Dispositif d'évaporation utilisant une pompe capilaire

Abstract

 La présente invention concerne un dispositif (100) pour la vaporisation d'un liquide, ledit dispositif (100) comportant: un réservoir (101) susceptible de contenir un liquide à vaporiser (111), un élément chauffant (105) susceptible de chauffer du liquide afin de le vaporiser, une pompe capillaire (110) susceptible de pomper du liquide contenu dans ledit réservoir (101) vers ledit élément chauffant (105) par pompage capillaire, et une barrière capillaire (106) disposée dans une direction (102) de pompage capillaire du liquide à vaporiser (111) en aval de la pompe capillaire (110), ladite barrière capillaire (106) étant susceptible d'empêcher du liquide non vaporisé de s'échapper du dispositif (100).

Description

DISPOSITIF D'ÉVAPORATION

[0001] La présente invention concerne un dispositif d'évaporation comportant une pompe capillaire améliorée pour la production de vapeur destinée à une variété d'applications et, plus particulièrement, un dispositif pour la vaporisation d'un liquide, comportant un réservoir susceptible de contenir un liquide à vaporiser, un élément chauffant susceptible de chauffer du liquide afin de le vaporiser, et une pompe capillaire susceptible de pomper du liquide contenu dans ledit réservoir vers ledit élément chauffant par pompage capillaire.

DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR

[0002] La demande internationale WO 2005/049185 décrit un tel dispositif de vaporisation comportant une pompe capillaire destinée à la production et l'émission de vapeur pressurisée et non pressurisée à partir d'un liquide à vaporiser. Plus particulièrement, la demande internationale WO 2005/049185 décrit un dispositif utilisant une pompe capillaire ayant pour le pompage capillaire un milieu poreux mouillant permettant de pomper de façon passive un liquide à vaporiser depuis un réservoir jusqu'à un élément chauffant ou chauffé. Dans sa forme la plus simple, ce dispositif comporte une entrée de liquide à vaporiser, un élément de vaporisation poreux et un élément pour le transfert thermique.

[0003] D'autres éléments tels qu'un élément isolant, un élément permettant le préchauffage du liquide à vaporiser, un réservoir d'alimentation en liquide et/ou un système d'alimentation, un élément chauffant intégré ou associé, une chambre d'accumulation de vapeur, un répartiteur de chaleur, un orifice et/ou un élément d'émission de vapeur, peuvent aussi être associés ou intégrés à ce dispositif.

[0004] Néanmoins les dispositifs de vaporisation comportant une pompe capillaire selon l'art antérieur présentent de nombreux inconvénients. Par exemple, même si le pompage capillaire effectué par la pompe capillaire prévu dans le dispositif selon la demande internationale WO 2005/049185 est indépendant de l'orientation dudit dispositif, une fuite aura lieu et le liquide contenu dans le réservoir s'écoulera dans le cas où le dispositif est utilisé à l'envers, c'est-à-dire avec le réservoir d'alimentation en liquide retourné au-dessus de la pompe capillaire. Une telle fuite aura lieu car le milieu poreux mouillant réalisant ladite pompe capillaire peut limiter le débit de l'écoulement, mais il ne peut pas l'arrêter.

[0005] Le but de la présente invention est donc de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif pour la vaporisation d'un liquide comportant une pompe capillaire susceptible de fonctionner sans fuite quelque soit l'orientation de la pompe tout en consommant une puissance électrique minimisée lors de son fonctionnement.

RÉSUMÉ DE L'INVENTION

[0006] Les dispositifs pour la vaporisation d'un liquide selon la présente invention sont prévus pour l'émission de vapeur produite à partir d'un liquide à vaporiser. Lors du fonctionnement d'un tel dispositif, un liquide à vaporiser, ayant généralement une première température et étant prévu dans un réservoir d'alimentation en liquide de basse pression, est aspiré par une pompe capillaire par le biais de forces capillaires. Le liquide ainsi aspiré est transporté vers une zone du dispositif servant de vaporisateur. Cette zone est pourvue d'une barrière capillaire, imperméable au liquide et perméable à la vapeur, définissant alors une interface liquide/vapeur ou liquide/gaz. Le liquide migrant vers cette interface est chauffé à une deuxième température, plus élevée que la première température et se vaporise. La barrière capillaire imperméable au liquide et perméable à la vapeur permet l'expulsion de cette dernière du dispositif.

[0007] Plus particulièrement, les dispositifs pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon la présente invention comportent un réservoir susceptible de contenir un liquide à vaporiser, un élément chauffant susceptible de chauffer du liquide afin de le vaporiser, une pompe capillaire susceptible de pomper du liquide contenu dans ledit réservoir vers ledit élément chauffant par pompage capillaire, et une barrière capillaire disposée selon une direction de pompage capillaire du liquide à vaporiser en aval de la pompe capillaire, ladite barrière capillaire étant susceptible d'empêcher du liquide non vaporisé de s'échapper du dispositif.

