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EP0708900B1 - Procédé et dispositif pour vaporiser un liquide - Google Patents

Procédé et dispositif pour vaporiser un liquide Download PDF

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Publication number
EP0708900B1
EP0708900B1 EP95918659A EP95918659A EP0708900B1 EP 0708900 B1 EP0708900 B1 EP 0708900B1 EP 95918659 A EP95918659 A EP 95918659A EP 95918659 A EP95918659 A EP 95918659A EP 0708900 B1 EP0708900 B1 EP 0708900B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
liquid
porous
supplied
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP95918659A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0708900A1 (fr
Inventor
Jacques Pistien
Jean-Louis Giazzi
Robert Desage
Philippe Deblay
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Superba SAS
Cogia SA
Engie SA
Original Assignee
Superba SAS
Gaz de France SA
Cogia SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Superba SAS, Gaz de France SA, Cogia SA filed Critical Superba SAS
Publication of EP0708900A1 publication Critical patent/EP0708900A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0708900B1 publication Critical patent/EP0708900B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/28—Methods of steam generation characterised by form of heating method in boilers heated electrically
    • F22B1/287—Methods of steam generation characterised by form of heating method in boilers heated electrically with water in sprays or in films
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/28—Methods of steam generation characterised by form of heating method in boilers heated electrically
    • F22B1/284—Methods of steam generation characterised by form of heating method in boilers heated electrically with water in reservoirs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F6/00—Air-humidification, e.g. cooling by humidification
    • F24F6/02—Air-humidification, e.g. cooling by humidification by evaporation of water in the air
    • F24F6/04—Air-humidification, e.g. cooling by humidification by evaporation of water in the air using stationary unheated wet elements
    • F24F6/043—Air-humidification, e.g. cooling by humidification by evaporation of water in the air using stationary unheated wet elements with self-sucking action, e.g. wicks

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for vaporizing a liquid.
  • DE-C-158 050 is an illustration of this type of steam boiler.
  • Figure 4 of this patent shows the advantage that there may be in using several food trays arranged at different levels elevation, the highest placing the substrate at the horizontal.
  • Tests conducted with such a device show, however, that performance remains poor, and that the amount of liquid in the spray area is quickly too low, that the arrival time of the liquid at this spray zone is often too long.
  • the device of DE-C-158 050 is furthermore bulky, not conducive to industrial achievements of today (high efficiency, compactness, cost of low production for large series, reliability in the weather).
  • Such a device does not provide a continuous vapor release, as long as the direction of the heat flow provided is opposed to the direction of steam output.
  • the object of the invention is to provide a solution to number of the aforementioned drawbacks and offers in in particular a process which can be industrially implemented works under commercially attractive conditions, without exorbitant manufacturing and / or maintenance costs and also offers the advantage of offering flexibility of use, performance and reliability adapted to current needs.
  • the device of the invention provides that the liquid supply means of the substrate considered must include means of implementation liquid pressure to establish a higher pressure at ambient pressure.
  • the knowledge, for a given time interval, of the quantity Q 2 or of the weight of liquid which has entered the substrate (and which therefore has left the container) will make it possible to have the "induced flow" of liquid entering the substrate.
  • the present invention uses the weight of a column of liquid, or we can still force the liquid into the substrate, for example by a pump.
  • the substrate of the present spray device is advisable to make the substrate of the present spray device with thickness between about 0.05 mm and 5 mm, and preferably less than 2 mm.
  • this substrate has a porosity of between about 5% and 90%, and will use a substrate comprising empty volumes of retention of the liquid, so that this liquid can occupy between approximately 5% and 100% of said empty volumes.
  • the use of a substrate almost like a thin porous film has the advantage that the heat flow generated does not find facing it, in or on the surface of the substrate, only a small thickness of liquid to be vaporized, resulting in particularly rapid vapor phase be a few seconds, with a yield that can be particularly high.
  • a characteristic of the invention also provides for increasing the range of flow rate of liquid to be vaporized, supersaturating the substrate with in such a way that part of the liquid flows over a free outer surface thereof, being maintained against this substrate by interfacial tension.
  • a simple way to adjust the flow of liquid flow in the substrate consists of tilt it relative to the horizontal.
  • drip means taking advantage by example for this of capillary pumping of the immersion of a additional porous body in a suitable tank.
  • a pump may also consider using a pump to circulate under pressure the liquid in a local pipe bent between two of the branches of which the substrate porous will have been previously arranged, so that its ends are immersed in the liquid of the tube.
  • the vaporization of the liquid contained in the substrate can be obtained by particular by all or part of the three transfer modes following thermal: radiation, conduction or convection from both flue gas and a source electric, for example, this under conditions of operating which can be both at lower pressure at pressure greater than or equal to the pressure atmospheric, vaporization of many liquids different, such as water, alcohol, liquid petroleum or others may be considered.
  • porous substrate of the invention could be produced from cotton fibers or threads, or even mineral fibers, such as for example glass or quartz fibers, or still metallic, such as wires of steel.
  • substrate formed like a canvas permeable flexible fibrous fabric, or a plate to more rigid structure.
  • the device of the invention may advantageously include two hollow boxes delimiting between them a chimney in which will then circulate the combustion products of the burner, these boxes each containing at least one substrate.
  • FIG. 2 represents an example of the design of a porous "film” 1 with capillary property, made of cotton, of the "honeycomb” type with square mesh 2 of approximately 30 to 50 mm 2 .
  • the latter therefore has a structure integrating empty volumes for retaining the liquid to be vaporized, these volumes being here constituted by the spaces between the wires of the mesh and by the structural empty volumes of the wires themselves.
  • the central part of the substrate 1 illustrated is a weaving of threads of different thicknesses according to the choice of the desired flow capacity. Peripherally, this substrate here consists of wicks three times thicker than those of the central part. Thus, a peripheral buffer for the reserve and diffusion of water is created towards the central parts of the mesh.
  • the choice of substrate permeable is important.
  • its thickness will always be between about 0.05 mm and 5 mm, with porosity to the liquid at spray between about 5 and 90%.
  • Figure 3 is an example of an experimental device feed by pumping a fine porous substrate into the height of a body of water.
  • This device makes it possible to adjust the flow rate of liquid flowing through the effect of gravity right out of the feed tray. It consists of a balance 3, of a container 5 to collect water flowing from the porous "film” 7 and from a water tank 9 into which is submerged the upper part 7a of the porous substrate. To obtain a constant and free flow throughout the width of the porous film passage section, we have indented in 11 the film at its lower part. The measure of flow consists in varying the height h of the body of water tray 9.
  • the table below indicates the characteristics of use of three thicknesses of porous substrates which may be square mesh of the type illustrated in FIG. 2.
