Brevet FR2094118A1 — publié le 19720204

La présente invention se rapporte d'une façon générale aux tambours échangeurs de chaleur et elle concerne plus particulièrement des tambours refroidisseurs perfectionnés destinés à être utilisés dans une presse d'imprimerie. 5 Dans les opérations habituelles d'impression en continu, du ty pe pratiqué pour imprimer sur un papier non absorbant, et dans lesquelles il est nécessaire d'utiliser une encre qui durcit à la chaleur, le papier fraîchement imprimé passe, à sa sortie de la presse, dans un séchoir dans lequel il est chauffé, puis sur un ou plusieurs 10 tambours refroidisseurs. Ces tambours sont habituellement composés d'une enveloppe métallique cylindrique creuse mipaie à ses deux extrémités de raccords rotatifs qui permettent de faire passer dans 1* enveloppe un agent de refroidissement liquide tel que de l'eau. L' eau absorbe la chaleur du tambour qui, à son tour, refroidit le pa-15 pier et parachève le durcissement de l'encre. Dans les machines d'imprimerie modernes à haute vitesse, on se heurte à certaines difficultés dues aux limitations du rendement avec lequel les tambours refroidisseurs peuvent absorber la chaleur de la bande de papier en mouvement. Dans certains tambours refroi-20 disseurs, il tend à s'accumuler "une couche d'eau chaude relativement inactive le long de la paroi du cylindre et l'eau froide qui arrive par l'orifice d'entrée traverse le cylindre en se mélangeant dans une très faible mesure avec la couché chaQdeda-sorte que la paroi du cylindre n'est pas fortement refroidie. "Dans ces dispositifs, le 25 mauvais rendement se manifeste par le fait que la différence de température entre l'eau qui pénètre dans le cylindre et celle qui sort du cylindre est relativement faible. Dans d'autres tambours refroidisseurs, le fluide de refroidissement passe dans d'étroits canaux ou passages adjacents à la paroi du cylindre, de sorte que l'eau 30 doit nécessairement passer en totalité au voisinage immédiat de la paroi du cylindre. Dans ces appareils, étant donné que les passages ou canaux dans lesquels on fait passer le fluide ne représentent qu' une petite partie du volume intérieur du cylindre, le volume de fluide contenu dans le cylindre à un moment donné est relativement 35 faible. Ce petit volume de fluide tend à atteindre une température qui s'approche de celle du cylindre avant d'avoir traversé entièrement le cylindre, Il en résulte l'établissement d'un gradient de température non uniforme sur la longueur du cylindre. 71 20739 2094118 Un but de l'invention est en conséquence de réaliser un tambour refroidisseur perfectionné pour presse d'imprimerie qui soit capable de refroidir une bande de papier chaud en mouvement avec un meilleur rendement. 5 Un autre but de l'invention est de réaliser un tambour refroi disseur du type ci-dessus et d'une construction telle que le tambour puisse contenir de grande quantité de fluide de refroidissement et qu'on puisse faire passer un grand débit de fluide de refroidissement dans ce tambour sans établir une couche externe de fluide ex-10 cessivement chaude et relativement stagnante contre la paroi du cylindre. L'invention a plus particulièrement pour but de réaliser un tambour refroidisseur qui puisse être presque entièrement rempli de fluide de refroidissemment et qui mélange intimement le fluide de façon homogène pendant le passage de ce fluide dans le cylindre, de 15 manière qu'un courant constant de fluide de refroidissement s'écoule sur toute la longueur de la paroi du cylindre. Un autre but encore de l'invention est de réaliser un tambour refroidisseur tel que décrit ci-dessus, qui tende à laisser l'air s' échapper de l'intérieur du cylindre lorsqu'il est en fonctionnement, 20 de manière que le cylindre soit entièrement rempli de fluide de refroidissement. L'invention a encore pour but de réaliser un tambour refroidisseur du type ci-dessus et qui soit d'une conception et d'une construction simples et économiques. 25 D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple : la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale axiale d'un tambour échangeur de chaleur suivant l'invention, montrant deux des chicanes 30 en coupe et deux des chicanes en profil; la Fig. 2 est une vue en coupe à plus grande échelle, prise dans le plan de la ligne 2-2 de la Fig. 1 ; la Fig. 3 est une vue en coupe éclatée, prise dans le plan de la ligne 3-3' de la Fig. 2 et qui montre l'une des deux chicanes en 35 cuvette en deux pièces, à l'état démonté. La Fig. 1 représente un exemple type de tambour réfroidisseur 10 suivant l'invention. L'ensemble comprend un corps cylindrique creux 11 monté rotatif dans un bâti 12. Dans la forme de réalisation 71 20739 3 2094118 représentée, un flasque 14 muni d'un prolongement 15 formant un arbre creux est prévu à chacune des extrémités du corps 11 du tambour. Chacun des prolongements 15 est monté rotatif dans un'palier 16 qui est fixé au bâti 12. 