[0008] La présente invention permet ainsi de proposer des dispositifs compacts, permettant une forte intégration, et empêchant toute fuite de liquide indépendamment de l'orientation des dispositifs lors de leur utilisation.

[0009] Selon un mode d'exécution, ladite barrière capillaire comporte au moins un composant poreux non mouillant. Ledit au moins un composant poreux non mouillant est préférablement imperméable au dit liquide à vaporiser et perméable à la vapeur générée à partir dudit liquide à vaporiser.

[0010] Ainsi, une étanchéité désirée des dispositifs selon la présente invention peut être obtenue en utilisant un composant simple et peu onéreux.

[0011] Ledit au moins un composant poreux non mouillant comporte préférablement une membrane en matériau polymère.

[0012] Ainsi, un composant poreux non mouillant robuste et fiable peut être proposé.

[0013] Selon un mode d'exécution, ledit au moins un composant poreux non mouillant est comparativement peu conducteur de chaleur requise pour la vaporisation dudit liquide à vaporiser. De préférence, ledit au moins un composant poreux non mouillant est adapté à résister aux températures supérieures à la température de vaporisation du liquide , par exemple 100°C pour l'eau à la pression atmosphérique, et/ou comporte un matériau thermiquement isolant.

[0014] La présente invention permet ainsi de disposer la barrière capillaire proche de l'élément chauffant, permettant alors une forte intégration du dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser et la mise à disposition d'un dispositif compact, résistant et solide.

[0015] Ladite barrière capillaire est préférablement disposée de manière amovible.

[0016] Ainsi, la barrière capillaire peut être échangée ou nettoyée facilement et rapidement permettant alors une salubrité améliorée du dispositif. Plus en détail, lors d'une utilisation du dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon la présente invention par exemple dans un système d'analyse d'air, la barrière capillaire peut être située à l'intérieur du système d'analyse et au contact de l'air à traiter, tout en étant échangeable entre deux analyses successives grâce à son amovibilité. Ainsi, le risque d'une contamination du système d'analyse qui pourrait fausser des résultats obtenus peut facilement et efficacement être écarté.

[0017] Selon un mode d'exécution, ledit réservoir, ladite pompe capillaire et ladite barrière capillaire sont prévus sous forme de disques empilés. Alternativement, au moins ladite pompe capillaire peut être prévue sous forme cylindrique et ladite barrière capillaire sous forme annulaire, ladite barrière capillaire entourant ladite pompe capillaire au moins partiellement.

[0018] Ainsi, un dispositif compact et rigide pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser peut être obtenu.

[0019] Ledit réservoir, ladite pompe capillaire et ladite barrière capillaire sont préférablement disposés dans un support extérieur. Ledit support extérieur comporte préférablement du verre, de la céramique et/ou du plastique adaptés à résister à la chaleur requise pour la vaporisation dudit liquide à vaporiser. De plus, de tels matériaux présentent une conductivité thermique faible, ce qui minimise les pertes d'énergie thermiques: on minimise alors la consommation énergétique du dispositif.

[0020] Ainsi, un support extérieur peu coûteux peut être proposé, adapté à maintenir les composants constitutifs du dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon la présente invention dans une structure prédéfinie de manière sûre et solide.

[0021] Selon un mode d'exécution, ledit élément chauffant comporte au moins un matériau inoxydable. De préférence, ledit élément chauffant est disposé dans une direction de pompage capillaire dudit liquide à vaporiser entre ladite pompe capillaire et ladite barrière capillaire. Alternativement, ledit élément chauffant peut être disposé dans une direction de pompage capillaire dudit liquide à vaporiser en aval de ladite barrière capillaire.

[0022] La présente invention permet ainsi de disposer un élément chauffant fiable à un endroit du dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser, au voisinage duquel la vaporisation du liquide aura lieu. Ainsi, la chaleur requise pour la vaporisation peut être produite exactement à l'endroit de la vaporisation, permettant alors une consommation minimisée en puissance électrique par l'élément chauffant et, donc, par le dispositif lors de son fonctionnement.

[0023] Ledit élément chauffant est préférablement prévu sous forme d'une grille électriquement conductrice.

[0024] Ainsi, un élément chauffant simple et efficace peut être réalisé.

[0025] Selon un mode d'exécution, ladite pompe capillaire comporte au moins un composant poreux mouillant perméable au dit liquide à vaporiser. La porosité dudit au moins un composant poreux non mouillant peut être plus grande que la porosité dudit au moins un composant poreux mouillant. Cela permet une évacuation facilitée de la vapeur. Mais la porosité dudit au moins un composant poreux non mouillant peut aussi être plus faible que la porosité dudit au moins un composant poreux mouillant. Cela sera notamment le cas si on souhaite que le composant poreux non mouillant constitue une barrière prévenant une pollution du dispositif par l'environnement extérieur, par exemple une pollution bactériologique.

