention consiste à proposer un réchauffeur pour appareil du genre visé permettant d'obtenir un fonctionnement d'allure parfaitement régulière, meme en augmentant la puissance absorbée par l'appareil. Par nallure régulière", il faut entendre que l'eau chaude s'échappe par 11 orifice de sortie avec un débit continu et régulier, en supprimant ou, du moins, en réduisant à son minimum l'échappement de la vapeur. Par '1augmentation de la puissance absorbée", il faut entendre que le réchauffeur selon l'invention, comparé à un réchauffeur de dimensions analogues de type connu, peut fonctionner en absorbant une puissance plus élevée, par exemple supérieure à 1000 X, permettant de ce fait de produire, par unité de temps, une quantité plus élevée d'eau chaude. Ce but est atteint, selon l'invention, en donnant à la section transversale du passage de l'eau, au moins dans la zone de production de vapeur, une forme qui, vue dans la position normale d'utilisation de l'appareil, se rétrécit considérablement vers le haut, la chambre ou les chambres à vapeur situées dans la partie supérieure prenant alors une forme de section sensiblement triangulaire dont l'angle au sommet est inférieur-à 900 tandis que le côté opposé audit angle, qui constitue la séparation entre la vapeur et l'eau, n'a qu'une longueur égale à une fraction de la largeur maximale de la section de passage de l'eau. L'effet technique qui est à la base de l'invention n'avait pu autre prévu à l'avance et a surpris les praticiens. Une explication possible est la suivante. L'élément important semble être la conjugaison de deux facteurs, à savoir, d'une part, la dimension de la surface de séparation entre la chambre à vapeur et le liquide et, d'autre part, le volume de ladite chambre à vapeur. On pourrait être tenté d'admettre que l'allure de la marche du réchauffeur devrait être d'autant plus régulière que ces deux éléments seraient plus grands. En effet, on pourrait supposer qu'en augmentant les dimensions de la chambre à vapeur, c'est-à-dire en augmentant le volume de vapeur emmagasinée, les variations de pression diminueraient. Il en est de même pour la surface de séparation sur laquelle la pression de la vapeur agit. Or, l'innovation proposée démontre dans la pratique que de telles hypothèses ne correspondent pas à la réalité.Lorsque la chambre à vapeur a un volume important, l'écoulement du liquide à travers le rechauSfeur se trouve parfois passagèrement bioqué. Lorsque ce phénomène s'est produit une rois, la pression de vapeur agit aussi bien vers le réservoir d'eau que vers l'orifice de sortie. Dès lors, la colonne de liquide contenue dans le tube ascendant est quelque peut remontee, la pression de vapeur aiminue legèrement de ce fait, et ladite colonne de liquide retombe quelque peu. En d'au tres termes, cette colonne amorce un mouvement oscillatoire. Lorsque la pression de la vapeur est suffisante pour remonter la colonne d'eau oscillante jusqu'au-dessus du niveau de l'orifice de sortie, la vapeur s'échappe de façon explosive, produisant l'effet désagréable cité ci-dessus. Or, l'invention proposée a pour effet d'éviter ce blocage initial de la colonne de liquide dans le réchauffeur. D'autre part, étant donné que la surface de séparation entre la chambre à vapeur et le liquide est très petite, la pression de vapeur remonte nettement plus vite lorsqu'elle a subi une chute pour une raison quelconque. En d'autres termes, cette pression reprend sa valeur prescrite pour laquelle la colonne de liquide est repoussée en direction de l'orifice de sortie, avant que ladite colonne ne soit arre- tée dans son mouvement. Mais tant que de l'eau froide continue d'arriver du réservoir dans le réchauffeur, il ne peut y avoir d'accumulation excessive de vapeur, non seulement dans la chambre à vapeur du réchauffeur, mais encore dans le tube dans lequel l'eau doit passer, puisque les bulles de vapeur