Brevet FR2647197A1 — publié le 19901123

Procédé de production de vapeur et générateur de vapeur pour La mise en oeuvre de ce procédé. La présente invention concerne un procédé de production de vapeur. ElLe vise aussi un générateur de vapeur permettant La mise en oeuvre de ce procédé. Les générateurs de vapeur classiques appeLés encore centra Les à vapeur et destinés à des usages domestiques ou professionnels, comprennent principalement une cuve close à proximité du fond de LaqueLLe est instaLlée au moins une résistance éLectrique et communiquant avec une conduite de sortie de vapeur à l'extrémité de Laquelle peut être branché un appareil ou un accessoire d'utilisation de la vapeur produite, tel que, par exemple, accessoire de nettoyage (brosse, buse ou pistolet de pulvérisation ou de projection, raclette, etc.), appareil de détapissage pour décoller Les papiers peints et les moquettes murales, appareil humidificateur, inhalateur, aérosol, atomiseur, appareil de cuisson, accessoire pour sauna ou bain de vapeur, appareil de nettoyage de la peau, fer ou appareil de repassage, stérilisateur, machine à café, appareil de relaxation ou de massage, casque pour traitements capillaires, etc. Ces générateurs présentent plusieurs inconvénients importants. Notamment, il se produit, en cours d'utilisation, un dépôt de tartre sur La source de chaLeur, lequel favorise Les phénomènes d'électrolyse et de fragilisation de La résistance dont l'efficacité diminue progressivement. D'autre part, toute la réserve d'eau contenue dans la cuve est en permanence sous pression Lors du fonctionnement de la centrale qui n'offre, de ce fait, aucune sécurité ; en cas de fuite, toute L'eau s'échappe sous forme de vapeur. En outre, ces générateurs de vapeur ne fonctionnent pas en continu, de sorte que lorsque la réserve d'eau contenue dans la cuve est épuisée, il faut arrêter le fonctionnement de L'appareil pour réintroduire une nouvelle réserve d'eau dans ladite cuve. Un objet de La présente invention est de remédier à ces inconvénients. Selon la présente invention, cet objectif est atteint grâce à un procédé suivant Lequel L'eau est mise en contact direct avec un fluide intermédiaire chauffé par une source de chaleur, ce fluide intermédiaire pouvant être avantageusement constitué par des sels minéraux ou organiques ou par des mélanges de sels minéraux ou organiques à point de fusion adapté. Le générateur de vapeur selon l'invention comprend : - une enceinte fermée de manière étanche, dans la partie inférieure de laquelle est installée une source de chaleur, cette partie inférieure contenant ou étant apte à contenir les sels minéraux ou organiques, ou les mélanges de sels minéraux ou organiques ; une entrée d'eau débouchant dans ladite enceinte et raccordée à une canalisation d'alimentation ; - une sortie de vapeur disposée dans la partie supérieure de ladite enceinte et raccordée à au moins un tuyau de sortie de vapeur ; et, de préférence, un cyclone placé devant l'entrée de cette sortie de vapeur.Ce générateur peut fonctionner à poste fixe en étant branché sur une arrivée d'eau, ou de manière autonome, auquel cas il comprend encore un réservoir destiné à contenir une réserve d'eau et relié à l'enceinte par la canalisation d'alimentation sur laquelle est montée une pompe. Le procédé et le générateur de vapeur selon L'invention procurent de nombreux et importants avantages Notamment : - La résistance électrique étant noyée dans le fluide intermédiaire, sa protection est mieux assurée et elle est plus efficace ; le tartre augmente le volume du fluide intermédiaire, mais ne modifie par l'efficacité de celui-ci. - L'enceinte ne renferme jamais d'eau pressurisée ; seule la fraction vapeur d'eau y est contenue tandis que, lorsque le générateur est équipé d'un réservoir, L'eau contenue dans ce réservoir reste à la pression ambiante. De la sorte, le générateur ne présente aucun risque lié à la fissuration éventuelle d'une cuve renfermant de L'eau très chaude sous pression. - Le générateur peut fonctionner en continu, soit en étant alimenté en permanence, à