Brevet FR2594672A1 — publié le 19870828

La présente invention concerne un dispositif en vue de la production instantanée d'un flux de vapeur utilisable notamment pour l'obtention de liquides alimentaires chauds. L'invention concerne plus spécialement les dispositifs auxiliaires et utilisés dans la production de boissons chaudes, tels que les appareils de percolation pour la production de café en tasses, et auxquels il est habituel d'adjoindre une source de vapeur sous forme, par exemple, d'une buse d'éjection de vapeur d'eau permettant, par immersion de la buse dans un récipient contenant un liquide froid, par exemple du lait, d'assurer le réchauffement de la dose unitaire de lait destinée à être servie notamment en accompagnement de la tasse de café. Dans les appareils de ce type actuellement en service, la buse d'éjection de vapeur est reliée à un réservoir fermé contenant l'eau à une température voisine de la température d'ébullition, et dans laquelle la phase vapeur sous pression peut, par conséquent, débiter, étant reliée à la buse d'éjection, un jet de vapeur. Les appareils de ce type conviennent dans le cas de l'utilisation d'un percolateur à café de dimension moyenne ou grande, par exemple dans les débits de boissons, restaurants, brasseries, bars, etc..., qui comporte un ensemble complexe de moyens utilisant notamment une source d'eau chaude entretenue en permanence et que justifie le débit régulier et élevé de ces appareils. Cependant, le maintien d'une source d'eau chaude débitant de la vapeur sous pression, ceci en permanence, ne se justifie plus économiquement dans le cas d'appareils de petite dimension utilisés de façon intermittente, par exemple dans les appareils qui sont laissés à la disposition du public dans les lieux publics, lieux de réunion, clubs, lieux de travail. Dans ce type d'appareils, en fonction des heures ou des jours d'affluence, l'appareil peut rester inutilisé pendant un temps assez long, ce qui ne justifie plus, dans ces conditions, la dépense d'énergie que représenterait l'entretien en permanence d'une source d'eau chaude proche de sa température d'ébullition, pour maintenir à la disposition de l'usage occasionnel le débit de quelques calories, sous forme de vapeur, propres à réchauffer une tasse de lait à l'occasion de la consommation d'un café crème. I1 est donc intéressant de pouvoir disposer d'un appareil susceptible de débiter une vapeur produite instantanément lors de la mise en fonctionnement, sans période d'attente, et sans recourir, par conséquent, à une accumulation d'une réserve maintenue en permanence et qui représente une déperdition de calories considérable, même dans les meilleures conditions d'isolation thermique. L'évaporation instantanée de l'eau pour la production de vapeur suppose un apport rapide et important de calories à une phase d'eau et la transmission, sans gradient thermique, des calories entre la source et la phase liquide. I1 est connu, à cet égard, que le paramètre caractéristique à prendre en considération est celui de la surface d'échange. Et on connaît de nombreux dispositifs visant à accroître les surfaces d'échange entre la source de calories et la phase liquide à vaporiser. On connaît ainsi, dans les dispositifs relevant du génie chimique, les tours de nébulisation ou les systèmes d'évaporation en couches minces, procédant du même prinzipe, et visant à diviser le fluide ou à l'amener dans un état physique tel qu'il offre le maximum d'interfaces réceptrices des calories transmises. On connaît également, notamment par le brevet français nO 78 08201, un dispositif utilisant la dispersion de l'eau dans un milieu capillaire Pour l'amener au contact d'une source de chaleur constituée, par exemple, d'une résistance électrique, et obtenir une production rapide de vapeur. Cependant, dans un dispositif de ce genre, l'eau est amenée, par montée capillaire, à imprégner un milieu spongieux en masse au sein duquel est noyée la cartouche calorigène, de sorte que les surfaces d'échange sont limitées aux interfaces entre la surface de la cartouche et le matériau spongieux qui est immédiatement au contact de cette dernière et, dans ces conditions, on retrouve un gradient thermique entre la zone directement au contact de la cartouche apporteuse de calories et la paroi distale du matériau capillaire.Et l'on ne peut obtenir une évaporation instantanée comme cela serait souhaitable dans le cadre de la production de vapeur dans un système auxiliaire d'une machine à café automatique. La présente invention remédie à ces inconvénients et permet d'obtenir, en utilisant la dispersion et la division de l'eau dans un milieu capillaire, une production de vapeur rigoureusement instantanée. L'invention concerne, à cet