Brevet FR2720143A1 — publié le 19951124

L'invention concerne un générateur de vapeur. I1 existe déjà des générateurs de ce type, alimentés en eau et comportant une source de chauffage électrique permettant de transformer en vapeur une partie au moins de l'eau utilisée. On pourra en particulier se reporter, pour de tels générateurs, aux brevets américains US-A-2 140 516 et US-A-2 519 515. Les générateurs de vapeur connus paraissent présenter malgré tout un certain nombre d'inconvénients parmi lesquels on peut noter - des problèmes de rendement, - des problèmes de coût de fabrication et/ou de maintenance, donc de rentabilité des installations utilisant de tels générateurs, - des problèmes de souplesse d'utilisation, - et des problèmes parfois de fiabilité dans le temps. En vue de résoudre au moins une partie de ces inconvénients, l'invention propose un générateur de vapeur perfectionné comprenant - (au moins) un substrat poreux, à propriété capillaire et/ou propre à se laisser pénétrer au moins en partie par un liquide, - une source de liquide à vaporiser, pour l'alimentation en liquide dudit substrat, ce liquide étant placé en échange thermique avec une source de chaleur générée par un brûleur à gaz, pour être vaporisé dans une chambre de vaporisation comprenant un orifice de sortie de vapeur. On notera que l'utilisation combinée d'un tel substrat et d'un brûleur à gaz s'est avérée particulièrement performante au regard de la quasi totalité des problèmes soulevés ci-avant. De préférence, dans la mesure où il pourrait être utile de récupérer une vapeur de qualité "alimentaire" (dépourvue en particulier de produits de combustion issus du brûleur), le substrat sera disposé derrière une cloison thermiquement conductrice le séparant des flammes et/ou desdits produits de combustion, de manière à vaporiser le liquide alimentant le générateur par échange thermique indirect avec la source de chaleur, laquelle pourra être constituée par les flammes du brûleur et/ou ses produits de combustion (fumées). Pour une efficacité maximale, le substrat sera avantageusement essentiellement plaqué contre la cloison d'échange thermique. Et pour assurer un rendement élevé conditionné par une humidification suffisante d'au moins la majeure partie du substrat, ce dernier comportera de préférence plusieurs pièces ou parties (morceaux de tissus maillé en particulier) présentant des surfaces d'échange thermique différentes, avec chacune une zone plus ou moins étendue isolée de ladite source de chaleur, de sorte à assurer une circulation sensiblement homogène de liquide nécessaire à sa vaporisation sur au moins l'essentiel du substrat. Certaines au moins de ces pièces se recouvriront avantageusement les unes les autres, en partie. Dans cette optique, on conseille d'ailleurs que le générateur de chaleur comporte (au moins) deux caissons creux à cloison(s) externe(s) pleine(s), ces caissons délimitant entre eux une cheminée dans laquelle pourront circuler les fumées du brûleur, lequel sera disposé de préférence en partie inférieure de la cheminée, à l'endroit d'un convergent, les caissons renfermant chacun (au moins) un substrat maintenu à l'intérieur du caisson par des plaques perforées favorables à la vaporisation du liquide. Selon une autre caractéristique de l'invention, le (chaque) substrat sera très avantageusement absorbant vis-à-vis du liquide à évaporer (a priori de l'eau) et sera alimenté avec ce liquide, simplement en baignant dans des réservoirs à liquide appropriés disposés en parties supérieure et inférieure de l'échangeur. Et pour pouvoir assurer au moins en partie une circulation du liquide dans le substrat par gravité, le (ou chaque) substrat sera avantageusement disposé essentiellement sensiblement verticalement, ou avec une faible inclinaison par rapport à la verticale. Pour favoriser le rendement, on notera également que le substrat occupera de préférence l'essentiel, voire la quasi totalité, de la cloison d'échange thermique qui le sépare de la source de chaleur. Outre le générateur de vapeur qui vient d'être présenté, l'invention concerne également l'appareil chauffant, tel qu'un four ou un "fer" à vapeur, raccordé en sortie du générateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe agrandie, le long de la ligne I-I de la figure 2, - la figure 2 est une vue de côté (à échelle réduite) du générateur de vapeur dans le sens de la flèche II de la figure 1, - la figure 3 est une vue toujours schématique, de dessus, du même générateur dans le sens de la flèche III de la figure 2, - et la figure 4 est une vue schématique montrant deux utilisations possible du générateur de vapeur des figures 1 à 3. Sur les figures jointes, on voit donc représenté schématiquement un générateur de vapeur 1. Ce générateur est particulier adapté pour générer de la vapeur d'eau. Plus particulièrement sur les figures 1 à 3, on constate que le générateur 1 fonctionne grâce à l'utilisation d'au moins un substrat 3 où va être disposé le liquide à évaporer, la vaporisation s'effectuant, pour chaque substrat, dans une chambre de vaporisation 5 où est logé ledit substrat. L'évaporation en elle-même s'opère en réalisant un échange de chaleur entre le liquide du substrat et une source de chaleur générée par une