Brevet FR3036467A1 — publié le 20161125

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif et un procédé d'échauffement d'un liquide et des appareils comportant un tel dispositif. Elle s'applique, en particulier, à l'échauffement et la vaporisation quasi instantanée de liquide pour des applications domestiques ou industrielles. ETAT DE LA TECHNIQUE On connaît de nombreux dispositifs pour échauffer un liquide, tels que des chauffe-eau à combustion, par exemple de gaz ou de charbon. Ces dispositifs présentent de nombreux inconvénients. D'une part, ces dispositifs fournissent le premier débit d'eau chaude ou de vapeur d'eau assez lentement, en minutes, voire en dizaines de minutes car ils doivent, d'abord, échauffer un contenant, avant de chauffer l'eau qui s'y trouve. D'autre part, ces dispositifs sont complexes, encombrants et polluants puisqu'ils émettent des gaz brûlés nocifs pour l'environnement et la santé. De plus, ces dispositifs présentent un rendement énergétique faible. On connaît aussi des dispositifs utilisant une résistance électrique pour échauffer un liquide, par exemple dans des chauffe-eau électriques ou des bouilloires. Ces dispositifs présentent, eux aussi, des inconvénients de lenteur et, 20 éventuellement, de rendement. OBJET DE L'INVENTION La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. Selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif 25 d'échauffement d'un liquide, qui comporte : - une première armature conductrice, - une deuxième armature conductrice, - un espace entre les armatures pour recevoir du liquide à échauffer et - une alimentation électrique appliquant un courant alternatif entre les 30 armatures conductrices. 3036467 2 Grâce à ces dispositions, le champ électrique généré entre les deux armatures conductrices s'applique au liquide et provoque un échauffement immédiat. Le dispositif objet de la présente invention fournit ainsi, dans une durée inférieure à la dizaine de seconde, voire à la seconde, un liquide échauffé ou une vapeur 5 obtenue par ébullition de ce liquide. De plus, l'efficacité énergétique du dispositif est particulièrement élevée. Dans des modes de réalisation, l'alimentation électrique est configurée pour provoquer une cavitation dans le liquide à échauffer. Grâce à ces dispositions, le transfert d'énergie au liquide est 10 particulièrement efficace. Dans des modes de réalisation, l'épaisseur de l'espace entre les armatures est sensiblement constante. Grâce à ces dispositions, l'échauffement est sensiblement uniforme. Dans des modes de réalisation, l'alimentation électrique fournit un courant 15 alternatif d'une tension d'environ 220 Volts et la distance entre les armatures est comprise entre un et cinq millimètres. Dans des modes de réalisation, chacune des armatures présente une portion de sphère. Dans des modes de réalisation, l'une des armatures présente une forme sphérique et l'autre présente la forme de deux hémisphères. Dans des modes de réalisation, chacune des armatures présente une portion de cylindre. Dans des modes de réalisation, chacune des armatures présente une portion de cône. Dans des modes de réalisation, le dispositif comporte trois armatures alimentées par trois phases d'un courant triphasé fourni par l'alimentation électrique. Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un procédé d'échauffement d'un liquide, entre une première armature conductrice et une deuxième armature conductrice, qui comporte : - une étape d'introduction d'un liquide à échauffer dans un espace entre les armatures et - une étape d'alimentation électrique appliquant un courant alternatif entre les armatures conductrices. 3036467 3 Selon un troisième aspect, la présente invention vise un réacteur chimique qui comporte un dispositif d'échauffement objet de la présente invention, un moyen d'entrée de réactifs, au moins un des réactifs étant présent dans le liquide à échauffer et un moyen de sortie de produits de la réaction chimique. 5 L'inventeur a, en effet, observé que le dispositif objet de la présente invention favorise certaines réactions chimiques, au même titre qu'un catalyseur. Selon un quatrième aspect, la présente invention vise un système de purification qui comporte un dispositif d'échauffement objet de la présente invention, un moyen d'entrée de liquide à purifier et un moyen de sortie de liquide purifié. 10 L'inventeur a, en effet, observé que le dispositif objet de la présente invention favorise la purification des liquides. Selon un cinquième aspect, la présente invention vise un système de décontamination qui comporte un dispositif d'échauffement objet de la présente invention, un moyen d'entrée de liquide à décontaminer et un moyen de sortie de 15 liquide décontaminé. Selon un sixième aspect, la présente invention vise un système de décontamination qui comporte un dispositif d'échauffement objet de la présente invention, un moyen d'entrée de matériaux solides contenus dans un liquide ou au contact d'un liquide, et un moyen de sortie de matériaux solides. 