Brevet FR2038338A1 — publié le 19710108

Cette invention se propose d'apporter des perfectionnements à la technique de l'évacuation d'un fluide d'échange thermique tel que l'eau, un condensât de vapeur au d'autres fluides du même genre à partir d'un rouleau rotatif d'échange thermique 5 tel qu'un cylindre de séchage utilisable dans la fabrication des produits de papeterie. l'emploi des rouleaux eu cylindres rotatifs d'échange de chaleur pour la fabrication des produits se présentant sous la forme de bandes ou sous une forme analogue telle que le papier 10 et les étoffes est bien connu dans cette technique. Les rouleaux ou cylindres de ce genre ont une configuration cylindrique et la bande de matière qui doit être chauffée ou refroidie passe sur la périphérie externe du rouleau rotatif à la vitesse désirée de façon qu'un transfert de chaleur puisse s'opérer entre 1Rouleau 15 et la bande de matière en question. Dans la construction usuelle de ces rouleaux échangeurs de chaleur, la paroi cylindrique est relativement mince, de telle sorte qu'un transfert thermique rapide entre l'intérieur du rouleau et la parei externe se produit. Toutefois, avec certains types de cylindres ou rouleaux 20 échangeurs de chaleur dans lesquels il est particulièrement désirable de maintenir un réglage uniforme et précis de la température, on prévoit un rouleau à paroi épaisse dont la masse considérable assure le réglage précis de temprature qui doit être obtenu*, les rouleaux, cylindres ou tambours de ce genre présentant un alésage 25 axial relativement petit dans lequel le fluide d'échange thermique est introduit sont connus sous le nom de "rouleaux à petit alésage"» Avec ces rouleaux ou cylindres à petit alésage, il est particulièrement important que le fluide d'échange thermique circule rapidement à l'intérieur de l'alésage et soit évacué à partir de 30 celui-ci car il n'y a qu'une quantité relativement faible de fluide qui se trouve à l'intérieur de l'alésage à un moment quelconque et la température du fluide change souvent assez rapidemento Dans ce demaine, il est de pratique courante de faire fonctionner l'appareillage de production de la bande de matière (par exemple 35 du papier) à des vitesses relativement élevées, ce qui pose un autre problème concernant les aptitudes d'échange thermique de l'équipement, en raison de la projection du fluide d'échange thermique qui peut être un condensât de vapeur dans toute l'étendue de la périphérie de l'alésage du cylindre ou rouleau® Par suite de la vitesse 40 de rotation élevée du rouleau, le condensât forme autour de la paroi 70 12635 2 2038338 interne de 1»alésage un film qui isole partiellement la masse du rouleau par rapport au fluide (par exemple de la vapeur) à l'intérieur dè cet alésage. Si par conséquent ce film de condensât peut être rapidement éliminé et maintenu à une épaisseur minimum, 5 les rendements du système sont améliorés» les problèmes que pose ce phénomène sont exposés dans le brevet des Etats Unis d'Amérique n° 3.242.583 qui est au nom de la même société® Les appareils appartenant à la technique antérieure concernant l'évacuation du fluide d'échange thermique à partir 10 de cylindres,rouleaux ou tambours à faible alésage, ne se sont pas imposés dans la pratiqua dans des conditions satisfaisantes. On se reportera à cet égard aux brevets des Etats Unis d'Amérique n° 1.900.166 et n° 2.460.059. Les appareils à siphon appartenant à la technique antérieure et de type classique sont le plus sou-15 vent impossibles à adapter à des tambours, rouleaux ou cylindres à faible alésage, étant donné les limitations imposées par l'espace et le jeu à prévoir, delsorte qu'avec ces rouleaux, tambours ou cylindres à faible alésage, le développement d'un équipement efficace d'évacuation du fluide n'a pu être mené à bien, les 20 recherches qui ont conduit à l'invention ont concerné la solution de ce problème et se sont matérialisées notamment dans un brevet déposé aux Etats Unis d'Amérique le 3 Mai 1968 sous le n°726.357. Un but essentiel de l'invention est de créer tin système d'échange thermique utilisable avec'un rouleau, cylindre ou taiabour 25 rotatif à faible alééage d'échange de ehaleur dans lequel les organes d'évacuation du fluide sont essentiellement montés à l'intérieur de l'alésage, ce qui réduit au minimum, les dimensions de l'équipement