unité de brûleur à gaz 7. L'échange thermique entre le liquide à évaporer des substrats 3 et les flammes 8 et/ou les produits de combustion ou fumées 9 générés par le brûleur 7 se réalise ici à travers une cloison pleine, thermiquement conductrice 11 séparant la (chaque) chambre de vaporisation 5 de la source de chaleur. Ainsi, la vapeur qui sortira par les orifices de sortie 13 pourra être de qualité "alimentaire". Pour une bonne efficacité de l'installation, on notera que les substrats seront très avantageusement plaqués, sur au moins l'essentiel de leur surface d'échange, contre la cloison 11, en étant de préférence maintenus à l'arrière par des plaques de tôles perforées 15 dont les ajours seront de dimensions suffisantes pour assurer une bonne circulation de la vapeur dans la chambre 5. Des entretoises et une fixation à rivets ou à soudures pourra permettre de fixer l'ensemble substrat/plaques perforées 15 à la cloison 11. De préférence, les substrats 3 seront disposés dans deux chambres 5 distinctes définies chacune par deux caissons métalliques creux 17 de forme sensiblement parallépédique se dressant dans deux plans verticaux sensiblement parallèles, en étant écartés l'un de l'autre de manière à réserver entre eux un espace intermédiaire 19 qui va être utilisé pour l'évacuation des fumées 9 produites par le brûleur, lequel sera de préférence disposé, comme on le voit sur la figure 1, en partie inférieure de l'espace 19, en un endroit où l'espace présente une forme en tronc de pyramide allant en convergeant dans le sens de l'évacuation des fumées (flèche 21). Des entretoises 23 permettent de maintenir l'écartement entre les deux cloisons intérieures 11 qui bordent la cheminée, laquelle est fermée sur ses deux autres côtés par les parois 24 (voir figure 3). De préférence, les deux substrats 3 seront plaqués contre la majeure partie de la surface intérieure des cloisons d'échange 11, en épousant donc leur forme, de sorte à s'étendre, sur leur partie thermiquement active, d'abord verticalement puis, en partie basse, avec un angle pouvant être de l'ordre de 5 à 45Q à l'endroit où le conduit central 19 s'élargit pour laisser une place au brûleur 7. L'unité de brûleur 7 pourra en particulier être constituée de brûleurs à rampes, à alimentation d'air atmosphérique ou d'air soufflé (sous pression). Mais on pourrait également envisager d'utiliser un ou plusieurs brûleurs radiants. Sur la figure 1 où deux brûleurs radiants disposés inclinés ont été représentés, les repères 25 schématisent les arrivées en air et en gaz. Compte-tenu de la disposition retenue, les cloisons 11, et par conséquent les substrats placés derrière, seront chauffés de préférence tant par des flammes du brûleur (en partie basse) que par les produits de combustion circulant dans la cheminée. En outre, la disposition essentiellement pratiquement verticale ou faiblement inclinée par rapport à cette verticale des substrats facilitera nettement la circulation du liquide, lequel pourra s'écouler naturellement le long des substrats, par gravité, à contre-courant des fumées. Dans la réalisation illustrée, on notera également que chaque substrat 3 est constitué de plusieurs pièces, telles que par exemple au nombre de trois pour chaque substrat (repérées respectivement 31, 32 33 sur la figure 1), chaque pièce présentant des surfaces d'échange thermique différentes allant croissante de la première à la troisième pièce. En outre, une portion plus ou moins étendue de la surface de certaines au moins des pièces est protégée de la zone centrale de chauffage (telle que la portion 33 pour la pièce la plus longue 33), de sorte notamment à assurer une circulation de liquide sur l'essentiel du substrat. Dans le cas d'espèce, les pièces de substrat se recouvrent en partie les unes les autres, la partie de pièce la plus proche de la cloison d'échange thermique 11 formant un relatif écran thermique en protégeant d'un assèchement excessif, ou d'une évaporation trop rapide, la partie de pièce située derrière.Dans l'exemple illustré sur la figure 1, on constate ainsi que la pièce 31 s'étend jusqu'en haut de l'échangeur, sur une partie de sa longueur où elle est plaquée contre la cloison 11, tandis que les pièces 32 et 33 s'étendent vers le bas, la pièce 33 étant d'abord séparée de la cloison par la pièce 32 puis étant plaquée contre cette cloison, et ce sensiblement jusqu'en bas de l'échangeur. Pour assurer un débit d'eau compatible avec les conditions de vaporisation à obtenir, chaque pièce du substrat sera très avantageusement poreuse, avec une bonne capacité de retention de liquide (eau), et de préférence absorbante et/ou à propriété capillaire. Elle pourra en particulier se présenter sous la forme d'un film ou d'un tissu relativement mince maillé, tel qu'un tissu en fibre(s) de coton, du type nid d'abeille à mèches carrées. Avec un tel tissu réparti en couches successives comme sur la figure 1, bien plaqué contre chaque paroi d'échange 11, l'efficacité du piègage des sels, en particulier du calcaire, peut être considérée comme bonne. En ce qui concerne la manière dont le liquide est apporté au(x) subtrat(s), une méthode privilégiée consiste à utiliser deux réservoirs (pour chaque chambre), respectivement un réservoir en partie