20 L'inventeur a, en effet, observé que le dispositif objet de la présente invention favorise la décontamination des liquides et de matériaux solides contenus dans un liquide ou au contact d'un liquide. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES 25 D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l'invention ressortiront de la description non limitative qui suit d'au moins un mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente, schématiquement et en coupe, un premier mode 30 de réalisation du dispositif d'échauffement objet de la présente invention, - la figure 2 représente, schématiquement et en coupe, un deuxième mode de réalisation du dispositif d'échauffement objet de la présente invention, - la figure 3 représente, schématiquement et en coupe, un troisième mode de réalisation du dispositif d'échauffement objet de la présente invention, 3036467 4 - la figure 4 représente, schématiquement et en coupe, un quatrième mode de réalisation du dispositif d'échauffement objet de la présente invention et - la figure 5 représente, sous forme d'un logigramme, des étapes d'un mode de réalisation particulier du procédé objet de la présente invention. 5 DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION On note, dès à présent, que les figures ne sont pas à l'échelle. On observe, en figure 1, un dispositif 100 d'échauffement d'un liquide qui comporte : 10 - une première armature conductrice 105, - une deuxième armature conductrice 110, - un espace 115 entre les armatures pour recevoir du liquide 120 à échauffer et - une alimentation électrique 125 appliquant un courant alternatif entre les 15 armatures conductrices. L'épaisseur de l'espace 115 entre les armatures 105 et 110 est sensiblement constante et, par exemple, comprise entre un et cinq millimètres. Chacune des armatures 105 et 110 présente une portion de sphère. Dans le mode de réalisation illustré en figure 1, l'armature 105 est globalement hémisphérique et 20 l'armature 110 est globalement sphérique. Préférentiellement, l'armature 105 est percée d'ouvertures d'échappement de la vapeur générée. Avec cette configuration, l'inventeur a obtenu un effet de cavitation d'eau avec une épaisseur de l'espace entre les armatures de 1,6 millimètre, une tension 25 d'environ 220 Volts, un courant de l'ordre de 10 ampères et une fréquence de courant alternatif de 50 Hertz. Par exemple, les dimensions sont : Diamètre extérieur de l'armature 105 : 57 mm Diamètre intérieur de l'armature 110 : 58.6 mm Epaisseur des sphères = 2 mm. 30 Lors de cette utilisation, le dispositif a montré une vaporisation quasi instantanée de l'eau entre les armatures et une production de vapeur à plus de 100°C dès la mise en route du dispositif. L'efficacité énergétique calculée est supérieure à celle d'une résistance électrique plongée dans le liquide. 3036467 5 Il a aussi été observé une production de gaz contenant de l'hydrogène et une altération des surfaces des armatures : usure accéléré pour les armatures en cuivre et des impacts sur les armatures en acier inoxydable ou galvanisé ou en alliage métallique comportant du Nickel. 5 On observe, en figure 2, un dispositif 200 d'échauffement d'un liquide qui comporte : - une première armature conductrice 205, - une deuxième armature conductrice 210, - une troisième armature conductrice 230 reliée électriquement à la première 10 armature conductrice 205 par une liaison conductrice 235, - un espace 215 entre les armatures pour recevoir du liquide 220 à échauffer et - une alimentation électrique 225 appliquant un courant alternatif entre la première et la troisième armatures conductrices, d'une part, et la deuxième armature 15 conductrice, d'autre part. L'épaisseur de l'espace 215 entre les armatures 205 et 210 et 230 et 210 est sensiblement constante et, par exemple, comprise entre un et cinq millimètres. Chacune des armatures 205, 210 et 230 présente une portion de sphère. Dans le mode de réalisation illustré en figure 2, les armatures 205 et 230 sont globalement 20 hémisphériques et l'armature 210 est globalement sphérique. Préférentiellement, l'armature 205 est percée d'ouvertures d'échappement de la vapeur générée. On observe, en figure 3, un dispositif 300 d'échauffement d'un liquide qui comporte : - une première armature conductrice 305, 25 - une deuxième armature conductrice 310, - une troisième armature conductrice 330, - un espace 315 entre