  • Density of the substrate heating flux (W / cm2) small mesh 0.2mm 0.104 from 1 to 2.5 medium mesh 0.5mm 0.142 2.5 to 4.5 thick mesh 1 mm 0.196 4.5 to 10
  • FIG. 4 is a diagram which indicates the flow of water flowing in a vertical porous film with small meshes (that is to say of thickness ⁇ 1 mm, for a unitary surface of mesh of the order of 0, 05 mm 2 ) depending on the height of the water body.
  • Curve (A) measures the flow of water which flows freely to the lower part of the substrate.
  • Curve (B) measures the water flow when the same porous film is immersed at its bottom in 2 cm of water.
  • Curve (C) measures the flow rate when the film is pressed against a metal wall without being immersed in its lower part.
  • the steam boiler presented vaporizes water contained in porous films pressed against heat exchange walls 21.
  • heat transfer can be done, as well from a gas ramp type burner, such as 19, with atmospheric air supply, or with supply air, only from one or more radiant burners.
  • a gas ramp type burner such as 19, with atmospheric air supply, or with supply air, only from one or more radiant burners.
  • heat transfer takes place mostly by convection, while in the second it is mainly carried out by radiation.
  • substrates will be used 7a, 7b ... arranged in two distinct rooms 23 defined each by two hollow metal boxes 29 of shape substantially parallelepipedic standing in two planes substantially parallel verticals, being separated from one of the other so as to reserve a space between them intermediate 31 usable as a chimney for the evacuation of fumes that can be produced by the burner, which will preferably be arranged in part bottom of space 31, in a place where space has a truncated pyramid shape going converging in the direction of the smoke evacuation.
  • the chimney is closed laterally by walls (not represented).
  • each partition 21 has been internally fitted with three porous films 7a, 7b, 7c extending in perspective over approximately half the height of the exchange wall, over 3/4 of the remaining height, and on the 1/4 of the highest part.
  • a mesh 33 with large open meshes at a rate of 90% with a mesh surface of 4 cm 2 to, on the one hand, ensure good thermal contact with the substrates and, on the other hand, leave a passage for the steam produced.
  • Each enclosure 29 is also equipped with an upper tank 34 in which is immersed an "upstream" portion of the three porous films which are here of the same thickness. It will be noted that the porous film 7a, in order to reach the top part up to the tank 34, is kept apart from that marked 7b (space d).
  • the entire column of water C1 stored on the thermally protected upper part of the film 7a will serve to supply, under suitable pressure (higher than the ambient pressure prevailing in the enclosure considered), its lower part pressed against the partition 21, therefore fully active in terms of heat exchange and vaporization capacity. It is also the same for the film 7b, but with a column C2 of lesser height practically the entire column being here exposed to the heating flow.
  • the water collected in an appropriate lower reservoir is shown, when the flow rate in the films is greater than that vaporizable by the heat flow. When this excess water reaches a predetermined level, it can be reinjected by a pump into the tanks 34.
  • Figure 7 is a diagram which shows the influence of the number of substrates and the height of water on the vaporization yield depending on the injected power, with either a single porous film of the type aforementioned "small mesh" replacing the two substrates 7a, 7b, or these substrates themselves.
  • the measure consists in varying the height of the water tray 34, it being specified that the tray has in this case been placed approximately 4/5 of the height of the exchange walls.
  • the diagram of Figure 8 shows the influence of the thickness of the substrate (s) on the temperature of the gases leaving the boiler, depending on the variation of its power.
  • a porous film with "small meshes” gives a temperature difference of 120 ° C to 400 ° C while this difference is only from 300 ° C to 370 ° C for a film porous with thick mesh.
  • Figure 9 is a view with cutaway and perspective of an alternative embodiment of a generator of steam use an electrical resistance. It is consists of a cartridge resistor 37 on the surface outside of which a substrate is applied and clamped fibrous appearing as a flexible sleeve 39 sewn in 41 and 43 to form two half-surfaces 45a, 45b which extend towards the lower part of the enclosure 47 while being partially submerged in water at the top in a upper tray 49 whose level could be varied (by a feed pump) and at the bottom in a lower collection tray 51.
  • the enclosure 47 is by elsewhere equipped at its upper part with an outlet for steam 53.
  • the porous film is locally immersed in the spraying water which circulates in closed circuit in a pipeline.
  • This kind of device can operate in different positions by the use of a pump and / or a regulating valve intended to ensure a pressurized supply of the water substrate.
  • the spraying means include a rectangular resistor 59 with a power of 270 Watts.
  • On the resistance is applied and tightened a canvas forming a woven film 61 sewn at 63 and 65 to form a sleeve extending downward, housed and integral with the interior of the lower part 67 of the pipe 69.
  • This sleeve also extends inside the upper part 71 of the same pipe 69.
  • the resistance is housed in a 73 spray enclosure.
  • the vaporization enclosure includes a steam outlet tube 75 and a tube 77 for removing excess water when the water flow too much traffic and flaccid 79 integral with the resistance to be fixed in 81 to the enclosure.
  • a steam outlet tube 75 and a tube 77 for removing excess water when the water flow too much traffic and flaccid 79 integral with the resistance to be fixed in 81 to the enclosure.
  • the circulation of water is provided by a pump 84 whose flow can be adjusted.
  • the outlet 85 of the pipe is provided with a tap 86. On can thus ensure a slight overpressure in the line for the liquid to flow out preferably in the porous film.
  • the vaporization yield in the porous substrate is 20% higher when decreasing the incoming water flow from 57 g / min to 15 g / min.
  • Figure 12 is an example of a drip to feed a vaporizer comparable to that of figure 8.
  • a double woven substrate llla, lllb surrounds, in pendant, an electrical resistance tubular 113, in the lower part of an evaporation enclosure 115.
  • the upper part of the substrate is flared in a "V" shape and rests on two supports. Its liquid supply to evaporating is therefore ensured by a drip, by through two fine woven substrates rectangular 117, 119, hanging vertically and ending at their free lower end with fringes 120 promoting drip and good distribution some cash.
  • the substrates 117, 119 bathe in a liquid supply tank 121, of variable liquid height, filled by a supply not shown.
  • a chimney 123 allows the steam to escape.
  • Figure 13 shows a device for vaporization of liquid using at least one plate in 1 mm thick sintered stainless steel.
  • the liquid is vaporized by the thermal radiation from an electrical resistance.
  • the process of the invention and its examples of realization find their applications in particular in products from the craft sector, the general public, DIY as well as in the processing industries and food.
  • steam generators ranging from a few kg of steam / hour more than a ton / hour.
  • These generators can be used, for example, in catering ovens, the bakery, in consumer stoves, in the cookie industry and pre-baking, in the textile industry for the treatment of fibers, or again, for example, for steam pressing plants, even in biology laboratories for the sterilization. It is also possible, for example, to steam generators for individual irons or with a steam generator, or even for cleaning of floors and walls.
