Brevet FR2553677A1 — publié le 19850426

La présente invention concerne un procédé de pro action d'un mélange d'air et d'eau sous forme de particu- les, notamment des microqouttes d'eau en suspension dans l'air, ainsi qu'un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. nn connaît dd de tels procédés et des appareils d'application de ces procédés. Ils utilisent la production de vapeur d'eau par des chaudières, cette vapeur d'eau étant ensuite mélangée à l'air. La production de vapeur se fait dans une chaudibre, à la pression de quelques bars, donc hermétiquement fermée. Ces procédés présentent de nombreux inconvénients, notamment du fait de la production de la vapeur d'eau sous pression, dans un réservoir hermétiquement fermé. Les risques d'accidents et les mesures qui s'imposent de ce fait sont bien connus. Le mélange n'est ni uniforme, ni débit facile à maîtriser. Un tel mélange est utilisé pour alimenter des consommateurs, par exemple des brûleurs à mazout,comme un comburant au lieu de l'air simple du fait de la possibilité d'augmenter ainsi le rendement caloririfique de la combustion. nn alimente également en un tel mélange, des ventilateurs qui doivent fournir de l'air humide. Le mélange fourni par les appareils connus et selon les procédés respectifs est d'une qualité inférieure par exemple du fait des défauts indiqués. Le but de la présente invention est d'éliminer ces inconvénients en proposant un procédé nouveau et inventif, caractérisé en ce qu on remplit d'eau à son niveau correct un réservoir fermé mais non hermétiquement, on chauffe cette eau à une température fixe T préconçue, on remplit une cham b re d vaporisation de vapeur d'eau à la pression atm osp hé - rique, à la tension de vapeur P et température T, en mélange avec de l'air, et on souffle de l'air dans cette chambre de vaporisation pour balayer la surface de l'eau et diriger la masse de mélange air-eau formée vers la sortie de cette chambre de vaporisation. L'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé faisant également l'objet de cette invention, est caracté rise ssentillment n ce en c e qu' il comporte un réservoir d'eau fermé mais non hermétiquement, pourvu d'un système d'alimentation en eau, le réservoir contenant une masse d'eau maintenue à un niveau constant, ainsi que des moyens de chauffage de l'eau pourvus d'un thermostat placé dans un tube, la partie supérieure du réservoir constituant une chambre de vaporisation de l'eau, pourvue d'une entrée de l'air munie d'une soufflerie d'air et d'une sortie de mélange d'air et d'eau vers des consommateurs. On décrira ci-après,à titre d'exemple-non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est un schéma du réservoir selon l'invent ion. La figure 2 montre schématiquement l'appareil proprement dit avec les détails qui en font partie. La figure 3 est une vue schématique de son dispositif de fermeture destiné à fermer l'ouverture d'entrée d'air de l'appareil et La figure 4 montre schématiquement la position que doit avoir l'appareil au voisinage de la prise d'air du dispositif de chauffage ou du ventilateur constituant le consommateur de mélange air-eau. Selon l'exemple de réalisation représenté sur le dessin, l'appareil faisant l'objet de l'invention, ainsi qu' il est schématisé sur la figure 1, comprend un réservoir de forme quelconque, notamment dans ce cas parallélépipèdique, fermé mais non de manière hermétique, comportant au moins une entrée d'air 1 et une sortie de mélange air-eau 2. La partie inférieure du réservoir contient la masse d'eau M et la partie supérieure de ce réservoir constitue la chambre de vaporisation P. La partie inférieure de la figure 2 montre le réservoir contenant une masse d'eau 3 qui atteint un certain niveau. Afin que la masse d'eau soit le plus constante possigle, l'appareil est équipé d'un dispositif 4 d'alimenta tion automatique -n au, opinai que d'un dispositif de maintien d'un niveau fixe d'eau 5, notamment à l'aide de flot tours, de palpeurs électroniques ou tout autre. Ce dernier comprend également un trop plein 6 qui sert en même temps à éviter toute détérioration des parties électriques en cas d'avarie du système d'alimentation en eau. La partie sunrieurr? 