5 Le corps 11 du tambour peut être entraîné en rotation par un dispositif d'entraînement approprié qui est relié à une roue dentée 18 montée sur l'un des prolongements 15. Le tambour représenté est supposé tourner dans le sens des aiguilles d'une montre, en considérant l'extrémité de droite de la Fig. 1. Ainsi qu'il est bien connu 10 dans la technique, une bande continue, par exemple une bande de papier fraîchement imprimée et chaude passe sur une série de tambours refroidisseurs de ce type. Etant donné que le tambour est entraîné mécaniquement, la bande défile à une vitesse uniforme dans toutes les phases de l'impression, du chauffage et du refroidissement. 15 Pour refroidir le corps du tambour et pour refroidir par consé quent la bande qui passe sur ce tambour, on introduit un flux continu d'un agent de refroidissement fluide, qui est ordinairement de 1' eau sous pression, et qui provient d'une source appropriée, par un tube d'entrée 20 qui est contenu dans le prolongement ou arbre creux 20 15 de l'une des extrémités du tambour. Le fluide de refroidissement passe du tube d'entrée 20, dans le corps 11 du tambour, pour absorber la chaleur fournie par ce corps et il sort de ce corps par un tube de sortie 21 contenu dans le prolongement 1-5 prévu-à l'extrémité opposée du corps du tambour. Etant donné que les tubes d'entrée 25 et de sortie 20,21 tournent avec le corps entraîné 11 du tambour et avec les flasques 14, ces tubes sont reliés aux conduits d'arrivée et de retour 22, et 23 respectivement, par des raccords rotatifs classiques 25. Le fluide qui sort par le conduit de sortie 23 peut être envoyé à un appareil de réfrigération ou autre échangeur ther-30 mique classique, puis revenir à l'entrée 22. Suivant l'invention, une série de chicanes espacées axialement sont montées à l'intérieur du corps du tambour pour assurer un brassage homogène du fluide de refroidissement lorsque ce dernier circule dans le corps du tambour, et pour diriger ce fluide contre la 35 surface cylindrique intérieure de ce corps. Dans la forme de réalisation représentée, quatre déflecteurs 30 présentant la forme de cuvettes sont disposés à un certain écartement axial le long d'une tige filetée 31 formant tirant, l'extrémité ouverte 32 de chaque 71 20739 4 2094118 cuvette étant dirigée vers l'aval du courant de fluide. Dans ce cas, chaque chicane comprend une partie de tête 34 et des parties latérales 35 évasées , , qui partent de la tête. Sur la Fig. 1, les deux déflecteurs du côté de sortie du corps sont représentés en coupe tan-5 dis que les deux déflecteurs du côté de l'entrée sont représentés en élévation, pour les besoins de l'illustration. Pour fixer les déflecteurs 30 au tirant 31 et maintenir leur écartement mutuel, deux écrous 36 sont prévus de part et d'autre de chaque déflecteur. Pour éviter que la série de déflecteurs ne se dé-10 place longitudinalement à l'intérieur du. corps du tambour, un croisillon 38 de faible section est fixé perpendiculairement à chacune des extrémités du tirant 31 et prend appui contre un épaulement intérieur 39 formé dans le corps 11 du tambour. les croisillons 38 et le tirant 31 sont ainsi interposés entre des épaulements 39 du corps 15 du tambour. Etant donné que ces croisillons 38 sont de section relativement mince, ils ne font pas obstacle à l'écoulement du fluide. Pour faciliter l'assemblage des déflecteurs 30 à l'intérieur du corps 11 du tambour, chacun des déflecteurs est en deux pièces, chacune des pièces 30a et 30b constituant approximativement un sec-20 teur de 180° du déflecteur. Comme on peut mieux le voir sur les Fig. 2 et 3, chaque pièce ou secteur 30a et 30b présente un trou axial 40 qui permet de placer ce secteur sur le tirant 31 pendant l'assemblage du tambour refroidisseur. Les proportions des secteurs sont telles que ces derniers sont à léger recouvrement lorsqu'ils sont assem-25 blés, ainsi qu'on le voit sur la Fig. 2. Dans ce cas, la pièce 30a recouvre la pièce 30b. La construction en deux pièces de ces déflecteurs permet d'introduire les chicanes dans le corps du tambour à travers un orifice de dimensions inférieures au diamètre du déflecteur assemblé, par exemple, à travers les orifices délimités par les 30 épaulements 39 du corps du tambour représenté. Il va de soi que les pièces 30a, 30b de chaque déflecteur peuvent être facilement moulées aux proportions et à la forme désirées. Les déflecteurs sont de préférence formés par moulage en matière plastique, de sorte que les parois de chaque déflecteur terminé présentent une légère élasticité. 