[0026] Ainsi, une pompe capillaire fonctionnelle et fiable peut être proposée.

[0027] Ledit au moins un composant poreux mouillant peut être pourvu d'un gradient de porosité, ou comporte au moins un premier composant poreux et un second composant poreux, la porosité dudit premier composant poreux étant plus grande que la porosité dudit second composant poreux. On sait qu'un gradient de porosité décroissant, obtenu par une réduction des diamètres des pores, selon la direction de pompage du liquide, augmente la pression de pompage.

[0028] Ainsi, un composant poreux mouillant simple, robuste et efficace peut être réalisé.

[0029] Il est à noter que les dispositifs pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon la présente invention peuvent vaporiser n'importe quel type de liquide, pourvu qu'il puisse être vaporisé dans des conditions appropriées, par exemple une chaleur de vaporisation requise et un point d'ébullition associé. Des liquides à vaporiser peuvent comprendre l'eau, l'éthanol, des composés de parfum, des traitements de récolte, des produits répulsifs et/ou attractants d'insectes, des antiseptiques, des inhalants et autres compositions médicales, ainsi que d'autres liquides pour lesquels la vaporisation est désirable et/ou nécessaire afin de permettre par exemple de doser précisément une vapeur telle que dans un processus de production ou de dépôt d'une vapeur chimique. Les avantages d'une utilisation des dispositifs pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon la présente invention pour vaporiser des liquides, sont que la vapeur peut être produite du haut vers le bas du dispositif et entraînée par l'écoulement d'air. Ainsi, le réservoir contenant le liquide peut être situé au-dessus d'une zone d'évaporation associée, si bien que la pression hydrostatique se substitue aux pompes mécaniques et systèmes de pressurisation. De plus, les composants poreux mouillants assurent l'alimentation uniforme de l'élément chauffant si le dispositif est incliné. Finalement, le corps externe du dispositif est d'une géométrie simple si bien qu'il est facile à nettoyer.

[0030] Un exemple de réalisation et d'application d'un dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon la présente invention tel que décrit ci-dessus est un compteur et/ou collecteur de particules comprises dans un gaz à traiter, tel que l'air, par exemple un compteur et/ou collecteur de particules par collection électrostatique semi-humide. Dans de tels compteurs et/ou collecteurs, l'air à traiter est parfois enrichi, voire même saturé, en vapeur de façon à provoquer un grossissement des particules par nucléation, soit pour des compteurs à des fins de comptage via des moyens optiques, soit pour des collecteurs à des fins de collecte. La présente invention peut être intégrée dans de tels appareils et les améliorerait par ses avantages sur les appareils de l'état de l'art antérieur. Un dispositif collecteur électrostatique est par exemple décrit dans la demande WO 2007/012447. Le générateur de vapeur selon l'invention peut être utilisé en tant que moyen de production de vapeur d'un tel collecteur électrostatique.

[0031] Par exemple, un collecteur de particules semi-humide requiert l'enrichissement de l'air en vapeur d'eau pour:

• faire grossir des particules à collecter et ainsi faciliter leur collecte dans un champ électrique intense,
• former un film liquide sur une paroi, qui s'écoule par gravité et entraîne des particules à collecter vers un système d'analyse.

[0032] En associant un dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon la présente invention tel que décrit ci-dessus avec un tel collecteur de particules semi-humide, il serait possible d'exploiter l'écoulement de l'air pour forcer l'écoulement du film liquide sur la paroi et donc orienter le collecteur différemment. Autrement dit, au lieu d'avoir un flux d'air et de vapeur du bas vers le haut, il serait possible d'orienter les flux d'air et de vapeur du haut vers le bas en utilisant un dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon la présente invention.

[0033] Il est néanmoins à noter, que l'utilisation du dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon la présente invention pour la réalisation d'un compteur et/ou collecteur de particules a seulement été décrit pour l'illustration sans vouloir restreindre le dispositif à une telle utilisation. Au contraire, une utilisation du dispositif dans de nombreuses différentes applications est envisageable, telle que par exemple une utilisation pour la réalisation d'un appareil de traitement des voies respiratoires par de l'air humidifié.

DESCRIPTION BRÈVE DES FIGURES

[0034] 

La figure 1 est un diagramme schématique en vue de côté illustrant un compteur et/ou collecteur de particules par collection électrostatique semi-humide comportant un dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon un mode de réalisation de la présente invention.

La figure 2 est un diagramme schématique en vue de côté illustrant un dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser comportant une pompe capillaire selon un autre mode de réalisation de la présente invention.

La figure 3 est un diagramme schématique en vue de côté illustrant un dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser comportant une pompe capillaire selon encore un autre mode de réalisation de la présente invention avec un assemblage de composants sous forme de disques.

La figure 4 est un diagramme schématique en vue de côté illustrant un dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser comportant une pompe capillaire selon encore un autre mode de réalisation de la présente invention avec un assemblage de composants ayant une géométrie cylindrique.