3u réservoir constitue une chambre de vaporisation 7. Cette chambre est sépare par un certain nombre de parois métalliques 8 qui permettent un balayage plus efficace de la surface de la masse d'eau lors de la production du mélange air-eau. La dernière partie de la chambre de vaporisation 7 est conçue de forme telle que les parois métalliques 9 dirigent la masse de né lange air-eau formé, vers le tube de sortie 2. Dans la partie frontale du dispositif se trouve montée une soufflerie, composée d'un ventilateur électrique 10 ou bien tout autre système qui permet de créer un courant d'air forcé. Le réservoir est confectionné de préférence en acier inoxydable, mais il est évident qu'on peut utiliser à cette fin toute autre sorte de matériau. Au fond du réservoir sont montés divers tubes 11, dont le nombre dépend de la capacité de production de l'appareil, et dans lesquels on a logé, par exemple, des résistances électriques ou toute autre source de chaleur réglable. Egalement dans la partie inférieure du réservoir, se trouve placé un tube 12 pour y loger un thermostat. Ce tube est légèrement incliné vers le bas et rempli d'huile conductrice de chaleur pour améliorer le contact du bulbe du thermostat et le rendre plus sensible aux variations thermiques de la masse d'eau. L'appareil est en outre isolé du point de vue thermique afin de maintenir la température de l'eau du réservoir plus constante, notamment à un maximum de 7noC. L'isolement ie revêt"mtnt '!U réservoir est h son tour recouvert d'une chape de protection, peinte ou plastifiée, notamment du type connu SOUS le nom de "skin-plate". Une cage A se trouve montée à la partie antérieure de l'appareil et dans cette cage sont logés des organes électriques, mécaniques et autres. Cette caqe est fermée par une porte n , qui protège ces organes. Cette porte est pourvue, ainsi que la cage, de fenêtres d'adrage, qui permettent une aération naturelle des moyens électriques. Les dimensions du réservoir et du tube de sortie sont choisies en fonction des quantités de mélange air-eau demandées à l'appareil. La partie dlectrique de l'appareil se compose d'un interrupteur général d'alimentation en courant électrique et d'un système de protection connu. Cet ensemble alimente la ou les résistances de chauffage de l'eau, résistances réglées par le thermostat, et également une sonde électronique de niveau qui, à son tour, commande l'ouverture ou la fermeture de l'électrovanne d'alimentation en eau. Le thermostat des petits appareils de ce type est directement connecté en série avec les résistances de chauffage. Dans les appareils de plus grande capacité, le thermostat commande un contacteur, qui met sous tension à son tour ces résistances. La sonde électronique de niveau intervient par l'intermédiaire de deux tringles en acier inoxydable qui déterminent les niveaux maximal et minimal de la masse d'eau, dont la différence est préétablie entre 9. et 10 mm. Lorsque le consommateur de mélange air-eau, par exemple un brûleur de mazout, se met en marche, par actionnement d'une électrovanne d'alimentation en mazout, cette vanne met en service un circuit électrique auxiliaire qui met à son tour en service le ventilateur de l'appareil de l'invention, qui fournira la quantité de mélange air-eau nécessaire au brûleur. Ilne telle connexion en parallbAl iie l'él.ctrovanne d'alimentation en mazout du brûleur et du ventilateur de l'appareil de l'invention est indispensable pour éviter que l'appareil fournisse du mélange air-eau quand le brûleur est arrêté. La résistance électrique de l'appareil de l'inven- tion est connectée à un thermostat afin de rouler la température de la masse liquide. Cette température oscille entre 40 et 60 C, selon les quantités de mélange air-eau qu'on veut produire avec la même unité de volume de la masse d'eau. L'ouverture d'entrée d'air est équipée d'un dispositif de fermeture (figure 3) qui s'ouvre sous la poussée de l'air soufflé par le ventilateur. Il se ferme par son propre poids lorsque le ventilateur s'arrête. De ce fait, on évite un courant d'air entre la sortie et l'entrée du local, qui pourrait altérer les conditions de travail dans ce local où se trouve monté l'appareil. L'appareil de l'invention est pourvu d'un châssis C renforcé par deux profilés métalliques D, sur lequel est monté tout l'ensemble tel que décrit, notamment réservoir, cage électrique, chape de protection, etc. Ce châssis peut également être équipé de roues pour faciliter le déplacement de l'appareil. L'extrémité du tube d'alimentation en eau (voir le détail E) est légèrement recourbée vers le bas, à 1' inté- rieur du