effet, un dispositif pour la production instantanée de vapeur à des fins alimentaires, notamment pour réchauffer une boisson, et le dispositif est du type constitué d'une réserve d'eau, d'une masse d'un matériau absorbant, alimentée en eau par montée capillaire depuis ladite réserve en position inférieure et d'une source de calories, notamment sous forme d'une résistance électrique, et le dispositif est caractérisé en ce que le matériau absorbant est relié, par deux extrémités opposées, aux bornes d'une source d'alimentation en courant électrique, ledit matériau, dans son état imprégné d'eau, constituant avec l'eau qui lui est associée un milieu à la fois conducteur et résistant, constituant ainsi une source de calories engendrées dans le sein même et en tous points du milieu liquide absorbé et qui se trouve instantanément vaporise. Selon une première forme de réalisation du dispositif selon l'invention, le milieu absorbant est lui-même constitué d'un matériau support diélectrique non conducteur, et l'eau absorbée sur ce support constitue elle-même le milieu conducteur et résistant au sein duquel le passage du courant encendre la production de chaleur. On comprend que, dans ces conditions, l'obtention d'une vapeur soit immédiatement disponible puisque l'eau est chauffée par effet de résistance se produisant en son sein même. On évite ainsi tous les problèmes d'inertie qui sont liés à la transmission de chaleur par les procédés habituels, c'est à dire par convexion, conduction ou rayonnement. Dans tous ces cas, l'élévation de la températuzre de l'eau nécessite un déplacement des calories depuis une source vers le milieu à réchauffer, alors que, dans le cadre de la mise en oeuvre des moyens prévus par la présente invention, la chaleur se développe instantanément dans tous les points du milieu traversé par le courant électrique, c'est à dire que l'ensemble de la masse liquide, qui est absorbé par le support et qui se trouve traversé par le courant électrique, se trouve ainsi échauffé en même temps en tous ses points et à un même degré. Et, en même temps, au fur et à mesure que l'eau absorbée est évacuée par suite de sa transformation en vapeur, la remontée capillaire alimente le support en eau nouvelle qui est immédiatement traversée par le courant électrique et qui, en même temps, engendre et subit l'élévation thermique aboutissant à la production de vapeur, renouvelée par un courant capillaire ascendant permanent d'eau provenant de la réserve inférieure. Dans le cas où le milieu support est constitué d'un matériau diélectrique, on prévoit avantageusement que les caractéristique électrolytiques de l'eau et sa résistivité sont ajustées par adjonction, dans l'eau, d'un composé soluble par dissociation ionique, tel qu'un sel à compatibilité alimentaire. Par exemple, le matériau support diélectrique et absorbant est constitué par un tissu inerte et résistant à la chaleur. Et, plus spécialement, le matériau support diélectrique peut être constitué d'un tissu réalisé à partir d'une fibre minérale, telle qu'un tissu de verre ou mat de verre. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, le matériau absorbant est lui-même prévu conducteur et résistant et il constitue, avec l'eau qu'il absorbe, le milieu de production de chaleur développée dès le passage du courant. Par exemple, dans ce cas, le matériau absorbant est constitué d'un corps poreux, par exemple obtenu par frittage. Et, plus spécialement, le matériau absorbant peut être constitué de métal fritté. Selon une autre caractéristique, le dispositif comporte deux bornes sous forme de barrettes ou lames métalliques, reliées chacune à une source de courant électrique, et disposées en position haute au sein d'une enceinte dont le fond constitue la réserve d'eau, le matériau absorbant est suspendu en rideau, relié par deux extrémités opposées à chacune des deux bornes, la base du rideau étant disposée à proximité du fond pour permettre 1 immersion de cette base dans la réserve d'eau inférieure. Selon une autre caractéristique, la réserve d'eau est prévue avec un dispositif d'alimentation assurant un niveau constant. Par exemple, la réserve d'eau est associée à une sonde, elle-même reliée à une source d'alimentation en eau telle qu'une électrovanne, de telle sorte que, en dessous d'un niveau déterminé, la sonde commande l'ouverture de l'électrovanne pour assurer le retour au niveau optimum, lequel est détecté par la sonde qui assure alors la fermeture de ladite électrovanne. Selon une autre caractéristique, le dispositif est constitué par une enceinte fermée comportant, en position supérieure, une sortie d'évacuation à l'air libre reliée à une buse d'éjection de la vapeur, assurant ainsi une évacuation de