La figure 5 est un diagramme schématique en vue de côté illustrant un système d'analyse de particules comportant un dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser selon la présente invention.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION

[0035] La figure 1 montre un compteur et/ou collecteur de particules par collection électrostatique semi-humide 150 comportant un dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser 100 selon un premier mode d'exécution de la présente invention. Une configuration exemplaire d'un compteur et/ou collecteur de particules par collection électrostatique semi-humide est décrite dans la demande internationale WO 2007/012447, le contenu de laquelle est explicitement référé et considéré comme faisant intégralement partie de la présente demande. Le compteur et/ou collecteur 150 se différencie du compteur et/ou collecteur de la demande internationale WO 2007/012447 essentiellement par la constitution de son dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser 100. Ainsi, par la suite seul le dispositif 100 est décrit en plus grand détail, par souci de brièveté et simplicité de la description.

[0036] Le dispositif pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser 100 comporte à titre d'exemple une configuration sous forme de disques empilés. Lors du fonctionnement du dispositif 100, un liquide est aspiré par une ou plusieurs couches à pompage capillaire et ensuite vaporisé. La vapeur produite est expulsée ou émise dans des conditions pressurisées ou essentiellement non pressurisées et peut être utilisée directement. Pour la simplicité de la description ci-après, le dispositif 100 est par la suite aussi désigné comme « dispositif d'évaporation ».

[0037] Le dispositif d'évaporation 100 comporte pour l'illustration un réservoir 101 susceptible de contenir un liquide à vaporiser 111, un élément chauffant 105 susceptible de chauffer du liquide afin de le vaporiser, une pompe capillaire 110 susceptible de pomper du liquide contenu dans le réservoir 101 vers l'élément chauffant 105 par pompage capillaire, et une barrière capillaire 106 disposée dans une direction 102 de pompage capillaire du liquide à vaporiser 111 en aval de la pompe capillaire 110. Selon l'invention, la barrière capillaire 106 est susceptible d'empêcher du liquide non vaporisé de s'échapper du dispositif 100 et comporte préférablement au moins un composant poreux non mouillant 116.

[0038] La pompe capillaire 110 est perméable au liquide à vaporiser 111 et comporte au moins un composant poreux mouillant 103, 104. Le diamètre des pores de ce composant poreux mouillant 103, 104 peut être plus grand que le diamètre des pores du composant poreux non mouillant 116. A titre d'exemple, la pompe capillaire 110 comporte un premier composant poreux 103 et un second composant poreux 104. La porosité du premier composant poreux 103 est plus grande que la porosité du second composant poreux 104. Autrement dit, les pores du second composant poreux mouillant 104 sont préférablement bien plus petits que ceux du premier composant poreux mouillant 103. De plus, le premier composant poreux mouillant 103 est préférablement épais par rapport au second composant poreux mouillant 104 pour assurer une bonne isolation thermique entre l'élément chauffant 105 et le réservoir 101 du liquide à vaporiser 111. La fonction de pompage du liquide 111 peut être assurée par capillarité pourvu que les capillaires ou pores des composants poreux mouillants 103, 104 soient d'un diamètre suffisamment petit, préférablement inférieur au millimètre, de quelques dixièmes de micron à quelques centaines de microns. Ainsi, dans un mode d'exécution préféré de l'invention, le premier composant poreux mouillant 103 est pourvu d'une porosité de quelques dizaines de microns voire centaines de microns et le second composant poreux mouillant 104 est pourvu d'une porosité de quelques dixièmes de micron à quelques microns.

[0039] Il est néanmoins à noter que le second composant poreux mouillant 104 est purement optionnel. Le dispositif d'évaporation 100 peut donc être réalisé selon un mode d'exécution de la présente invention sans le second composant poreux mouillant 104. Dans ce cas, le premier composant poreux mouillant 103 constitue par exemple en lui seul la pompe capillaire 110 selon la présente invention et est alors, préférablement, pourvu d'un gradient de porosité.

[0040] Lors du fonctionnement du dispositif d'évaporation 100, le premier composant poreux mouillant 103 et le second composant poreux mouillant 104 assurent un pompage capillaire du liquide à vaporiser 111 depuis le réservoir 101. Une voie liquide est établie dans la direction de la flèche 102, et une voie de circulation de chaleur est établie dans la zone comportant l'élément chauffant 105.