réservoir, pour éviter que le jet d'eau ne provoque des turbulences dans la masse liquide quand l'électrovanne d'alimentation en mazout est connectée. Principes techniques du procédé de l'invention Le principe sur lequel est basé l'appareil de l'invention est la vaporisation à basse température d'une masse d'eau à température fixe, à pression atmosphérique et dans un réservoir non hermétiquement fermé dans lequel on souffle un courant d'air. La figure 1 représente schématiquement un réservoir contenant une masse d'eau M, à une température T, et une chambre de vaporisation ss. Avec ces éléments, la loi de la vaporisation à basse tempéraure, à température constante et à la pression atmosphérique, peut s'accomplir. Selon cette loi, à une température T, la quantité de molécules d'eau évaporées dans la chambre de vaporisation est constante: P.S = k P = Tension de vapeur d'eau à une certaine température constante S = Densité de la masse vaporisée k = Constante pour chaque température fixe. Lorsque l'égalité est réalisée, toute molécule d'eau qui s' évapore en plus nécessite qu'une autre molécule d'eau se condense dans la chambre de vaporisation. Sur la base de ce principe, la chambre de vaporisation est pleine de mélange air-vapeur d'eau. Au moment où du mélange air-eau se déplace par le fait que le ventilateur souffle, l'air soufflé balaye la chambre de vaporisation et de ce fait l'égalité P.S = k n'est plus remplie, car la valeur de S change, du fait que la masse d'eau en suspension dans l'air se déplace vers la sortie 4 et sort à l'extérieur de l'appareil. Chaque fois que le ventilateur envoit de l'air soufflé par l'entrée 3, un flux continu et de densité constante de mélange air-eau sort par la sortie 4. En arrêtant le ventilateur, on arrête automatiquement la sortie du mélange air-eau et la chambre de vaporisation reste remplie de vapeur d'eau pour satisfaire la relation P.S = k Mode d'opération Une fois l'appareil rempli d'eau à son niveau correct, on attend que l'eau atteigne la température T indiquée par le thermostat. Quelques minutes plus tard, la chambre de vaporisation sera pleine de vapeur d'eau à la tension P et température T en satisfaisant l'égalité P.S = k et l'appareil sera prêt à être utilisé. L'appareil doit être logé près de la prise d'air du consommateur d'air-eau, notamment le brûleur ou un ventilateur (voir la figure 4) notamment à une distance "d". S'il n'est pas possible de le loger ainsi, la sortie du mélange air-eau de l'appareil de l'invention doit être prolongée avec un tube rigide ou flexible qui permet de loger la sortie du mélange air-eau près de la prise d'air du consommateur de ce mélange, notamment à cette distance "d". Une distance "d" minimale de 150 mm doit se trouver entre la sortie du mélange de l'appareil de l'invention et la prise du consommateur. La principale raison de cette séparation est la nécessité d'éviter que l'eau condensée, plus spécialement lorsque le consommateur a cessé de fonctionner depuis un certain temps, ne pénètre à l'intérieur du consommateur, notamment le brûleur, et n'humecte le système d'allumage. Lorsque l'électrovanne d'alimentation en mazout du brûleur se met en marche, le ventilateur de l'appareil de l'invention fournit automatiquement la quantité nécessaire de mélange air-eau. Le mélange air-eau qui sort par un tube de diamètre réduit (figure 2), se détend à sa sortie dans l'atmosphère, se refroidit et arrive à l'entrée de la chambre de combustion du consommateur contenant l'eau à l'état liquide, ce qui lui permet d'accomplir parfaitement la mission à laquelle elle est destinée. L'invention telle que décrite pourrait comporter en outre des variations de détail de réalisation, mais qui ne sauraient rdS atteindre son esprit inventif. De telles variations peuvent concerner par exemple la forme, les matériaux utilisés, les dimensions, etc., notamment ayant un caractère accessoire et secondaire. Elles doivent donc être considdrées comme faisant partie de la même invention. ?E J^^T Y ,9 \ , 1.- Procédé de -production d'un mélange d'air et d'eu sous forme de particules, notamment de microouttes d' eau en suspension dans 1' air,caractérisé en ce qu 'on remplit d'eau à son niveau correct un réservoir fermé mais non hermétiquement, on chauffe cette eau à une température fixe (T) préconçue, on remplit une chambre de vaporisation de vapeur d'eau à la pression atmosphérique, à la tension de vapeur (P) et température (T), en mélange avec de l'air, et on souffle de l'air dans cette chambre de vaporisation pour balayer la surface de l'eau et diriger la masse de mélange air-eau formée vers la sortie de cette chambre de vaporisation. 