toute surpression au sein de ladite enceinte. Selon encore une autre caractéristique, le dispositif comporte un contacteur constitué d'un interrupteur associé à un relais temporisé et apte à commander le passage du courant électrique pendant une période de temps déterminée correspondant à une production de chaleur et à une émission de vapeur nécessaires pour assurer la desserte d'une unité de consommation, par exemple la montée en température convenable d'un récipient contenant le liquide à réchauffer et amené (de façon connue en soi) de telle façon que la buse d'éjection de vapeur soit en position d'immersion au sein du liquide à réchauffer. Selon encore une autre caractéristique particulière de l'invention, le milieu absorbant en nappe ou feuille est prévu amovible pour permettre son remplacement après un cycle de marche déterminé, en vue de permettre la mise en place instantanée d'un nouveau support. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit. La figure 1 représente une vue en coupe d'un schéma de principe d'un dispositif selon l'invention. La figure 2 représente une vue en perspective éclatée et en plan d'une variante et la figure 3 représente une vue en perspective éclatée d'une variante de réalisation. Selon l'ensemble des figures, on voit que l'appareil, réalisé conformément au dispositif conforme à la présente invention, comporte une enceinte fermée 1 dont le fond est occupé par une réserve d'eau 2. Un dispositif à niveau constant assure le remplissage et le maintien d'une réserve d'eau dans le fond de l'enceinte 1 et il est constitué, par exemple, de la sonde 3 à laquelle est asservie l'électrovanne 4, de façon que, pour une quantité d'eau restant dans la réserve inférieure à la consigne programmée, la sonde envoie un signal à l'électrovanne, laquelle remplit alors l'enceinte 1 et rétablit la réserve d'eau jusqu'au niveau convenable pour lequel la sonde 3 adresse à l'électrovanne 4 le signal de fermeture. Au sein de cette enceinte, se trouvent disposées les deux bornes, respectivement 5 et 6, formées par exemple d'une barrette métallique. Chacune des bornes 5,6 est reliée par un ciruit d'alimentation approprié 7,8 à un dispositif à minuterie 9, formé par exemple d'un relais temporisé associé à un contacteur, lui-même alimenté par le secteur. Sur un des circuits d'alimentation, ici le circuit 8, peut être interposée avantageusement une résistance variable 10 dont le rôle sera exposé ci-après. Entre les deux bornes 5,6 alimentées en courant approprié, ici en courant provenant du secteur, est interposée une masse d'un matériau absorbant constitué, par exemple, d'un tissu de verre ou mat de verre 11. On voit que la base de ce rideau en tissu de verre est immergée dans la réserve d'eau 2. De sorte que l'eau monte par capillarité dans l'ensemble du tissu qu'elle imprègne. Lorsque, par mise en fonctionnement du relais temporisé 9, le courant est envoyé par les circuits 7,8 aux deux bornes opposées 5,6, ces bornes sont ainsi mises sous tension et chargées d'un potentiel (alternatif). Par ailleurs, la vapeur étant produite simultanément et évacuée en même temps, on évite toute élévation de température excessive au niveau de l'enceinte elle-même. Le circuit d'alimentation électrique peut aussi être commandé par un interrupteur manuel, la production de vapeur étant obtenue tant que l'opérateur appuie sur le bouton fermant ainsi le circuit d'alimentation. Le rideau 11, qui relie les deux bornes, est en matériau qui, dans le présent cas, est un matériau diélectrique non conducteur. Mais ce matériau étant imprégné d'eau, le courant va pouvoir utiliser le passage que- constitue le film d'eau qui imprègne par capillarité l'ensemble du rideau. A cet effet, le caractère conducteur de l'eau, c'est à dire ses caractéristiques électrolytiques et partant sa résistivité, peut être ajusté par tout matériau convenable qui sera nécessairement un composé à dissolution par dissociation ionique permettant d'accroître le caractère électrolytique de l'eau et, par conséquent, son aptitude à permettre le passage du courant en son sein. Dès que les bornes 5,6 sont mises sous tension, le courant traverse, par conséquent, le rideau dans les conditions exposées ci-dessus et, en fonction de la résistivité du milieu, le passage du courant va engendrer un dégagement de chaleur au sein même du milieu aqueux à réchauffer. Et, dans ces conditions, l'élévation thermique se fait sans inertie due à un transfert de calories puisque les calories sont dégagées au sein même du milieu résistant, c'est à dire au sein de l'eau dont la température s'élève ainsi rapidement jusqu'à la température de vaporisation provoquant l'émission de vapeur qui remplit l'enceinte 1 et se dégage, par la sortie