Brevet FR2462654A1 — publié le 19810213

La présente invention a pour objet un géné- rateur de vapeur à évaporation directe, sans accumula- tion de vapeur sous pression, comprenant un premier pla- teau supérieur muni d'au moins un canal d'amenée d'un fluide sous pression à évaporer, un second-plateau, indépen- dant du premier plateau et situé sous ce dernier, une cavité de récupération de vapeur en communication avec une partie de la face supérieure du deuxième plateau, et une résistance électrique chauffante située au moins approximativement dans un plan parallèle auxdits premier et deuxième plateaux. Un générateur de ce type, appliqué à une pres- se à repasser, est décrit par exemple dans la demande internationale n' WO 79/00408 publiée en vertu du trai- té de coopération en matière de brevets. Grâce notamment à sa surface d'évaporation aplatie coopérant avec une résistance électrique blindée située au moins approximativement dans un plan parallèle à la surface d'évaporation, le générateur de vapeur pré- cité peut assurer sa fonction de production instantanée de vapeur de façon efficace avec un faible encombrement et sans faire appel à des ensembles de stockage de va- peur sous pression. Toutefois, malgré sa simplicité, ce type de générateur de vapeur de l'art antérieur présen- te des inconvénients dus notamment aux problèmes posés par l'entartrage, en particulier au niveau du pulvérisa- teur chargé de pulvériser l'eau sur la surface d'évaporation. La présente invention vise précisément à remé- dier aux inconvénients précités et notamment à réaliser un générateur de vapeur à évaporation directe dont la structure soit simple et peu coûteuse à construire tout en palliant les défauts des générateurs de vapeur de l'art antérieur liés aux dépôts de calcaire. Ces buts sont atteints grâce à un générateur -2- de vapeur du type mentionné au début, dans lequel, con- formément à l'invention, le canal d'amenée de fluide sous pression débouche librement du premier plateau perpendicu- lairement à ce dernier et au deuxième plateau, dans une partie centrale du générateur, et présente un diamètre de sortie supérieur à environ 2,5 mm, et la face supérieure du deuxième plateau est maintenue appliquée contre la face inférieure du premier plateau par des moyens de rappel élastique. Dans la mesure ou l'orifice de sortie du liqui- de à évaporer est relativement grand, il ne peut plus se produire dé problème d'entartrage au niveau de l'alimenta- tion en fluide sous pression, contrairement au cas des dispositifs à pulvérisateur qui, par définition, présen- tent des orifices de très petites dimensions. Par ailleurs, l'évaporation se produit toujours de façon efficace compte- tenu du fait qu'il est créé un écoulement laminaire de très faible épaisseur entre la face supérieure du deuxième pla- teau et la face inférieure du premier plateau chauffant. - 20 De la sorte, le phénomène de caléfaction est évité. Selon une caractéristique importante de la pré- sente invention, la face supérieure du deuxième plateau est munie d'un ensemble de gorges concentriques. Les gorges concentriques formées dans le deuxiè- me plateau délimitent plusieurs circuits fermés concentri- ques sans communication entre eux. Les gorges concentriques du deuxième plateau peuvent présenter une section en forme de U. Selon un autre mode de réalisation avantageux, les gorges concentriques du deuxième plateau ont une sec- tion asymétrique-et comprennent des parois dont la pente est plus faible du côté le plus proche de l'alimentation en fluide que du côté opposé. Dans ce cas, les gorges concentriques du deu- xième plateau comprennent un décrochement progressif vers -3-. le bas réalisé à partir du côté le plus proche de l'ali- mentation en fluide et présentant une face inférieure comprenant une surface convexe de grand rayon de courbu- re suivie d'une surface concave de faible rayon de cour- bure, tandis qu'une rainure de faible profondeur est for- mée dans la face inférieure du premier plateau au moins dans la partie située en regard des parties de gorges concentriques de faible pente pour former un décrochement franc. Il est avantageux que le deuxième plateau muni de gorges présente une symétrie par rapport à deux axes rectangulaires dont l'intersection est située au niveau de la zone qui fait