  • heating flux densities usable in the context of the invention can range from a few mW / cm 2 to several tens of W / cm 2 .
  • the device of the invention to operate both under pressure atmospheric that in overpressure or in depression, only the pressurization of the liquid to be provided to ensure the flow conditions sought in the substrate.

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Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la vaporisation d'un liquide.
Il est connu que, pour vaporiser un liquide, on peut utiliser une résistance électrique immergée dans une hauteur d'eau relativement importante. Par cette conception, le temps de chauffage du liquide nécessaire pour le vaporiser est relativement long et le rendement de vaporisation est médiocre, surtout en régime séquentiel. C'est par exemple le cas d'un certain nombre de chaudières vapeurs utilisant des gaz de combustion.
Par le brevet français FR 78 08 201, on connaít toutefois un générateur de vapeur qui, bien qu'utilisant une résistance électrique de chauffage d'un corps poreux immergé à sa base dans une nappe d'eau, a la particularité de vaporiser relativement rapidement l'eau contenue dans ce corps poreux. Le renouvellement de l'eau est assuré par la capacité de pompage du corps poreux. Pour obtenir un optimum de rendement, on règle la hauteur du plan d'eau en fonction de la densité de flux thermique transmis au corps, ceci en fonction de sa capacité de pompage. Ce procédé est applicable à toutes sortes d'énergies, telles que par exemples les gaz de combustion.
Si l'utilisation de la capacité de pompage d'un corps poreux peut donc dans certain cas améliorer les performances des chaudières vapeurs, des limites existent, puisque la quantité de liquide contenue dans le corps est décroissante avec la hauteur de pompage. Ce phénomène a pour première conséquence de limiter en pratique à quelques cm la hauteur d'un corps poreux et, pour seconde conséquence, d'entretenir un faible différentiel de variation de hauteur de liquide, si l'on veut obtenir une optimisation de rendement en fonction de la densité du flux de chauffage.
On peut d'une certaine manière considérer que le brevet DE-C-158 050 est une illustration de ce type de chaudière à vapeur.
Ainsi, dans ce brevet allemand, il est en particulier connu de pourvoir le dispositif de vaporisation de liquide décrit :
  • au moins un substrat poreux (c'est-à-dire à propriété capillaire) exposé à une pression ambiante déterminée,
  • des moyens d'alimentation en liquide du substrat pour qu'il se charge en liquide, par circulation dudit liquide dans le substrat à partir d'une portion amont,
  • au moins une source d'énergie pour chauffer au moins une zone de vaporisation dudit substrat située en aval de la portion amont et le liquide qui la charge, de sorte qu'une partie au moins de ce liquide y soit vaporisée,
Toutefois, dans ce brevet, on utilise comme substrat plusieurs mèches alimentées "par l'effet de la force d'aspiration" c'est-à-dire de pompage capillaire desdites mèches.
Dans la mesure où, comme indiqué ci-avant, le débit d'une mèche alimentée par pompage capillaire diminue avec la hauteur du plan d'eau d'alimentation, la figure 4 de ce brevet montre l'intérêt qu'il peut y avoir à utiliser plusieurs bacs d'alimention disposés à différents niveaux d'élévation, le plus haut plaçant le substrat à l'horizontale.
Des essais menés avec un tel dispositif montrent toutefois que le rendement demeure médiocre, et que la quantité de liquide dans la zone de vaporisation est rapidement trop faible, que le temps d'arrivée du liquide à cette zone de vaporisation étant souvent trop long.
Le dispositif de DE-C-158 050 est en outre encombrant, peu propice à des réalisations industrielles d'aujourd'hui (rendement élevé, compacité, coût de fabrication peu élevé pour la grande série, fiabilité dans le temps...).
On connaít par le brevet FR-A-2 144 355 une pompe à vide du type à diffusion de vapeurs portant un évaporateur chauffé électriquement constitué d'un tube support le long duquel est admis le liquide à évaporer, et dont l'extrémité inférieure est entourée par au moins une couche de matière poreuse isolante qui est en contact avec la surface interne d'un élément poreux de chauffage électrique, mais à distance dudit tube.
Un tel dispositif ne permet pas de fournir un dégagement continu de vapeur, dans la mesure où la direction du flux de chaleur fournie s'oppose à la direction de sortie de la vapeur produite.
L'invention a pour objet d'apporter une solution à nombre des inconvénients susmentionnés et propose en particulier un procédé pouvant être industriellement mis en oeuvre dans des conditions commercialement intéressantes, sans coûts de fabrication et/ou de maintenance exorbitants et offre également l'avantage d'offrir une souplesse d'utilisation, une performance et une fiabilité adaptées aux nécessités actuelles.
Par la solution de l'invention telle que revendiquée ou établit, pour un régime de vaporisation donné correspondant à des conditions de fourniture d'énergie déterminées, dans le substrat ("capillaire") un débit d'entrée de liquide supérieur au débit d'entrée de liquide induit dans le même substrat, en position alors supposée horizontale de celui-ci, par la capillarité et la vaporisation du liquide, seulement.
Pour obtenir cela, le dispositif de l'invention prévoit que les moyens d'alimentation en liquide du substrat considéré devront comprendre des moyens de mise en pression du liquide pour y établir une pression supérieure à la pression ambiante.
Pour éviter toute ambiguïté, on a représenté sur la figure 1 la manière dont on procédera avantageusement pour mesurer le débit induit comme indiqué ci-dessus, "dans le même substrat, par la capillarité et la vaporisation seulement (bien entendu pour les mêmes conditions de fourniture d'énergie), en position alors supposée horizontale du substrat".
Ainsi, on placera tout d'abord à l'horizontale le substrat 7A considéré avec son environnement pour que puisse être négligé en particulier l'effet de la gravité sur les forces de capillarité.
Ensuite, on fera baigner une extrémité 7A1 de ce substrat dans un récipient 5A contenant une quantité Q1 de liquide à vaporiser (bien entendu, il s'agira d'un liquide "libre" : simplement une quantité suffisante comme de liquide dont on a rempli un récipient).
On exposera alors le substrat à une énergie de chauffage donnée fournie par des moyens 19A appropriés, "cette énergie de chauffage" :
  • devant permettre la vaporisation (au moins partielle) du liquide qui aura entre temps "migré" depuis le récipient 5A dans le substrat, suivant la flèche 6,
  • et devant également être reproductible à l'identique sur le dispositif de l'invention y compris la paroi d'échange thermique 21A, si on doit en utiliser une pour réaliser l'invention (si on employe une résistance électrique, on doit utiliser, pour la comparaison, la même résistance alimentée avec la même intensité ; pour le gaz, on doit employer le même brûleur et l'alimenter dans les mêmes conditions).