35 Les déflecteurs peuvent donc ainsi avoir une dimension supérieure au diamètre intérieur du corps du tambour, de sorte que les bords extérieurs des parties latérales 35 de chaque déflecteur sont appuyés fermement par leur élasticité contre la surface cylindrique interne 71 20739 2094118 du corps 11 du tambour. Suivant l'invention, pour laisser passer le fluide de refroidissement entre les déflecteurs et la surface interne du corps du tambour et, pour faciliter le brassage du fluide lorsque ce dernier 5 circule dans le tambour, les déflecteurs présentent une série de nervures 41 qui s'étendent radialement vers l'extérieur le long de la tête 34 de chaque déflecteur puis longitudinalement le long de la partie latérale 35 de cette chicane. Les nervures 41 délimitent une série de passages ininterrompus 42 sur la surface externe de la tête 10 et des parties latérales du déflecteur. En outre, chaque nervure 41 donne naissance à un passage supplémentaire 44 (dans la partie latérale 35 du déflecteur, dans chaque intervalle entre deux passages principarçx 42. En outre, les nervures 41 délimitent'dans la tête 34 du déflecteur une zone centrale creuse 45. 15 L'utilisation de déflecteurs à nervures en forme de cuvette à l'intérieur du tambour refroidisseur se traduit par une amélioration considérable et inattendue du rendement du tambour refroidisseur. Des essais ont montré que l'incorporation de tels déflecteurs dans un. tambour refroidisseur classique, sans autres modifications de 1' 20 agencement, se traduit par un abaissement de température de 60° de la bande, tandis, que là construction antérieure ne permet d'obtenir qu'une chute de température de 42®. Bien que ce phénomène ne soit pas" entièrement expliqué, des essais ont montré que l'écoulement du fluide dans le tambour est tel 25 que celui qu'on a indiqué sur la Fig. 1. Sur cette Fig. 1, on voit que le fluide de refroidissement pénètre dans le corps du tambour par le tube d'entrée 20 (flèches 50a) et qu'il est refoulé vers l'extérieur en circulant sur le premier déflecteur 30, de sorte que le fluide entre en contact avec la paroi cylindrique du corps du tam-30 tour (flèches 50b) avec le débit maximum. Les passages 42,44 qui sont délimités par les nervures 41 du déflecteur permettent au fluide de s'écouler entre la surface interne du corps du tambour et la surface externe.du déflecteur. En même temps, étant donné que le tambour 11 est en rotation, les nervures 41 engendrent une résistan-« 35 ce suffisante pour imprimer au fluide un mouvement latéral dans le sens de la rotation, de sorte que le fluide s'écoule en fait suivant un trajet hélicoïdal (flèches 50c). En outre, lorsque le fluide est passé au-delà du bord extérieur du déflecteur 30, on constate qu'il 71 20739 6 2094118 tend à refluer vers le centre du corps du tambour par un mouvement hélicoïdal qui se resserre sur lui-même (flèches 50ç) et en direction du creux central 45 du déflecteur immédiatement en aval. L'écoulement du fluide en direction de ce creux 45 crée un écoulement à 5 contre-courant ou une turbulence qui a pour effet de brasser intimement le fluide (flèches 50d). Le fluide poursuit ensuite son écoulement pour passer sur le déflecteur suivant. On peut donc voir que le fluide est intimement mélangé dans son passage dans le tambour, de sorte qu'il ne peut pas se former de couche de fluide chaude et re-10 lativement inactive le long de la surface interne du cylindre. En outre, on a constaté que, lors de la mise en marche du tambour refroidisseur et au moment où l'on introduit le fluide dans ce tambour, étant donné que les déflecteurs 30 tendent à répartir le fluide sur la surface cylindrique du corps du cylindre au moment où 15 il passe au droit des déflecteurs, l'air qui est contenu dans le tambour tend à s'accumuler au centre du cylindre. Cet air s'échappe par les trous centraux 40 des déflecteurs 30 et sort par le tube de sortie 21, jusqu'à ce que le cylindre soit presque entièrement rempli de fluide. Toutefois, ce fluide présente toujours le même écou-20 lement turbulent qui a été décrit ci-dessus, même si le cylindre n' est pas entièrement rempli. Etant donné que le tambour peut contenir un volume de liquide relativement grand et que ce voltfme de liquide est intimement brassé lorsqu'il traverse le tambour,on obtient tin flux relativement