face à l'orifice d'alimentation en fluide à évaporer. La résistance électrique chauffante est intégrée dans le premier plateau fixe dont la face inférieure cons- titue une surface d'évaporation qui coopère avec la surfa- ce d'évaporation constituée par la face supérieure du pla- teau inférieur. Selon un mode particulier-de réalisation, la fa- ce inférieure du premier plateau est parfaitement lisse. Le générateur de vapeur selon l'invention est universel et peut s'adapter à de très nombreuses applica- tions nécessitant la production de vapeur à faible coût avec des conditions sévères de fiabilité et de sécurité de fonctionnement. L'application à des fers à repasser ou à des presses à repasser s'avère particulièrement intéressante. Les caractéristiques et avantages de la présen- te invention seront mieux compris à la lecture de la des- cription qui fait suite de modes particuliers de réalisa- tion de l'invention, donnés uniquement à titre d'exemples, en référence au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un générateur de vapeur selon l'invention, -4' - - la figure 2 est une vue de dessus du deuxième plateau du générateur de vapeur de la figure 1, - la figure 3 est une vue de dessus du généra- teur de vapeur de la figure 1, - la figure 4 est une vue de détail en coupe montrant une variante de réalisation des gorges du deuxiè- me plateau, - les figures 5, 6 et 7 montrent des variantes de réalisation du deuxième plateau de la figure 2, - la figure 8 est une demi-coupe transversale d'une variante de réalisation du générateur de vapeur de la figure 1, et - la figure 9 est une section selon la ligne IX-IX de la figure 8. Si l'on se reporte à la figure 1, on voit un générateur de vapeur comprenant un plateau supérieur fixe 39, dans lequel est incorporée une résistance chauffante 56, un plateau inférieur ou contre-plateau mobile 58 pre- nant appui par l'intermédiaire de ressorts 59 sur une em- base 55 constituée par exemple par la semelle d'une presse à repasser. Le plateau supérieur 39 (figures 1 et 3) com- prend une collerette périphérique 53 qui repose sur la semelle 55 et est fixée à celle-ci au moyen d'éléments de liaison 54. Une cavité périphérique 60 de récupération de vapeur est formée dans le plateau supérieur 39 pour re- cueillir la vapeur formée au contact de la face inférieure 139 du plateau supérieur chauffant 39 et de la face supé- rieure 158, du contre-plateau 58, lorsque de l'eau sous pression alimente le canal central 40 formé dans le pla- teau supérieur 39. La cavité périphérique 60 du plateau supérieur 39 est elle-même en communication par une fente annulaire de faible largeur avec une chambre de distribu- tion de vapeur 61 constituée par l'espace libre compris entre la face inférieure du contre-plateau et la semelle55. - 5 - Le contre-plateau 58 est en permanence appliqué contre le plateau supérieur 39 au moyen des ressorts 59 qui sont engagés dans des logements 52 formés dans la partie péri- phérique du contre-plateau 58. La cavité,périphérique 60 permet de ménager un espacement suffisant entre le.rebord externe du plateau supérieur 39 qui se termine par le rebord inférieur d'ap- pui 53 et la masse principale du plateau 39 chauffée par la résistance 56. En effet, le plateau 39 est soumis à des déformations dues aux variations de température. La gorge périphérique 60 permet précisément d'encaisser des déformations sans que la surface inférieure 139 du plateau 39 soit elle-même affectée, et permet en outre de réduire les ponts thermiques. Par ailleurs, la cavité périphéri- que 60 constitue un volume libre ou la vapeur provenant de l'espace restreint compris entre les plateaux 39 et 58 peut se détendre et par suite garantir que même les parti- cules d'eau résiduelles sont bien évaporées. Le plateau inférieur déborde de préférence un peu au-delà du rebord 239 constituant la partie périphéri- que de la partie principale chauffante du plateau 39. Le plateau inférieur 58 est en effet soumis à des contraintes un peu moindres que celles auxquelles est soumis le plateau supérieur 39. En outre, la présence d'une fente périphé- rique 64 de largeur relativement réduite entre le plateau 58 et le rebord externe de support du plateau 39 permet un centrage plus facile du plateau inférieur mobile 58 tout en constituant une nouvelle