2.- Appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir d'eau fermé mais non hermétiquement, pourvu d'un système d'alimentation en eau (4), le réservoir contenant une masse d'eau (3) maintenue à un niveau constant, ainsi que des moyens de chauffage de l'eau (11) pourvus d'un thermostat , la partie supérieure du réservoir constituant une chambre de vaporisation (7) de l'eau, pourvue d'une entrée de l'-air (1) munie d'une soufflerie d'air et d'une sortie de mélange d'air et d'eau vers des consommateurs. Appareil suivant la revendication 2 caractérisé en ce que le réservoir comporte des moyens pour maintenir la masse d'eau (3) à un niveau constant (5), comportant des flotteurs, des capteurs de niveau d'eau et/ou similaires, ainsi qu'un trop plein (6) et en ce que la chambre de vaporisation (7) est divisée par au moins une paroi (8,9) pour assurer un meilleur balayage de la surface de l'eau et diriger le mélange air-eau vers la sortie (2). 4.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3 caractérisé en ce que la chambre de vaporisation (7) comporte un ventilateur (ln) monté à la partie frontale de l'appareil, ou tout autre moyen, pour créer un courant d'air forcé. .~ pP:, reil rtjjvant l'une quelconque des revendications 2 1 4 caractérisé en ce que le tube (12) du thermostat est légèrement incliné vers le bas et rempli d'une huile augmentant le contact du bulbe. 6.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que est isolé thermiquement et recouvert d'une chape de protection peinte ou plastifiée. 7.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 2 à 6 caractérisé en ce qu'une cage (A) est installée h la partie antérieure de l'appareil et dans cette cage sont logés les moyens accessoires de l'appareil, cette cage (A) étant pourvue d'une porte et de fenêtres d'aération. 8.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 2 à 7 caractérisé en ce que la partie électrique de l'appareil comprend un interrupteur général de l'alimentation en courant électrique et des moyens de protection,notamment alimentant la ou les résistances de chauffage (li) de la masse d'eau (3) et une sode électronique de niveau pour l'alimentation en eau, cette sonde agissant par deux barres (5) en acier inoxydable pour déterminer les niveaux maximal et minimal d'eau, dont la différence est maintenue constante, notamment entre 8 et 10 mm. 9.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 2 à 8 caractérisé en ce que dans les petits appareils le thermostat est directement connecté aux résistances de chauffage et dans les appareils de plus importante capacité il est connecté à ces résistances à travers un contacteur. 10.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 2 à 9 caractérisé en ce que le ventilateur (10) est mis en service par un circuit auxiliaire de commande du consommateur. 11.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 2 à 10 caractérisé en ce que le thermostat règle la température constante de la masse d'eau (3) entre 40 et 6noc . Appareil suivant l' une quelconque des revendications 2 à 11 caractérisé en ce que l'ouverture d'entrée d'air est équipée d'un dispositif de fermeture qui s'ouvre sous l'effet de la pression de l'air fournifpar le ventilateur (10) et se ferme sous l'effet de son p-topre poids lorsque le ventilateur (lO) s'arrête. 13.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 2 à 12 caractérisé en ce que la sortie (2) de m6- lange air-eau de l'appareil, éventuellement prolongée par un tube flexible, est placée à une distance d d'au moins 150 mm par rapport à la prise d'air du consommateur. 14.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 2 à 13 caractérisé en ce que qu'il est pourvu d'un ch3ssis (C) à deux profilés métalliques (D) de renforcement sur lequel est monté tout l'ensemble et qui est notamment équipé de roues permettant le déplacement de l'appareil. 15.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications2 à 14 caractérisé en ce que l'extrémité du tube d'alimentation en eau est légèrement recourbée vers le bas à l'intérieur du réservoir, pour éviter la formation de turbulences d'eau dans la masse d'eau (3) par éclaboussement.