[0041] Comme il a été précisé auparavant, un des avantages du dispositif d'évaporation 100 est qu'il fonctionne de façon passive en ce qui concerne le pompage capillaire et sans fuite quelconque indépendamment de son orientation lors de l'utilisation. Cependant, comme il a été mentionné plus haut, un milieu poreux mouillant ne peut arrêter l'écoulement d'un liquide. Dans la situation où le dispositif d'évaporation 100 est retourné, le réservoir de liquide 101 se trouvant alors au-dessus des composants poreux mouillants 103, 104, le réservoir 101 se viderait goutte à goutte. Dans une telle situation, les composants poreux mouillants 103, 104 ne serviraient qu'à limiter le débit d'écoulement en introduisant une forte perte de charge. Pour pallier à ce problème, le dispositif d'évaporation 100 selon la présente invention comporte le composant poreux non mouillant 116. Ce composant poreux non mouillant 116 est imperméable au dit liquide à vaporiser 111 et perméable à la vapeur générée à partir dudit liquide à vaporiser 111. Dans cette configuration, une interface liquide/vapeur ou liquide/air est bloquée à l'interface entre les deux milieux poreux mouillants 103, 104 et non mouillant 116.

[0042] Dans le contexte de la présente invention, un matériau est dit « mouillant » lorsqu'une goutte posée dessus conduit à un angle de contact de la ligne triple inférieur à 90° selon une définition communément admise. Ainsi, un matériau mouillant et poreux est perméable à un liquide, par exemple le liquide à vaporiser 111. Le terme « hydrophile » est réservé aux matériaux mouillants vis-à-vis de l'eau. Un matériau est dit « non mouillant » lorsqu'une goutte posée dessus conduit à un angle de contact de la ligne triple supérieur à 90°. Un matériau non mouillant est généralement imperméable (ou peu perméable) à un liquide, par exemple le liquide à vaporiser 111, et peut être perméable à la vapeur s'il est poreux. Le terme « hydrophobe » est réservé aux matériaux non mouillants vis-à-vis de l'eau.

[0043] Selon un mode d'exécution, le composant poreux non mouillant 116 comporte une membrane en matériau polymère, comme par exemple le téflon. De préférence, le composant poreux non mouillant 116 est comparativement peu conducteur de chaleur requise pour la vaporisation dudit liquide à vaporiser 111 et adapté à résister aux températures de vaporisation, par exemple 100°C pour de l'eau. Pour ce faire, le composant poreux non mouillant 116 peut comporter un matériau thermiquement isolant.

[0044] Situé entre le premier composant poreux mouillant 103 et le composant poreux non mouillant 116, l'élément chauffant 105 chauffe directement l'interface liquide/vapeur ou liquide/air. Précisons que l'interface liquide/vapeur n'est pas nécessairement située au niveau de l'élément chauffant, mais peut se déplacer, dans le milieu poreux 103, 104 vers le réservoir 101. Plus en détail, l'élément chauffant 105, situé au niveau de cette interface ou bien dans le voisinage immédiat de cette interface, permet de vaporiser le liquide pompé vers cette interface. Cet élément chauffant 105 est avantageusement une grille, électriquement conductrice et préférablement constituée d'un matériau inoxydable. L'élément chauffant 105 peut être pourvu de, et électriquement lié à, une source d'énergie (non montrée). Traversé par un courant électrique de cette source, il s'échauffe par effet Joule et chauffe l'interface liquide/vapeur ou liquide/air où il se trouve. L'énergie fournie est ainsi transmise directement et uniquement à l'endroit où elle est nécessaire. De plus, en choisissant des composants poreux 103, 104 et/ou 116 dans des matériaux faiblement conducteurs de la chaleur, les pertes d'énergie thermique sont très faibles. L'élément chauffant 105 peut par exemple être constitué d'une grille constituée de fils d'acier inoxydable de diamètre de 100 µm, la distance entre chaque fil étant de l'ordre de grandeur du diamètre, alimenté par une tension de quelques Volts.

[0045] Plus généralement, lorsqu'une source d'énergie électrique est disponible, un élément de chauffage pouvant être chauffé par l'énergie électrique peut être utilisé afin de réaliser l'élément chauffant 105 pour fournir l'énergie thermique requise pour la vaporisation. Les éléments de chauffage à base de résistances électriques ou comportant un thermistor ou toute autre matière résistive de chauffage appropriée et adaptée à se chauffer, lorsqu'ils sont traversés par un courant électrique, peuvent être utilisés. La matière résistive de chauffage peut être conçue comme un fil, une matière poreuse, une tôle perforée ou un disque, ou peut être déposée comme pellicule mince ou épaisse. Préférablement, elle est incorporée de façon à ce que la perméabilité par rapport à la vapeur à la surface d'émission de vapeur du composant vaporisateur, c'est-à-dire du composant poreux non mouillant 116, soit sensiblement maintenue. Alternativement, la chaleur peut être appliquée directement sur la surface du composant poreux non mouillant 116 à l'aide d'une matière résistive de chauffage, en contact direct avec ou déposée directement sur le composant poreux non mouillant 116.