les armatures pour recevoir du liquide 320 à échauffer et - une alimentation électrique 325 appliquant un courant alternatif triphasé 30 entre la première, la deuxième et la troisième armatures conductrices. L'épaisseur de l'espace 315 entre les armatures 305 et 310 et 330 et 310 est sensiblement constante et, par exemple, comprise entre un et cinq millimètres. Chacune des armatures 305, 310 et 330 présente une portion de sphère. Dans le mode de réalisation illustré en figure 3, les armatures 305 et 330 sont globalement 3036467 6 hémisphériques et l'armature 310 est globalement sphérique. Préférentiellement, l'armature 305 est percée d'ouvertures d'échappement de la vapeur générée. On observe, en figure 4, un dispositif 400 d'échauffement d'un liquide qui comporte : 5 - une première armature conductrice 405, - une deuxième armature conductrice 410, - un espace 415 entre les armatures pour recevoir du liquide 420 à échauffer et - une alimentation électrique 425 appliquant un courant alternatif entre les 10 armatures conductrices. L'épaisseur de l'espace 415 entre les armatures 405 et 410 est sensiblement constante et, par exemple, comprise entre un et cinq millimètres. Chacune des armatures 405 et 410 présente une portion de cylindre. Dans le mode de réalisation illustré en figure 4, les armatures sont cylindriques, de courbe 15 directrice circulaire. Préférentiellement, l'armature 405 est percée d'ouvertures d'échappement de la vapeur générée. Dans des modes de réalisation (non représentés), chacune des armatures présente une portion de cône. Préférentiellement, l'alimentation électrique 125, 225, 325 ou 425 est 20 configurée pour provoquer une cavitation dans le liquide à échauffer. Pour déterminer la survenance de cette cavitation, qui dépend du liquide à réchauffer et de la distance entre les armatures, l'homme du métier fait varier progressivement les paramètres du courant injecté aux bornes des armatures jusqu'à ce que des vibrations importantes des armatures se produisent et que des traces spécifiques à 25 la cavitation se présentent sur les armatures. Préférentiellement, l'alimentation électrique 125, 225, 325 ou 425 est configurée pour fournir un courant dont la fréquence est proportionnelle à la fréquence de résonance du circuit électrique formé par l'alimentation électrique, les armatures conductrices, le liquide à échauffer et les liaisons conductrices entre 30 l'alimentation électrique et les armatures. Comme illustré en figure 5, un procédé d'échauffement d'un liquide, entre une première armature conductrice et une deuxième armature conductrice, comporte : 3036467 7 - une étape 505 d'implantation des armatures, par exemple selon une configuration présentée dans l'une des figures 1 à 4, - une étape 510 d'introduction d'un liquide à échauffer dans l'espace entre les armatures, 5 - une étape 515 d'application, par une alimentation électrique, d'un courant alternatif entre les armatures conductrices et - une étape 520 de sortie du liquide échauffé ou de la vapeur issue de l'échauffement du liquide. On donne, ci-après, des exemples d'applications du dispositif 10 d'échauffement objet de la présente invention : - un réacteur chimique, qui comporte un dispositif d'échauffement objet de la présente invention et un moyen d'entrée de réactifs, au moins un des réactifs étant présent dans le liquide à échauffer et un moyen de sortie de produits de la réaction chimique ; 15 - un système de purification qui comporte un dispositif d'échauffement objet de la présente invention, un moyen d'entrée de liquide à purifier et un moyen de sortie de liquide purifié, - un système de décontamination qui comporte un dispositif d'échauffement objet de la présente invention, un moyen d'entrée de liquide à décontaminer et un 20 moyen de sortie de liquide décontaminé, - un système de décontamination qui comporte un dispositif d'échauffement objet de la présente invention, un moyen d'entrée de matériaux solides contenus dans un liquide ou au contact d'un liquide, et un moyen de sortie de matériaux solides, 25 - un chauffe-eau qui comporte un dispositif d'échauffement objet de la présente invention, dont la sortie d'eau chaude est reliée à la canalisation d'eau chaude, - un appareil de cuisson ou de préparation d'aliments qui comporte un dispositif d'échauffement objet de la présente invention, dont la sortie d'eau chaude 30 ou de vapeur sert au chauffage ou à la cuisson des aliments, - un appareil de désalinisation par vaporisation et condensation, - un nettoyeur sous pression qui comporte un dispositif d'échauffement objet de la présente invention, dont la sortie d'eau chaude et/ou de vapeur est reliée à une buse de nettoyage, 3036467 8 - un appareil de