barrière pour les gouttes d'eau éventuelles qui, du fait de la capillarité ne peu- vent passer de la cavité périphérique 60 à la chambre de distribution 61. On notera toutefois que la chambre de distribution 61 n'est pas indispensable pour toutes les applications. En particulier, la vapeur pourrait être captée dans une conduite débouchant dans la cavité de ré- cupération 60. La résistance électrique chauffante 56 peut être constituée par une résistance blindée disposée par exemple en spirale (figure 3), et située essentiellement dans un plan parallèle au plan de contact entre les faces 139 et 158 des plateaux 39 et 58 respectivement, lequel plan de contact est lui-même parallèle à la semelle 55. Le plateau supérieur 39 constitue un plateau chauffant dans lequel la chaleur est à peu près uniformément répar- tie. Cette disposition est intéressante pour la sécurité car la résistance électrique est placée-en-dehors des zo- nes de circulation d'eau et de vapeur. Le canal 40 d'alimentation en fluide sous pres- sion à évaporer peut comprendre (figure 5) un premier tronçon (140) de relativement forte section pour facili- ter le raccordement à une conduite d'amenée de liquide# qui peut d'ailleurs provenir d'un réservoir situé à proxi- mité immédiate du générateur de vapeur, et des tronçons 141, 142 de section plus réduite au voisinage de la sor- tie du canal, les différentes sections pouvant corres- pondre à des raccords de type standard. Toutefois, il est essentiel que la section la plus faible 142 du canai 40 ne présente pas des dimensions trop réduites afin d'éli- miner tout risque d'entartrage et de faciliter le fonc- tionnement du système. Il est ainsi indispensable que l'écoulement du liquide puisse se faire librement à la sortie du conduit 40. Par suite, aucun pulvérisateur ou autre dispositif ne doit être adjoint au conduit 40. De préférence, le conduit 40 présente en tout point une section supérieure à environ 2,5 mm et peut avoir par exem- ple une section de sortie voisine de 4 mm au niveau du tronçon 142, ou d'une manière générale une section tout à fait voisine de celle des canalisations d'alimentation en liquide La face supérieure 158 du contre-plateau 58 (fi- gure 2) est avantageusement munie d'une série de gorges -7 62 concentriques et formant chacune un circuit fermé. Les gorges 62 ont pour but à la fois de réaliser un piégeage des gouttes d'eau non évaporées afin d'empêcher que ces gouttes ne se déplacent vers la périphérie du contre- plateau 58 et pénètrent dans la cavité réceptrice de va- peur, et d'assurer une répartition homogène de la vapeur et du film d'eau à évaporer sur toute la surface 158 du contre-plateau 58. Ainsi, on forme de préférence un en- semble de gorges 62 équidistantes et régulièrement répar- ties sur la surface 158 autour de la partie centrale 258 située en face de l'arrivée de liquide par le canal 40. Les plateaux 39 et 58 et les gorges 62 présentent avanta- geusement une symétrie par rapport à deux axes rectangu- laires se coupant sensiblement au niveau de la partie faisant face à l'orifice de sortie 142 du canal 40 d'ali- mentation en fluide. Dans le cas o les plateaux 39 et 58 du géné- rateur de vapeur présentent une forme oblongue, comme représenté sur les figures 2 et 3, chaque plateau peut comprendre une partie centrale allongée rectangulaire prolongée à ses deux extrémités latérales par des demi- disques. Dans ce cas, les gorges 62 présentent avantageu- sement deux parties rectilignes 162 (figure 2) parallè- les à l'axe longitudinal du plateau 58, et deux portions circulaires 262 d'extrémité dont le centre de courbure est confondu avec le centre de courbure d'une partie ar- rondie d'extrémité du plateau 58 lui-même. Cette configu- ration assure une très bonne répartition de la vapeur et donc de la pression depuis le centre 258 du plateau 58 jusqu'à la périphérie de celui-ci qui se trouve au voi- sinage de la cavité 60. Par ailleurs, l'absence de gor- ges radiales reliant les diverses gorges 62 entre elles assure une retenue des gouttes d'eau non vaporisées. Il est à noter que l'eau arrivant par le canal 40 est véri- tablement écrasée en fqrme de film mince entre les na- teaux 39 et 58. Cet écrasement intervient quel que soit même l'entartrage éventuel-des surfaces 139 et 158, puis- que l'espacement