[0046] Les composants constitutifs du dispositif d'évaporation 100 décrit ci-dessus sont suffisamment alignés pour produire et entretenir les voies d'écoulement de liquide afin que le liquide et la vapeur puissent voyager dans ou sur des surfaces associées de différents composants par pompage capillaire. Les différents composants poreux mouillants 103, 104 constituant la pompe sont en contact l'un avec l'autre, et sont également en contact avec le réservoir 101. Dans quelques modes de réalisation, chacune des surfaces des différents composants entre étroitement en contact avec une surface adjacente sensiblement sans lacunes ou vides. L'épaisseur relative, ou le volume, des différents composants dépend de la fonction que le composant fournit et de l'application pour le pompage capillaire.

[0047] Les composants constituant le dispositif d'évaporation 100 selon la présente invention décrits ci-dessus peuvent être choisis dans différents matériaux. Ainsi, les composants poreux mouillants 103, 104 sont de préférence réalisés en utilisant des matériaux peu conducteurs de la chaleur tels que par exemple un fritté en verre, des billes de verre, des fibres de verre, des frittés ou poreux d'acier inox. D'autres matières poreuses exemplaires qui peuvent être utilisées comprennent la céramique poreuse, telle que la matière de meule d'alumine (de la manière prévue, par exemple, par Abrasives Unlimited Inc., San Leandro, Californie). D'autres types d'absorbants et/ou matières poreuses comprenant le coton, la fibre de verre (telle que NOMEXTM d'E. I. Dupont de Nemours et Cie., Wilmington, Delaware) et semblables, connus par l'homme du métier, peuvent alternativement être utilisés. Ces matières ont une conductivité thermique maximale d'environ 0.03 à 3 W/m-K.

[0048] La figure 2 montre une vue en coupe d'un deuxième mode d'exécution de l'invention d'un dispositif d'évaporation 200. Le dispositif d'évaporation 200 est essentiellement identique à celui décrit dans la figure 1 et comporte un réservoir 201 susceptible de contenir un liquide à vaporiser 211, une pompe capillaire 210 ayant un premier composant poreux mouillant 203 et un second composant poreux mouillant 204, un élément chauffant 206 et une barrière capillaire 205 comportant un composant poreux non mouillant 215. Un pompage capillaire associé jusqu'à la barrière capillaire 205 est désigné par une flèche 202.

[0049] La différence entre le dispositif 200 et le dispositif 100 de la figure 1 consiste dans l'arrangement du composant poreux non mouillant 215 en dessous de l'élément chauffant 206. Plus en détail, le composant poreux non mouillant 215 est positionné juste au-dessus du second composant poreux mouillant 204 et entre ce dernier et l'élément chauffant 206.

[0050] L'arrangement selon la figure 2 permet d'utiliser l'élément chauffant 206 pour maintenir mécaniquement les différentes couches du dispositif d'évaporation 200 sous forme de disques, établies par les différents composants constitutifs du dispositif 200, entre elles. Autrement dit, dans le dispositif d'évaporation 200 l'élément chauffant 206 maintient mécaniquement le réservoir 201, le premier composant poreux mouillant 203, le second composant poreux mouillant 204 et le composant poreux non mouillant 205.

[0051] La figure 3 montre une vue en coupe d'un dispositif d'évaporation 300 selon un troisième mode d'exécution de la présente invention. Le dispositif 300 est constitué d'un assemblage de matériaux sous forme de disques empilés, tel qu'illustré dans la figure 1, et comporte à titre d'exemple un réservoir 301 susceptible de contenir un liquide à vaporiser 311. Le réservoir 301 est arrangé de manière adjacente par rapport à une pompe capillaire 310 ayant un premier milieu poreux mouillant et thermiquement isolant 304 lui-même arrangé de manière adjacente par rapport à un second milieu poreux mouillant et thermiquement isolant 305. La pompe capillaire 310 est arrangée en dessous d'un élément chauffant 307 qui est couvert par un composant poreux non mouillant 316 réalisant une barrière capillaire 306. Un pompage capillaire associé jusqu'à la barrière capillaire 306 est désigné par une flèche 302.

[0052] L'assemblage est maintenu par un support 308. Ce dernier comporte un support supérieur annulaire 309 (illustré dans la figure 3 sur les côtés droit et gauche du dispositif 300 au-dessus du composant poreux non mouillant 316) et un support inférieur annulaire 303 (illustré en bas de la figure 3 entre le réservoir 301 et le premier composant poreux mouillant 304).

[0053] La figure 4 montre une vue en coupe d'un dispositif d'évaporation 400 selon un quatrième mode d'exécution de la présente invention. Le dispositif 400 est constitué d'un assemblage de matériaux et composants selon une géométrie cylindrique et comporte à titre d'exemple un réservoir 401 susceptible de contenir un liquide à vaporiser 411, une pompe capillaire 410 avec un premier composant poreux mouillant et thermiquement isolant 403 et un second composant poreux mouillant et thermiquement isolant 407, un élément chauffant 408 et une barrière capillaire 409, qui comporte à titre d'exemple un composant poreux non mouillant 419. Un pompage capillaire associé jusqu'à la barrière capillaire 409 est désigné par des flèches 402 et 406.