placé à l'extérieur de celui-ci, le fluide d'échail-ge de chaleur -"résiduel" pouvant être efficacement évacué hors 30 de l'alésage du cylindre ou tambour? afin de permettre un rendement maximum d'échange thermique® Suivant l'invention, un organe d'évacuation du condensât est monté à l'intérieur de l'alésage du rouleau ou tambour et est étanchéisé par rapport à lui» Bans la réalisation représentée 35 icis cet organe d'évacuation comprend également des conduits et des canaux d'introduction du fluide de modification du régime thermique à l'intérieur de lîalésage« . - - L'organe précité comprend un orifice.d'évacuation du fluide disposé à proximité de sa périphérie, ce qui place l'orifice 40 près de la paroi limitrophe de l'alésage. Ainsi, le fluide est 70 12635 3 2038338 évacué dans le voisinage de cette paroi de l'alésage. En outre, un orifice annulaire est ménagé autour de cet organe cemmuniquant avec l'orifice précité de façon que le condensât puisse être évacué sur la totalité des 360°de la périphérie de l'alésage, 5 ce qui réduit au mi.nl.mum l'épaisseur du film de fluide qui se trouve sur la paroi de l'alésage# Suivant une réalisation à adopter de préférence, deux conduits communiquant avec l'organe d'évacuation du fluide,un de ces conduits étant logé à l'intérieur de l'autre, le conduit 10 intérieur est relié à l'orifice d'évacuation du fluide, tandis que le conduit extérieur communique avec un conduit d'entrée assurant l'introduction du fluide d'échange thermique dans le rouleau ou tambour. Il est préférable qu'un conduit allongé soit fixé à l'orifice d'entrée en vue de l'introduction du fluide 15 d'échange thermique dans le rouleau ©u tambour en un endroit situé à une certaine distance de l'orifice d'évacuation. Des joints d'étanehéité rotatifs classiques communiquent avec les extrémités des conduits s'étendant depuis l'alésage du rouleau ou cylindre pour établir la communication entre ces conduits et des sssbèmes 20 d'adduction et d'échappement de type classique. Afin de réduire au minimum l'équipement d'étanchéisation ,qui est nécessaire, un joint annulaire est monté sur l'organe d'évacuation du fluide, cet organe étant étanche par rapport à l'alésage du cylindre ou tanbouro l'appareil n'exige qu'une bride 25 de montage supplémentaire pour la fixation à l'extrémité du rouleau et il est possible d'assembler l'appareil star le rouleau ou tambour et d'en dégager l'équipement de façon rapide, ce qui facilite notamment l'entretien. Oes buts, avantages et particularités de l'invention 30 découlent de la suite de cette description qui se lit en regard du dessin schématique annexé, dans lequel:— la fig. 1 est me vue en coupe diamétrale d'un rouleau ou tambour d'échange thermique à petit alésage et d'un appareil avec système de siphon tel que le prévoit l'invention. 35 la fig. 2 est une vue en coupe transversale diamétrale dessinée à plus grande échelle de l'appareil d'évacuation et d'introduction du fluide. la fig. 3 est une vue en élévation avec coupe par la ligne III—III en fig. 1« 40 La fig» 4 est une vue en élévation de détail de l'organe 70 12635 4 2038338 récepteur du rouleau alésé. ia figo 5 est une vue en élévation avec coupe à travers le conduit d'entrée par la ligne V-V en fig. lo la relation entre les éléments essentiels tels que les 5 prévoit l'invention découle de 1'examen de la fig. 1. Dans cette figure, un rouleau ou tambour d'échange thermique à petit alésage est représenté en 10 } il comprend une surface externe cylindrique 12 engageable avec la bande de matière (papier ou étoffe à traiter) et des surfaces de portée 14 ménagées aux extrémités X0 de ce rouleau en vue de leur engagement avec des paliers 16 représentés schématiquement. le rouleau 10 délimite un alésage concentrique 18 pourvu d'une surface interne 20 et interseetiomiant en principe les deux extrémités du rouleau» Dans la réalisation représentée, une extré-15 mité de cet alésage 18 est obturée hermétiquement par un joint interne 22» l'appareil à siphon tel que le prévoit l'invention eoa-prend un organe 24 d'échange thermique du fluide logé à l'intérieur © S "G càirouleau 10» Cet organe df,ectiaBge-24 -- ■ également équipé en vue 20 de l'introduction du fluide d'échange thermique qui peut être par exemple de la vapeur d'eau dans l'alésage. Cet organe 24 est de forme cylindrique et