haute 27 et un réservoir en partie basse 29, les substrats baignant dans les réservoirs, lesquels présenteront bien entendu un niveau suffisant de liquide, avec chacun une alimentation 30. Dans la mesure où il est conseillé d'utiliser des substrats absorbants (ou du moins adsorbant) et/ou à propriété capillaire, au moins l'essentiel des pièces les constituant pourra se charger ou s'imbiber en eau de telle sorte qu'à partir du réservoir supérieur, le liquide à évaporer puisse couler par gravité le long des substrats, l'excédent éventuel étant récupéré en partie basse, dans le réservoir 29, à partir duquel la base de la pièce 33 pourra elle-même "pomper" du liquide, si nécessaire. En pratique, le débit de liquide le long des substrats sera ajusté pour être supérieur ou égal au débit de liquide vaporisé. Compte tenu en particulier de sa disposition en bout d'échangeur, là où les fumées sont moins chaudes, on notera que le substrat 31 pourra malgré tout n'être chargé en liquide que par aspiration capillaire, à partir du réservoir 27 où il baigne.A l'endroit de ce réservoir, on remarquera également que les substrats 31 32 et 33 se recouvrent. De préférence, un circuit de recirculation du liquide à pompe (non représenté) reliera les bacs 29 et 27. Intéressons-nous maintenant brièvement à la figure 4 pour noter que les sorties 13 de vapeur pourront en particulier être raccordées, par des conduites appropriées, soit à un four, tel qu'un four de cuisson alimentaire 35, soit par exemple à un dispositif de repassage industriel 37 à vapeur. Bien entendu, d'autres appareils, notamment dans le domaine de la cuisson alimentaire ou du textile (par exemple cylindres chauffants) pourraient être alimentés en vapeur par le générateur de l'invention. Une fois les brûleurs 7 allumés, le temps de chauffage des cloisons 11 pour porter le liquide à sa température de vaporisation est très court (quelques dizaines de secondes). A partir de là, la vapeur produite est récupérée par les orifices supérieurs de sortie 13. RHVHNDICATIONS 1. Générateur de vapeur comprenant - au moins un substrat (3) poreux, à propriété capillaire et/ou propre à se laisser pénétrer au moins en partie par un liquide, - une source (27, 29) de liquide à vaporiser pour l'alimentation en liquide dudit substrat (3), ce liquide étant placé en échange de chaleur avec une source de chaleur (8, 9) générée par un brûleur à gaz (7), pour être vaporisé dans une chambre de vaporisation (5) comprenant un orifice de sortie de vapeur (13). 2. Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le substrat est disposé derrière une cloison (11) thermiquement conductrice le séparant des flammes (8) et/ou des produits de combustion (9) du brûleur, de manière à vaporiser ledit liquide par échange thermique indirect avec ladite source de chaleur. 3. Générateur selon la revendication 2 caractérisé en ce que le substrat (3) est essentiellement plaqué contre ladite cloison (11). 4. Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le substrat comprend plusieurs parties (31 32 33) présentant différentes surfaces d'échange thermique avec la source de chaleur (7, 8) avec, pour certaines au moins de ces pièces, une zone (33) plus ou moins étendue protégée de ladite source, pour assurer une circulation sensiblement homogène de liquide nécessaire à sa vaporisation sur au moins l'essentiel dudit substrat. 5. Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le substrat est disposé essentiellement avec une inclinaison par rapport à l'horizontale pour que ledit liquide puisse y circuler essentiellement par gravité. 6. Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat est à propriété capillaire, son alimentation en liquide s'effectuant, au moins en partie, par aspiration capillaire. 7. Générateur selon l'une quelconque des revendications 2 à 6 caractérisé en ce que le substrat (3) s'étend sur la majeure partie de la surface de la cloison (11) le séparant de la source de chaleur. 8. Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le substrat (3) est un tissu maillé, tel en particulier qu'un tissu à fibre textile en coton. 9. Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend deux caissons creux (17) délimitant entre eux une cheminée (19) dans laquelle circule les produits de combustion (9) du brûleur (7), lequel est disposé en partie inférieure de la cheminée, à l'endroit où celleci présente un convergent, lesdits caissons renfermant chacun au moins un dit substrat (31' 32 33) lequel est maintenu à l'intérieur du caisson par des plaques perforées (15). 10. Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le (ou chaque) substrat est constitué de plusieurs pièces poreuses (31 32 33) disposées essentiellement sensiblement verticalement ou avec une faible inclinaison par rapport à la verticale, lesdites pièces se recouvrant les unes les autres en partie. 11. Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit (ou chaque) substrat est absorbant vis-à-vis du liquide à évaporer et baigne dans des réservoirs (27, 29), respectivement supérieur et inférieur. 12. Appareil chauffant, tel qu'un four (35) ou un appareil de repassage (37) à vapeur, raccordé à l'orifice de sortie (13) du générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes.