Brevet FR2841571A1 — publié le 20040102

i FER A VAPEUR COMPORTANT UNE ELECTROVANNE ACTIVE La présente invention concerne les fers à vapeur, la vapeur étant produite par de l'eau contenue dans un réservoir du fer, l'eau étant alimentée lentement vers une chambre de vaporisation du fer. Le plus souvent, un goutte-à-goutte, réglable par l'utilisatrice, contrôle le débit de l'eau s'écoulant depuis le réservoir vers la chambre de vaporisation. Dans ce type de fer, la hauteur du niveau d'eau au-dessus de l'orifice du goutte10 à-goutte assure la pression nécessaire à l'écoulement dans le goutte-à-goutte contre la pression existante dans la chambre de vaporisation. Lorsqu'on repasse, les orifices de sortie de la vapeur sont partiellement obstrués. La pression augmente dans la chambre de vaporisation et peut atteindre, quand une goutte d'eau tombe dans la chambre de vaporisation, des valeurs de l'ordre de quelques centimètres de hauteur d'eau, soit des ordres de grandeur comparables à la hauteur du niveau de l'eau dans le réservoir. A cause de cette contre pression, le débit moyen du fer est considérablement réduit par rapport à ce qu'il est quand le fer est soulevé. L'efficacité du repassage est diminuée par rapport à ce que permettrait le fer si le débit de vapeur était constant. On connaît plusieurs dispositifs capables de forcer un passage régulier de l'eau vers la chambre de vaporisation, et ainsi d'obtenir une vapeur efficace au repassage, de débit sensiblement constant. Les dispositifs les plus utilisés comportent une pompe électromagnétique ayant un solénode faisant se mouvoir un piston suivant un mouvement alternatif et comportant un clapet d'entrée et un clapet de sortie. La pompe est susceptible de pousser l'eau dans la chambre de vaporisation avec une pression très supérieure à la valeur maximale possible de la contre pression, de sorte que les variations de cette contre pression n'ont pas d'influence sur le débit d'eau et donc de vapeur. On connaît les pompes électromagnétiques commercialisées qui comportent un solénode, une masse magnétique servant de piston et portant le clapet d'entrée, cette masse magnétique rappelée par un ressort se déplaçant dans un cylindre. Ce type de pompe, très commun, peut être alimenté par un secteur électrique alternatif à travers une diode incorporée ou non à la pompe. L'alimentation peut être interrompue par un circuit de sécurité, par exemple pour éviter une marche à sec comme décrit dans le brevet DE1 9534464. Une autre façon d'alimenter la pompe est décrite dans le brevet JP62016799 concernant un fer équipé d'une pompe électromagnétique dont le débit est ajustable. Un circuit comportant un générateur de signaux triangulaires, un comparateur et un amplificateur, alimente la pompe par des impulsions électriques de largeur réglable. Le brevet US5010664 décrit un fer comprenant un solénode qui actionne un piston et ouvre un clapet de sortie. Quand le solénode est activé en continu, le clapet étant ouvert, le dispositif fonctionne en goutte-àgoutte normal, et au début de chaque activation le piston chasse avec force une quantité d'eau vers la chambre de vaporisation. Mais le système n'est prévu que pour donner un surplus de vapeur à intervalles réguliers, et consomme beaucoup d'énergie électrique pour maintenir le clapet ouvert pendant une vaporisation normale. Le brevet JP1214400 décrit un fer ayant une pompe à membrane actionnée par un solénode et pourvue de deux clapets d'entrée et de sortie. La pompe est en charge dans le réservoir. Mais si les clapets sont suffisamment durs à ouvrir la pompe doit être puissante en pure perte, sinon les clapets laissent passer l'eau quand la pompe est arrêtée. Le réglage pour obtenir une faible consommation électrique serait délicat et peu fiable. Par ailleurs on connaît les fers à vapeur o le passage de l'eau vers la chambre de vaporisation est régulé par une électrovanne, comme par exemple dans le brevet FR2391309, mais une électrovanne ne force pas le passage de l'eau en cas de contre pression importante. Les dispositifs à pompe connus sont surpuissants, à cause des pertes internes ou parce que la fonction est réalisée avec des moyens existants. Par suite les solénodes ont un gros encombrement et une forte consommation électrique. Les circuits électriques de contrôle et d'alimentation doivent aussi être adaptés et surdimensionnés. Le cot est élevé, ce qui freine la diffusion de ce type de fer à repasser dans le public. L'invention qui suit a pour objet un fer n'ayant pas les inconvénients précédemment décrits. Le but de l'invention est atteint par un fer à vapeur ayant un réservoir d'eau à vaporiser, une chambre de vaporisation, et une électrovanne comportant un actionneur et un clapet susceptibles d'autoriser ou d'interrompre le passage de l'eau du réservoir dans la chambre de vaporisation, remarquable en ce que le siège du clapet de l'électrovanne constitue le piston d'une pompe destinée à propulser l'eau du réservoir dans la chambre de vaporisation. Par piston on entend l'organe mobile d'une pompe, qui peut être un piston, ou une membrane, ou la face d'extrémité d'un soufflet. Le piston de la pompe est traversé par l'orifice de l'électrovanne. Le passage de l'eau dans la pompe est commandé. De préférence, la pompe est alimentée en eau sous faible charge. De préférence le clapet d'électrovanne est le clapet d'admission dans la pompe. De la sorte, l'eau pénètre dans la pompe, à l'ouverture du clapet d'électrovanne situé sur le piston. De préférence, la pompe est une pompe à soufflet. De préférence, la pompe comporte un deuxième soufflet qui relie le piston à la sortie du réservoir d'eau. Ne nécessitant aucun joint glissant, les soufflets ou une membrane minimisent les pertes d'énergie par frottement. Le deuxième soufflet constitue un passage de l'eau du réservoir vers la pompe. De préférence, au repos, l'électrovanne est fermée. L'eau ne risque pas de s'écouler intempestivement quand le fer est au repos. De préférence, lorsque l'actionneur est excité, il appuie le clapet d'électrovanne sur son siège et pousse le piston à l'encontre d'un élément élastique. Le clapet de l'électrovanne est normalement fermé au repos. Si, dans un fonctionnement dynamique, le clapet est ouvert, alors, au moins dans une phase du cycle, l'actionneur le ferme. Le clapet étant en appui sur son siège, donc sur le piston, l'actionneur continue à agir en poussant le piston contre un élément élastique, vers le bas, le fer étant supposé être sur son plan de travail. De préférence, le rapport des raideurs des éléments élastiques et des masses mobiles de l'électrovanne et de la pompe est prévu de telle sorte que, après que l'actionneur soit désactivé, le piston revienne à sa position de repos sous l'action de l'élément élastique, et que la partie mobile de l'actionneur poursuive sa course de retour au-delà de la position de repos, et ouvre le clapet d'électrovanne. Quand l'actionneur est désactivé, l'élément élastique refoule le piston et la partie mobile de l'actionneur. Le piston se stabilise rapidement à sa position de repos tandis que le clapet et les masses mobiles de l'actionneur s'en détachent et poursuivent par inertie leur course vers le haut contre l'action d'un ressort de rappel de moindre raideur que l'élément élastique. Après avoir atteint un point mort haut, la partie mobile de l'actionneur revient à sa position de repos sous l'action du ressort de rappel et ferme à nouveau l'électrovanne. On obtient par ce moyen des temps d'ouverture brefs. Ceci permet de concevoir un gros passage dans l'électrovanne, que les impuretés de l'eau et le tartre bouchent difficilement. De préférence, le courant de commande de l'actionneur est constitué d'impulsions électriques successives dont la fréquence est voisine de la fréquence de résonance de l'ensemble de l'électrovanne et de la pompe. L'ensemble de l'électrovanne et de la pompe constitue un dispositif qui comprend des masses mobiles rappelées par des ressorts ou des élasticités. Il est donc susceptible de se mettre en oscillation à une fréquence propre mécanique qui dépend du rapport de ces masses et de la raideur des ressorts. Lorsque les impulsions électriques sont fournies à la même fréquence, ou une fréquence voisine de la fréquence propre mécanique, le dispositif entre en résonance. Il accumule l'énergie des impulsions électriques successives et l'amplitude des oscillations mécaniques est maximale pour une énergie minimale fournie à chaque impulsion électrique. De la sorte le courant de commande nécessaire à l'animation de la pompe est minimisé. Dans une version préférentielle, l'actionneur comporte un solénode agissant sur une masse ferromagnétique mobile reliée au clapet. L'inertie de la masse magnétique assure l'ouverture du clapet quand le piston revient au repos sous l'action de l'élément élastique. Dans une autre version, l'actionneur comporte un solénode agissant sur un aimant mobile relié au clapet. Au repos le clapet ferme l'électrovanne. Les impulsions appliquées au solénode sont alternativement positives et négatives, de sorte que l'actionneur ferme dans un sens le clapet et pousse le piston de la pompe et alternativement dans l'autre sens ouvre le clapet tandis que le piston reprend sa position de repos sous l'action de l'élément élastique. Un effort électromagnétique s'ajoute à l'inertie de la masse pour ouvrir le clapet plus rapidement. Cette version permet d'accumuler de l'énergie dans un ressort de rappel pendant l'ouverture du clapet. Cette énergie est restituée au moment ou le piston est poussé pour chasser l'eau. Un fonctionnement similaire à celui de la version précédente est obtenu dans une troisième version o l'actionneur comporte un solénode agissant sur une masse ferromagnétique mobile, reliée au clapet, dessinée de façon à provoquer une forte réluctance du circuit magnétique quand elle se trouve au voisinage des fins de course. Cette disposition permet de changer le sens de l'attraction électromagnétique à chaque impulsion. En effet, l'attraction électromagnétique s'effectue toujours de façon à réduire la réluctance du circuit magnétique. La masse mobile ferromagnétique est par exemple plus longue que le solénode qu'elle traverse et effilée aux extrémités, ou au contraire de section réduite sauf aux extrémités. La masse mobile n'étant pas aimantée, le solénode peut être alimenté par un courant constitué d'impulsions de même sens. L'attraction changeant de sens à chaque fin de course, l'actionneur anime le dispositif à une fréquence moitié de la fréquence électrique. L'attraction ne dépendant pas du sens du courant d'alimentation, le solénode peut aussi être alimenté par un courant constitué d'impulsions de sens alternativement positif et négatif. Le dispositif est alors animé à raison d'un cycle mécanique pour un cycle de deux impulsions successives de sens opposé. La fréquence des oscillations mécaniques est alors égale à la fréquence électrique. L'invention sera mieux comprise au vu des exemples ci-après et des dessins annexés. La figure 1 est une section partielle par un plan de symétrie longitudinal d'un fer au repos selon l'invention. La figure 2 est un détail de la figure 1 montrant l'électrovanne et la pompe au repos. La figure 3 montre le détail de la figure 2 quand l'actionneur est activé par un courant électrique. La figure 4 montre le détail de la figure 2 après que l'actionneur ait été désactivé. La figure 5 est un détail montrant l'électrovanne et la pompe au repos pour une deuxième version de l'invention. La figure 6 est un détail montrant l'électrovanne et la pompe au repos pour une troisième version de l'invention. Dans une réalisation préférentielle visible sur les figures 1-2, le fer à repasser comporte une semelle 1 avec un corps chauffant 12, une chambre de vaporisation 13 fermée par une plaque 4, et un réservoir 5 d'eau à vaporiser situé au-dessus de la semelle. La plaque 4 comporte un orifice 41 d'axe vertical par o l'eau est injectée dans la chambre de vaporisation 13. Un orifice de sortie d'eau 51 au fond du réservoir 5 est situé sur le même axe. Une pompe 6 est installée entre les deux orifices 51 et 41 et reçoit l'eau du réservoir par gravité. Un actionneur 7, disposé au-dessus du réservoir 5 dans l'axe des orifices 41,51 et de la pompe 6, comporte un solénode 71, une masse ferromagnétique mobile 72, une tige 73 rappelée vers le bas par un ressort 74 et reliée à la masse magnétique 72. Un clapet 75 fixé au bout de la tige 73 s'appuie sur un siège 61 constituant le piston de la pompe 6. L'étanchéité et le passage de l'eau entre le piston 61 et le réservoir 5 est obtenue par un soufflet 62 en élastomère. L'ensemble constitue une électrovanne qui contrôle le passage de l'eau du réservoir 5 vers la pompe 6 et la chambre de vaporisation 13. La pompe 6 comporte un soufflet élastique 63 reliant le piston 61 et une face inférieure 64 qui comporte l'orifice de sortie de la pompe. L'élasticité du soufflet 63 peut être renforcée par un ressort non représenté. La face inférieure 64 assure l'étanchéité avec la plaque 4 et le bon positionnement de la pompe 6 audessus de l'orifice 41. Avantageusement l'orifice de sortie de la pompe 6 comporte des lèvres 65 faisant office de clapet. Ce clapet autorise le passage de l'eau seulement de la pompe 6 vers la chambre de vaporisation 13. La tige 73, le ressort 74 et l'élasticité du soufflet 63 sont déterminés de façon à ce que, au repos, la masse magnétique 72 soit positionnée pour pouvoir être attirée vers le bas par le solénode 71, et pour que le clapet 75 s'appuie sur le piston 61 en fermant l'électrovanne, comme représenté en figure 2. Au repos, l'eau du réservoir ne peut pas s'écouler vers la pompe 6 et la chambre de vaporisation 13 quelle que soit la position du fer à repasser. Lorsque le solénode 71 reçoit du courant électrique, il attire la masse magnétique 72 vers le bas, exerçant une poussée sur le clapet 75 fermé. Le clapet 75 pousse alors le piston 61 contre l'élasticité du soufflet 63. Le soufflet 63 se comprime et, par le clapet 65, chasse avec force l'eau qu'il contient, dans la chambre de vaporisation 13. Le dispositif se trouve alors, en fin de course, dans la position de la figure 3. Lorsque le courant électrique cesse d'être appliqué au solénode 71, la force appliquée au clapet 75 cesse d'être importante. Le soufflet élastique 63 se détend et le piston 61 remonte rapidement en refoulant le clapet 75, la tige 73 et la masse magnétique 72. Le piston 61 se stabilise rapidement au voisinage de sa position de repos. Mais, par inertie, l'ensemble mobile 75,73,72 de l'électrovanne poursuit sa course contre l'action du ressort 74. Le clapet 75 s'ouvre, et L'eau contenue dans le réservoir 5 et le soufflet 62 s'écoule dans le soufflet 63 de la pompe 6. L'eau est retenue par les lèvres 65 de l'orifice de sortie de la pompe 6. Au point haut de la course de retour, le dispositif se trouve dans la position représentée en figure 4. Ensuite, l'ensemble mobile 75,73,72 de l'électrovanne retrouve sa position de repos, représentée en figure 2, sous l'action du ressort 74. Une nouvelle application de courant au solénode peut précipiter la fermeture du clapet 75. La pompe 6 est alors prête à injecter une nouvelle quantité d'eau dans la chambre de vaporisation 13. De préférence, le dispositif décrit est utilisé pour obtenir une vaporisation continue et le cycle de fonctionnement est répété rapidement. Pour ce faire, le solénode 71 est alimenté par un courant électrique composé d'impulsions successives. Le dispositif comportant des masses et des ressorts possède une fréquence