entre ces surfaces n'est pas fixe, mais est conditionné d'une part, par la force exercée par les ressorts 59 pour appliquer le plateau-58 contre le corps chauffant 39 et, d'autre part, par la pression du liquide arrivant par le canal 40, lequel liquide tend à écarter très légèrement le plateau 58 pour permettre le passage d'un film mince de; liquide entre les deux surfaces 139 et 158, lequel film est alors transformé quasi-instantanérent en vapeur au contact des parois chaudes 139 et 158. En effet, le plateau inférieur 58 reste toujours au voisinage immédiat du plateau supérieur chauffant 39 et, lors d'un fonctionnement intermittent, a même sa face supérieure 158 plaquée contre le plaque inférieure chauffante 139 du plateau 39, puisqu'aucune pression de liquide ne s'oppose à l'action des ressorts 59. La face 158 est alors chauf- fée de façon très efficace. Il est préférable que la face 139 du plateau supérieur 39 soit parfaitement lisse. Toutefois, dans certains cas, et notamment pour des configurations parti- culières des plateaux, certaines gorges peuvent être mé- nagées dans la paroi 139 du plateau 39. Naturellement, les formes les plus diverses peuvent être adoptées pour les plateaux 39 et 58. Ainsi, on peut prévoir une configuration en étoile. Une forme parfaitement circulaire est également très avantageuse. Ainsi, sur les figures 2 et 3, il suffit de supprimer la partie rectangulaire centrale des plateaux 39 et 58 et des gorges 162 pour disposer de plateaux en forme de dis- ques circulaires, le plateau inférieur 58 comprenant des gorges 262 également parfaitement circulaires (figure 7). Les figures 5 et 6 représentent des variantes de réalisation de plateaux inférieurs 58 allongés qui comprennent des moyens supplémentaires pour faciliter la 9 _ répartition de la vapeur dans le sens longitudinal. On notera que les moyens mis en oeuvre sur les figures 5 et 6 ou des moyens équivalents, peuvent être utilisés chaque fois que le générateur de vapeur présente des pla- teaux 39 et 58 qui ne sont pas de révolution autour de l'axe de l'orifice d'amenée de fluide. Dans ce cas en effet, contrairement au cas de la figure 7, la réparti- tion de la vapeur pourrait être rendue plus difficile dans les directions de plus grandes dimensions des plateaux. Afin d'améliorer la répartition de la vapeur dans le cas de la figure 5, on a ménagé, dans le plateau 58, en plus d'un groupe de gorges concentriques 362, 662 - centrées sur la zone 258 située en regard de l'orifice de sortie de fluide, des gorges rectilignes 462 s'étendant le long de l'axe longitudinal du plateau 58 et en commu- nication avec la gorge 362 la plus proche de la zone 258. Toutefois, il est important de noter que les gorges ra- diales 462 se terminent à distance de la première gorge concentrique 662 entourant la gorge annulaire centrale 362, afin d'éviter toute communication entre deux gorges concentriques voisines. Le nombre de gorges radiales et de gorges concentriques fermées peut naturellement varier en fonction des applications et surtout des dimensions du plateau 58. Sur la figure 6, des orifices de sortie de va- peur 63 sont ménages au voisinage de la partie périphéri- que du plateau 58, et de préférence au centre de courbure des parties arrondies du plateau. Ces orifices sont en communication avec une partie de la chambre 61 de la fi- gure 1, laquelle chambre constitue alors avec la cavité périphérique 60 une zone de récupération de vapeur. En effet, la vapeur peut toujours s'évacuer par la partie périphérique du plateau 58. Toutefois, les orifices sup- plémentaires de sortie de vapeur contribuent à créer un appel de vapeur qui facilite le transfert de celle-ci le - 10 - long de l'axe longitudinal du plateau 58. Afin d'empêcher tout passage de gouttes d'eau par les orifices 63, des gorges annulaires 562 sont formées autour des orifices 63. Une ou plusieurs gorges périphériques 662 sont for- mées sur le plateau 58 de la manière décrite plus haut afin de piéger l'eau lors de l'évacuation de la vapeur au niveau du rebord extérieur du plateau 58. Les gorges 62 peuvent présenter diverses formes selon les applications envisagées. Une section en U, tel- le que représentée sur la figure 1, est très facile à réa- liser. Toutefois, un profil correspondant à celui repré- senté sur la figure 4 est également avantageux. En effets cette forme de gorge 62 comprend un décrochement progres- sif 162 à partir du côté de la gorge le plus proche de la zone 258 d'introduction du- liquide sur le plateau-58, puis une seconde partie de paroi plus raide du côté opposé de la gorge. La première partie de paroi 162 peut ainsi être légèrement convexe avec un grand rayon de courbure, tandis qu'après un point d'inflexion constituant le fond de la gorge, la partie de paroi opposée à la première par- tie 162 est plus raide et concave. On sait que par effet Coanda le fluide a tendance à suivre et s'attacher à la paroi, ce qui, avec la forme décrite sur la figure 4, as- sure un meilleur piégeage des gouttes d'eau dans le fond de la gorge. La face supérieure 139 du plateau supérieur 39 peut dans ce cas comprendre une rainure 144 de faible profondeur, au moins dans la partie située en regard de la partie de gorge 162 afin de constituer un décrochement brusque qui interdit aux gouttes d'eau de s'attacher à la paroi supérieure. La semelle 55 qui constitue le fond de la cham- bre de vapeur 61 dans le cas d'une application à un fer ou une presse à repasser peut comprendre de façon classique des trous de passage pour la vapeur. Toutefois, pour une meilleure répartition de la vapeur, il est préférable que - il - ces trous de passage ne débouchent pas de façon ponctuel- le sur la face inférieure de la semelle 55, mais dans des rainures étroites 57 (figures 1 et 3) qui marquent moins le linge à repasser. Dans le dispositif générateur de vapeur selon l'invention, il est important qu'un plateau supérieur chauffant qui incorpore un canal d'alimentation en liqui- de sous pression coopère avec un plateau inférieur appli- qué au moyen de ressorts contre la face inférieure du pla- teau supérieur qui constitue l'une des deux surfaces d'é- vaporation. La présence de gorges dans le plateau infé- rieur de même que la réalisation d'une surface d'évapora- tion lisse coopérant avec au moins des parties lisses correspondantes du plateau inférieur constituent égale- ment des caractéristiques importantes. Toutefois, diverses variantes de réalisation peuvent être envisagées. Ainsi, le plateau supérieur 39 et au moins une partie de la se- melle 55, dont les positions relatives sont fixes, peuvent être réalisés d'une seule pièce par moulage de fonderie. Le contre-plateau 58 peut dans ce cas être introduit par le bas, lors du montage, à travers une partie centrale démontable de la semelle 55. La figure 8 montre précisément une variante de réalisation du générateur de la figure 1 dans laquelle le plateau supérieur 39, son rebord externe et son rebord in- férieur d'appui 53 sont montés d'une seule pièce avec une partie 55b formant semelle, notamment pour une applica- tion à un fer ou une presse à repasser. La semelle 55 est alors constituée par une partie périphérique 55b et une partie centrale 55a rapportée par des moyens de liaison 54 sur le plateau 39 et placée en alignement avec la par- tie 55b. Ce mode de réalisation permet notamment d'intro- duire ou de retirer le plateau 58 par le bas en retirant simplement la plaque 55a, qui peut être de faible épais- seur. Comme cela est visible sur les figures 8 et 9, la - 12 - partie 55b de la semelle peut comprendre des nervures de rigidification 55c qui servent en même temps de fentes de distribution de vapeur dans le cas o les fentes 57 des nervures 55c sont en communication avec la chambre 61. On notera que le mode de réalisation des figures 8 et 9.assure une parfaite étanchéité à la vapeur dans la par- tie supérieure. En effet, le plateau supérieur 39 et ses parties périphériques 53, 55b constituent un capot étan- che de sorte que toute la vapeur formée ne peut s'échap- per que par le dessous de la semelle 55. * De nombreuses modifications et adjonctions peu- vent être apportées aux dispositifs décrits sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, dans certains cas, si le générateur de vapeur présente une surface importante, plusieurs canaux d'arrivée d'eau peuvent être formés dans le plateau supérieur 39. Dans ce cas naturellement, les orifices d'arrivée d'eau doivent toujours être libres, c'est-a-dire sans injecteur ou pulvérisateur situés à distance les uns des autres, et entourés chacun d'un ré- seau de