Ayant placé le substrat 7A "sec" dans le récipient, la connaissance, pour un intervalle de temps donné, de la quantité Q2 ou du poids de liquide qui est entrée dans le substrat (et qui a donc quittée le récipient) va permettre de disposer du "débit induit" d'entrée de liquide dans le substrat.
On notera que le "débit de liquide sous pression" propre maintenant à l'invention sera favorablement obtenu par l'utilisation de substrats fins (pouvant être avantageusement de l'ordre ou inférieurs à 2 mm d'épaisseur), ce qui ne peut que favoriser l'évacuation de la vapeur. Cette solution est en outre avantageuse en terme de rapidité de mise en phase vapeur du liquide et plus généralement de rendement.
Dans la présente invention, pour obtenir l'écoulement souhaité du liquide dans le substrat, on utilise le poids d'une colonne de liquide, ou on pourra encore forcer le liquide dans le substrat, par exemple par une pompe.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, il est conseillé de réaliser le substrat du présent dispositif de vaporisation avec une épaisseur comprise entre environ 0,05 mm et 5 mm, et de préférence inférieure à 2 mm.
En outre, avantageusement, ce substrat présente une porosité comprise entre environ 5 % et 90 %, et on utilisera un substrat comprenant des volumes vides de rétention du liquide, de telle sorte que ce liquide puisse occuper entre environ 5 % et 100 % desdits volumes vides.
Ainsi, contrairement aux mèches très épaisses propres aux dispositifs de vaporisation utilisant (très essentiellement) le pompage capillaire, l'utilisation d'un substrat se présentant quasiment comme un film mince poreux offre l'avantage que le flux thermique généré ne trouve face à lui, dans ou en surface du substrat, qu'une faible épaisseur de liquide à vaporiser, avec pour conséquence un passage en phase vapeur particulièrement rapide, pouvant être de quelques secondes, avec un rendement pouvant être particulièrement élevé.
En particulier, en combinant un substrat réalisé comme un film mince et un débit de liquide répondant aux exigences précitées de l'invention, on a constaté que pour une densité de flux de chauffage constant, il y avait variation du rendement de vaporisation en même temps que l'on faisait varier le débit d'écoulement du liquide dans le substrat. Inversement, à débit de liquide constant, il y avait variation de ce même rendement de vaporisation en même temps que l'on faisait varier la densité de flux thermique. On a également pu obtenir un maximum de rendement de vaporisation pour un état d'équilibre entre le débit de liquide vaporisable entrant dans le "film" constituant le substrat poreux et le débit du flux de chauffage de ce substrat, avec alors une vapeur pratiquement exempte d'humidité.
Il est par ailleurs apparu que, pour couvrir une large gamme de densités de flux de chauffage, il fallait utiliser différentes épaisseurs de films poreux constituant le substrat, tout en respectant très avantageusement les caractéristiques sus-mentionnées. Pour chacune de ces épaisseurs, et selon la nature de la matière poreuse, il a en particulier été constaté que l'on pouvait obtenir une plage d'utilisation du débit de liquide à vaporiser entre un minimum contenu en transit et la quantité maximale de liquide saturant (voire sursaturant) le film poreux.
Lorsqu'on ne recherche pas particulièrement un très bon rendement de vaporisation, une caractéristique de l'invention prévoit d'ailleurs d'augmenter la plage de débit de liquide à vaporiser, en sursaturant le substrat de telle manière qu'une partie du liquide s'écoule sur une surface extérieure libre de celui-ci, en étant maintenue contre ce substrat par tension interfaciale.
Un moyen simple de réglage du débit d'écoulement de liquide dans le substrat consiste à l'incliner par rapport à l'horizontale.
On peut alors créer, comme indiqué ci-avant, une colonne d'eau dans la zone du substrat directement exposée au flux de chauffage et éventuellement au-dessus d'elle, afin de profiter de l'effet de la pesanteur. Lorsque le débit d'écoulement du liquide est supérieur à la densité du flux thermique, on peut récupérer l'excédent de liquide s'écoulant hors de la partie basse du substrat, pour le réinjecter dans sa partie haute.
Un moyen supplémentaire d'alimentation en liquide consiste à l'injecter sous pression dans tout ou partie de la section de passage du substrat. On peut ainsi disposer le substrat de manière qu'il baigne à deux extrémités opposées (entre lesquels le liquide à vaporiser coule le long de lui), dans un tube où ledit liquide sera amené par des moyens de circulation forcée. A ce sujet, ce qui suit montre d'abord l'influence de la pression d'une colonne de liquide sur le débit de ce dernier dans le substrat poreux, puis l'influence de l'inclinaison du subtrat sur le même débit de liquide, ceci dans le cas d'espèce d'un substrat poreux constitué par un film par exemple en coton tissé de 0,2 mm d'épaisseur et de 120 mm de largeur.
  • Influence de la hauteur du film poreux sur le débit de liquide :
    Hauteur du substrat poreux par mm 30 60 90 130 180
    Débit d'eau en millilitre par minute 2,3 6,6 11 16 31
  • Influence de l'inclinaison du film poreux sur le débit de liquide :
    Angle d'inclinaison par rapport à la verticale 0° 15° 65° 75° 90°
    Débit d'eau en millilitre par minute 5,5 1,7 1,2 0,5 0,3
Pour alimenter le substrat du dispositif de l'invention avec le débit de liquide souhaité, on peut, conformément à une autre caractéristique de l'invention, utiliser des moyens de goutte à goutte, en profitant par exemple pour cela du pompage capillaire de l'immersion d'un corps poreux supplémentaire dans un réservoir approprié. On peut également songer à utiliser une pompe pour faire circuler sous pression le liquide dans une canalisation localement coudée entre deux des branches de laquelle le substrat poreux aura préalablement été disposé, de telle manière que ses extrémités baignent dans le liquide du tube.
On notera également que la vaporisation du liquide contenu dans le substrat peut être obtenue en particulier par tout ou partie des trois modes de transfert thermiques suivants : rayonnement, conduction ou convection provenant tant de gaz de combustion que d'une source électrique, par exemple, ceci dans des conditions de fonctionnement qui peuvent être tant à pression inférieure qu'à pression supérieure ou égale à la pression atmosphérique, la vaporisation de nombre de liquides différents, tels que l'eau, l'alcool, le pétrole liquide ou autres pouvant être envisagée.
Concernant le substrat poreux de l'invention, on notera également qu'il pourrait être réalisé à partir de fibres ou de fils de coton, ou encore de fibres minérales, telles que par exemple des fibres de verre ou de quartz, ou encore métalliques, telles par exemple que des fils d'acier. On peut également envisager réaliser le substrat à partir de matériaux poreux et perméables obtenus par frittage de poudres métalliques.
En pratique deux types de substrat pourront être privilégiés : un substrat formé comme une toile perméable en tissu souple fibreux, ou encore une plaque à structure plus rigide.