de vibration mécanique propre. Avantageusement, la fréquence d'apparition des impulsions du courant d'alimentation est ajustée au voisinage de cette fréquence propre mécanique, de façon à obtenir une résonance. Par ce moyen, les amplitudes nécessaires au bon fonctionnement de la pompe 6 sont atteintes en quelques cycles, dès le démarrage, avec des impulsions électriques de faible énergie. Par exemple, le point mort bas de la figure 3 peut être atteint même si le courant électrique n'est pas appliqué au solénode 71 pendant toute la course de descente du piston 61. Le débit de la pompe 6 est réglable par l'utilisatrice. Un bouton de réglage, non représenté sur les figures, permet d'agir sur les impulsions de l'alimentation électrique du solénode 71. Les moyens d'agir sur les impulsions sont connus des électroniciens. On peut, par exemple, agir sur la tension des impulsions par un découpage, ou sur la largeur des impulsions, ou sur la fréquence en modifiant légèrement l'accord avec la fréquence propre mécanique, ou sur la phase en ajustant l'application des impulsions à la position mécanique du dispositif, ou en combinant ces possibilités. Un fer à repasser a été réalisé conformément à cette version de l'invention. Le dispositif d'électrovanne et de pompe fonctionne à une fréquence de 50 Hertz et on observe un débit de vapeur constant pendant le repassage, réglable de 0 à 40 grammes par minute par une variation de la largeur des impulsions. Les impulsions sont obtenues par un redressement simple alternance du courant du réseau électrique 50 Hertz alternatif à l'aide d'un thyristor, déclenché avec un retard réglable après chaque fois que la tension croissante du réseau se soit annulée. L'ordre de grandeur de la raideur de l'élément élastique 61 est de 500 à 11 OON/m tandis que celle du ressort de rappel 74 est de 100 à 400N/m, pour une masse mobile comprise entre 4 et 7 grammes. Evidemment, le débit de la pompe 6 pourrait aussi être réglé par une limitation mécanique de la course du piston 75, à l'aide de butées réglables, ou en agissant sur la raideur des ressorts, ou en modifiant l'amortissement des oscillations. Dans une deuxième version, de construction voisine visible en figure 5, la masse magnétique 72 est un aimant sensiblement centré au repos dans le solénode 71. Le courant d'alimentation de l'actionneur 7 est constitué par une succession d'impulsions électriques alternativement positives et négatives, de sorte que la masse magnétique 72 a une motricité dans les deux sens o elle peut se déplacer. Le fonctionnement est semblable au fonctionnement de la première version, mais la masse magnétique 72 remonte le clapet 75 avec plus de célérité contre l'action du ressort 74. Le clapet 75 peut s'ouvrir plus rapidement et le ressort 74 emmagasiner plus d'énergie restituée dans la suite du cycle oscillatoire. Dans une troisième version visible en figure 6 voisine des précédentes, l'actionneur comporte un solénode 71 agissant sur une masse ferromagnétique mobile 72 dessinée de façon à provoquer une forte réluctance du circuit magnétique quand elle se trouve au voisinage des fins de course. Dans une réalisation préférée, la masse magnétique mobile 72 comporte une section rétrécie dans une zone 722 comprise entre les pôles de l'armature 76 de l'actionneur 7 entourant le solénode 71, et des renflements 721 à chaque extrémité. La masse magnétique 72 est plus longue que le solénode 71 de sorte que dans les fins de course un seul des renflements 721 se trouve en correspondance avec un pôle de l'armature 76. A chaque fin de course le sens de l'attraction de la masse 72 par le solénode 71 est inversé. Au repos l'électrovanne est fermée et la masse magnétique 72 disposée de façon à pouvoir être attirée par le solénode 71 et pousser le clapet 75 contre son siège 61, déplaçant ainsi le piston 61 de la pompe 6. Le solénode 71 est alimenté par un courant