qui apparaturaient éventuellement seraient condensées par l'eau froide. Cet effet, consistant en une circulation relativement régulière du liquide dans le tube réchauffeur, peut être obtenu, ainsi qu'il est dit ci-dessus, avec des appareils usuels. Toutefois, il faut alors abaisser la puissance de chauffe. Par contre, le réchauffeur selon l'invention peut fonctionner à une puissance de chauffe élevée. Le débit du liquide est néanmoins régulier. Tout échappement explosif de vapeur par l'orifice de sortie est évité. Le réchauffeur selon l'invention peut être constitué, par exemple, par un élément d'aluminium moulé sous pression, pourvu de rainures servant d'une part, à loger un corps chauffant électrique, par exemple une résistance boudin isolée, et d'autre part à assurer le passage du liquide. Ces éléments moulés sous pression étant relativement coûteux, par suite des dépenses élevées d'outillage et du faible débit par unité de temps de la fabrication, la préférence sera donnée à un mode d'exécution selon lequel l'organe consiste en un tube à eau de section circulaire et un élément chauffant tubulaire ou une tige chauffante en bon contact thermique avec ledit tube à eau, l'ensemble étant disposé de façon que l'axe du tube à eau se trouve dans un plan horizontal.Selon l'invention, le tube à eau réalisé suivant ce mode d'exécution est rehaussé par compression, du moins dans la zone de production de vapeur, en rétrécissant sa section libre. Une forme d'exécution particulièrement privilégiée est celle dans laquelle le tube à eau consiste en un profilé d'aluminium ou d'un alliage de ce métal, filé à chaud, formant un tube pourvu de deux nervures latérales proéminentes. Ces nervures sont serrées contre un élément chauffant. Un tronçon de ce profilé, recourbé en fer à cheval, est monté de façon que les axes du tube à eau et de l'élément tubulaire chauffant se trouvent dans un plan horizontal. Une zone du tube à eau est déformée par compression de manière à augmenter sa hauteur, sa section transversale se rétrécissant alors vers le haut. L'élément chauffant a, de préférence, une section trapé zonale. Vers le milieu de la chambre de vaporisation, on dispose sur une plaque thermoconductrice un thermostat et, au besoin, un organe de sécurité à température maximale. Les dessins annexés illustrent des modes préférentiels de l'invention, sans aucun caractère limitatif. Sur ces dessins Fig. 1 est une vue en plan d'un réchauffeur instantané selon l'invention. Fig. 2 est une vue latérale du réchauffeur de la fig. 1. Fig. 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la fig. 1. Fig. 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la fig. 1. Fig. 5 est-une vue en coupe d'une variante d'exécution d'un tube à eau dans la zone de production de vapeur. Fig. 6 est une vue en coupe d'une autre variante d'un réchauffeur instantané. Fig. 7 est une vue en coupe d'une autre variante encore d'un tube à eau dans la zone de la chambre à vapeur. Le mode d'exécution d'un réchauffeur d'eau illustré aux fig. 1 et 2 consiste en un tube à eau 1 comportant deux branches substantiellement rectilignes 2 et 3 dirigées l'une vers l'autre selon un tracé sensiblement conique, et une partie médiane 4 courbée en arc de cercle. A la branche 3 se raccorde un tuyau d'arrivée d'eau non représenté, provenant du réservoir à eau qui, n'est pas non plus représenté au dessin. A la branche 2 se raccorde un tube ascendant, non représenté. Lorsque l'appareIl se trouve en position de fonctionnement, l'axe du tube à eau 1 est situé dans un plan horizontal. Le tube 1 est formé d'un profilé d'aluminium filé, pourvu de nervures ou lamelles latérales 5. Des orifices 6 sont pratiqués dans les nervures 5 et obtenus par exemple par emboutissage, mais sans enlever la matière aux points de perforation, celle-ci étant simplement repoussée et éclatée pour former des dents proéminentes. Entre les nervures 5 se trouve un élément chauffant tubulaire 7, de section trapézoldale les nervures précitées étant appliquées sur l'enveloppe dudit élément chauffant par compression, de telle façon que les bords échancrés des orifices 6 pénètrent dans l'enveloppe de l'élément chauffant tandis qu'à l'inverse, la matière de ladite enveloppe de l'élément 7 pénètre dans les trous 6 pour s'y ancrer à la manière d'un rivet. Dans la partie du tube à eau 1 qui forme la branche 2, ledit tube est déformé en 8 par compression, en rétrécissant la section transversale, de manière à constituer une chambre de vaporisation correspondante. Dans la zone centrale de cette chambre de vaporisation 8, on prévoit une plaque thermoconductrice 9 portant un thermostat et, au besoin, un dispositif de sécurité à température limite, non représentés au dessin. Le rétrécissement 8 peut d'ailleurs se prolonger sur toute la zone chauffée. Le canal libre du tube à eau peut, comme l'illustre la fig. 4, avoir une section transversale circulaire 10. Toutefois, au moins dans la zone correspondant à la chambre de vaporisation 8, le tube 1 est déformé par compression pour avoir une hauteur plus grande, sa section Il devenant alors semi-circulaire, formant ainsi une chambre de vaporisation 12 de section sensiblement triangulaire. il est donc essentiel, dans le cadre de l'invention, que dans la zone 8, la section du tube 1, ait une forme rétrécie vers le haut. Cet effet peut être obtenu d'une façon plus nette lorsque, comme le montre la fig. 5, le tube 1 est déformé par compression, dans la zone 8, de manière à lui donner une section en goutte d'eau 13. Les formes de section transversale illustrées aux fig. 3 à 5 permettent d'obtenir, dans les chauffe-eau des machines à café de dimensions courantes, une puissance maximale absorbée de 1200 W. Or, il est possible d'augmenter encore cette puissance grace aux modes d'exécution illustrés aux fig. 6 et 7. Dans ces variantes d'exécution, le tube 1 comporte deux canaux de passage 14, 16, de section semi-circulaire, séparés l'un de l'autre par une cloison intermédiaire 15. La configuration ayant la section transversale illustrée à la fig. 6 est obtenue sous la forme d'un profilé monobloc filé en continu. Dans ce profilé continu, on découpe des tronçons de longueur appropriée. Les bouts des branches 2 et 3 sont rectifiés par fraisage pour leur donner une forme tubulaire, permettant de raccorder les tuyaux de communication correspondants. La section de la zone 8 du tube 1 représentée à la fig. 7 est déformée par compression de manière à lui donner une géométrie en double goutte d'eau ou une forme cardioïde 16. il est évident que, dans ce mode de réalisation, l'élément chauffant tubulaire 7 se trouve placé, dans la position d'utilisation de l'appareil, au-dessous du tube à eau 1 et à la verticale de celui-ci. Cette division du tube à eau en deux canaux séparés est favorable, comme le démontre la pratique, à l'effet cherché dans l'invention. Au cas où le débit de l'eau aurait tendance à ralentir dans l'un des canaux, par exemple à la suite d'une chute transitoire de la pression de vapeur dans la chambre 12, l'eau monterait néanmoins dans le tube ascendant, poussé par la pression régnant dans 1' autre canal. L'effet d'aspiration entraSne- rait alors l'eau du premier canal. M8me si une bulle de vapeur formée dans l'un des canaux risquait de provoquer une expulsion explosive, ladite bulle, atteignant l'eau de l'autre canal, s'y condenserait au moins partiellement.La puissance absorbée peut alors dépasser 1200 w sans que se produise une interruption périodique de l'écoulement de l'eau, telle qu'on l'enregistre dans les réalisations connues du type considéré. Dans les modes d'exécution selon les fig. 1 à 5, une varian- te consiste à introduire dans le tube profilé 1 un second tube arrondi, en une matière résistant à la corrosion, par