Dans ce qui précède, on a toujours fait référence à l'utilisation d'un seul substrat. Toutefois, l'utilisation de plusieurs substrats est tout à fait prévue. En particulier, on pourra dans un certain nombre de cas tirer avantage à remplacer un substrat unique d'une surface déterminée par plusieurs substrats de dimensions moindres ayant comme surface totale celle dudit substrat unique, chaque substrat de dimensions réduites pouvant en particulier être alimenté par ses propres moyens d'alimentation en liquide, créant ainsi autant de zones de vaporisation pouvant potentiellement être optimisées individuellement.
Si on utilise plusieurs substrats, on pourra dans certaines applications, prévoir en particulier de faire ces substrats se chevaucher en partie, de manière qu'ils soient écartés les uns des autres sur une partie au moins de leur surface, pour laisser entre eux un espace favorable notamment à la circulation de la vapeur.
Egalement, si on utilise au moins deux substrats, on pourra tirer avantage à ce que ces substrats s'étendent de part et d'autre de la source de chauffage en l'encadrant.
Avant de décrire plus en détail l'invention en relation avec différentes figures d'accompagnement, on notera encore qu'en particulier dans le cas où la source d'énergie comprendra au moins un brûleur à gaz, le dispositif de l'invention pourra avantageusement comprendre deux caissons creux délimitant entre eux une cheminée dans laquelle circuleront alors les produits de combustion du brûleur, ces caissons renfermant chacun au moins un substrat.
Concernant maintenant les dessins joint, en plus de la figure 1, à titre d'exemples non limitatifs, ceux-ci s'organisent comme suit :
  • La figure 2 montre une structure possible de substrat conforme à l'invention,
  • la figure 3 est une vue en perspective d'un montage pour mesurer le débit dans substrat poreux, en fonction de la hauteur de son plan d'eau d'alimentation,
  • la figure 4 est un diagramme montrant la variation du débit d'eau d'un substrat poreux conforme à l'invention en fonction de la hauteur de son plan d'eau,
  • la figure 5 est une vue de côté (flèche V) du générateur de vapeur illustré en perspective partielle, avec arrachement, sur la figure 6,
  • la figure 7 est un diagramme montrant, pour une installation du type de celle des figures 5 et 6, la variation du rendement de vaporisation en fonction de la puissance du chauffage générée, ceci pour plusieurs hauteurs d'eau disponibles et pour deux épaisseurs différentes de substrats poreux,
  • la figure 8 est un diagramme montrant, en fonction de la puissance injectée, l'influence de l'épaisseur du substrat sur la température de sortie des gaz pour une installation toujours conforme à celle des figures 5 et 6,
  • la figure 9 est une vue en perspective avec arrachement d'une chaudière à vapeur utilisant une résistance électrique de type cartouche,
  • les figures 10 et 11 sont des vues en coupe (respectivement suivant les lignes XI-XI et X-X) d'un dispositif de vaporisation électrique équipé de deux substrats poreux baignant localement dans une canalisation où circule de l'eau à vaporiser injectée par l'intermédiaire d'une pompe,
  • la figure 12 est une vue en perspective partielle avec arrachement de l'alimentation par goutte à goutte d'un dispositif conforme à l'invention, et
  • la figure 13 est une vue également en perspective partielle avec arrachement d'un autre générateur produisant de la vapeur par rayonnement thermique d'une résistance.
    • Dans ce qui suit, on ne fera référence qu'à la vaporisation d'eau bien que d'autres liquides pourraient être vaporisés par les mêmes dispositifs.
    La figure 2 représente un exemple de conception d'un "film" poreux 1 à propriété capillaire, en coton, type "nid d'abeille" à mailles 2 carrées d'environ 30 à 50 mm2. Comme tous les substrats compatibles avec l'invention, celui-ci présente donc une structure intégrant des volumes vides de retention du liquide à vaporiser, ces volumes étant ici constitués par les espaces entre les fils du maillage et par les volumes vides structuraux des fils eux mêmes. La partie centrale du substrat 1 illustré est un tissage de fils de différentes épaisseurs selon le choix de la capacité d'écoulement désirée. Périphériquement, ce substrat est ici constitué de mèches trois fois plus épaisses que celles de la partie centrale. Ainsi on crée un tampon périphérique de réserve et de diffusion de l'eau vers les parties centrales du maillage.
    Dans l'invention, le choix du substrat perméable est important. Dans ce qui suit, on pourra constater que son épaisseur sera toujours comprise entre environ 0,05 mm et 5 mm, avec une porosité au liquide à vaporiser comprise entre environ 5 et 90 %.
    Pour mieux comprendre les modes de fonctionnement des exemples de réalisation qui vont suivre, la figure 3 est un exemple d'un dispositif expérimental d'alimentation par pompage d'un fin substrat poreux dans la hauteur d'un plan d'eau. Ce dispositif permet d'ajuster le débit du liquide qui s'écoule par l'effet de la pesanteur dès la sortie du bac d'alimentation. Il se compose d'une balance 3, d'un récipient 5 pour recueillir l'eau s'écoulant du "film" poreux 7 et d'un bac 9 à eau dans lequel est immergé la partie haute 7a du substrat poreux. Pour obtenir un débit constant et libre dans toute la largeur de la section de passage du film poreux, on a échancré en 11 le film à sa partie basse. La mesure de débit consiste à faire varier la hauteur h du plan d'eau du bac 9.
    Le tableau ci-après indique les caractéristiques d'utilisation de trois épaisseurs de substrats poreux pouvant être à mailles carrées du type illustré sur la figure 2.
    Type de substrat poreux en coton épaisseur du substrat Capacité d'enmagasinage d'eau à saturation (g/cm2) Densité du flux de chauffage du substrat (W/cm2)
    à petites mailles 0,2 mm 0,104 de 1 à 2,5
    à mailles moyennes 0,5 mm 0,142 de 2,5 à 4,5
    à mailles épaisses 1 mm 0,196 de 4,5 à 10
    La figure 4 est un diagramme qui indique le débit d'eau sécoulant dans un film poreux vertical à petites mailles (c'est-à-dire d'épaisseur < 1 mm, pour une surface unitaire de maille de l'ordre de 0,05 mm2) en fonction de la hauteur du plan d'eau. La courbe (A) mesure le débit d'eau qui s'écoule librement jusqu'à la partie basse du substrat. La courbe (B) mesure le débit d'eau lorsque le même film poreux est immergé à sa partie basse dans 2 cm d'eau. La courbe (C) mesure le débit lorsque le film est plaqué contre une paroi en métal sans être immergé à sa partie basse.