distillation/extraction qui comporte un dispositif d'échauffement objet de la présente invention. Parmi les autres applications de la présente invention, on cite : - dans le domaine de la physique : 5 en thermique, la vaporisation, chauffage de liquide, en mécanique, la valorisation de l'énergie mécanique de vibration, en traitements de surface, en électrolyse et extraction de gaz ; - dans le domaine de la chimie : 10 la catalyse de réactions chimiques, le traitement des liquides, les émulsions, l'homogénéisation, la purification, 15 l'extraction de composants, la décontamination par oxydation des polluants ; dans la chimie des matériaux - dans le domaine nucléaire : la décontamination par dissolution ; 20 - dans le domaine de la biologie : la décontamination biologique et la séparation et l'isolement de cellules. REVENDICATIONS1. Dispositif (100, 200, 300, 400) d'échauffement d'un liquide (120, 220, 320, 420), caractérisé en ce qu'il comporte : - une première armature conductrice (105, 205, 305, 405), - une deuxième armature conductrice (110, 210, 310, 410), - un espace (115, 215, 315, 415) entre les armatures pour recevoir du liquide à échauffer et - une alimentation électrique (125, 225, 325, 425) appliquant un courant alternatif entre les armatures conductrices. 2. Dispositif (100, 200, 300, 400) d'échauffement d'un liquide selon la revendication 1, dans lequel l'alimentation électrique (125, 225, 325, 425) est configurée pour provoquer une cavitation dans le liquide (120, 220, 320, 420) à échauffer. 3. Dispositif (100, 200, 300, 400) d'échauffement d'un liquide selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'épaisseur de l'espace (115, 215, 315, 415) entre les armatures est sensiblement constante. 4. Dispositif (100, 200, 300, 400) d'échauffement d'un liquide selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'alimentation électrique (125, 225, 325, 425) fournit un courant alternatif d'une tension d'environ 220 Volts et la distance entre les armatures (105, 110, 205, 210, 230, 305, 310, 330, 405, 410) est comprise entre un et cinq millimètres. 5. Dispositif (100, 200, 300, 400) d'échauffement d'un liquide selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel chacune des armatures (105, 110, 205, 210, 230, 305, 310, 330) présente une portion de sphère. 6. Dispositif (100, 200, 300, 400) d'échauffement d'un liquide selon la revendication 5, dans lequel l'une (205) des armatures présente une forme sphérique et l'autre (210, 230) présente la forme de deux hémisphères. 3036467 10 7. Dispositif (100, 200, 300, 400) d'échauffement d'un liquide selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel chacune des armatures (405, 410) présente une portion de cylindre. 5 8. Dispositif (100, 200, 300, 400) d'échauffement d'un liquide selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel chacune des armatures présente une portion de cône. 9. Dispositif (100, 200, 300, 400) d'échauffement d'un liquide selon l'une des 10 revendications 1 à 8, qui comporte trois armatures (205, 210, 230, 305, 310, 330) alimentées par trois phases d'un courant triphasé fourni par l'alimentation électrique (225, 325). 10. Procédé (500) d'échauffement d'un liquide, entre une première armature 15 conductrice (105, 205, 305, 405) et une deuxième armature conductrice (110, 210, 310, 410), caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape (510) d'introduction d'un liquide (120, 220, 320, 420) à échauffer dans un espace (115, 215, 315, 415) entre les armatures et - une étape (515) d'alimentation électrique appliquant un courant alternatif 20 entre les armatures conductrices. 11. Réacteur chimique, qui comporte un dispositif (100, 200, 300, 400) d'échauffement selon l'une des revendications 1 à 9 et un moyen d'entrée de réactifs, au moins un des réactifs étant présent dans le liquide (120, 220, 320, 420) à 25 échauffer et un moyen de sortie de produits de la réaction chimique. 12. Système de purification qui comporte un dispositif (100, 200, 300, 400) d'échauffement selon l'une des revendications 1 à 9, un moyen d'entrée de liquide (120, 220, 320, 420) à purifier et un moyen de sortie de liquide purifié. 30 13. Système de décontamination qui comporte un dispositif (100, 200, 300, 400) d'échauffement selon l'une des revendications 1 à 9, un moyen d'entrée de liquide (120, 220, 320, 420) à décontaminer et un moyen de sortie de liquide décontaminé. 3036467 11 14. Système de décontamination qui comporte un dispositif (100, 200, 300, 400) d'échauffement selon l'une des revendications 1 à 9, et un moyen d'entrée de matériaux solides contenus dans un liquide (120, 220, 320, 420) ou au contact d'un liquide, et un moyen de sortie de matériaux solides.