exemple en acier inoxydable, en cuivre etc., le tube profilé 1 n' ayant alors que la longueur des nervures 5. Ce tube profilé ne sert alors qu'à transmettre la chaleur et peut, par conséquent, être constitué d'une matière qui n'est pas nécessairement résistante à la corrosion. Le tube à eau est alors formé par le tube inoxydable intérieur, dont la paroi peut n'avoir qu'une faible épais- seur. Le prix de revient de cette variante n'est que légèrement supérieur, car elle permet d'éviter l'usinage mécanique, reXatl- vement coûteux, des bouts du tube - (ablation des nervures et rectification au tour). REVENDICATIONS 1. Réchauffeur d'eau instantané pour machines à café ou d'autres appareils ménagers à chauffage électrique, dans lequel une petite partie de l'eau est vaporisée pour obtenir une propulsion par pression de vapeur, caractérisé en ce que 1'appa- reil se trouvant dans sa position d'utilisation, la section transversale du canal de passage de l'eau, au moins dans la zone (8) de vaporisation, est fortement rétrécie vers le haut, de telle manière que la chambre ou les chambres à vapeur, situées a la partie supérieure, présentent une section sensiblement triangulaire dont l'angle au sommet est inférieur à 900 tandis que le côté opposé audit angle, représentant la ligne de séparation entre la vapeur et Liteau, n'a pour longueur qu'une fraction de la largeur maximale du passage libre de l'eau. 2. Réchauffeur d'eau selon la revendication 1, constitué par un tube à eau de section circulaire et un élément chauffant tubulaire ou en tige, ledit élément étant en bon contact thermique avec le tube à eau et l'axe de ce dernier se trouvant dans un plan horizontal, caractérisé en ce que, du moins dans la zone de formation de vapeur, le tube à eau (1) est déformé par compression de manière à augmenter sa hauteur tout en réduisant la section de passage libre. 3. Réchauffeur d'eau selon la revendication 1, caractérisé ei*e que le tube à eau (1) est constitué par un profilé monobloc en aluminium ou en alliage d'aluminium filé à la presse, comportant une section transversale fornée d'un tube flanqué de nervures (5) ou ailes latérales, lesdites nervures (5) étant applfquées par compression contre un élément chauffant (7), et qu un morceau de ce profilé, recourbé en fer à cheval, est monté de telle façon que les axes respectifs du tube à eau (1) et de l'élément chauffant (7) se trouvent dans un plan horizontal, tandis qu'une zone dudit tube à eau (1) est déformée par compression de façon à augmenter sa hauteur, sa section étant alors rétrécie vers le haut. 4. Réchauffeur d'eau selon la revendication 3, caractérisé en ce que I1 élément chauffant a une section transversale tra cézoldale. 5. Réchauffeur d'eau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un thermostat et, au besoin, un dispositif de sécurité à température maximale sont reliés approximativenent au milieu de la chambre de vaporisation (12) par l'intermédiaire d'une plaque thermoconductrice (9). 6. Ré chauffeur d'eau selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le tube à eau (1) comporte deux canaux de passage (14) dont chacun a une section semi-circulaire. 7. Réchauffeur d'eau selon l'une des revendications 1 a 5, caractérisé en ce que, dans la zone de vaporisation (8), le tube à eau (1) comporte deux canaux de passage (16) dont chacun a une section en forme de poire ou de goutte d'eau. 8. Réchauffeur d'eau selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les éléments chauffants tubulaires (7) se trouvent, lorsque l'appareil est dans sa position d'utilisation, au-dessous du tute à eau (1) et à la verticale de celui-ci. 9. Réchauffeur d'eau selon-l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un tube résistant à la corrosion, en acier inoxydable, en cuivre etc., est introduit dans le tube profilé (1), dont la longueur n'est alors que celle des nervures (5).