poste fixe, soit en renouvelant la reserve d'eau sans arrêter le fonctionnement de l'appareil. Les buts, caractéristiques et avantages ci-dessus, et d'autres encore, ressortiront mieux de la description qui suit et du dessin annexé dont L'unique figure à caractère schématique représente, à titre d'exemple, un générateur de vapeur selon L'invention plus spécialement destiné à des usages domestiques Selon le procédé de L'invention, l'eau est mise en contact direct avec un fluide intermédiaire chauffé par une source de chaLeur. Ce fluide intermédiaire ou fluide d'échange a un double rôle -: - il protège la source de chaleur de tout contact avec l'eau, ce qui supprime les phénomènes d'entartrage de cette source de chaleur, comme indiqué précédemment ; - il sert de source de chaleur intermédiaire dans le cas d'un fonctionnement en accumulateur de chaleur permettant de fournir des débits de vapeur supérieurs au débit nominal. La production de vapeur est assurée par la mise en contact direct de l'eau à vaporiser et du fluide intermédiaire, au moment de L'utilisation. Le fluide intermédiaire est avantageusement constitué par au moins un sel minéral ou organique pur, ou par des mélanges de sels minéraux ou organiques à point de fusion adapté, dans des proportions eutectiques. Compte tenu du fait que le fluide intermédiaire doit satisfaire aux impératifs suivants - inertie chimique vis-å-vis de tous les corps avec lesquels il se trouve en contact ; - stabilité dans les gammes de température de fonctionnement - tres faible tension de vapeur ; - absence de toxicité Les sels ou mélanges de sels suivants peuvent être utilisés de manière intéressante : - sels minéraux ou mélanges de sels minéraux - nitrate de sodium (NaNO ) ; 3 - mélange eutectique binaire de nitrate de sodium (NaN03) et de nitrate de potassium (KN03) ; - - sels organiques : - urée (CO(NH ) ) 22 Le mélange eutectique binaire NaNO - KN0 3 3 (50 % - 50 X en moles) est avantageusement utilisable sans problème sur une très grande gamme de températures (220 degrés C - 500 degrés C) assurant une production de vapeur saturée ou surchauffée. Les sels ou les mélanges de sels sont introduits à l'état solide dans une enceinte close dans la partie inférieure de laquelle est installée une source de chaleur qui assure leur liquéfaction par fusion. L'injection de l'eau dans L'enceinte s'effectue soit directement au sein du fluide intermédiaire ainsi obtenu, à L'aide d'un injecteur approprié, soit en projection sur la surface libre dudit fluide intermédiaire. Lorsque le procédé est utilisé sans la fonction stockage, la production de vapeur ne dépend pas du mode d'injection. Lorsqu'il est mis en oeuvre avec la fonction stockage, il est nécessaire d'injecter l'eau au sein du fluide intermédiaire, mais, dans ce cas, l'eau doit être traitée et, plus précisément, adoucie au moyen de tout procédé et appareil convenables, connus en soi. L'énergie primaire peut être générée par une source de chaleur interne au fluide intermédiaire (par exemple une résistance électrique noyée dans ce fluide) ou externe (brûleur) ou, alternativement, par L'une ou Irautre, l'une pouvant, par exemple, prendre le relai de L'autre. Le dessin représente le schéma de principe d'un générateur de vapeur plus spécialement destiné à des usages domestiques. Ce générateur comprend un caisson métallique 1 lequel peut avantageusement avoir une forme tronconique ou tronco-pyramidaie, ou toute autre forme abaissant le centre de gravité de l'ensemble, c'est-à-dire une base de surface plus importante que celle de son sommet, de façon à offrir une meilleure résistance à des forces de renversement. IL peut être monté sur des roulettes 2 faciLitant son déplacement d'un Lieu à un autre. A l'intérieur de ce caisson, est logée une enceinte 3 fermée de manière étanche. Cette enceinte est, par exemple, réalisée en acier inoxydable et eLle est conformée et dimensionnée en fonction de la demande. Cependant, son volume interne est approximativement deux fois plus grand que le volume de sels nécessaire au bon fonctionnement du