stable de fluide de refroidissement qui est main-25 tenu en contact avec la paroi du corps du tambour pour assurer le refroidissement maximum. Bien que l'invention ait été décrite dans son application à un tambour refroidisseur, il va de soi que l'on peut utiliser le tambour échangeur de chaleur de la même façon en qualité de tambour de chauf-30 fage en faisant passer un fluide chaud dans le cylindre. Il est également évident que, bien que les tubes d'entrée et de sortie du fluide soient disposés respectivement aux deux extrémités opposées du tambour dans la forme de réalisation représentée, on pourrait en variante utiliser un tambour d'écoulement inversé, l'entrée et la sor-35 tie se trouvant alors à la même extrémité. 71 20739 7 2094118 Revendications 1 - Tambour éehangeur de chaleur destiné à traiter des bandes de matière en feuille, comprenant un corps cylindrique creuz qui présente une périphérie externe et une surface interne, et des ex- 5 trémités fermées, des moyens prévus aux extrémités du corps de ce tambour pour le montage rotatif de ce corps, des moyens qui constituent un passage d'entrée du fluide servant à introduire le fluide dans le corps, des moyens qui constituent un passage de sortie du fluide pour évacuer le fluide de ce corps, et ce tambour étant ca-10 ractérisé en ce qu'il comprend une série de déflecteurs espacés axialement, montés à l'intérieur du corps pour'brasser le fluide pendant qu'il circule dans le corps du tambour, et pour diriger le fluide sur la surface interne du corps du tambour. 2 - Tambour éehangeur de chaleur suivant la revendication 1, 15 caractérisé en ce que chacun des déflecteurs présente la forme d'une cuvette et est disposé de manière que l'extrémité ouverte de la cuvette soit dirigée vers l'aval par rapport à l'écoulement du fluide. 3 - Tambour éehangeur de chaleur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chaque déflecteur en cuvette présente une par- 20 tie d'extrémité et une partie latérale qui s'évase vers l'extérieur en partant de cette partie d'extrémité. 4 - Tambour éehangeur de chaleur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le bord extérieur de là partie latérale évasée de chaque déflecteur est en appui contre la surface interne du corps 25 du tambour, la partie latérale de chaque déflecteur comportant plusieurs nervures longitudinales qui délimitent des passages par lesquels le fluide peut s'écouler entre ladite partie latérale de cette chicane et la surface interne du corps. 5 _ Tambour éehangeur de chaleur suivant la revendication 3» 30 caractérisé en ce que l'extrémité de chaque déflecteur comporte plusieurs nervures radiales, la partie latérale de chaque déflecteur comportant plusieurs nervures longitudinales qui s'évasent vers 1' extérieur. 6 - Tambour éehangeur de chaleur suivant la revendication 5, 35 caractérisé en ce que les nervures de l'extrémité de chaque déflecteur se raccordent sans interruption avec les nervures longitudinales de la partie latérale de ce déflecteur pour former des passages continue; sur la surface externe de ce déflecteur. 71 20739 8 2094116 7 - Tambour éehangeur de chaleur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les nervures de l'extrémité de chaque déflecteur délimitent dans l'extrémité de ce déflecteur une zone interne creuse disposée radialement. 5 8 - Tambour éehangeur de chaleur suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une tige qui s'étend axialement sur la longueur du corps du tambour et sur laquelle les déflecteurs sont agencés, et des moyens qui fixent les déflecteurs à cette tige pour maintenir ces derniers à un certain écartement axial. 10 9 - Tambour éehangeur de chaleur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que chaque déflecteur est composé de deux pièces, chacune des pièces du déflecteur constituant un secteur de la cuvette et étant montée sur ladite tige en recouvrant partiellement l'autre pièce du déflecteur, la tige passant par ce trou axial de chacune 15 des pièces. 10 - Tambour éehangeur de chaleur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la partie d'extrémité de chaque déflecteur présente une série de nervures radiales, les nervures de la partie d'extrémité se raccordant sans interruption avec les nervures de la 20 partie latérale pour former des passages ininterrompus sur la surface externe de ce déflecteur, le tambour comprenant de plus une tige axiale, qui s'étend suivant la longueur du corps du tambour, et sur laquelle les déflecteurs sont montés, et des moyens qui fixent les déflecteurs sur cette tige pou_ les maintenir à leur écartement axial 25 mutuel.