d'évacuation 12, vers la buse d'éjection 13 où elle peut être utilisée, de façon connue en soi, pour réchauffer une phase liquide. Par exemple, la buse 13 constitue un bec d'émission de vapeur permettant d'amener une tasse ou un pichet contenant une boisson de telle façon que la buse soit en position d'immersion, le jet de vapeur provoquant rapidement l'élévation de température de la boisson liquide soumise à ce traitement localisé. Une sortie auxiliaire 14, munie d'un clapet anti-retour 15 monté sur ressort, constitue une sécurité au cas où l'évacuation principale 12 viendrait à subir une occlusion accidentelle. Eventuellement, la résistance variable 10, qui est interposée sur le circuit, peut permettre d'ajuster les caractéristiques du courant apporté aux bornes 5,6 en fonction de besoins particuliers, l'insertion d'une résistance sur le circuit constituant, en outre, une sécurité électrique supplémentaire, outre les dispositifs de disjonction ou fusibles habituels (non représentés). La figure 2 montre une vue en perspective d'une variante, au demeurant conforme au dispositif général de la figure 1 et qui montre une réalisation dans laquelle on a prévu un réservoir ou enceinte 1' à réserve d'eau 2' contenant les bornes sous tension 5',6', entre lesquelles sont montés des rideaux en batterie lia, 11b... Les deux bornes 5' et 6' sont alimentées par les circuits 7',8' et ainsi amenées sous tension de polarités opposées et elles sont reliées par les rideaux de matériau absorbant, par exemple de mat de verre, lia, 11b, lesquels sont imprégénés par capillarité ascendante par l'eau provenant de la réserve inférieure 2'. Et, comme décrit précédemment, le passage du courant au sein de l'eau en couche mince absorbée à la surface du matériau des rideaux lia, 1lb, engendre une élévation de température par suite de la résistance du matériau, à savoir ici l'eau elle-même, et cette élévation de température provoque rapidement, dans la masse même de la phase liquide absorbée à la surface du support, la formation de vapeur. On voit, selon ,'exemple de la figure 2, qu'il est possible de réaliser, sous un petit format et avec un très faible encombrement, une surface développée très importante et permettant, grâce à l'élévation thermique instantanée obtenue, la production de vapeur en grande quantité, ceci en fonction des besoins. On voit ainsi que, contrairement aux dispositifs de production de vapeur antérieurs qui prévoyaient le maintien d'un volant thermique sous forme d'une réserve d'eau à température proche du point d'ébullition, le système selon l'invention, grâce à la mise en production instantanée de la vapeur, peut rester branché sur un circuit d'alimentation ouvert, donc sans consommation, pendant une période de temps illimitée correspondant à l'absence d'utilisation. Cependant, l'appareil est prêt, à tout moment, à délivrer immédiatement une dose de vapeur appropriée permettant à l'utilisateur de bénéficier de calories en vue du réchauffement de boissons, ou pour tout autre usage. L'appareil peut fonctionner de façon ininterrompue. Dès que la minuterie a ouvert le circuiten supprimant le passage du courant, un nouveau usage peut être prévu et le courant rétabli instantanément pour assurer l'émission d'une nouvelle dose de vapeur. L'eau alimente régulièrement la réserve qui, par capillarité, rétablit le remplissage nécessaire par absorption de la masse support, en permettant ainsi la production de vapeur sans solution de continuité dans le temps. Dans ces conditions, l'appareil présente l'avantage de permettre une adaptation constante au débit et à la fréquence de son utilisation. En période prolongée de non-utilisation, l'appareil ne consomme aucune source d'énergie et, grâce à son temps de réaction pratiquement nul, il permet cependant de fournir sur commande les calories nécessaires sous forme de vapeur en quantité appropriée. Selon la figure 3, le matériau absorbant est disposé selon un cylindre dans une enceinte 16, elle-même de forme cylindrique, dont les parois 17,17' sont en verre ou tout autre matériau isolant. Le matériau absorbant formant mèche 18 trempe dans la réserve d'eau 19 et, à son sommet, ce matériau est pris, par deux faces opposées, entre les deux couronnes métalliques respectivement intérieure 20 et extérieure 21 qui constituent les bornes électriques reliées à une source de courant, par exemple au secteur. On aura noté que, dans le dispositif de l'invention, on obtient une sécurité automatique dans le cas de l'utilisation d'un matériau support isolant ; en cas d'interruption dans l'arrivée d'eau, le support sec ne laisse plus passer le courant, de sorte que le dispositif est mis automatiquement en position inactive ; on ne risque donc pas de surchauffe et de détérioration accidentelle. De préférence, selon les figures 2 et 3, le matériau (fibre de verre, tissu de verre), d'épaisseur convenablement calculée en fonction de ses propriétés d'absorption et des caractéristiques (intensité, voltage) du courant, est pris, par deux faces opposées, entre deux barrettes formant électrodes, de sorte que le parcours du courant empruntant le milieu liquide est très court. REVENDICATIONS 1. - Dispositif pour la production instantanée de vapeur à des fins alimentaires, notamment pour réchauffer une boisson, du type constitué d'une réserve d'eau, d'un support en matériau absorbant, alimenté en eau depuis ladite réserve, et d'une source électrique de calories, dispositif caractérisé en ce que le support absorbant (11) est relié, par deux extrémités opposées, aux bornes (5,6) d'une source d'alimentation en courant électrique, ledit support, au moins dans son état imprégné d'eau, constituant, par l'eau qu'il comporte, un milieu à la fois conducteur et résistant, constituant ainsi une source de calories engendrées dans le sein même et en tous points du milieu liquide absorbé et qui se trouve instantanément vaporisé. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support absorbant est alimenté en eau par montée capillaire depuis une réserve d'eau en position inférieure dans laquelle est immergée la base dudit support. 3. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support absorbant est lui-même constitué d'un matériau diélectrique non conducteur, et l'eau absorbée sur ce support constitue elle-même le milieu conducteur et résistant au sein duquel le passage du courant engendre la production de chaleur. 4. - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on prévoit avantageusement que les caractéristiques électrolytiques de l'eau et sa résistivité soient ajustées par adjonction, dans l'eau, d'un composé soluble par dissociation ionique, tel qu'un sel à compatibilité alimentaire. 5. - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau diélectrique et absorbant est constitué par un tissu inerte et résistant à la chaleur, tel qu'un tissu réalisé à partir d'une fibre minérale, notamment un tissu de verre ou mat de verre d'épaisseur convenable et pris, par deux faces opposées, entre deux barrettes formant chacune électrode. 6. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau absorbant est lui-même prévu conducteur et résistant et il constitue, avec l'eau qu'il absorbe, le milieu de production de chaleur développée dès le passage du courant. 7. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau absorbant est constitué d'un corps poreux, par exemple obtenu par frittage, et notamment le matériau absorbant est constitué de métal fritté. 8. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte deux bornes sous forme de barrettes ou lames métalliques (5,6), reliées chacune à une source de courant électrique et disposées en position haute au sein d'une enceinte (1) dont le fond constitue la réserve d'eau (2), le matériau absorbant (11) étant suspendu en rideau, relié par deux extrémités ou faces opposées à chacune des deux bornes et la base du rideau étant disposée à proximité du fond pour permettre l'immersion de cette base dans la réserve d'eau inférieure. 9. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la réserve d'eau (2) est prévue avec un dispositif d'alimentation assurant un niveau constant, par exemple une sonde, elle-même reliée à une source d'alimentation en eau telle qu'une électrovanne, de telle sorte que, en dessous d'un niveau déterminé, la sonde commande l'ouverture de l'électrovanne pour assurer le retour au niveau optimum, lequel est détecté par la sonde qui assure alors la fermeture de ladite électrovanne. 10. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte fermée (1) comportant, en position supérieure, une sortie d'évacuation (12) à l'air libre reliée à une buse d'éjection de la vapeur (13), assurant ainsi une évacuation de toute surpression au sein de ladite enceinte. 11. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le milieu absorbant (11) en nappe ou feuille est prévu amovible pour permettre son remplacement après un cycle de marche déterminé, en vue de permettre la mise en place instantanée d'un nouveau support. 12. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le corps absorbant (18) est disposé selon un cylindre et sa partie supérieure est en contact, par ses deux faces opposées (intérieure et extérieure), avec deux couronnes (concentriques entre elles et avec le tissu absorbant), respectivement inférieure (20) et extérieure (21), en matériau conducteur et formant chacune une borne reliée à une polarité d'une source d'alimentation électrique.