    Ainsi, selon les conditions d'utilisation du substrat, on peut faire varier le débit du liquide qui y coule dans un rapport de 1 à 8 selon la courbe (A), dans un rapport de 1 à 5, courbe (B), et voisin de ce dernier, courbe (C), quand le film poreux est plaqué contre une paroi d'échange.
    Aux figures 5 et 6, la chaudière à vapeur présentée vaporise de l'eau contenue dans des films poreux plaqués contre des parois d'échange thermique 21. Dans ce type de chaudière, le transfert thermique peut se faire, aussi bien à partir d'un brûleur type rampe à gaz, tel que 19, à alimentation d'air atmosphérique, ou à air soufflé, qu'à partir d'un ou de plusieurs brûleurs radiants. Dans le premier cas, le transfert thermique s'effectue majoritairement par convection, tandis que dans le second il s'effectue majoritairement par rayonnement.
    De préférence, on utilisera plusieurs substrats 7a, 7b...disposés dans deux chambres 23 distinctes définies chacune par deux caissons métalliques creux 29 de forme sensiblement parallélépipédique 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 31 utilisable comme cheminée pour l'évacuation des fumées pouvant être produites par le brûleur, lequel sera de préférence disposé en partie inférieure de l'espace 31, en un endroit où l'espace présente une forme en tronc de pyramide allant en convergeant dans le sens de l'évacuation des fumées. La cheminée est fermée latéralement par des parois (non représentées).
    En l'espèce, chaque cloison 21 a été intérieurement équipée de trois films poreux 7a, 7b, 7c s'étendant perspectivement sur environ la moitié de la hauteur de la paroi d'échange, sur les 3/4 de la hauteur restante, et sur le 1/4 de la partie la plus haute. Sur chaque film poreux est appliqué un grillage 33 à larges mailles ouvertes à un taux de 90 % avec une surface de mailles de 4 cm2 pour, d'une part, assurer un bon contact thermique aux substrats et, d'autre part, laisser un passage pour la vapeur produite. Chaque enceinte 29 est également équipée d'un bac supérieur 34 dans lequel est immergée une portion "amont" des trois films poreux qui sont ici de même épaisseur. On notera que le film poreux 7a, pour parvenir en partie haute jusqu'au bac 34, est maintenu écarté de celui repéré 7b (espace d). Ainsi, toute la colonne d'eau C1 enmagasinée sur la partie haute thermiquement protégée du film 7a va servir à alimenter sous pression convenable (supérieure à la pression ambiante régnant dans l'enceinte considérée) sa partie inférieure plaquée contre la cloison 21, donc pleinement active en termes d'échange thermique et de capacité de vaporisation. Il en est d'ailleurs de même pour le film 7b, mais avec une colonne C2 de moindre hauteur pratiquement toute la colonne étant ici exposée au flux de chauffage. A la partie basse de chacune des enceintes, on a figuré en 35 l'eau recueillie dans un réservoir inférieur approprié, lorsque le débit d'écoulement dans les films est supérieur à celui vaporisable par le flux thermique. Lorsque cette eau exécendaire atteint un niveau prédéterminé, elle peut êre réinjectée par une pompe dans les bacs 34.
    La figure 7 est un diagramme qui montre l'influence du nombre de substrats et de la hauteur d'eau sur le rendement de vaporisation en fonction de la puissance injectée, avec soit un seul film poreux du type précité "à petites mailles" remplaçant les deux substrats 7a, 7b, soit ces substrats eux mêmes. Pour chaque cas, la mesure consiste à faire varier la hauteur du plan d'eau du bac 34, étant précisé que le bac a en l'espèce été placé environ aux 4/5 de la hauteur des parois d'échange.
    Sur l'une des courbes, pour un corps poreux unique et en référence à une hauteur d'eau de H-9 mm par rapport à la hauteur maximale H autorisée jusqu'au bord supérieur du bac, on constate une augmentation de rendement de 0,30 g/Wh à 0,8 g/Wh, puis une diminution de celui-ci jusqu'à 0,65 g/Wh, lorsque l'on fait varier la puissance injectée de 1,2 Kw à 2,4 Kw.
    Lorsque l'on augmente encore la puissance, et que l'on augmente également la hauteur d'eau à H-4 mm, on observe une même forme de courbe (repéré par des losanges), avec un rendement augmentant encore jusqu'à 3,2 Kw, puis une baisse de celui-ci à 3,4 Kw. Cette baisse de rendement est encore plus importante si l'on se place à H-2 mm, pour atteindre la valeur de 0,9 g/Wh.
    Par la mise en place de deux corps poreux, en ramenant la hauteur d'eau à H-9 mm, on augmente encore le rendement jusqu'à 1,10 g/Wh pour une puissance de 4 Kw, pour ensuite conserver un rendement voisin de cette puissance jusqu'à H-2 mm de hauteur d'eau.
    Ainsi, il faut ajuster la hauteur d'eau en fonction de la puissance de la source thermique lorsque l'on veut obtenir un optimum de rendement. Par contre, au-delà de cet optimum le rendement diminue lorsque l'on augmente la puissance, ceci du fait d'un débit trop faible de liquide dans le substrat. On constate encore que le rendement de vaporisation augmente lorsque l'on dispose deux substrats pour une même surface d'échange.
    On constate encore, qu'à puissance pratiquement constante de 2,4 Kw, le rendement de vaporisation passe de 0,6 g/Wh à 0,8 g/Wh, soit un gain de 30 % sur le rendement de la chaudière. Ce gain est obtenu lorsque l'on fait varier la hauteur d'eau de H-2 mm à H-4 mm, puis à H-9 mm.
    Pour une chaudière à vapeur correspondant à celle des figures 5 et 6, le diagramme de la figure 8 montre l'influence de l'épaisseur du (des) substrat(s) sur la température des gaz en sortie de la chaudière, ceci en fonction de la variation de sa puissance. Dans ce genre de mesure du transfert thermique, un film poreux à "petites mailles" donne un écart de température de 120°C à 400°C tandis que cet écart est que de 300°C à 370°C pour un film poreux à mailles épaisses.
    La figure 9 est une vue avec arraché et en perspective d'une variante de réalisation d'un générateur de vapeur utilisation une résistance électrique. Il se compose d'une résistance à cartouche 37 sur la surface extérieur de laquelle est appliqué et serré un substrat fibreux se présentant comme un manchon souple 39 cousu en 41 et 43 pour former deux demi-surfaces 45a, 45b qui s'étendent vers la partie basse de l'enceinte 47 en étant immergées partiellement dans l'eau en partie haute dans un bac supérieur 49 dont on pourrait faire varier le niveau (par une pompe d'alimentation) et en partie basse dans un bac inférieur 51 de collecte. L'enceinte 47 est par ailleurs équipée à sa partie supérieure d'une sortie pour la vapeur 53.