[0054] Le premier composant poreux mouillant 403 a une forme cylindrique et est maintenu avec le réservoir cylindrique 401 par un support annulaire 404, et un support en forme de disque 405. Plus en détail, en bas de la figure 4, le réservoir 401 est maintenu par le support 404, qui a une configuration annulaire et entoure de manière illustrative l'extrémité du réservoir 401. En haut de la figure 4, le premier composant poreux mouillant 403 est couvert par le support en forme de disque 405.

[0055] De plus, le premier composant poreux mouillant 403 est entouré par le second composant poreux mouillant 407 possédant à titre d'exemple une forme de tube et également maintenu par le support 404, 405. Le second composant poreux mouillant 407 est entouré par l'élément chauffant 408, prévu sous forme de spirale et pouvant servir à maintenir l'arrangement de la figure 4 selon une géométrie cylindrique. Enfin, l'élément chauffant 408 est entouré par le composant poreux non mouillant 419 sous forme de tube.

[0056] La figure 5 montre une vue en coupe d'un système d'analyse de particules 550 comportant un dispositif d'évaporation 500 selon un cinquième mode d'exécution de la présente invention. Le dispositif 500 est constitué d'un assemblage de matériaux sous forme de disques empilés, tel qu'illustré dans la figure 3, mais en comparaison avec celle-ci, tourné à l'envers.

[0057] Le dispositif 500 comporte à titre d'exemple un réservoir 501 susceptible de contenir un liquide à vaporiser 521, le réservoir 501 étant arrangé dans la figure 5 au-dessus d'un premier composant poreux mouillant et thermiquement isolant 504, qui est lui-même arrangé dans la figure 5 au-dessus d'un second composant poreux mouillant et thermiquement isolant 505. Les deux composants poreux mouillants 504, 505 réalisent pour l'illustration une pompe capillaire 520, arrangée dans la figure 5 au-dessus d'un élément chauffant 506 de préférence prévu sous forme de grille.

[0058] Le réservoir 501, les premier et second composants poreux mouillants 504, 505 et l'élément chauffant 506 sont maintenus par un support 510. Ce dernier comporte un premier support inférieur annulaire 509 et un deuxième support inférieur annulaire 507 sous forme d'un rebord (illustré dans la figure 5 sur les côtés droit et gauche du dispositif 500 en dessous de l'élément chauffant 506), un support de milieu annulaire 503 (illustré au milieu de la figure 5 entre le réservoir 501 et le premier composant poreux mouillant 504) et un support supérieur annulaire 512 ayant un orifice 511 et étant posé ou fixé sur le dispositif 500 comme un couvercle.

[0059] Le deuxième support inférieur symétrique 507 est prévu pour maintenir le réservoir 501, les premier et second composants poreux mouillants 504, 505 et l'élément chauffant 506 sous forme de disques empilés, tel qu'illustré dans la figure 3. Entre ce deuxième support inférieur symétrique 507 et le premier support inférieur symétrique 509 est prévu un composant poreux non mouillant 518 amovible réalisant une barrière capillaire 508. Un pompage capillaire associé jusqu'à la barrière capillaire 508 est désigné par une flèche 502.

[0060] Selon un mode d'exécution, le premier support inférieur symétrique 509 est amovible et permet un remplacement et/ou un nettoyage facile et rapide du composant poreux non mouillant 518 amovible, tandis que les autres composants sont maintenus pendant ces opérations de remplacement et/ou nettoyage du composant 518 par le deuxième support inférieur symétrique 507. Comme déjà mentionné plus haut et comme visible dans la figure 5, le composant poreux non mouillant 518 est situé à l'intérieur du système d'analyse 550 est en contact avec l'air à traiter. Donc, pour écarter le risque d'une contamination du dispositif 500, le composant poreux non mouillant 518 est changeable et/ou nettoyable entre deux analyses.

[0061] La présente invention a été décrite ci-dessus en détail concernant des modes d'exécution et de réalisation spécifiques par rapport aux figures annexes. Ces modes spécifiques ne doivent pas être interprétés comme limitations de la portée de l'invention, mais en tant que modes d'exécution et de réalisation exemplaires. Il est à noter que des modifications et des substitutions peuvent être apportées aux dispositifs pour la vaporisation d'un liquide à vaporiser, aussi bien qu'à des procédés de leur utilisation, sans s'écarter de la portée de l'invention.

EXEMPLES

Description d'un mode de réalisation .

[0062] L'invention peut par exemple être réalisée par l'empilement de divers composants, décrits ci-dessus en faisant référence à la figure 1, dans un support à la fois thermiquement et électriquement isolant, capable de résister à une température d'utilisation supérieure à 100°C. A titre d'exemple, un support comportant du polycarbonate peut être réalisé, résistant à des températures d'utilisation jusqu'à approximativement 130°C max.