générateur. Elle peut, par exemple, avoir une forme cylindrique, un diamètre de 150 mm et une hauteur de 150 mm. Sa cloison supérieure peut être formée par un couvercle fixé sur une bride, L'étant chéité étant réalisée à l'aide de joints. Pour la commodité de la description, la partie de L'enceinte destinée à renfermer le sel ou le mélange de sels, est désignée par l'expression "partie inférieure", tandis que sa partie appelée à contenir la vapeur produite, est désignée par l'expression partie supérieure", étant précisé que ces deux parties ne correspondent pas à une stricte division de la hauteur de ladite- enceinte en deux parties d'égale hauteur, mais ont généralement des hauteurs différentes. Plus précisément, la partie supérieure a généralement une hauteur plus importante que celle de la partie inférieure. L'enceinte 3 peut être entièrement logée dans une enveloppe isolante 4 réalisée à l'aide de tout matériau isolant approprié. Dans la partie inférieure de ladite enceinte, est installée, de préférence, horizontalement, une résistance électrique 5, la puissance de cette résistance chauffante étant fonction du débit de vapeur recherché. Par exemple, pour un générateur de vapeur destiné à des usages domestiques, la puissance de la résistance électrique peut être de 2 Kw. La résistance 5 est blindée, en acier inoxydable, avec des sorties froides. La partie inférieure de l'enceinte 3 renferme ou est apte à renfermer Le sel ou le mélange de sels minéraux ou organiques à point de fusion adapté précédemment mentionné, destiné à constituer le fluide d'échange 6 après liquéfaction, et dont La masse recouvre complètement la résistance 5. Dans le cas d'un fonctionnement en "échangeur" simple avec source interne, le volume de sel utilisé est celui qui est nécessaire à la couverture complète de la résistance. Dans le cas d'un fonctionnement en "échangeurstockeur", La masse de sel utile est fonction de la séquence d'appel proposée par l'utilisateur. L'enceinte 3 est pourvue d'une entrée d'eau 7 laquelle est raccordée à une canalisation 8 permettant de mettre ladite entrée d'eau en relation, soit avec une tuyauterie d'alimentation du réseau de distribution d'eau lorsque L'appareil est destiné à fonctionner à poste fixe, soit avec un réservoir incorporé audit appareil lorsque celui-ci est appelé à être utilisé en différents lieux. L'entrée d'eau 7 peut être constituée par un injecteur (non représenté) disposé, soit dans la partie supérieure de 0 l'enceinte 3 pour permettre une projection d'eau sur la surface libre du fluide intermédiaire contenu dans la partie inférieure de ladite enceinte, soit dans la partie inférieure de cette dernière pour permettre une injection au sein même dudit fluide intermédiaire, ce qui confère une meilleure efficacité au procédé. Lorsque le générateur dé vapeur est mobile, un réservoir 9 destiné à renfermer une réserve d'eau est également logé dans le caisson 1, contre l'enceinte 3. A sa partie supérieure, le réservoir 9 est muni d'un orifice de remplissage 10. Une pompe haute pression il asservie à la pression interne est montée sur la canalisation 8 qui relie le fond ou partie inférieure du réservoir 9 à l'entrée d'eau 7. Cette pompe 11 doit avoir une pression d'injection égale ou supérieure à la pression de la vapeur produite, cette pression d'injection pouvant par exemple être de l'ordre de 3 à 5 bars. Pour éviter des retours, un clapet anti-retour 12 est placé sur la canalisation d'alimentation 8, ce clapet étant monté sur la portion de canalisation comprise entre l'entrée d'eau 7 et la pompe 11, lorsque le générateur de vapeur comporte un réservoir d'eau. Dans sa partie supérieure, l'enceinte 3 comporte au moins une sortie de vapeur 13 communiquant avec au moins un tuyau de sortie de vapeur 14 à l'extrémité extérieure duquel peut être branché un appareil ou accessoire d'utilisation de la vapeur produite. A L'intérieur de l'enceinte 3 et devant la sortie de vapeur 13, est placé un cyclone 15 ayant pour fonction d'éliminer d'éventuels entraînements du fluide intermédiaire par la vapeur d'eau produite. Le