électrique constitué d'impulsions de même sens et de fréquence double de la fréquence mécanique de fonctionnement, mais les parties mobiles 72,73,75 sont sollicitées pour se déplacer alternativement dans un sens puis dans l'autre. Le fonctionnement est par ailleurs semblable à celui de la deuxième version. Dans une version voisine, le solénode 71 est alimenté par un courant électrique constitué d'impulsions de sens alternativement opposé, deux impulsions successives constituant une période. L'attraction magnétique ne dépendant pas du sens du courant magnétisant mais seulement de la position en fin de course de la masse magnétique, on obtient un fonctionnement identique à celui de la version précédente. La fréquence des oscillations mécaniques est égale à la fréquence du courant électrique. Les moyens décrits permettent de commander le passage de l'eau et de l'injecter avec force dans la chambre de vaporisation, en maintenant un débit de vapeur constant en dépit de la contre pression pouvant exister. Par l'utilisation d'un système oscillant et par l'absence de frottements on a pu réduire le volume et la consommation de l'actionneur pour réaliser un appareil de cot acceptable. REVENDICATIONS 1. Fer à vapeur ayant un réservoir (5) d'eau à vaporiser, une chambre de vaporisation (13), et une électrovanne comportant un actionneur (7) et un clapet (75) susceptibles d'autoriser ou d'interrompre le passage de l'eau du réservoir (5) dans la chambre de vaporisation (13), caractérisé en ce que le siège du clapet (75) de l'électrovanne constitue le piston (61) d'une pompe (6) destinée à propulser l'eau du réservoir (5) dans la chambre de vaporisation (13). 2. Fer selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pompe (6) est alimentée en eau sous faible charge. 3. Fer selon la revendication 2 caractérisé en ce que le clapet d'électrovanne (75) est le clapet d'admission dans la pompe (6). 4. Fer selon la revendication 3 caractérisé en ce que la pompe (6) est une pompe à soufflet. 5. Fer selon la revendication 4 caractérisé en ce que la pompe (6) comporte un deuxième soufflet (62) qui relie le piston (61) à la sortie (51) du réservoir d'eau (5). 6. Fer selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que, lorsque l'actionneur (7) est excité, il appuie le clapet (75) d'électrovanne sur son siège (61) et pousse le piston (61) à l'encontre d'un élément élastique (63). 7. Fer selon la revendication 6 caractérisé en ce que le rapport des raideurs des éléments élastiques (63,74) et des masses mobiles (75,73,72) de l'électrovanne et de la pompe (6) est prévu de telle sorte que, après que l'actionneur (7) soit désactivé, le piston (61) revienne à sa position de repos sous l'action de l'élément élastique (63), et que la partie mobile (75,73,72) de l'actionneur (7) poursuive sa course de retour au-delà de la position de repos, et ouvre le clapet (75) d'électrovanne. 8. Fer selon la revendication 7 caractérisé en ce que le courant de commande de l'actionneur (7) est constitué d'impulsions électriques successives dont la fréquence est voisine de la fréquence de résonance de l'ensemble de l'électrovanne et de la pompe (6). 9. Fer selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'actionneur (7) comporte un solénode (71) agissant sur une masse ferromagnétique mobile (72) reliée au clapet (75). 10. Fer selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que l'actionneur (7) comporte un solénode (71) agissant sur un aimant mobile (72) relié au clapet (75) et en ce que les impulsions électriques sont alternativement positives et négatives. 11. Fer selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que l'actionneur (7) comporte un solénode (71) agissant sur une masse ferromagnétique mobile (72), reliée au clapet (75), dessinée de façon à provoquer une forte réluctance du circuit magnétique (72,76) quand elle se trouve au voisinage des fins de course.