    Avec ce type de chaudière à résistance électrique, on a réalisé le même genres de mesures que sur la chaudière à gaz des figures 5 et 6. Chacun des tableaux ci-après montre, à débit d'eau constant, le rendement de vaporisation en faisant varier la densité de flux thermique pour quatre épaisseurs de film poreux.
    1) Film poreux épaisseur 0,2 mm
    Densité de flux en W/cm2 2,50 3,30 5,00 6,10 6,90 8
    Rendement de vaporisation g/Wh 1,02 1,05 1,24 1,14
    2) Film poreux épaisseur 1 mm
    Densité de flux en W/cm2 2,50 3,30 5,00 6,10 6,90 8
    Rendement de vaporisation 0,89 1,04 1,16 1,20 1,24 1,28
    3) Film à mèches parallèles épaisseur 2 mm
    Densité de flux en W/cm2 2,50 3,30 5,00 6,10 6,90 8
    Rendement de vaporisation 0,85 1,02 1,14 1,17 1,18 1,17
    4) Film à mèches parallèles épaisseur 4 mm
    Densité de flux en W/cm2 2,50 3,30 5,00 6,10 6,90 8
    Rendement de vaporisation 0,85 1,02 1,10 1,11 1,10 1,08
    Ainsi, pour les mêmes variations de densité de flux thermique, on observe une variation du rendement de vaporisation de 20 % pour une épaisseur de 0,2 mm, de 40 % pour une épaisseur de 1 mm, de 30 % pour une épaisseur de 2 mm et de 25 % pour une épaisseur de 4 mm.
    Dans le cas d'un substrat poreux de 1 mm d'épaisseur, à l'optimum de rendement de 1,28 W/cm2, on observe qu'il n'y a pratiquement plus d'écoulement de liquide à la partie basse du substrat (en supposant celui-ci disposé verticalement). Il y a alors équivalence entre la quantité de liquide vaporisable entrant dans le film poreux et le débit de la source thermique, pour une densité de flux de 8 W/cm2.
    Sur les figures 10 et 11, le film poreux est localement immergé dans l'eau à vaporiser qui circule en circuit fermé dans une canalisation. Ce genre de dispositif peut fonctionner dans différentes positions par l'utilisation d'une pompe et/ou d'un robinet de réglage ayant pour but d'assurer une alimentation sous pression du substrat en eau. Les moyens de vaporisation comprennent une résistance rectangulaire 59 d'une puissance de 270 Watts. Sur la résistance est appliquée et serrée une toile formant un film tissé 61 cousu en 63 et 65 pour former un manchon s'étendant vers le bas, logé et solidaire de l'intérieur de la partie basse 67 de la canalisation 69. Ce manchon s'étend également à l'intérieur de la partie haute 71 de la même canalisation 69. La résistance est logée dans une enceinte 73 de vaporisation. L'enceinte de vaporisation comporte un tube de sortie 75 de la vapeur et un tube 77 d'évacuation de l'eau excédentaire lorsque le débit d'eau de circulation est trop important et d'un flasque 79 solidaire de la résistance pour être fixé en 81 à l'enceinte. On a figuré le maillage d'une toile souple baignant en parties supérieure et inférieure dans l'eau à travers des fentes pratiquées dans le tube 69 où l'eau entre en 83 pour ressortir en 85 avant d'être recyclée. Des connexions 87 et 89 permettent par ailleurs l'alimentation de la résistance électrique.
    Dans ce dispositif, la circulation de l'eau est assurée par une pompe 84 dont on peut régler le débit. La sortie 85 de la canalisation est munie d'un robinet 86. On peut assurer ainsi une légère surpression dans la canalisation pour que le liquide s'écoule préférentiellement dans le film poreux.
    Par le réglage du robinet, on peut également sursaturer le substrat en liquide, en créant un film d'eau maintenu en surface par la tension interfaciale du liquide sur les faces du film poreux.
    Avec la pompe 84 et le robinet 86, on va ainsi disposer de moyens de mise du liquide à une pression supérieure à la pression ambiante dans l'enceinte 73, ceci en amont de la zone où le substrat 61 est exposé à la chaleur de la résistance 59, permettant ainsi d'obtenir les conditions déjà énoncées de débit dans le substrat.
    Le tableau ci-après montre des résultats obtenus avec cette installation à densité de flux constant de 4,7 W/cm2, lorsque l'on fait varier le débit d'eau d'alimentation et que l'on utilise un substrat "à petites mailles" du type déjà présenté.
    Débit d'eau de circulation g/mn 7 15 22 30 40 50 57
    Rendement de vaporisation g/Wh 1,31 1,32 1,30 1,26 1,16 1,12 1,10
    Ainsi, le rendement de vaporisation dans le substrat poreux est de 20 % plus élevé lorsque l'on diminue le débit d'eau entrant de 57 g/mn à 15 g/mn.
    La figure 12 est un exemple de dispositif de goutte à goutte pour alimenter un appareil de vaporisation comparable à celui de la figure 8. Par l'utilisation de toute une gamme de corps poreux interchangeables établissant des débits de liquide constants, on peut alors obtenir une bonne répartition d'écoulement sur de grandes largeurs de substrats et pour de très faible débits. On peut en outre aisément adapter le débit de liquide à la source de vaporisation, voire sursaturer le film poreux. Ce dispositif peut également être utilisé comme piégeage de sels contenus dans de l'eau, ou bien encore comme filtre de liquide interchangeable.
    Sur cette figure 12, un double substrat tissé llla, lllb entoure, en pendant, une résistance électrique tubulaire 113, en partie basse d'une enceinte d'évaporation 115. La partie haute du substrat est évasée en "V" et repose sur deux supports. Son alimentation en liquide à évaporer est donc assurée par un goutte à goutte, par l'intermédiaire de deux fins substrats tissés rectangulaires 117, 119, pendant verticalement et se terminant à leur extrémité inférieure libre par des franges 120 favorisant le goutte à goutte et une bonne répartition du liquide.
    En partie haute, les substrats 117, 119 baignent dans un réservoir 121 d'alimentation en liquide, de hauteur de liquide variable, rempli par une alimentation non représentée. Une cheminée 123 permet à la vapeur de s'échapper.
    La figure 13 montre un dispositif de vaporisation de liquide utilisant au moins une plaque en acier inoxydable fritté de 1 mm d'épaisseur. Dans cet exemple de réalisation, on vaporise le liquide par le rayonnement thermique d'une résistance électrique.