comporte une partie cylindrique renflée 26 et une partie 28 de plus petit diamètre» TJa. plateau circulaire 30 assure l'étanchéité de l'extrémité inférieure de l'organe 25 24. le conduit d'entrée 32 est fixé à et passe à travers le canal d'admission de ce plateau en vue de sa communication avec l'intérieur de 1*organe d'échange thermique 24» Des joints d'étanchéité annulaires 34 sont logés dans une rainure 36 ménagée sur la partie de plus grand diamètre de 30 l'organe 24, On conçoit que le diamètre maximum, de la partie 26 n'est que faiblement supérieur au diamètre de l'alésage 18 du rouleau 10, une relation d'engagement relativement étroite existant entre cet organe 24 et cet alésage de façon à maintenir l'étanchéité au fluide du fait de la présence des joints annu-35 laires 34» Intérieurement, l'organe d'échange thermique 24 délimite une chambre 38 qui communique avec l'extrémité du conduit d'entrée 32 et une chambre 40 qui communique avec un orifice 42 prévu à proximité de l'intersection des parties périphériques 26 et 28 40 et intersectionne la partie 28» l'orifice 42 sert à l'évaeuation 70 12635 2038338 du fluide d'échange thermique. Le fluide d'échange thermique est évacué à partir de l'organe 24 en empruntant un conduit 44 fixé à lui, csmmuniquant avec la chambre 40 et s*étendant à partir de l'extrémité de gauche 5 (en regardant la fig. 1) du rouleau 10. Le fluide d'échange thermique est introduit dans le rouleau 10 par des conduits 46 et 46* entourant eoncentriquement le conduit 44 et communiquant avec la chambre 38 et avec le conduit d'entrée 32. Les conduits 46 et 46* sont associés avec une bride de XO montage 48 fixée à l'extrémité du rouleau 10 par des vis ou d'autres organes de fixation (non représentés). Le conduit 46 peut se terminer à l'intérieur de la bride 48 (cemme le montre le dessin) ou être d'un seul tenant pour la traverser. Si le conduit 46 se termine dans la bride, le prolongement 46? de ce 15 conduit est fixé à elle, de telle sorte que la concentricité entre les conduits 44 et 46 soit maintenue dans le joint reta-tif 50 auquel sont reliés le conduit de siphonnage 52 et le conduit d'adduction 54. Le joint rotatif 50 peut avoir n'importe quelle construction classique i;elle par .exemple- celle décrite dans 20 le brevet des Etats Unis d'Amérique n° 2.385.421. Le conduit d'entrée 32 s'étend, de préférence, pratiquement sur toute la longueur du rouleau 10 et comporte un orifice de sortie 56 placé à proximité du joint d'étanchéité 22. Ainsi, la vapeur ou plus généralement le fluide d'échange thermique est 25 introduit dans l'alésage du rouleau 10 en un endroit situé à quelque distance de l'orifice 42 d'évacuation du fluide. Bien entendu, si cela est jugé préférable, des orifices rappelant la forme drajutages peuvent être prévus dans la longueur du conduit d'entrée 32. 30 Le conduit 32 est supporté en des endroits axialeiaent espacés par des plaques de support 58 (Fig.5) de forme non circulaire , un certain jeu étant ménagé de façon que le' fluide d'échange thermique puisse s'écouler axialement à travers l'alésage. 35 Au cours du fonctionnement, le fluide d'échange thermique qui peut être par exemple de la vapeur ou de l'eau chaude, si le rouleau 10 doit être chauffé ou qui peut être de l'eau froide s'il doit être refreidi, est introduit dans le joint 50 par le conduit adducteur 54 et gagne l'alésage 18 de ce rouleau en emprun-40 tant les conduits 46* et 46, la chambre 38 et le conduit 32. Comme 70 12635 6 2038338 le fluide s'écoule de l'extrémité de droite de l'alésage du rouleau 10 (voir la fig» 1) vers son extrémité de gauche, le transfert thermique s'opère entre ce fluide et le rouleau» En principe, la vitesse du rouleau agit de telle sorte que le liquide qui 5 se trouve dans sen alésage est projeté contre %& paroi interne de celui-ci» Le fluide est évacué hors de l'alésage 18 en passant à travers l'orifice 42 et comme la partie de diamètre réduit 28 de l'organe d'échange thermique 24 ménage un «rifice annulaire ' 10 communiquant avec la totalité de la surface périphérique de l'alésage 18, le condensât peut être évacué uniformément à partir de celui-ci et réduit ainsi à une épaisseur radiale minimum» Le fluide est évacué hors de l'alésage 18 en passant à travers la chambre 40, le conduit 44 et le conduit de siph#«nag« 15 52 eoimimiquant avec le