générateur de vapeur comprend encore un ou plusieurs des dispositifs de commande et de sécurité suivants - une électrovanne 16 de départ de vapeur disposée en aval de La sortie de vapeur 13 et commandée par l'utilisateur, à partir d'un levier ou d'un poussoir équipant l'appareil ou l'accessoire d'utilisation de la vapeur produite ; - un thermocontact point bas 17 disposé dans la partie inférieure de l'enceinte 3 et, dont la fonction est de commander l'électrovanne ou la pompe Il placée sur la canalisation d'arrivée d'eau 8, afin de couper l'injection d'eau en dessous d'une certaine température de consigne ; - un thermocontact point haut 18 également placé dans la partie inférieure de l'enceinte et dont le rôle est de couper le chauffage au-dessus d'une température choisie par le constructeur ou par l'utilisateur ; ; - un pressiostat point haut 19 disposé dans la partie supérieure de L'enceinte 3 et ayant pour fonction de couper l'injection d'eau au-dessus d'une pression prédéterminée ; - une sécurité de pression 20 également disposée dans la partie supérieure de l'enceinte 3 et qui s'ouvre au-dessus d'une pression maximale ; - un détecteur de niveau 21 ou sécurité supplémentaire disposé dans la partie supérieure de l'enceinte 3, au-dessus de la surface libre du fluide intermédiaire, et qui permet de couper l'arrivée d'eau dans le cas où le thermocontact point bas serait détérioré. Ce détecteur permet également de contrôler l'accroissement du volume inférieur occupé par le sel du fait de l'accumulation de tartre solide lié à la qualité de l'eau et à la quantité effectivement débitée depuis la mise en service de l'appareil (quantité cumulée). Le générateur de vapeur selon l'invention peut encore comporter un adoucisseur d'eau (non représenté sur l'unique figure du dessin) et qui peut etre constitué par un appareil connu en soi, cet adoucisseur étant disposé en amont de l'entrée d'eau 7. On conçoit bien le fonctionnement du générateur de vapeur qui vient d'être décrit. Le dégagement de chaleur résultant du passage du courant électrique dans la résistance 5 assure la fusion du sel ou du mélange de sels 6 contenu dans la partie inférieure de L'enceinte 3 et l-'éLevation de la température du fluide d'échange ainsi obtenu qui peut par exemple atteindre une température comprise entre 150 degrés C et 500 degrés C. L'eau étant introduite dans l'enceinte 3 soit par injection au sein du sel minéral ou organique fondu ou du mélange de sels minéraux ou organiques fondus à l'aide d'un injecteur approprié, soit par projection sur la surface libre du fluide d'échange, est instantanément transformée en vapeur au contact de ce dernier. Cette vapeur s'accumule dans la partie supérieure de l'enceinte et sort de celle-ci par l'orifice de sortie de vapeur 13, sous l'effet de la pression résultant de cette accumulation ; l'électrovanne 16 permettant le passage de la vapeur en direction de l'appareil ou accessoire d'utilisation étant commandé par l'opérateur, à partir de cet accessoire ou appareil. REVENDICATIONS 1. - Procédé de production de vapeur, caractérisé en ce que l'eau est mise en contact direct avec un fluide intermédiaire ou fluide d'échange (6) chauffé par une source de chaleur (5). 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide intermédiaire (6) est constitué par un sel minéral pur ou par un mélange de sels minéraux, liquéfié par la source de chaleur (5). 3. - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide intermédiaire (6) est constitué par un sel organique pur ou un mélange de sels organiques, liquéfié par la source de chaleur (5). 4. - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fluide intermédiaire (6) est constitué par du nitrate de sodium liquéfié par la source de chaleur (5). 5. - Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le fluide intermédiaire (6i est constitué par un mélange eutectique binaire de nitrate de sodium et de nitrate de potassium (50 X - 50 X en moles), liquéfié par la source de chaleur (5). 6. - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le fluide intermédiaire (6) est constitué par l'urée. 7. - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le sel ou mélange de sels (6) est placé dans la partie inférieure d'une enceinte (3) fermée de manière étanche, dans laquelle est installée une résistance chauffante (5) ou autre source de chaleur, et en ce que L'eau est introduite dans la partie supérieure de ladite chambre et projetée sur la surface libre du fluide d'échange (6). 8. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le sel ou le mélange de sels (6) est placé dans la partie inférieure d'une enceinte (3) fermée de manière étanche, dans -laquelle est installée une résistance chauffante (5) ou autre source de chaleur, et en ce que l'eau est introduite au sein du fluide intermédiaire résultant de la fusion dudit sel ou dudit mélange de sels, à l'aide d'un injecteur approprié. 9. - Procédé selon L'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'eau est adoucie avant sa mise en contact direct avec le fluide d'échange (6). 10. - Générateur de vapeur, caractérisé en ce qu'il comprend - une enceinte (3) fermée de manière étanche, dans la partie inférieure de laquelle est installée une source de chaleur (5), cette partie inférieure contenant également ou étant apte à contenir un sel minéral ou organique pur (6) à point de fusion adapté, ou un mélange de sels minéraux ou organiques à point de fusion adapté ; - une entrée d'eau (7) débouchant dans ladite enceinte et raccordée à une canalisation d'alimentation (8) ; - et au moins une sortie de vapeur (13) disposée dans la partie supérieure de l'enceinte et raccordée à au moins un tuyau de sortie de vapeur (14). 11. - Générateur de vapeur selon la revendication 10, caractérisé en ce que la source de chaleur est constituée par une résistance électrique (5). 12. - Générateur de vapeur suivant la revendication 11, caractérisé en ce que la masse du sel ou du mélange de sels (6) contenue dans la partie inférieure de l'enceinte (3) recouvre complètement La résistance électrique (5). 13. - Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que l'entré d'eau (7) est disposée dans la partie supérieure de t'enceinte (3). 14. - Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que l'entrée d'eau (7) est disposée dans la partie inférieure de l'enceinte (3) et en ce qu'elle est équipée d'un injecteur permettant d'injecter l'eau au sein du sel ou du mélange de sels fondus (6). 15. - Générateur de vapeur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'un cyclone (15) est logé dans la partie supérieure de l'enceinte (3) devant l'orifice de sortie de vapeur (13). 16. - Générateur de vapeur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte : - un réservoir (9) destiné à contenir une réserve d'eau ; - une canalisation (8) reliant la partie inférieure de ce réservoir et l'enceinte (3) du générateur de vapeur proprement dit ; - et une pompe (11) montée sur cette canalisation. 17. - Générateur de vapeur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte un adoucisseur d'eau disposé en amont de t'entrée d'eau (7). 18. - Générateur de vapeur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte un ou plusieurs des dispositifs de commande ou de sécurité suivants : - un clapet anti-retour (12) disposé sur la canalisation d'alimentation (8) raccordée à l'entrée d'eau (7) ; - une électrovanne (16) de sortie de vapeur disposée en aval de la sortie de vapeur ; - un thermocontact point-bas (17) disposé dans la partie inférieure de l'enceinte (3) ; - un thermocontact point haut (18) disposé dans la partie inférieure de l'enceinte (3) ; - un pressiostat point haut (19) disposé dans la partie supérieure de l'enceinte (3) ; - une sécurité de pression (20) disposée dans la partie supérieure de l'enceinte (3) ; - un détecteur de niveau (21) disposé dans la partie supérieure de enceinte (3). 19. - Générateur de vapeur selon la revendication 10, caractérisé en ce que ses composants principaux (3, 9) sont logés dans un caisson (1) de forme tronconique ou tronco-pyramidale ou toute autre forme abaissant Le centre de gravité de l'ensemble.