    En l'espèce, deux plaques 125, 127 en "S" d'un alliage fritté en acier inoxydable d'une porosité de 30 % ont été utilisées et disposées dos à dos pour former une voûte en "U" inversé autour de la résistance tubulaire 129. Ces plaques rigides sont accolées en partie supérieure où elles sont maintenues en 131 pour être engagée de manière étanche dans une canalisation 133 où circule le liquide 135 à vaporiser. Par cette disposition et par le fait d'une légère pression dans la canalisation (grâce, par exemple, à une pompe), le liquide va s'écouler dans les volumes vides renfermés par les deux plaques. Au centre de la voûte, et à 10 mm des deux parois, on a localisé la résistance électrique 129 qui s'étend sur toute la longueur de la voûte. En partie basse, on recueille en 137 l'excédent de liquide non vaporisé qui peut être réinjecté à l'entrée du tube 133 pour contribuer à alimenter les substrats.
    Si on a immergé localement les parois poreuses 125, 127, le tube réservoir 133, on peut aussi alimenter cet élément de vaporisation par le dispositif de goutte à goutte de la figure 12.
    Le procédé de l'invention et ses exemples de réalisation trouvent leurs applications notamment dans les produits des secteurs de l'artisanat, du grand public, du bricolage ainsi que dans les industries de transformation et de l'agro-alimentaire. Ainsi, en utilisant la combustion du gaz naturel ou l'énergie électrique, on peut créer des générateurs de vapeur allant de quelques kg de vapeur/heure à plus de la tonne/heure. Ces générateurs peuvent être utilisés, par exemple, dans des fours de restauration, de la boulangerie, dans des gazinières grand public, dans l'industrie de la biscuiterie et la pré-cuisson, dans l'industrie du textile pour le traitement des fibres, ou encore, par exemple, pour des centrales vapeur en pressing, voire dans des laboratoires de biologie pour la stérilisation. On peut également réaliser, par exemple, des générateurs de vapeur pour des fers à repasser individuels ou avec centrale vapeur, ou encore, pour des appareils de nettoyage de sols et de murs.
    Concernant la gamme des densités de flux de chauffage utilisable dans le cadre de l'invention, on notera par ailleurs que l'on peut aller de quelques mW/cm2 à plusieurs dizaines de W/cm2.
    Par ailluers, il doit être clair que le dispositif de l'invention pour fonctionner tant à pression atmosphérique qu'en surpression ou en dépression, seule la mise en pression du liquide devant être prévue pour assurer les conditions de débit rechechées dans le substrat.

    Claims (16)

    1. Procédé pour vaporiser un liquide, dans lequel on alimente un substrat poreux avec ledit liquide à vaporiser, et on expose au moins une zone dudit substrat à un flux thermique, pour élever la température d'une partie au moins de la surface du liquide jusqu'à sa température de vaporisation, caractérisé en ce que l'on utilise un substrat poreux constitué d'au moins un film que l'on dispose sensiblement verticalement, de façon que l'une de ses faces soit exposée au flux thermique fourni, et que l'alimentation en liquide à vaporiser du substrat poreux soit effectuée à partir de sa surface supérieure, de façon que le liquide se déplace du haut vers le bas en se vaporisant au moins à partir de l'autre face du substrat.
    2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur du substrat est comprise entre 0,05 mm et 5 mm.
    3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on crée un surcroít supplémentaire de pression dans ladite colonne de liquide par une pompe.
    4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on alimente le substrat en liquide avec un débit légèrement supérieur à la capacité d'écoulement du liquide à l'intérieur du substrat, de manière qu'une faible partie de ce liquide s'écoule sur une surface libre dudit substrat, en étant maintenue contre celui-ci par tension interfaciale.
    5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on alimente en liquide une première extrémité du substrat de façon qu'il coule sur celui-ci tout en s'y évaporant et on fait baigner la seconde extrémité du substrat dans un bain de même liquide, et on utilise le liquide contenu dans le bain pour approvisionner ladite première extrémité du substrat.
    6. Dispositif pour vaporiser un liquide comprenant au moins un substrat poreux, des moyens d'alimentation en liquide de ce substrat, et au moins une source d'énergie thermique, pour chauffer au moins une zone du substrat, qui est disposée en aval des moyens d'alimentation, caractérisé en ce que :
      les moyens d'alimentation en liquide sont disposés à un niveau situé au-dessus de celui du substrat,
      le substrat poreux est constitué d'au moins un film essentiellement vertical, comportant une face exposée au flux thermique fourni par ladite source d'énergie thermique et une partie supérieure alimentée en liquide à vaporiser sous la pression des moyens d'alimentation, de façon que le liquide se déplace du haut vers le bas en se vaporisant au moins à partir de son autre face.
    7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'épaisseur du substrat est comprise entre 0,05 mm et 5 mm.
    8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs substrats qui se chevauchent en partie en étant écartés les uns des autres sur une partie au moins de leur surface.
    9. Dispositif suivant la revendication 8 caractérisé en ce que la source d'énergie thermique s'étend sur une certaine hauteur, sous la forme d'une paroi d'échange, et en ce que trois films poreux (7a,7b,7c) s'étendent respectivement sur environ la moitié de la hauteur de la source d'énergie thermique, les trois quarts de la partie restante, et le quart de la partie la plus haute.
    10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9 caractérisé en ce que le substrat est une toile perméable en tissu souple fibreux.
    11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 10 caractérisé en ce que le substrat est une plaque à structure rigide, telle que métallique, et notamment frittée.
    12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9 caractérisé en ce que le substrat comprend des fils de tissu de diamètres différents.
    13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 12 caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en liquide du substrat comprennent en outre des moyens de goutte à goutte.
    14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 13 caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux substrats ayant une largeur déterminée suivant au moins l'essentiel de laquelle ils sont alimentés en liquide, les deux substrats s'étendant de part et d'autre de la source d'énergie, laquelle s'étend sur au moins l'essentiel de la largeur des substrats.
    15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 14 caractérisé :
      en ce que ladite source d'énergie comprend au moins un brûleur à gaz,
      et en ce qu'il comprend en outre deux caissons creux délimitant entre eux une cheminée dans laquelle circulent les produits de combustion dudit brûleur, lesdits caissons renfermant chacun au moins un substrat.
    16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 15 caractérisé en ce que le substrat baigne à deux de ses extrémités opposées dans un tube où ledit liquide est amené par des moyens de circulation forcée, entre lesquelles le liquide s'écoule.
    EP95918659A 1994-05-18 1995-05-18 Procédé et dispositif pour vaporiser un liquide Expired - Lifetime EP0708900B1 (fr)

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    FR9406076A FR2720143B1 (fr) 1994-05-18 1994-05-18 Générateur de vapeur et dispositif chauffant associé.
    FR9406076 1994-05-18
    PCT/FR1995/000656 WO1995031674A1 (fr) 1994-05-18 1995-05-18 Procede de vaporisation et dispositif chauffant associe

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    EP (1) EP0708900B1 (fr)
    JP (1) JPH09500957A (fr)
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    ES (1) ES2128058T3 (fr)
    FR (1) FR2720143B1 (fr)
    WO (1) WO1995031674A1 (fr)

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