joint» Du fait que l'organe 24 assure l'étanchéité de l'alésage 18 par rapport à l'extrémité associée du rouleau 10, il n'est pas nécessaire qu'un joint d'étanchéité soit associé avec la bride 48» On conçoit à cet égard que la construction de l'appa-20 reil tel que le prévoit l'invention constitue une installation très nette en ce sens que sa majeure partie est placée à l'intérieur de l'alésage 18 du rouleau 10 eu directement sur l'extrémité de celui-ci» Divers détails de réalisation peuvent être modifiés, 25 sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques» 70 12635 7 2038338 BEVEHDICAIIONS 1. Système de siphonnage convenant particulièrement "bien à un rouleau rotatif d'échange thermique à faible alésage, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison avec le rouleau 5 d'échange -thermique (10) à deux extrémités, une surface périphérique d'échange thermique et un alésage cylindrique «ri«1 (18) pourvu d'une paroi interne et intersectionnant une des extrémités de ce rouleau, des paliers (16) supportant à rotation ce rouleau, un équipement pour introduire un fluide d'échange 10 thermique dans cet alésage, un organe cylindrique d'évacuation de ce fluide placé dans cet alésage et ayant un diamètre ma-ri imm légèrement inférieur au diamètre de cet alésage, un orifice de réception de ce fluide délimité dans cet organe à prèximité de la paroi intem,e de l'alésage et communiquant avec celui-ci, 15 et un conduit d'évacuation du fluide communiquant avec l'organe précité et cet orificc pour l'écoulement du fluide d'échange thermique pénétrant dans cet alésage à partir du rouleau# 2. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des joints d'étanchéité portés par le conduit d'éva- 20 cuation et assurant son étanchéité par rapport à l'alésage du rouleau, ces joints étant placés entre î'eaMichâre àe eet;-organe-- 3» Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un orifice annulaire de réceptien du fluide d'échange thermique 25 est délimité par l'organe précité à proximité de la paroi interne de l'alésage, cet orifice communiquant avec cfeite embouchure par laquélla le fluide peut être évacué hors de cet alésage dans toute sa circonférence» 4. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 30 l'équipement d'introduction du fluide d'échange thermique dans l'alésage du rouleau (10) comprend un premier conduit fixé à l'organe précité et s'étendant à partir de l'extrémité intersectionnée du rouleau et un canal d'admission ménagé dans cet organe et communiquant avec ee premier conduit et avec cet alésage» 35 5» Système suivant la revendication 4, caractérisé par un conduit de distribution placé dans l'alésage du rouleau communiquant avec le canal d'entrée de l'organe précité et au moins un orifice de sortie ménagé dans le conduit de distribution placé à quelque distance de cet organe» 40 6. Système suivant la revendication 4, caractérisé par un 70 12635 8 2038338 second conduit placé dans le premier conduit fixé à 1'organe précité et s1étendant à partir de l'extrémité intersectionnée du rouleau et communiquant avec l'orifice de réception du fluide.» 7» Système particulièrement applicable aux rouleaux rotatifs d'échange thermique à faible alésage, suivant l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un alésage axial intersectionnant l'extrémité du rouleau et caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison un organe de réception d'un fluide d'échange thermique à pourtour généralement cylindrique, tin orifice ménagé dans cet organe à proximité de sa périphérie, un premier conduit fixé à cet organe et communiquant avec cet orifice, et un joint d*étancheité monté sur cet organe et s*étendant autour de sa périphérie» 8. Système suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'organe précité présente une partie de grand diamètre, et une partie de diamètre plus faible, l'orifice préeité intersectionnant cette partie de diamètre plus faible, le joint étant disposé autour de la partie de plus grand.diamètre» 9* Système suivant la revendication 7j caractérisé en ce qu'un conduit d'entrée du fluide d'échange thermique est placé dans l'organe précité, un eonduit addueteur est fixé à cet organe en principe concentriquemeat à lui et communique avec le conduit d'entrée, le premier eonduit communiquant avec l'orifice de l'organe précitéo