[0063] Dans un exemple de réalisation, le premier composant poreux mouillant 103 est constitué d'un fritté en verre d'1mm d'épaisseur et d'une porosité d'environ 100 à 200µm. Le second composant poreux mouillant 104 est constitué d'une membrane de filtration en fibre de verre épaisse de 260µm ayant un seuil de filtration de 1,6µm. L'élément chauffant 105 est une toile métallique constituée de fils en inox de 97µm de diamètre, et espacés d'une distance voisine de ce diamètre. Ces fils en inox sont parcourus par un courant électrique et constituent ainsi l'élément chauffant 105. Le composant poreux non mouillant 116 est constitué d'une membrane de filtration en téflon ayant un seuil de filtration de 20µm. Les membranes employées peuvent être par exemple des filtres disponibles dans le commerce. Leurs diamètres sont couramment de 25, 47 ou 90 mm. Le diamètre des dispositifs d'évaporation est généralement compris entre 3 et 20 cm, et leur hauteur est comprise entre 2 et 20 cm.

Revendications

1. Dispositif (100) pour la vaporisation d'un liquide, ledit dispositif (100) comportant: un réservoir (101) susceptible de contenir un liquide à vaporiser (111), un élément chauffant (105) susceptible de chauffer du liquide afin de le vaporiser, et une pompe capillaire (110) susceptible de pomper du liquide contenu dans ledit réservoir (101) vers ledit élément chauffant (105) par pompage capillaire, caractérisé par une barrière capillaire (106) disposée dans une direction (102) de pompage capillaire du liquide à vaporiser (111) en aval de la pompe capillaire (110), ladite barrière capillaire (106) étant susceptible d'empêcher du liquide non vaporisé de s'échapper du dispositif (100).

2. Le dispositif selon la revendication 1, dans lequel ladite barrière capillaire (106) comporte au moins un composant poreux non mouillant (116).

3. Le dispositif selon la revendication 2, dans lequel ledit au moins un composant poreux non mouillant (116) est imperméable au dit liquide à vaporiser (111) et perméable à la vapeur générée à partir dudit liquide à vaporiser (111).

4. Le dispositif selon la revendication 2 ou 3, dans lequel ledit au moins un composant poreux non mouillant (116) comporte une membrane en matériau polymère.

5. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel ledit au moins un composant poreux non mouillant (116) est comparativement peu conducteur de chaleur requise pour la vaporisation dudit liquide à vaporiser (111).

6. Le dispositif selon la revendication 5, dans lequel ledit au moins un composant poreux non mouillant (116) est adapté à résister aux températures supérieures à 100°C.

7. Le dispositif selon la revendication 5 ou 6, dans lequel ledit au moins un composant poreux non mouillant (116) comporte un matériau thermiquement isolant.

8. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite barrière capillaire (106) est disposée de manière amovible.

9. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit réservoir (101), ladite pompe capillaire (110) et ladite barrière capillaire (106) sont prévus sous forme de disques empilés.

10. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel au moins ladite pompe capillaire (410) est prévue sous forme cylindrique et ladite barrière capillaire (409) est prévue sous forme annulaire, ladite barrière capillaire (409) entourant ladite pompe capillaire (410) au moins partiellement.

11. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit réservoir (101), ladite pompe capillaire (110) et ladite barrière capillaire (106) sont disposés dans un support extérieur (308 ; 405).

12. Le dispositif selon la revendication 11, dans lequel ledit support extérieur (308 ; 405) comporte du verre, de la céramique et/ou du plastique adaptés à résister à la chaleur requise pour la vaporisation dudit liquide à vaporiser (111).

13. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit élément chauffant (105) comporte au moins un matériau inoxydable.

14. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit élément chauffant (105) est disposé dans une direction (102) de pompage capillaire dudit liquide à vaporiser (111) entre ladite pompe capillaire (110) et ladite barrière capillaire (106).

15. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel ledit élément chauffant (206) est disposé dans une direction (202) de pompage capillaire dudit liquide à vaporiser (211) en aval de ladite barrière capillaire (205).

16. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit élément chauffant (105) est prévu sous forme d'une grille électriquement conductrice.

17. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite pompe capillaire (110) comporte au moins un composant poreux mouillant (103, 104) perméable au dit liquide à vaporiser (111).

18. Le dispositif selon la revendication 17, dans lequel la porosité dudit au moins un composant poreux non mouillant (116) est plus grande que la porosité dudit au moins un composant poreux mouillant (103, 104).

19. Le dispositif selon la revendication 17 ou 18, dans lequel ledit au moins un composant poreux mouillant (103, 104) est pourvu d'un gradient de porosité, ou comporte au moins un premier composant poreux (103) et un second composant poreux (104), la porosité dudit premier composant poreux (103) étant plus grande que la porosité dudit second composant poreux (104).

20. Compteur et/ou collecteur de particules par collection électrostatique semi-humide (150) comportant un dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes.

Dessins