gorges concentriques du type décrit plus haut. Par ailleurs, comme on l'a dit précédemment, les faces 139 et 158 (sauf la présence des gorges 62) des plateaux 39 et 58 sont de préférence planes. Toutefois, ces faces 139 et 158 pourraient présenter également une forme légèrement bombée, par exemple sphérique ou cylin- drique avec un même relativement grand rayon de courbure, les faces 139 et 158 étant donc toujours complémentaires l'une de l'autre. - 13 - REVENDICATIONS Générateur de vapeur à évaporation directe, sans accumulation de vapeursous pression, comprenant un premier plateau supérieur muni d'un canal d'amenée d'un fluide sous pression à évaporer, un second plateau, indépendant du premier plateau et situé sous ce dernier, une cavité de récupération de vapeur en communication avec une partie de la face supérieure du deuxième pla- teau, et une résistance électrique blindée située au moins approximativement dans un plan parallèle auxdits premier et deuxième plateaux, caractérisé en ce que le canal d'amenée de fluide sous pression débouche libre- ment du premier plateau perpendiculairement à ce der- nier et au deuxième plateau, dans une partie centrale du générateur, et présente un diamètre de sortie supé- rieur à environ 2,5 mm, et en ce que la face supérieure du deuxième plateau est maintenue appliquée contre la face inférieure du premier plateau par des moyens de rappel élastique. 2. Générateur de vapeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face supérieure du deuxième plateau est munie d'un ensemble de gorges concentriques. 3. Générateur de vapeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les gorges concentriques for- mées dans le deuxième plateau délimitent plusieurs cir- cuits fermés concentriques sans communication entre eux. 4. Générateur de vapeur selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que les gor- ges concentriques du deuxième plateau présentent une section en forme de U. 5. Générateur de vapeur selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que les gor- ges concentriques du deuxième plateau ont une section asymétrique et comprennent des parois dont la pente est plus faible du côté le plus proche de l'alimenta- tion en fluide que du côté opposé. en ce qu'un décro- - 14 - chement progressif vers le bas est réalisé à partir du côté des gorges le plus proche de l'alimentation en flui- de, les gorges présentant une face inférieure comprenant une surface convexe de grand rayon de courbure suivie d'une surface concave de faible rayon de courbure,et en ce qu'une rainure de faible profondeur est formée dans la face inférieure du premier plateau au moins dans les par- ties situées en regard des parties de gorges concentriques de faible pente. 6. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des - revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la résistance électrique chauffante est intégrée dans le premier plateau dont la face inférieure constitue une surface d'évapora-- tion qui coopère avec la surface d'évaporation constituée par la face supérieure du plateau inférieur. 7. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il présente une symétrie de révolution autour de l'orifice d'alimentation en fluide à évaporer. 8. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 6 et 7, caractérisé en ce que la face inférieure du premier plateau est parfaitement lisse. 9. Générateur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que le deuxième plateau comprend des moyens localisés supplémentaires constitués par des portions de gorge radiale et/ou d'orifices d'échap- pement de vapeur entourés dé gorges circulaires pour favo- riser la circulation de vapeur dans les directions de plus grande dimension du deuxième plateau. 10. Presse à repasser à vapeur caractérisée en ce qu'elle comprend un générateur de vapeur selon l'une quel- conque des revendications 1 à 8, en ce qu'une chambre de vapeur est située sous le deuxième plateau, immédiatement au-dessus de la semelle de la presse, en ce que le premier plateau est solidaire de la semelle de la presse à repas- - 15 - ser et en ce que les moyens de rappel élastique exerçant une action sur le deuxième plateau pour plaquer celui-ci contre la face inférieure du premier plateau prennent appui sur la serhelle de la presse à repasser.